DE102004002103A1 - Measurement and adjusting unit for determining and varying the alignment of a tool, e.g. a drill bit used with a machine tool, whereby a computer is used to superimpose images recorded from different angles of the tool - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of technology
Die Erfindung betrifft ein Mess- und/oder Einstellgerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The The invention relates to a measuring and / or adjusting device according to The preamble of claim 1 and a method according to the preamble of claim 9.
Es
sind Verfahren zum Ermitteln von Wirkkonturen eines Werkzeugs bekannt,
bei denen mehrere, in verschiedenen Drehlagen aufgenommene Bilder
des in einer drehbaren Werkzeugaufnahme gehaltenen Werkzeugs überlagert
und/oder verglichen werden. Dabei können die Bilder additiv zu
einem Summenbild überlagert
werden oder zur Ermittlung eines Extremwerts abschnitts- oder pixelweise verglichen
werden, wobei der ermittelte Extremwert dann in ein Überlagerungsbild
eingetragen wird. Aus der
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung und ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen, die eine Kompensation eines durch einen Tau mel- oder Rundlauffehler bedingten Messfehlers erlaubt. Dabei werden Taumel- und Rundlauffehler durch eine Differenz zwischen einer Werkzeugachse und einer Drehachse erzeugt. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Of the Invention is in particular the object of a generic device and a generic method to compensate for a loss caused by a dew. or concentricity error caused by measurement error. It will be Tumbling and concentricity error due to a difference between a tool axis and a rotation axis generated. It is according to the invention by the features the independent one Claims solved. Further Embodiments emerge from the subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Die Erfindung geht insbesondere aus von einem Mess- und/oder Einstellgerät mit einer Recheneinheit, die dazu vorgesehen ist, zumindest zwei Bilder zu überlagern, die jeweils einer Drehlage eines drehbar befestigten Werkzeugs oder Werkstücks zugeordnet sind, und aus dem entstehenden Überlagerungsbild zumindest eine Information zu gewinnen.The In particular, the invention is based on a measuring and / or adjusting device with a Arithmetic unit, which is intended to overlay at least two images, each of a rotational position of a rotatably mounted tool or workpiece are assigned, and from the resulting overlay image at least to gain information.
Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, eine Werkzeugachse zu ermitteln. Dadurch kann vorteilhaft eine Differenz zwischen der ermittelten Werkzeugachse und einer feststehenden Drehachse, um die das Werkzeug mit seiner drehbaren Befestigung drehbar ist, ermittelt werden. Eine Taumelbewegung, die das Werkzeug durch die Differenz bei einer Drehbewegung ausführt, kann beim ermitteln der Information aus dem Überlagerungsbild vorteilhaft berücksichtigt werden. Wird beispielsweise aus dem Überlagerungsbild ein Radius des Werkzeugs abgelesen, können Taumel- und Rundlauffehler berücksichtigt werden und von einem aus dem Überlagerungsbild ermittelten Rohwert des Radius abgezogen werden. Zudem kann auch der Überlagerungsprozess als solcher vorteilhaft durch eine geeignete, von der Werkzeugachse und der Drehlage abhängige, zur Taumelbewegung komplementäre Transformation des der Drehlage zugeordneten Bilds bestimmt sein, so dass ein durch diese Taumelbewegung möglicher Fehler in der zu gewinnenden Information gleichfalls kompensierbar ist.It it is proposed that the computing unit be designed to to determine a tool axis. This can advantageously a difference between the determined tool axis and a fixed axis of rotation, around which the tool is rotatable with its rotatable attachment, be determined. A wobbling motion through the tool Difference in a rotational movement, when determining the Information from the overlay image considered advantageous become. For example, if the overlay image becomes a radius of the Tool read, can Tumbling and concentricity error considered and one from the overlay image deducted raw value of the radius deducted. In addition, too the overlay process as such advantageous by a suitable, from the tool axis and the rotational position dependent, complementary to the tumbling movement Be determined transformation of the rotational position associated image so that a possible by this wobbling error in the winning Information is also compensated.
Als Bild soll in diesem Zusammenhang eine Datenstruktur bezeichnet werden, die räumliche oder zweidimensionale Informationen über das Werkzeug oder Werkstück enthält. Besonders vorteilhaft sind solche Datenstrukturen, die dazu geeignet sind, eine zumindest zweidimensionale Darstellung des Werkzeugs oder Werkstücks auf einer Bildausgabeeinheit des Mess- und/oder Einstellgeräts zu codieren. Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Unter Überlagerung soll in diesem Zusammenhang auch ein rechnerischer, insbesondere pixelweiser Vergleich zweier Bilder verstanden werden, beispielsweise mit dem Ergebnis einer pixelweisen Extremwertfeststellung.When Image should be referred to in this context a data structure the spatial or contains two-dimensional information about the tool or workpiece. Especially advantageous are such data structures which are suitable an at least two-dimensional representation of the tool or workpiece to encode an image output unit of the measuring and / or setting device. Under "provided" should in this context also understood as "designed" and "equipped". Under overlay should in this context also a mathematical, in particular pixelwise comparison of two images are understood, for example with the result of a pixel-wise extreme value determination.
Ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, zumindest eine Bildtransformation abhängig von der ermittelten Werkzeugachse zu ermitteln, kann vorteilhaft erreicht werden, dass im Überlagerungsbild die ermittelten, in den Einzelbildern dargestellten oder darstellbaren Werkzeugachsen zur Überlagerung kommen und dass Forminformationen bezüglich eines fest bzw. drehbar mit der Werkzeugachse verbundenen Koordinatensystems graphisch darstellbar und rechnerisch ermittelbar sind. Als Bildtransformation soll in diesem Zusammenhang eine Abbildung eines Bildraums in sich selbst bezeichnet werden, wobei besonders vorteilhaft lineare Abbildungen, d.h. Drehungen, Translationen oder Kombinationen von beidem einsetzbar sind.is the arithmetic unit is provided for at least one image transformation dependent determined by the determined tool axis, can be advantageous be achieved in the overlay image the determined, shown in the individual images or representable Tool axes come to overlay and that shape information regarding a fixed or rotatable connected to the tool axis coordinate system graphically representable and computationally ascertainable. As image transformation should in this context be a picture of a pictorial space in itself themselves, with particularly advantageous linear images, i.e. Twists, translations or combinations of both can be used are.
Eine besonders rechenzeitsparende Überlagerung von Bildern kann erreicht werden, wenn die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, zumindest ein Bild um einen scheinbaren Winkel zwischen der Werkzeugachse und einer Drehachse zu drehen. Dabei soll als scheinbarer Winkel ein Winkel zwischen den Projektionen der Werkzeugachse und der Drehachse auf eine zweidimensionale Bildebene verstanden werden. Die Recheneinheit kann den scheinbaren Winkel für jede Drehlage aus dem der Drehlage zugeordneten Bild ermitteln oder aber besonders vorteilhaft in einem ersten Schritt Informationen über die relative räumliche Lage der Drehachse und der Werkzeugachse gewinnen und anschließend für jedes Bild den scheinbaren Winkel abhängig von der Drehlage berechnen. Abweichungen zwischen Drehachse und Werkzeugachse sind gemeinhin durch Verkippungen des Werkzeugs relativ zur Werkzeugaufnahme bedingt, so dass sich die Werkzeugachse und die Drehachse zumindest beinahe schneiden. Bei größeren Abständen zwischen Werkzeugachse und Drehachse ist ein Verfahren denkbar, in dem eine Bildtransformation sich aus einem ersten Transformationsschritt, in dem die Werkzeugachse und die Drehachse zum Schneiden gebracht werden, und aus einem zweiten Transformationsschritt, in dem die Werkzeugachse parallel zur Drehachse ausgerichtet wird, zusammensetzt. Zudem ist es denkbar, dass die Recheneinheit in einem Entzerrungsschritt perspektivische Verkürzungen und/oder optische Aberrationen einer Bildaufnahmevorrichtung des Mess- und/oder Einstellgeräts kompensiert.A particularly computing time-saving superimposition of images can be achieved if the arithmetic unit is intended to rotate at least one image by an apparent angle between the tool axis and a rotation axis. It should be understood as an apparent angle, an angle between the projections of the tool axis and the axis of rotation on a two-dimensional image plane. The arithmetic unit can determine the apparent angle for each rotational position from the image associated with the rotational position or, in a particularly advantageous manner, gain information about the relative spatial position of the rotational axis and the tool axis in a first step and then calculate the apparent angle depending on the rotational position for each image. Deviations between the axis of rotation and tool axis are commonly by Tilting of the tool relative to the tool holder conditionally, so that the tool axis and the axis of rotation at least almost intersect. For larger distances between the tool axis and the axis of rotation, a method is conceivable in which an image transformation is made up of a first transformation step in which the tool axis and the axis of rotation are cut, and a second transformation step in which the tool axis is aligned parallel to the axis of rotation composed. In addition, it is conceivable that the arithmetic unit compensates for perspective truncations and / or optical aberrations of an image recording device of the measuring and / or setting device in an equalization step.
Ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, zum Ermitteln der Information zumindest einen Abstand der Werkzeugkontur von einer Rohkontur zu bestimmen, kann bei Kenntnis der Werkzeu gachse erreicht werden, dass Taumelfehler einen Fehler bei der Messung des Abstands erzeugen.is the computing unit is provided for determining the information at least one distance of the tool contour from a rough contour to can be achieved with knowledge of the tool axes, that wobble errors generate an error in the measurement of the distance.
Ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, zumindest einen Punkt der Werkzeugachse aus jeweils einem Konturpunkt von zumindest drei Bildern zu ermitteln, die paarweise unterschiedlichen Drehlagen zugeordnet sind, kann der Punkt der Werkzeugachse besonders schnell und sicher ermittelt werden. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Recheneinheit zur Fehlerkontrolle weitere Punkte ermittelt. Besonders vorteilhaft können die Konturpunkte eine Werkzeugkontur in einem Bereich des Werkzeugs darstellen, der eine Rotationssymmetrie um die Werkzeugachse aufweist. Die Recheneinheit kann dann abhängig von drei senkrechten Abständen der Konturen zur Drehachse und den entsprechenden Drehlagen rechnerisch einen Kreis konstruieren, dessen Mittelpunkt ein Punkt der Werkzeugachse ist. Weist das Werkzeug oder Werkstück keinen Teilbereich mit Zylindersymmetrie auf, kann ein Punkt der Werkzeugachse mit der Kenntnis einer Form des Querschnitts ebenfalls aus drei Konturpunkten und den zugehörigen Drehwinkeln berechnet werden. Im Falle eines quadratischen Querschnitts können sich die Drehwinkel beispielsweise jeweils um 90° unterscheiden. Es sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Werkzeugachse mittelbar bestimmt wird. Beispielsweise kann ein Ring mit außen kreisförmigem Querschnitt über das Werkzeug gestülpt werden und dessen Achse vermessen werden, oder aber die Recheneinheit kann zum Ermitteln einer Achse eines Adapterstücks zwischen dem Werkzeug oder Werkstück und der Werkzeugaufnahme bestimmt sein, wobei die Achse des Adapterstücks zumindest im Wesentlichen mit der Werkzeugachse übereinstimmen kann.is the computing unit is provided to at least one point of the tool axis from one contour point each of at least three images, which are assigned in pairs different rotational positions, can the point of the tool axis determined particularly quickly and safely become. However, it is also conceivable that the arithmetic unit for error control determined further points. Particularly advantageous, the Contour points a tool contour in an area of the tool represent, which has a rotational symmetry about the tool axis. The arithmetic unit can then be dependent from three vertical distances the contours to the axis of rotation and the corresponding rotational positions mathematically construct a circle whose center is a point of the tool axis is. If the tool or workpiece does not have a partial area with cylindrical symmetry on, can be a point of the tool axis with the knowledge of a shape of the cross section also from three contour points and the associated rotation angles be calculated. In the case of a square cross-section can become The rotation angle, for example, each differ by 90 °. There are too Embodiments of the invention are conceivable in which the tool axis determined indirectly. For example, a ring with an outer circular cross-section over the Molded over and whose axis are measured, or the arithmetic unit can be used to determine an axis of an adapter piece between the tool or workpiece and the tool holder may be determined, wherein the axis of the adapter piece at least can essentially match the tool axis.
Stellen die zumindest zwei Bilder jeweils zumindest einen Teilbereich einer Kontur des Werkzeugs dar, kann erreicht werden, dass die zur Ermittlung einer Wirkinformation des Werkzeugs notwendigen Bildinformationen in einer vorteilhaft kleinen Datenmenge enthalten sind. Zudem ist ein Vergleich bzw. eine Überlagerung von reinen Konturen in einer kürzeren Rechenzeit realisierbar als ein Vergleich eines vollständigen zweidimensionalen Bilds.Put the at least two images each at least a portion of a Contour of the tool can be achieved, that for the determination an action information of the tool necessary image information are contained in an advantageously small amount of data. In addition is a comparison or an overlay from pure contours to a shorter one Computing time feasible as a comparison of a complete two-dimensional Image.
Ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, wenigstens in einem Teilbereich die Bilder abhängig von einer Schärfeinformation gewichtet zu überlagern, kann vorteilhaft vermieden werden, dass außerhalb einer Schärfeebene der Bilderfassungseinrichtung liegende Konturen ein Messergebnis verfälschen. Es kann vorteilhaft eine Information über dreidimensionale Verhältnisse aus einem zweidimensionalen Bild ermittelbar sein. Dabei kann die Gewichtung kontinuierlich variieren oder aber als Ausschlusskriterium für einzelne Bildpunkte formuliert sein.is the arithmetic unit provided, at least in a subarea the pictures are dependent from a sharpening information weighted to superimpose, can Advantageously, be avoided that outside a focal plane the imaging device lying contours a measurement result distort. It may be advantageous information about three-dimensional conditions be determined from a two-dimensional image. It can the Weighting vary continuously or as an exclusion criterion for individual Be formulated pixels.
Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Gewinnen zumindest einer Information eines Werkzeugs oder Werkstücks, wobei zumindest zwei Bilder, die jeweils einer Drehlage des drehbar befestigten Werkzeugs oder Werkstücks zugeordnet sind, überlagert werden.Further The invention is based on a method for winning at least information of a tool or workpiece, wherein at least two images, each of a rotational position of the rotatably mounted tool or workpiece are assigned superimposed become.
Es wird vorgeschlagen, dass eine Werkzeugachse ermittelt wird. Dadurch kann vorteilhaft der Einfluss einer Taumelbewegung des Werkzeugs auf die Information berücksichtigt werden.It It is proposed that a tool axis is determined. Thereby can advantageously the influence of a wobbling motion of the tool takes the information into account become.
Besonders vorteilhaft hinsichtlich einer präzisen und taumelunabhängigen Überlagerung ist dabei ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei dem zumindest ein Bild vor der Überlagerung abhängig von der ermittelten Werkzeugachse transformiert wird.Especially advantageous in terms of a precise and tumble-independent overlay is an inventive method, in which at least one image before the overlay depends on the determined tool axis is transformed.
Zeichnungdrawing
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.Further Advantages are shown in the following description of the drawing. In the drawing are exemplary embodiments represented the invention. The drawing, the description and the claims contain numerous features in combination. The specialist will the features also expediently individually consider and summarize to meaningful further combinations.
Es zeigen:It demonstrate:
Beschreibung des Ausführungsbeispielsdescription of the embodiment
Das
Mess- und Einstellgerät
verfügt über eine
Kamera
Das
Programm ermittelt in einem ersten Verfahrensschritt eine Lage der
Werkzeugachse
Der
Nullpunkt der x-Messungen wird stets auf die Drehachse
y1 = (x3 – x2)/√
wie sich leicht aus
den Additionstheoremen der Winkelfunktionen ableiten lässt. Schließlich wird
der Radius R des Krei ses, der durch die Punkte P1 – P3 gelegt werden kann aus R2 =
x1 2 + x2 2 berechnet. Bei vorgegebener Drehlage ϕ kann
dann ein Punkt PW der Werkzeugachse
y 1 = (x 3 - x 2 ) / √
as can easily be deduced from the addition theorems of the trigonometric functions. Finally, the radius R of the circle which can be laid through the points P 1 -P 3 is calculated from R 2 = x 1 2 + x 2 2 . For a given rotational position φ can then be a point P W the tool axis
Analog
zum oben beschriebenen Verfahren wird ein weiterer Punkt der Werkzeugachse
Es
sind auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen Punkte
der Drehachse
In
einem zweiten Verfahren zur rechnerischen Ermittelung eines Punkts
der Werkzeugachse
Hinsichtlich
einer Fehlerreduktion kann es sinnvoll sein, mehr als drei Punkte
des Kreises
Anschließend nimmt
das Mess- und Einstellgerät
eine Vielzahl von Bildern
- 1010
- Recheneinheitcomputer unit
- 1212
- Bildimage
- 1414
- KonturbildSilhouette
- 1616
- WerkzeugTool
- 1818
- ÜberlagerungsbildOverlay image
- 2020
- Werkzeugachsetool axis
- 2222
- Drehachseaxis of rotation
- 2424
- Werkzeugkonturtool contour
- 2626
- Rohkonturrough contour
- 2828
- Werkzeugfutterchuck
- 3030
- Kameracamera
- 3232
- Schlittencarriage
- 3434
- Handgriffhandle
- 3636
- BildausgabeeinheitImage output unit
- 3838
- Speichereinheitstorage unit
- 4040
- Lagerungseinheitstorage unit
- 4242
- Kreiscircle
- 4444
- Adapterteiladapter part
- 4646
- Schmutzdirt
- 4848
- Kreiscircle
- ϕφ
- Drehlagerotational position
- xx
- x-Wertx value
- RR
- Radiusradius
- rr
- Radiusradius
- PP
- PunktPoint
- χχ
- Winkelangle
- δzAz
- Differenzdifference
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102004002103A DE102004002103A1 (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | Measurement and adjusting unit for determining and varying the alignment of a tool, e.g. a drill bit used with a machine tool, whereby a computer is used to superimpose images recorded from different angles of the tool |
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Publications (1)
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DE102004002103A1 true DE102004002103A1 (en) | 2005-08-18 |
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ID=34800779
Family Applications (1)
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DE102004002103A Withdrawn DE102004002103A1 (en) | 2004-01-14 | 2004-01-14 | Measurement and adjusting unit for determining and varying the alignment of a tool, e.g. a drill bit used with a machine tool, whereby a computer is used to superimpose images recorded from different angles of the tool |
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-
2004
- 2004-01-14 DE DE102004002103A patent/DE102004002103A1/en not_active Withdrawn
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