DE10153581A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Wirkkontur von Rotationswerkzeugen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Wirkkontur eines Rotationswerkzeuges, insbesondere eines Maschinenwerkzeuges in einem Einstellgerät, durch Projektion der Werkzeugkontur auf eine Hintergrundfläche, wobei das Werkzeug um seine Achse gedreht und dabei die Grenzlinie des auf die Hintergrundfläche projizierten Schattens vermessen wird. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung der Wirkkontur eines Rotationswerkzeuges, insbesondere eines Maschinenwerkzeuges in einem Einstellgerät, mit einer Lichtquelle und einer Beleuchtungsoptik und mit einer Projektionsfläche im Abstand zur Beleuchtungsoptik, so daß ein in einer Werkzeugaufnahme drehbar eingespanntes Werkzeug zwischen Beleuchtungsoptik und Projektionsfläche angeordnet werden kann, wobei ein Schattenbild des Werkzeuges auf der Projektionsfläche erzeugt wird und wobei eine Detektions- und Meßeinrichtung für die Erfassung mindestens einiger Punkte der Schattengrenzlinie des Werkzeuges auf der Projektionsfläche vorgesehen ist. Um eine erhebliche Beschleunigung und Vereinfachung ohne Verlust der Genauigkeit des Meßverfahrens zu erzielen, wird hinsichtlich des Verfahrens vorgeschlagen, daß bei einer kleinen Anzahl vorgebbarer Punkte entlang der Werkzeugachse die zugehörigen Maximalauslenkungen der Schattengrenzlinie bezüglich der Werkzeugachse erfaßt und gespeichert werden, wobei die Kontur im übrigen durch Interpolation zwischen den gemessenen Punkten ...

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Wirkkontur eines Rotationswerkzeuges, insbesondere eines Maschinenwerkzeuges in einem Einstellgerät, durch Projektion des Werkzeuges auf eine Hintergrundfläche bzw. Projektionsfläche, wobei das Werkzeug um seine Achse gedreht und die Schattengrenzlinie des auf die Hintergrundfläche projizierten Schattens vermessen wird.
• Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch eine entsprechende Vorrichtung zur Ermittlung der Wirkkontur eines Rotationswerkzeuges, insbesondere eines Maschinenwerkzeuges in einem Einstellgerät, mit einer Lichtquelle und einer Beleuchtungsoptik und mit einer Projektionsfläche im Abstand zur Beleuchtungsoptik, so daß das in einer Werkzeugaufnahme drehbar eingespannte Werkzeug zwischen der Beleuchtungsoptik und der Projektionsfläche angeordnet werden kann und ein Schattenbild auf der Projektionsfläche erzeugt, wobei eine Detektions- und Meßeinrichtung für die Erfassung der Schattengrenzlinie vorgesehen ist.
• Ein entsprechendes Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 44 31 059 bekannt. Bei der bekannten Vorrichtung wird der gesamte Schattenriß des Werkzeuges auf eine Projektionsfläche projiziert und durch langsames Drehen des Werkzeuges wird ein vollständiger Konturlinienabschnitt des Werkzeuges durch Speichern der Position der Grenzlinie zwischen Licht und Schatten erfaßt, indem alle Meßkurven überlagert werden, um daraus eine Hüllkurve zu erzeugen. Die Umrißkontur des Werkzeuges wird dabei quasi kontinuierlich entsprechend der Auflösung einer entsprechenden Meßvorrichtung ermittelt, d. h. als eine kontinuierliche Folge von Punkten entlang der Umrißlinie entsprechend der erreichbaren Bildauflösung. Konkret wird für die Bildaufnahme eine Videokamera verwendet. Die Geometriedaten des erfaßten Konturlinienabschnittes werden gespeichert.
• Das Ermitteln der vollständigen Hüllkurven ist relativ zeitaufwendig und erfordert auch sehr viel Speicherplatz. Zur Ermittlung der Vielzahl von Einzelwerten, welche die Hüllkurve bestimmen, muß das Werkzeug langsam um mehr als 180° oder auch um mehr als 360° gedreht werden, wobei in jeder Drehposition, die nur schrittweise um sehr kleine Winkel verändert werden darf, jeweils sämtliche Punkte der Hüllkurve bzw. eines Hüllkurvenabschnittes ermittelt und mit den Punkten der vorangehenden Hüllkurve verglichen werden, um zu jeder axialen Position den maximalen Auslenkungswert der Schattengrenzlinie zu erfassen.
• Demgegenüber strebt die vorliegende Erfindung eine erhebliche Beschleunigung und Vereinfachung ohne Verlust der Genauigkeit des Meßverfahrens an.
• Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß nur zu wenigen vorgebbaren Punkten entlang der Werkzeugachse die zugehörigen Scharfstellpunkte der Schattengrenzlinie erfaßt und gespeichert werden, wobei die Kontur im übrigen durch Interpolation zwischen diesen Meßpunkten und/oder durch Extrapolation über die axial jeweils extrem liegenden Meßpunkte hinaus ermittelt wird. Unter "Scharfstellpunkten" der Schattengrenzlinie versteht man dabei diejenigen Punkte der Schattengrenzlinie, die sich ergeben, wenn der zugehörige Schneidkantenabschnitt des Werkzeuges in einer die Werkzeugachse enthaltenden Ebene liegt, die sich senkrecht zu der optischen Achse des Systems, das heißt senkrecht zu der Projektionsrichtung, erstreckt. Traditionell wurde in entsprechenden Einstellgeräten eine Optik verwendet, die immer so eingestellt wurde, daß eine Ebene maximaler Schärfe genau diese die Werkzeugachse enthaltende Ebene senkrecht zu der Verbindungslinie Projektionsfläche- Werkzeugachse war. Dies bedeutete umgekehrt, daß die Schattengrenzlinie nur für diejenigen Schatten werfenden Schneidkantenpunkte scharf war, die tatsächlich in dieser Ebene lagen. Zwar wird zumindest in der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein größerer Schärfentiefenbereich erreicht als bei herkömmlichen Einstellsystemen, jedoch soll für einen besseren Vergleich die dort übliche Nomenklatur verwendet werden, so daß der Begriff "Scharfstellpunkt" auch hier die Einstellung des Werkzeuges in der Weise bezeichnet, daß der konkret für die Messung verwendete Schattengrenzlinienpunkt von einem Punkt der Schneidkante des Werkzeuges erzeugt wird, welcher in der "Scharfstellebene" liegt, das heißt einer Ebene senkrecht zur Projektionsrichtung, welche die Achse des Werkzeuges enthält.
• Statt mehrerer hundert oder mehrerer tausend Meßpunkte, wie im Fall der Erfassung einer vollständigen Hüllkurve bzw. eines vollständigen Hüllkurvenabschnittes werden also nur z. B. zehn oder auch weniger Meßpunkte erfaßt, wobei die Minimalzahl der zu erfassenden Meßpunkte zwei beträgt und für die meisten Anwendungen eine Maximalzahl von drei Meßpunkten ausreichend ist. Diese minimalen Zahlen von zwei oder drei Meßpunkten sind deshalb auch besonders bevorzugt. Zwei Meßpunkte definieren jeweils eine Gerade, so daß durch die Anpassung an eine Gerade die Kontur eines z. B. zylindrischen oder konischen Werkzeugs exakt erfaßt werden kann. Hieraus wiederum ergibt sich auch die an einem mit dem betreffenden Werkzeug bearbeiteten Werkstück erzeugte Wirkkontur, wodurch etwaige Toleranzfehler der zentrischen, axialen Einspannung automatisch berücksichtigt werden. Manche Werkzeuge bzw. Werkzeugschneiden haben allerdings auch einen gekrümmten Verlauf, so daß in diesem Fall mindestens drei Meßpunkte verwendet werden sollten, um z. B. einen Kreis oder eine andere mathematische Funktion zweiter Ordnung an die drei entsprechenden Meßpunkte anzupassen.
• Hinsichtlich der entsprechenden Vorrichtung wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Erfassungs- und Auswertevorrichtung vorgesehen ist, durch welche die Werkzeugkontur bzw. deren Schattengrenzlinie nur an wenigen axialen Positionen erfaßt wird, wobei die Berechnungseinrichtung dafür ausgelegt ist, daß sie daraus automatisch unter Zugrundelegung einer entsprechenden mathematischen Funktion eine passende Werkzeug- und Arbeitskontur zwischen den Meßpunkten und auch über die Meßpunkte hinaus berechnet.
• Als Projektionsfläche dient zweckmäßigerweise z. B. eine lichtempfindliche Sensorfläche, z. B. eines CCD-Chips bzw. die Oberfläche einer entsprechenden Optik, die das Schattenbild bzw. die Schattengrenzlinie auf eine solche Chipfläche abbildet. Die Beleuchtungsoptik besteht vorzugsweise aus einem Kollimator und einer Leuchtdiode, die im Bereich des Brennpunktes des Kollimators angeordnet ist.
• Durch die Anordnung einer punktförmigen Lichtquelle, wie z. B. der erwähnten Leuchtdiode im Brennpunkt eines Kollimators oder allgemeiner einer Sammellinsenoptik, die im einfachsten Fall eine einfache Sammellinse ist, verlaufen die von der Beleuchtungsoptik ausgehenden, das Werkzeug als Projektion abbildenden Lichtstrahlen im wesentlichen parallel (telezentrisch).
• Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Projektionsfläche durch die Frontfläche einer telezentrischen Optik gebildet wird, durch welche das auf die Frontfläche der telezentrischen Optik projizierte Schattenbild auf eine sekundäre Projektionsfläche, insbesondere eine lichtempfindliche Halbleiterfläche, abgebildet wird. Eine solche Abbildung des projizierten Schattens ist vor allem bei der Verwendung von lichtempfindlichen Halbleiterchips zweckmäßig, da diese Chips üblicherweise eine relativ kleine Fläche haben und bei direkter Projektion sehr nahe beieinander liegende Punkte einer Schattengrenzlinie erfassen könnte. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht weiterhin die telezentrische Optik einfach aus einer Sammellinse, insbesondere einer achromatischen Sammellinse, und einer hinter der Sammellinse in deren Brennpunkt angeordneten Blende. Die Blende kann je nach der Güte der Sammellinse auf einen sehr kleinen Blendendurchmesser eingestellt werden. Hierdurch werden alle nicht parallel auf die Sammellinse auftreffenden Lichtstrahlen durch die Blende abgefangen, während nur die parallel auftreffenden Lichtstrahlen durch die Blende hindurch und auf die lichtempfindliche Fläche eines hinter der Blende angeordneten Halbleiterchips auftreffen. Da es im vorliegenden Fall nicht darum geht, komplette Bilder zu speichern, sondern lediglich einzelne Punkte einer Schattengrenzlinie erfaßt werden müssen, sind für die telezentrische Optik keine aufwendigen optischen Linsensysteme erforderlich, sondern die erfindungsgemäße Kombination aus Achromat und Blende im Brennpunkt des Achromaten reicht vollständig aus, um eine für den vorgesehenen Zweck nahezu ideale telezentrische Optik zu erhalten.
• Wenn in einer gegebenen Einstellung das Schattenbild eines Werkzeuges nicht vollständig erfaßt werden kann und es beispielsweise darum geht, neben der Winkelneigung der Wirkkontur auch deren absolute Lage relativ zur Achse des Werkzeuges genau zu bestimmen, so kann anstelle des zu vermessenden Werkzeuges auch ein sogenanntes "Dummy-Werkzeug" eingesetzt werden, welches bekannte Abmessungen hat, so daß daraus auch die Absolutwerte des Achsabstandes einzelner Punkte der Wirkkontur berechnet werden können.
• Bevorzugt ist eine Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Lichtquelle eine Leuchtdiode ist und bei welcher außerdem vor einer Kameraoptik bzw. vor einem entsprechenden lichtempfindlichen Chip ein Filter angeordnet ist, welcher im wesentlichen nur für die Wellenlänge des von der Leuchtdiode emittierten Lichtes durchlässig ist, während alle übrigen Wellenlängen absorbiert oder reflektiert werden. Hierdurch werden durch Streulicht hervorgerufene Unschärfen in der Grenzlinie des Schattens vermieden.
• Besonders bevorzugt ist dabei die Verwendung einer blauen Leuchtdiode und entsprechender Filter bzw. einer lichtempfindlichen Sensorfläche, die im wesentlichen nur auf blaues oder kürzerwelliges Licht empfindlich ist. Durch die Verwendung möglichst kurzwelligen Lichtes, wie z. B. des blauen Lichtes (auch Ultraviolettbeleuchtungen und entsprechende Sensoren könnten gegebenenfalls verwendet werden), werden Beugungseffekte an der Oberfläche des Werkzeuges minimal gemacht.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform und der dazugehörigen Figuren. Es zeigen:
• Fig. 1 die erfindungsgemäße Meßvorrichtung mit einem auf einem Monitor dargestellten Abbild eines Schattenbildes des vermessenen Werkzeuges,
• Fig. 2 die Seitenansicht eines zu vermessenden Werkzeuges,
• Fig. 3 eine Ansicht des Schattenbildes, welches durch ein Werkzeug gemäß Fig. 2 typischerweise erzeugt wird mit einer Darstellung der Meßpositionen und Meßpunkte, und
• Fig. 4 eine schematische Darstellung der Beleuchtungs- und Meßoptik.
• Man erkennt in Fig. 1 ein insgesamt mit 1 bezeichnetes Einstellgerät und eine insgesamt mit 17 bezeichnete Auswerteeinheit. Ein Werkzeug 10 ist in der Werkzeugaufnahme 11 mit einer für Werkzeugmaschinen gängigen Steilkegelaufnahme 12 eingesetzt. Mit Hilfe einer einfachen manuellen Kurbel 13 kann das Werkzeug um die Achse 16 gedreht werden. Dabei muß die Achse 16 nicht zwingend exakt mit der Werkzeugachse 16 zusammenfallen, da auch leichte Toleranzabweichungen des Steilkegels und der Steilkegelaufnahme 12 die Werkzeugachse gegenüber der tatsächlichen Rotationsachse leicht verkippen oder leicht versetzen können. Dies bedeutet konkret, daß sich die Wirkkontur nicht einfach aus den Geometriedaten des Werkzeuges selbst ergibt, sondern erst aus den kombinierten Geometriedaten des Werkzeuges und der Werkzeugaufnahme bzw. des Steilkegels 12. Der aktive und interessierende Abschnitt des Werkzeuges 10 wird durch eine Lichtquelle und eine Beleuchtungsoptik beleuchtet und auf das Objektiv einer Videokamera 15 projiziert. Im konkreten Fall, das heißt in der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, besteht das Objektiv der Videokamera einfach aus einer achromatischen Sammellinse, in deren Brennebene eine Blende mit einer kleinen zentralen Öffnung angeordnet ist, welche nur parallel zur optischen Achse der Sammellinse auf diese auftreffendes Licht hindurchläßt, welches dann auf eine hinter der Blende angeordnete, lichtempfindliche Chipfläche projiziert wird. Das durch den Chip in der Videokamera 15 erzeugte Bild wird über eine Leitung 18 zur Auswertung in einen Rechner 17 gegeben, dort verarbeitet und auf einen Bildschirm 26 dargestellt.
• Der Benutzer kann mit Hilfe eines Eingabegerätes, wie z. B. einer Maus oder mit Hilfe von Cursortasten eine axiale Position festlegen, in welcher ein Meßpunkt ermittelt werden soll. Die axiale Position ist einfach eine Position entlang der horizontalen Richtung des Bildschirmes 26, wobei es auf die vertikale Position bzw. Richtung zunächst nicht ankommt. Wenn die axiale Position ausgewählt und eingegeben ist, wird das Werkzeug gedreht und es werden in der ausgewählten axialen Position entlang der entsprechenden vertikalen Linie die radialen (hier vertikalen) Positionen der die vertikale Linie jeweils kreuzenden Schattenlinie während der Drehung erfaßt. Dabei kommt es nicht darauf an, daß zu einem ausgewählten axialen Punkt ein Punkt der Schattengrenzlinie ausgewählt wird, der exakt dieselbe axiale Position wie der ausgewählte Punkt hat. Es muß lediglich die axiale Position des ausgewählten Punktes erfaßt werden und die ausgewählten Punkte sollten keinen zu kleinen axialen Abstand haben, weil die Genauigkeit der Messung mit zunehmendem axialem Abstand der Meßpunkte wächst. Allerdings ist es generell zweckmäßig, daß zu einem im Schattenbereich angewählten Meßpunkt, dessen axiale Position bekannt ist, die Schattengrenzlinie entweder entlang der vertikalen oder entlang der achsparallelen Position gesucht wird, weil auf diese Weise eine der Koordinaten des Punktes der Schattengrenzlinie jeweils mit einer der beiden entsprechenden, orthogonalen Koordinaten des angewählten Punktes übereinstimmt.
• Wenn die Wirkkontur eines gekrümmten Schneidkantenverlaufes erfaßt werden soll, so ist es beispielsweise zweckmäßig, zwei Punkte etwas entfernt von der Achse auszuwählen, wobei das System zweckmäßigerweise die zugehörigen Punkte auf der Schattengrenzlinie in (in Fig. 3) vertikaler Richtung sucht, wohingegen ein dritter Punkt in der Nähe der Achse des Werkzeuges ausgewählt werden kann und der zugehörige Punkt der Schattengrenzlinie dann auf der zu dem angewählten Punkt achsparallelen Linie gesucht wird. In einem Fall liefert der ausgewählte Punkt die axiale Position der Meßpunkte und im anderen Fall die radiale Position der Meßpunkte.
• Die während der anschließenden Drehung des Werkzeuges erfaßten Maximalwerte bzw. Scharfstellpunkte werden von der Videokamera erfaßt und in einem Rechner gespeichert. Wenn die Scharfstellpunkte sowohl in der Auslenkung nach oben als auch nach unten erfaßt werden, so liegt die Position der Achse genau in der Mitte zwischen diesen beiden Extrempositionen. Das gleiche wird anschließend für einen weiteren, z. B. weiter rechts liegenden Punkt 27 wiederholt, wie es beispielhaft in Fig. 3 dargestellt ist. Während die erste Messung an der axialen Position 22 den Meßwert des Punktes 24 ergab, ergibt eine Messung am axialen Punkt 27 einen Meßwert bei 29, der sich selbstverständlich nur bei entsprechender Drehung in nur einer Position des Werkzeuges als Punkt der Schattengrenzlinie erkennen läßt.
• Wenn der Benutzer über entsprechende Eingabehilfen dem Rechner 17 mitteilt, daß auf der Basis der gemessenen Punkte 24 und 29 einfach eine Gerade berechnet werden soll, so berechnet das System automatisch Konturlinie 30. Die relative Lage dieser Konturlinie 30 zu der Werkzeugaufnahme bzw. der tatsächlichen Rotationsachse 16 des Werkzeuges ist dann hinreichend genau bekannt, um die Wirkkontur des Werkzeuges damit genau vorausberechnen zu können.
• Zweckmäßigerweise werden im Fall einer Messung einfach zwei oder auch mehr axiale Punkte entsprechend den Punkten 22 und 27 festgelegt und die Erfassung der jeweiligen maximalen Auslenkungswerte analog zu den Punkten 24 und 29 wird dann je nach aktueller Drehposition zu allen axialen Positionen ermittelt. Die Kontur des Werkzeuges wird dann durch Interpolation zwischen allen Meßpunkten bzw. durch Extrapolation auch über die axial am weitesten innen oder am weitesten außen liegenden Punkte hinaus berechnet.
• Zur Kalibrierung kann z. B. ein Werkzeug gewählt werden, das nur einen einfachen, konischen Umfang hat.
• Die von der Videokamera 15 umgesetzten elektronischen Signale 18 werden im Rechner 17 so verarbeitet, daß anhand der Helligkeitsunterschiede die Werkzeugkante ermittelt werden kann.
• Das von der Videokamera aufgenommene Schattenbild des Werkzeuges 10 wird ferner auf einem Bildschirm 26 abgebildet, so daß der Bediener des Einstellgerätes mit Hilfe eines Eingabegerätes (z. B. Maus) in der Lage ist, einen Cursor auf dem Bildschirm zu bewegen. Zu Beginn des Verfahrens "Werkzeug-Wirkabmessungen" z. B. zur Ermittlung des Kegelwinkels 20 eines gewendelten Gesenk-Fräsers 21 wird mit dem Eingabegerät der Startpunkt 22 der ersten orthogonalen Verbindungslinie 28 auf dem Bildschirm 26 im Schattenbild 23 des Werkzeuges markiert. Die Betätigung des Eingabegerätes in Richtung Werkzeugkontur veranlaßt den Rechner, ausgehend vom Startpunkt orthogonal eine Linie bis zum Bildschirmrand 25 darzustellen. Durch weiteres Betätigen des Eingabegerätes signalisiert der Bediener dem Rechner, daß er mit der Ausrichtung der Verbindungslinie 28 einverstanden ist. Anschließendes Drehen des Werkzeuges in der Werkzeugaufnahme bewirkt, daß der Rechner automatisch den Scharfstellpunkt 24 auf der vorgegebenen Verbindungslinie 28 ermittelt und darstellt. Dieser Scharfstellpunkt 24 des Werkzeuges wird im Rechner zur Weiterverarbeitung gespeichert. Zur Ermittlung weiterer Scharfstellpunkte der Werkzeugschneide muß dieses Verfahren wiederholt angewandt werden.
• Der Ablauf zur Ermittlung mehrerer Scharfstellpunkte kann dadurch beschleunigt werden, daß mit dem Eingabegerät von Anfang an gleich beide (oder mehrere) Verbindungslinien 28 an der Werkzeugkontur generiert werden. In diesem Fall werden dann vom Rechner gleich beide Scharfstellpunkte 24 und 29 an der Werkzeugkontur berechnet und eine Gerade 30 durch diese beiden Punkte für den Bediener sichtbar am Bildschirm dargestellt. Ferner berechnet der Rechner automatisch alle die für diese Gerade 30 wichtigen Parameter, wie z. B. den Kegelwinkel 20 der Wirkkontur der Werkzeugschneide.
• Im Falle, daß für die Werkzeug-Wirkabmessungen der Schneidradius relevant ist, wird das oben beschriebene Verfahren für mindestens 3 orthogonale Verbindungslinien an der Werkzeugkontur durchgeführt. In diesem Fall berechnet der Rechner den Radius und die Mittelpunktkoordinate der Wirkkontur der Werkzeugschneide. Alle errechneten Parameter können am Bildschirm angezeigt werden.
• Die wendelförmig ausgeführte Kontur des Gesenk-Fräsers 21 zeigt sich im Schattenbild mit unterschiedlichen Konturen in Abhängigkeit von der Drehstellung des Werkzeuges. Die für die Messung des Werkzeuges relevante Wirkkontur läßt sich durch eine Einzelmessung nicht eindeutig ermitteln. Die kombinierte Verarbeitung automatisch ermittelter Scharfstellpunkte an der Werkzeugschneide und deren geometrischer Zusammenhang ergibt die eindeutige Bearbeitungskontur, die das Werkzeug im Werkstück hinterläßt.
• Diese Geometriedaten werden auf dem Bildschirm dargestellt und zur Weiterverarbeitung bereitgestellt.
• In Fig. 4 erkennt man den typischen Strahlengang bei einer Messung gemäß der vorliegenden Erfindung. Im rechten Teil erkennt man die Beleuchtungsoptik und auf der linken Seite eine Videokamera. Dazwischen befindet sich das mit seiner Schneidkante scharfgestellte Werkzeug 10, welches hier lediglich durch einen Pfeil repräsentiert wird, der die Position der Werkzeugkante kennzeichnet. Eingezeichnet ist außerdem durch eine gestrichelte Linie der Pfad eines Lichtstrahles, welcher soeben die Werkzeugkante passiert und auf einem CCD-Chip 31 einer Videokamera abgebildet wird und damit gerade auch einen Punkt unmittelbar an der Schattengrenzlinie markiert. Wie man erkennt, ist eine praktisch punktförmige Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode 35 im Brennpunkt einer Sammellinse 34 vorgesehen, was dazu führt, daß sämtliche von der punktförmigen Lichtquelle ausgehenden Strahlen praktisch parallel zu der optischen Achse der Linse 34 verlaufen. Die Kamera besteht ihrerseits im wesentlichen auch nur aus einer (vorzugsweise achromatischen) Sammellinse 33, die so ausgerichtet ist, daß ihre optische Achse mit der optischen Achse der Beleuchtungsoptik bzw. der Sammellinse 34 zusammenfällt. Im Brennpunkt der Linse 33 ist wiederum eine Blende 32 mit einer kleinen Blendenöffnung angeordnet, so daß die Blende 32 sämtliche Lichtstrahlen ausblendet, die nicht im wesentlichen parallel zur optischen Achse auf die Oberfläche der Linse 33 auftreffen. Sämtliches Stör- und Streulicht, welches nicht parallel zur optischen Achse auf die Linse 33 auftrifft, hat daher keinen Einfluß auf die konkrete Abbildung auf dem CCD-Chip 31. Damit ist praktisch sichergestellt, daß nur das durch die Sammellinse 34 parallelisierte Licht der Leuchtdiode 35 für die Abbildung und die Erzeugung der Schattengrenzlinie auf dem CCD-Chip 31 verwendet wird.

Claims (18)

1. Verfahren zur Ermittlung der Wirkkontur eines Rotationswerkzeuges, insbesondere eines Maschinenwerkzeuges in einem Einstellgerät, durch Projektion der Werkzeugkontur auf eine Hintergrundfläche, wobei das Werkzeug um seine Achse gedreht und dabei die Grenzlinie des auf die Hintergrundfläche projizierten Schattens vermessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer kleinen Anzahl vorgebbarer Punkte entlang der Werkzeugachse die zugehörigen Maximalauslenkungen der Schattengrenzlinie bezüglich der Werkzeugachse erfaßt und gespeichert werden, wobei die Kontur im übrigen durch Interpolation zwischen den gemessenen Punkten und/oder Extrapolation über die axial am weitesten innen bzw. außen gelegenen Meßpunkte hinaus ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meßwerte zu höchstens 10, vorzugsweise zu höchstens 5 verschiedenen axialen Positionen ermittelt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur unter Anpassung der Koeffizienten einer vorgebbaren mathematischen Funktion aus höchstens 2 oder 3 Meßwerten ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur mindestens abschnittsweise durch eine Gerade oder einen Kreis festgelegt wird, welche jeweils so bestimmt werden, daß sie durch die vorgegebenen zwei oder drei Meßpunkte verlaufen.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur in einem in etwa parallelen Strahlengang auf die Hintergrundfläche projiziert wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche durch eine lichtempfindliche Sensorfläche bzw. eine Kameraoptik gebildet wird, welche die Schattenprojektion des Werkzeuges auf die lichtempfindliche Sensorfläche projiziert.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu einer vorgegebenen axialen Position die Maximalwerte der beiden gegenüberliegenden Schattengrenzlinien des Werkzeuges ermittelt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine automatische Steuerung der Werkzeugrotation und Maximalwerterfassung sowie eine automatische Berechnung der Konturlinie aus den gemessenen Werten erfolgt.

9. Vorrichtung zur Ermittlung der Wirkkontur eines Rotationswerkzeuges, insbesondere eines Maschinenwerkzeuges in einem Einstellgerät, mit einer Lichtquelle und einer Beleuchtungsoptik und mit einer Projektionsfläche im Abstand zur Beleuchtungsoptik, so daß ein in einer Werkzeugaufnahme drehbar eingespanntes Werkzeug zwischen Beleuchtungsoptik und Projektionsfläche angeordnet werden kann, wobei ein Schattenbild des Werkzeuges auf der Projektionsfläche erzeugt wird und wobei eine Detektions- und Meßeinrichtung für die Erfassung mindestens einiger Punkte der Schattengrenzlinie des Werkzeuges auf der Projektionsfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Erfassungs- und Auswertevorrichtung vorgesehen ist, durch welche die Wirkkontur des Werkzeuges als durch eine kleine Anzahl von Meßwerten, vorzugsweise mindestens 2 und höchstens 10 vorgegebene Meßwerte, bestimmte mathematische Funktion berechnet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche durch eine telezentrische Optik definiert wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die telezentrische Optik im wesentlichen durch eine Sammellinse und eine im Bereich des Brennpunktes der Sammellinse angeordnete Blende besteht, wobei hinter der Blende vorzugsweise eine lichtempfindliche Halbleiterfläche für die Erfassung der Schattengrenzlinie vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Beleuchtungseinrichtung vorgesehen ist, welche im wesentlichen parallele Lichtstrahlen erzeugt und welche im wesentlichen aus einer im Brennpunkt einer Sammellinse angeordneten, punktförmigen Lichtquelle besteht.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kommunikationseinrichtung vorgesehen ist, durch welche ein Benutzer die axiale Position von Meßwerten und/oder einen an die Meßwerte anzupassenden Funktionstyp vorgeben kann.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsfläche das Objektiv einer Videokamera ist, welche die Schattengrenzlinie des Werkzeuges auf eine lichtempfindliche Halbleiterfläche abbildet.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kalibrierung ein Dummy-Werkzeug mit exakt bekannter Werkzeugkontur vorgesehen ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquelle eine Leuchtdiode vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß vor der lichtempfindlichen Sensorfläche ein Filter vorgesehen ist, der im wesentlichen nur Licht mit der Wellenlänge der Leuchtdiode passieren läßt.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Leuchtdiode blaues Licht imitiert und daß die Sensorfläche vornehmlich auf blaues Licht empfindlich ist oder hinter einem für längerwelliges Licht undurchlässigen Filter angeordnet ist.