DE10140822B4 - 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

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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 The present invention relates to the measurement of rotary drivable Tools and in particular the determination of the position of a rotary drivable Tool in a 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 Determining the position of a rotating tool in machine tools For machining, it is known photocells and in particular laser light barriers to use. This is the case measuring tool moves towards the measuring beam, wherein the moment when the tool interrupts the measuring beam, the Calculation of the position of the tool used in the machine tool becomes. At the interruption of the measuring beam is from the photocell a signal that is a control of the machine tool indicates the moment of beam interruption. At the moment of beam interruption be from the control of the machine tool whose current axis positions detected and assigned using a tool associated with the tool 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.One Disadvantage of this procedure is that between interruptions the measuring beam due to the tool and beam interruptions due to existing in the area of the tool particles (z. B. coolant drops, flying chips, lubricant splashes etc.) can not be distinguished. This can be too inaccurate or erroneous measurements with unacceptable uncertainties up to the termination of the measuring process and a standstill of the machine to lead.

In "Vermessung rotierender Werkzeuge in HSC-Fräsmaschinen" von K. Rall et al. in ZWF 93, Jahren 1998, Heft 4, Seiten 127 bis 130 ist ein Verfahren zum Ermitteln der Wirkkontur eines Werkzeugs mit einer Laserlichtschranke beschrieben. Dabei wird das Werkzeug gedreht und quer zu dem Messstrahl der Laserlichtschranke verfahren. Es werden Messpositionen ermittelt, die den Eintritt des Werkzeugs in den und dessen Austritt aus dem Messstrahl angeben. Aus der Differenz dieser Messpositionen wird der Wirkdurchmesser des Werkzeugs bestimmt. Dieser Vorgang wird, jeweils nach axialem Verschieben des Werkzeugs, sooft wiederholt, bis die gesamte interessierende Wirkkontur bekannt ist.In "Surveying rotating Tools in HSC Milling Machines "by K. Rall et al. in ZWF 93, years 1998, Issue 4, pages 127 to 130 is a method for determining the effective contour of a tool with a laser light barrier described. The tool is rotated and transverse to the measuring beam move the laser light barrier. Measuring positions are determined the entry of the tool into and out of the measuring beam specify. The difference between these measuring positions becomes the effective diameter of the tool. This process is, in each case after axial displacement of the tool, repeated as many times as the whole of interest Active contour is known.

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 The object of the present invention is to provide a solution the disturbing influences of (air polluting) in the area of a particle to be measured rotatably drivable tool in determining the position of the tool in a machine tool to avoid.

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.to solution To this end, the present invention provides a method and a device ready where the moment of separation from a tool to be measured and a measuring beam for position determination of the tool is used.

Die vorliegende Erfindung dient zur Positionsbestimmung von drehantreibbaren Werkzeugen in Werkzeugmaschinen zur abspanen den Bearbeitung (z. B. Drehen, Hobeln, Fräsen, Bohren, Senken, Reiben, Schleifen, Erodieren und dergleichen).The The present invention is used to determine the position of rotary drivable Tools in machine tools for machining the machining (z. Turning, planing, milling, Drilling, sinking, 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 auszugeben, 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.at the method according to the invention for determining the position of a rotary drivable tool is this positioned in a measuring beam so that its beam path is interrupted becomes. The following is under the interruption of the measuring beam understood by the tool a state in which the tool the At least partially shaded measuring beam. For this purpose, e.g. be defined that there is an interruption of the measuring beam, when the measuring beam is completely off the tool is blocked or passed a light energy amount which falls below a predetermined limit. Such a limit can e.g. dependent on the minimum amount of light energy required is to use one for the measuring beam used receiver output a signal indicating the reception of the measuring beam. For example, there may be an interruption if partial shading of the measuring beam through the tool to a transmitted amount of light energy of 50% of the emitted light energy amount 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 Determining this starting position, the known, approximate dimensions of measuring tool can be used. This positioning can also be achieved by activating the tool single or multiple axes of the machine tool in the manner of a search movement is moved until the tool is in the measuring beam. During or after the tool is rotated.

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.In addition, will a direction of movement for the Position determination selected. This can, for example, the axial direction of a to be measured Drill, or the direction of a radius when measuring a cutter is.

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 zu 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.Thereafter, the tool relative to the measuring beam with a selected, konstan as possible Moving speed in the direction away from this, ie there is a movement of the tool in the selected direction of movement is performed. In this case, the tool is moved to a position referred to below as the measuring position in which the beam path of the measuring beam is no longer interrupted by the tool, ie the tool is separated from the measuring beam. The moment of separation is reached when the interruption of the measuring beam by the tool leads to a (partial) shadowing, in which the amount of light energy transmitted suffices for a triggering of a signal of the receiver. This amount of light energy may be defined or different as in the above positioning of the tool in the measuring beam.

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, by using a Detected control of a machine tool determined axis positions and to determine a position for the tool used. The measuring position, i. the moment of separation, is detected when the measuring beam for at least one revolution of the tool is not interrupted.

Um das interessierende Werkzeugmaß aus der Messposition zu ermitteln, werden die Position des Messstrahls relativ zu der Werkzeugmaschine und dem Werkzeug und Größen einer (zuvor durchgeführten) Kalibrierung für die Werkzeugmaschine und den Messstrahl herangezogen.Around the tool of interest from the Measuring position to determine the position of the measuring beam relative to the machine tool and the tool and sizes of a (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 so positioned in the measuring beam, that its beam path permanently, interrupted periodically, at predetermined times or at predetermined time intervals becomes.

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 is proportional to the speed of movement is relatively high, to the measurement error in detecting the moment of separation of tool and measuring beam due to the tool rotation to minimize. It is possible to do this Deviation in dependence the measuring speed for the measuring beam and the delay time to correct, based on the speed and the speed of movement of the tool results.

Des weiteren kann aus mehreren ermittelten Positionen des Werkzeuges dessen geometrische Form berechnet werden.Of Another may consist of several determined positions of the tool whose geometric shape is calculated.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, die zeigen:in the Following are embodiments of Invention described with reference to the accompanying figures, which demonstrate:

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

2 bis 5 schematische Darstellungen der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 2 to 5 schematic representations of the implementation of the method according to the invention.

Wie in 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 in 1 is sketched by means of a measuring device with a transmitter 10 and a receiver 12 the position of a total with 14 designated rotary drivable tool and in particular its processing area to be used 16 determined in a machine tool (not shown). The measuring device includes a light barrier with a measuring beam 18 which is a bundled beam light beam or a laser beam.

Der Bereich 16 des Werkzeuges 14 wird gemäß 2 in Richtung des dort dargestellten Pfeils zu dem Messstrahl 18 bewegt, bis dieser gemäß 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 according to 2 in the direction of the arrow shown there to the measuring beam 18 moved until this according to 3 through the area 16 is interrupted. Accordingly, by the receiver 12 a signal is output indicating the interruption of the measuring beam 18 indicates.

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 4 dargestellt, der Bewegungsrichtung gemäß 2 entgegengesetzt, d. h. in Richtung des in 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 the latest at this time will be the tool 14 rotated and from the measuring beam 18 Moves away, for example, with a predetermined, constant, the highest possible speed and / or a predetermined, constant, the lowest possible speed. This movement selected for the position determination can, as in 4 shown, the direction of movement according to 2 opposite, ie in the direction of in 4 shown arrow, or carried out in the opposite direction. This is where the tool becomes 14 so from the measuring beam 18 away moves that the measuring beam 18 relative to an area of the editing area 16 moves for a determination of the position of the tool 14 suitable is.

Wenn, wie in 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 in 5 represented, the tool 14 from the measuring beam 18 The time is essentially immediately after completion of the interruption of the measuring beam 18 through the editing area 16 , the receiver generates 12 a corresponding signal to which the axis positions of the machine tool are detected. In particular, the moment of separation of the tool 14 and the measuring beam 18 defined as the moment at which the measuring beam 18 the first time for a complete turn of the tool 14 is no longer interrupted.

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 time at which the axes positions of the machine tool are detected is delayed by a period of time from the duration of a complete revolution of a tool 14 and the speed of movement depends. This influence on the accuracy of the position determination for the tool 14 To compensate, is calculated from the speed and the speed of movement of the tool 14 a correction factor is calculated. Furthermore, the delay times caused by the individual components of the measuring device that arise during the processing of signals of the measuring device and that occur during the determination of the axis positions can be taken into account in the correction. In order to minimize the influence of the tool rotation and movement on the measurement result, a high speed compared to the movement speed is advantageous.

Claims (9)

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.Method for determining the position of a rotationally drivable tool, comprising the following steps: - positioning a rotary drivable tool ( 14 ) in the beam path of a measuring beam ( 18 ), - turning the tool ( 14 ), - selecting a direction of movement, - moving the tool ( 14 ) in the selected direction, from the measuring beam ( 18 ), to a measuring position where the tool ( 14 ) of the measuring beam ( 18 ), - detecting the measuring position for a position of the tool ( 14 ), where the measuring beam ( 18 ) at least one revolution of the tool ( 14 ) is not interrupted, and - determining the position of the tool ( 14 ) from the measuring position. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem das Werkzeug (14) so in dem Strahlengang des Messstrahles (18) positioniert wird, dass der Messstrahl (18) unterbrochen wird.Method according to claim 1, wherein the tool ( 14 ) so in the beam path of the measuring beam ( 18 ) is positioned so that the measuring beam ( 18 ) is interrupted. 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.Method according to Claim 1 or 2, in which the tool ( 14 ) in the beam path of the measuring beam ( 18 ) is positioned so that the measuring beam ( 18 ) of the rotating tool ( 14 ) is interrupted periodically. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Werkzeug (14) mit einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wird.Method according to one of Claims 1 to 3, in which the tool ( 14 ) is rotated at a predetermined speed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das werkzeug (14) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit bewegt wird.Method according to one of Claims 1 to 4, in which the tool ( 14 ) is moved at a predetermined speed. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Werkzeugposition in Abhängigkeit der Drehzahl und der Bewegungsgeschwindigkeit des Werkzeuges (14) ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 5, wherein the tool position in dependence of the speed and the speed of movement of the tool ( 14 ) is determined. 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.Method according to one of claims 1 to 6, wherein the movement of the tool ( 14 ) of the measuring beam ( 18 ) is terminated when reaching the measuring position. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem aus mehreren Messpositionen die geometrische Form des Werkzeuges (14) ermittelt wird.Method according to one of Claims 1 to 7, in which the geometric shape of the tool ( 14 ) is determined. Vorrichtung zur Positionsbestimmung eines drehantreibbaren Werkzeuges, mit: – einer Steuerung, und – einer optischen Messeinrichtung (10, 12), die einen Sender (10) zum Aussenden eines Messstrahles (18) und einen Empfänger (12) zum selektiven Empfangen des Messstrahles (18) aufweist dadurch gekennzeichnet, dass – die Steuerung zum Ausführen des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgelegt und programmiert ist.Device for determining the position of a rotationally drivable tool, comprising: - a controller, and - an optical measuring device ( 10 . 12 ), which has a transmitter ( 10 ) for emitting a measuring beam ( 18 ) and a receiver ( 12 ) for selectively receiving the measuring beam ( 18 ), characterized in that - the controller for executing the method according to any one of claims 1 to 8 is designed and programmed.
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