DE10140822A1 - Rotary tool position finding process involves positioning tool in beam path, turning it, selecting direction, turning tool away to last point at which beam is not interrupted - Google Patents

Rotary tool position finding process involves positioning tool in beam path, turning it, selecting direction, turning tool away to last point at which beam is not interrupted

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Abstract

The position finding process is based on the moment of separation of the tool (14) and a measuring beam (18). The tool is first positioned so that the beam is interrupted, and is then moved to the position at which the separation of the tool and beam occurs and the beam remains uninterrupted for one full revolution.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Vermessung von drehantreibbaren Werkzeugen und insbesondere die Bestimmung der Position eines drehantreibbaren Werkzeuges in einer Werkzeugmaschine. The present invention relates to the measurement of rotationally drivable tools and in particular the determination of the Position of a rotatable tool in one Machine tool.

Zur Bestimmung der Position eines rotierenden Werkzeuges in Werkzeugmaschinen zur spanabhebenden Bearbeitung ist es bekannt, Lichtschranken und insbesondere Laserlichtschranken, zu verwenden. Dabei wird das zu vermessende Werkzeug in Richtung zu dem Messstrahl hin bewegt, wobei der Moment, in dem das Werkzeug den Messstrahl unterbricht, zur Berechnung der Position des Werkzeuges in der Werkzeugmaschine verwendet wird. Bei der Unterbrechung des Messstrahls wird von der Lichtschranke ein Signal ausgegeben, das einer Steuerung der Werkzeugmaschine den Moment der Strahlunterbrechung angibt. Zu dem Moment der Strahlunterbrechung werden von der Steuerung der Werkzeugmaschine deren aktuelle Achsenpositionen erfasst und unter Verwendung einer dem betreffenden Werkzeug zugeordneten Kalibrierung zur Bestimmung der aktuellen Position des Werkzeuges verwendet. To determine the position of a rotating tool in It is machine tools for machining known, light barriers and especially laser light barriers, too use. The tool to be measured is moving in the direction moved towards the measuring beam, the moment at which the Tool interrupts the measuring beam to calculate the Position of the tool in the machine tool is used. When the measuring beam is interrupted, the A photoelectric sensor outputs a signal that controls the Machine tool indicates the moment of beam interruption. To that Moment of beam interruption are controlled by the controller Machine tool records their current axis positions and using one associated with the tool in question Calibration to determine the current position of the Tool used.

Ein Nachteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass zwischen Unterbrechungen des Messstrahls aufgrund des Werkzeuges und Strahlunterbrechungen aufgrund von im Bereich des Werkzeuges vorhandenen Partikeln (z. B. Kühlmitteltropfen, Flugspäne, Schmierstoffspritzer usw.) nicht unterschieden werden kann. Dies kann zu ungenauen oder fehlerhaften Messungen mit nicht mehr tolerierbaren Unsicherheiten bis hin zum Abbruch des Messvorganges und einem Stillstand der Maschine führen. A disadvantage of this approach is that between interruptions of the measuring beam due to the tool and beam interruptions due to in the area of Particles (e.g. coolant drops, flying chips, Lubricant splashes, etc.) cannot be distinguished. This can lead to inaccurate or incorrect measurements more tolerable uncertainties up to the termination of the The measuring process and bring the machine to a standstill.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung bereitzustellen, die Störeinflüsse von (luftverunreinigenden) im Bereich eines zu vermessenden drehantreibbaren Werkzeuges befindlichen Partikeln bei der Bestimmung der Position des Werkzeuges in einer Werkzeugmaschine zu vermeiden. The object of the present invention is a solution to provide the interference from (air polluting) in Area of a rotary tool to be measured located particles in determining the position of the To avoid tools in a machine tool.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereit, bei denen der Moment der Trennung von einem zu vermessenden Werkzeug und einem Messstrahl zur Positionsbestimmung des Werkzeuges verwendet wird. The present invention provides a solution to this problem Method and device ready where the moment the separation of a tool to be measured and a tool Measuring beam used to determine the position of the tool becomes.

Die vorliegende Erfindung dient zur Positionsbestimmung von drehantreibbaren Werkzeugen in Werkzeugmaschinen zur abspanenden Bearbeitung (z. B. Drehen, Hobeln, Fräsen, Bohren, Senken, Reiben, Schleifen, Erodieren und dergleichen). The present invention is used to determine the position of drivable tools in machine tools for machining (e.g. turning, planing, milling, drilling, countersinking, Rubbing, grinding, eroding and the like).

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Positionsbestimmung eines drehantreibbaren Werkzeuges wird dieses so in einem Messstrahl positioniert, dass dessen Strahlengang unterbrochen wird. Im Folgenden wird unter der Unterbrechung des Messstrahles durch das Werkzeug ein Zustand verstanden, in dem das Werkzeug den Messstrahl wenigstens teilweise abschattet. Hierfür kann z. B. definiert werden, dass eine Unterbrechung des Messstrahles vorliegt, wenn der Messstrahl vollständig von dem Werkzeug blockiert wird oder eine Lichtenergiemenge durchgelassen wird, die einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Ein solcher Grenzwert kann z. B. in Abhängigkeit der Lichtenergiemenge definiert werden, die mindestens erforderlich ist, um mittels eines für den Messstrahl verwendeten Empfängers ein Signal ausgeben, das den Empfang des Messstrahles angibt. Beispielsweise kann eine Unterbrechung gegeben sein, wenn eine Teilabschattung des Messstrahles durch das Werkzeug zu einer durchgelassenen Lichtenergiemenge von 50% der ausgesendeten Lichtenergiemenge führt. In the method according to the invention for determining the position of a tool that can be driven in rotation, this becomes one Measuring beam positioned that its beam path is interrupted becomes. Below is the interruption of the Measurement beam understood by the tool a state in which the Tool at least partially shadows the measuring beam. For this, e.g. B. be defined that an interruption of the Measuring beam is present when the measuring beam is completely from the Tool is blocked or a quantity of light energy is let through, which falls below a predetermined limit. Such a limit can e.g. B. depending on the Amount of light energy that is required to at least by means of a receiver used for the measuring beam Output signal that indicates the reception of the measuring beam. For example, there may be an interruption if one Partial shadowing of the measuring beam by the tool into one transmitted light energy amount of 50% of the emitted Amount of light energy leads.

Zur Festlegung dieser Ausgangsposition können die bekannten, ungefähren Maße des zu vermessenden Werkzeuges verwendet werden. Diese Positionierung kann auch dadurch erreicht werden, dass das Werkzeug durch Aktivierung einzelner oder mehrerer Achsen der Werkzeugmaschine in Art einer Suchbewegung so lange bewegt wird, bis sich das Werkzeug in dem Messstrahl befindet. Dabei oder danach wird das Werkzeug gedreht. To determine this starting position, the known, approximate dimensions of the tool to be measured become. This positioning can also be achieved that the tool by activating one or more Axes of the machine tool in the form of a search movement for so long is moved until the tool is in the measuring beam. The tool is rotated during or afterwards.

Außerdem wird eine Bewegungsrichtung für die Positionsbestimmung gewählt. Dies kann beispielsweise die Achsrichtung eines zu vermessenden Bohrers sein, oder die Richtung eines Radius, wenn ein Fräser zu vermessen ist. It also provides a direction of movement for the Position determination selected. For example, this can be the axis direction of a to be measured, or the direction of a radius, if a milling cutter is to be measured.

Danach wird das Werkzeug relativ zu dem Messstrahl mit einer gewählten, möglichst konstanten Geschwindigkeit in Richtung von diesem weg bewegt, d. h. es wird eine Bewegung des Werkzeuges in der gewählten Bewegungsrichtung durchgeführt. Dabei wird das Werkzeug zu einer im folgenden als Messposition bezeichneten Position bewegt, in der der Strahlengang des Messstrahls von dem Werkzeug nicht mehr unterbrochen wird, d. h. das Werkzeug von dem Messstrahl getrennt wird. Der Moment der Trennung wird erreicht, wenn die Unterbrechung des Messstrahles durch das Werkzeug zur einer (teilweisen) Abschattung führt, bei der die durchgelassene Lichtenergiemenge für eine Auslösung eines Signals des Empfängers ausreicht. Diese Lichtenergiemenge kann wie bei der obigen Positionierung des Werkzeuges in dem Messstrahl definiert werden oder sich davon unterscheiden. Then the tool is relative to the measuring beam with a selected, as constant as possible speed in the direction moved away from this, d. H. it will be a movement of the Tool in the selected direction of movement. there the tool becomes a measuring position below designated position in which the beam path of the Measuring beam is no longer interrupted by the tool, d. H. the tool is separated from the measuring beam. The moment of Separation is achieved when the interruption of the Measuring beam through the tool for (partial) shading leads, in which the transmitted amount of light energy for a Triggering a signal from the receiver is sufficient. This The amount of light energy can be as in the above positioning of the Tool can be defined in the measuring beam or from it differ.

Die Messposition wird, beispielsweise unter Verwendung von durch eine Steuerung einer Werkzeugmaschine ermittelten Achsenpositionen erfasst und zum Ermitteln einer Position für das Werkzeug verwendet. Die Messposition, d. h. der Moment der Trennung, wird erfasst, wenn der Messstrahl für wenigstens eine Umdrehung des Werkzeuges nicht unterbrochen wird. The measuring position is, for example, using determined by controlling a machine tool Axis positions recorded and to determine a position for the Tool used. The measurement position, i.e. H. the moment of Separation is detected when the measuring beam for at least one revolution of the tool is not interrupted.

Um die Werkzeugposition aus der Messposition zu ermitteln, werden die Position des Messstrahls relativ zu der Werkzeugmaschine und dem Werkzeug, Größen einer (zuvor durchgeführte) Kalibrierung für die Werkzeugmaschine und den Messstrahl herangezogen. To determine the tool position from the measuring position, the position of the measuring beam relative to the Machine tool and the tool, sizes one (previously performed) Calibration for the machine tool and the measuring beam used.

Vorzugsweise wird das Werkzeug anfänglich so in dem Messstrahl positioniert, dass dessen Strahlengang dauerhaft, periodisch, zu vorbestimmten Zeitpunkten oder in vorbestimmten Zeitintervallen unterbrochen wird. Preferably, the tool is initially in the measuring beam positioned that its beam path is permanent, periodic, at predetermined times or at predetermined times Time intervals is interrupted.

Vorzugsweise wird das Werkzeug mit einer Drehzahl gedreht, die im Verhältnis zu der Bewegungsgeschwindigkeit relativ hoch ist, um die Messabweichung bei der Erfassung des Momentes der Trennung von Werkzeug und Messstrahl aufgrund der Werkzeugumdrehung zu minimieren. Hierbei ist es möglich, die Messabweichung in Abhängigkeit der Messgeschwindigkeit für den Messstrahl und der Verzögerungszeit zu korrigieren, die sich aus der Drehzahl und der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeuges ergibt. Preferably, the tool is rotated at a speed that relatively high in relation to the speed of movement is to measure the measurement error when capturing the moment Separation of tool and measuring beam due to the To minimize tool rotation. Here it is possible to Measurement deviation depending on the measurement speed for the Correct the measuring beam and the delay time that results from the speed and the speed of movement of the tool results.

Des weiteren kann aus der ermittelten Position des Werkzeuges dessen Geometrie berechnet werden. Furthermore, from the determined position of the tool whose geometry are calculated.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die zeigen: The following are exemplary embodiments of the invention Described with reference to the accompanying figures demonstrate:

Fig. 1 schematische Darstellungen einer Messanordnung zur Positionsbestimmung eines drehantreibbaren Werkzeuges mit einem Messstrahl, und Fig. 1 shows schematic illustrations of a measuring arrangement for determining the position of a rotatably drivable tool with a measuring beam, and

Fig. 2 bis 5 schematische Darstellungen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. FIG. 2 to 5 are schematic representations of the process of the invention.

Wie in Fig. 1 skizziert, wird mittels einer Messeinrichtung mit einem Sender 10 und einem Empfänger 12 die Position eines insgesamt mit 14 bezeichneten drehantreibbaren Werkzeuges und insbesondere dessen zur Bearbeitung zu verwendenden Bereiches 16 in einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) ermittelt. Zur Messeinrichtung gehört eine Lichtschranke mit einem Messstrahl 18, der ein Lichtstrahl mit gebündeltem Strahlengang oder ein Laserstrahl ist. As sketched in FIG. 1, the position of a tool which can be driven in rotation and is generally designated 14 and in particular its area 16 to be used for machining is determined in a machine tool (not shown) by means of a measuring device with a transmitter 10 and a receiver 12 . The measuring device includes a light barrier with a measuring beam 18 , which is a light beam with a focused beam path or a laser beam.

Der Bereich 16 des Werkzeuges 14 wird gemäß Fig. 2 in Richtung des dort dargestellten Pfeils zu dem Messstrahl 18 bewegt, bis dieser gemäß Fig. 3 durch den Bereich 16 unterbrochen wird. Dementsprechend wird von dem Empfänger 12 ein Signal ausgegeben, das die Unterbrechung des Messstrahls 18 angibt. The area 16 of the tool 14 is moved according to FIG. 2 in the direction of the arrow shown there to the measuring beam 18 until it is interrupted by the area 16 according to FIG. 3. Accordingly, a signal is output by the receiver 12 , which indicates the interruption of the measuring beam 18 .

Spätestens zu diesem Zeitpunkt wird das Werkzeug 14 gedreht und von dem Messstrahl 18 weg bewegt, z. B. mit einer vorgegebenen, konstanten, möglichst hohen Drehzahl und/oder einer vorgegebenen, konstanten, möglichst niedrigen Geschwindigkeit. Diese für die Positionsbestimmung gewählte Bewegung kann, wie in Fig. 4 dargestellt, der Bewegungsrichtung gemäß Fig. 2 entgegengesetzt, d. h. in Richtung des in Fig. 4 gezeigten Pfeils, erfolgen oder in entgegengesetzter Richtung durchgeführt werden. Hierbei wird das Werkzeug 14 so von dem Messstrahl 18 weg bewegt, dass sich der Messstrahl 18 relativ gesehen zu einem Bereich des Bearbeitungsbereiches 16 bewegt, der für eine Bestimmung der Position des Werkzeuges 14 geeignet ist. At this point in time at the latest, the tool 14 is rotated and moved away from the measuring beam 18 , e.g. B. with a predetermined, constant, as high a speed and / or a predetermined, constant, as low as possible speed. This movement selected for the position determination can, as shown in FIG. 4, take place opposite to the direction of movement according to FIG. 2, ie in the direction of the arrow shown in FIG. 4, or be carried out in the opposite direction. Here, the tool 14 is moved away so by the measuring beam 18, the measurement beam 18 that relatively moves to a region of the working area 16 of the tool 14 is suitable for determination of the position.

Wenn, wie in Fig. 5 dargestellt, das Werkzeug 14 von dem Messstrahl 18 getrennt wird, i. e. der Zeitpunkt im wesentlichen unmittelbar nach Beendigung der Unterbrechung des Messstrahles 18 durch den Bearbeitungsbereich 16, erzeugt der Empfänger 12 ein entsprechendes Signal, auf das hin die Achsenpositionen der Werkzeugmaschine erfasst werden. Insbesondere wird der Moment der Trennung des Werkzeuges 14 und des Messstrahles 18 als der Moment definiert, an dem der Messstrahl 18 das erste mal für eine vollständige Umdrehung des Werkzeuges 14 nicht mehr unterbrochen ist. If, as shown in FIG. 5, the tool 14 is separated from the measuring beam 18 , ie the point in time essentially immediately after the interruption of the measuring beam 18 by the processing area 16 , the receiver 12 generates a corresponding signal, in response to which the axis positions the machine tool. In particular, the moment of separation of the tool 14 and the measuring beam 18 is defined as the moment at which the measuring beam 18 is no longer interrupted for the first time for a complete rotation of the tool 14 .

Dementsprechend ist der Zeitpunkt, an dem die Achsenpositionen der Werkzeugmaschine erfasst werden, um eine Zeitdauer verzögert, die von der Dauer einer vollständigen Umdrehung eines Werkzeuges 14 und der Bewegungsgeschwindigkeit abhängt. Um diesen Einfluss auf die Genauigkeit der Positionsbestimmung für das Werkzeug 14 zu kompensieren, wird aus der Drehzahl und der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeuges 14 ein Korrekturfaktor berechnet. Ferner können die durch die einzelnen Komponenten der Messeinrichtung verursachten, die beim Verarbeiten von Signalen der Messeinrichtung entstehenden und beim Bestimmen der Achsenpositionen auftretenden Verzögerungszeiten bei der Korrektur berücksichtigt werden. Um den Einfluss der Werkzeugrotation und -bewegung auf das Messergebnis zu minimieren, ist eine im Vergleich zu der Bewegungsgeschwindigkeit hohe Drehzahl vorteilhaft. Accordingly, the point in time at which the axis positions of the machine tool are detected is delayed by a period of time which depends on the duration of a complete revolution of a tool 14 and the speed of movement. In order to compensate for this influence on the accuracy of the position determination for the tool 14 , a correction factor is calculated from the speed and the speed of movement of the tool 14 . Furthermore, the delay times caused by the individual components of the measuring device, which arise when processing signals from the measuring device and occur when determining the axis positions, can be taken into account in the correction. In order to minimize the influence of tool rotation and movement on the measurement result, a high speed compared to the speed of movement is advantageous.

Claims (10)

1. Verfahren zur Positionsbestimmung eines drehantreibbaren Werkzeuges, mit folgenden Schritten: - Positionieren eines drehantreibbaren Werkzeuges (14) in dem Strahlengang eines Messstrahles (18), - Drehen des Werkzeuges (14), - Wählen einer Bewegungsrichtung, - Bewegen des Werkzeuges (14) in der gewählten Richtung, von dem Messstrahl (18) weg, zu einer Messposition, bei der das Werkzeug (14) von dem Messstrahl (18) getrennt wird, - Erfassen der Messposition für eine Position des Werkzeuges (14), bei der der Messstrahl (18) bei wenigstens einer Umdrehung des Werkzeuges (14) nicht unterbrochen wird, und - Ermitteln der Position des Werkzeuges (14) aus der Messposition. 1. Method for determining the position of a tool that can be driven in rotation, with the following steps: - Positioning a tool ( 14 ) which can be driven in rotation in the beam path of a measuring beam ( 18 ), - turning the tool ( 14 ), - choose a direction of movement, Moving the tool ( 14 ) in the selected direction, away from the measuring beam ( 18 ), to a measuring position at which the tool ( 14 ) is separated from the measuring beam ( 18 ), - Detecting the measuring position for a position of the tool ( 14 ) at which the measuring beam ( 18 ) is not interrupted during at least one revolution of the tool ( 14 ), and - Determine the position of the tool ( 14 ) from the measuring position. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Werkzeug (14) so in dem Strahlengang des Messstrahles (18) positioniert wird, dass der Messstrahl (18) unterbrochen wird. 2. The method according to claim 1, wherein the tool ( 14 ) is positioned in the beam path of the measuring beam ( 18 ) in such a way that the measuring beam ( 18 ) is interrupted. 3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem das Werkzeug (14) in dem Strahlengang des Messstrahles (18) so positioniert wird, dass der Messstrahl (18) vom sich drehenden Werkzeug (14) periodisch unterbrochen wird. 3. The method according to claim 1 or 2, wherein the tool ( 14 ) is positioned in the beam path of the measuring beam ( 18 ) so that the measuring beam ( 18 ) is periodically interrupted by the rotating tool ( 14 ). 4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Werkzeug (14) mit einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wird. 4. The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the tool ( 14 ) is rotated at a predetermined speed. 5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, in which is moved at a predetermined speed. 6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Werkzeugposition in Abhängigkeit der Drehzahl und der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeuges (14) ermittelt wird. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the tool position is determined depending on the speed and the speed of movement of the tool ( 14 ). 7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Bewegen des Werkzeuges (14) von dem Messstrahl (18) weg beim Erreichen der Messposition beendet wird. 7. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein the movement of the tool ( 14 ) away from the measuring beam ( 18 ) is ended when the measuring position is reached. 8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem aus der Messposition die Geometrie des Werkzeuges (14) ermittelt wird. 8. The method according to any one of claims 1 to 7, in which the geometry of the tool ( 14 ) is determined from the measuring position. 9. Vorrichtung zur Geometrie- und Positionsbestimmung eines drehantreibbaren Werkzeuges, mit:
einer Steuerung, und
einer optischen Messeinrichtung (10, 12),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Steuerung zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelegt und programmiert ist. 9. Device for determining the geometry and position of a rotary tool, with:
a controller, and
an optical measuring device ( 10 , 12 ),
characterized in that
the controller is designed and programmed to execute the method according to one of claims 1 to 8. 10. Vorrichtung gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Messeinrichtung (10, 12) einen Sender (10) zum Aussenden eines Messstrahles (18) und einen Empfänger (12) zum selektiven Empfangen des Messstrahles (18) aufweist. 10. The device according to claim 9, characterized in that the optical measuring device ( 10 , 12 ) has a transmitter ( 10 ) for emitting a measuring beam ( 18 ) and a receiver ( 12 ) for selectively receiving the measuring beam ( 18 ).
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