DE102004013361B4

DE102004013361B4 - Verfahren zur Messung der Temperatur an einem Werkstück

Info

Publication number: DE102004013361B4
Application number: DE102004013361A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Madlener; Wilfried Veil
Original assignee: Individual
Current assignee: M&H Inprocess Messtechnik GmbH
Priority date: 2004-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2006-11-09
Anticipated expiration: 2024-03-18
Also published as: DE102004013361A1

Abstract

Verfahren zur Messung der Temperatur an einem Werkstück mit einem Messtaster (1) für die Messung von geometrischen Messdaten von Werkstücken zum Anbringen an einer Werkzeugmaschine mit einem Tastelement (4) zum taktilen Anfahren, Schaltmittel zur Detektion der Auslenkung des Tastelements (4) sowie einer Elektronikeinheit zur Ausgabe eines Schaltsignals bei Betätigung der Schaltmittel, wobei am Tastelement (4) ein Sensor zur Messung der Temperatur an einem Werkstück (10) vorgesehen ist, und wobei die Elektronikeinheit eine Temperaturmessung nach Detektion einer Auslenkung des Tastelementes (4) startet, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (1) sowohl für die Bestimmung der Messkoordinaten als auch für die Ermittlung der Temperatur des Werkstücks (10) an einem Messpunkt verwendet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Temperatur an einem Werkstück.
Zur Vermessung von Werkstücken an Werkzeugmaschinen werden häufig taktil arbeitende Messtaster eingesetzt. Bei einer bekannten Ausführungsform wird das Werkstück oder der Messtaster mittels einer geeigneten Kinematik bewegt.
Dabei können Messdaten, z.B. über Funk an ein Empfangsteil übertragen werden, wobei sich die übertragenen Daten in der Werkzeugmaschine weiterverarbeiten lassen.
Zusätzlich zu den aufgenommen geometrischen Messdaten wird bei manchen Ausführungsvarianten die Temperatur der Werkstücke mit erfasst, um mögliche temperaturbedingte Fehlerquellen im Hinblick auf die Maßhaltigkeit berücksichtigen zu können.

Die aus dem Stand der Technik bekannte DE 40 39 336 A1 beschreibt ein Verfahren zur schnelleren Werkstück-Temperaturmessung auf Koordinatenmessgeräten, bei dem ein Koordinatormesstaster gegen einen Temperaturmesskopf zur Erfassung der Temperatur eines Werkstücks ausgetauscht wird. Aus der DE 83 16 062 U1 ist ein Messgerät in der Form eines Kalibers (Leere) mit einem in einem Tastbolzen eingebetteten Temperaturfühler bekannt. Die DE 198 20 307 C2 beschreibt eine berührungslose Temperaturerfassung an einer Mehrkoordinatenmess- und Prüfeinrichtung, bei der ein maschinengesteuertes Multisensortastsystem mit zwei voneinander unabhängig arbeitenden Tast- und Temperaturfühlern, verwendet wird.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung:

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde insbesondere im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen auf möglichst einfache Weise die Temperatur von Körpern, z.B. Werkstücken in den Werkzeugmaschinen erfassen zu können.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.

Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Messung der Temperatur an einem Werkstück mit einem Messtaster aus, der für die Messung von geometrischen Messdaten von Werkstücken zum Anbringen an einer Werkzeugmaschine ein Tastelement zum taktilen Anfahren, Schaltmittel zur Detektion der Auslenkung des Tastelements sowie eine Elektronikeinheit zur Ausgabe eines Schaltsignals bei Betätigung der Schaltmittel umfasst, wobei am Tastelement ein Sensor zu Messung der Temperatur an einem Werkstück vorgesehen ist, und wobei die Elektronikeinheit eine Temperaturmessung nach Detektion einer Auslenkung des Tastelementes startet. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass der Messtaster sowohl für die Bestimmung der Messkoordinaten als auch für die Ermittlung der Temperatur des Werkstücks an einem Messpunkt verwendet wird.

Dieser Vorgehensweise liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die Unterbringung eines Temperatursensors in einem Messtaster ein so ausgebildeter Messtaster grundsätzlich wie ein regulärer Messtaster eingesetzt werden kann, was eine vergleichsweise einfache Integration insbesondere in bekannte Arbeitsabläufe bei der Herstellung von Werkstücken auf Werkzeugmaschinen erlaubt. Denn der erfindungsgemäß ausgebildete Messtaster lässt sich wie ein herkömmlicher Messtaster handhaben, wodurch der "Hardware-Mehraufwand" mehr oder weniger vernachlässigt werden kann.

Eine Temperaturmessung an Werkstücken kann besonders vorteilhaft durchgeführt werden, wenn eine positionsgenaue Anfahrmöglichkeit über einen Messtaster, der bei Erreichen einer Messstelle ein Schaltsignal ausgibt, mit einer Temperaturmessung an dieser Stelle bzw. im Bereich dieser Stelle kombiniert wird.

Die Temperaturmessung lässt sich insbesondere mit hoher Präzision durchführen, wenn der Sensor am Tastelement des Messtasters angeordnet ist.

Denn dann ist die Lage des Sensors in Bezug auf eine gewünschte Messstelle an der Körperoberfläche eindeutig wenn der Kontakt des Tastelements mit der Messstelle erfolgt, welcher aufgrund der Auslenkung des Tastelements und der damit verbundenen Betätigung der Schaltmittel quittiert wird.

Vorzugsweise behält für eine Temperaturmessung der Messtaster dann genau diese Position.

Damit kann sowohl eine berührende Temperaturmessung am Körper z.B. über einen Messfühler in der Spitze des Tastelements als auch eine berührungslose Messung der Körpertemperatur über einen entsprechenden Sensor, z.B. einen Infrarotsensor im Tastelement vorgenommen werden.

Durch die exakte Positionierung des Sensors zum Werkstück findet der Messsensor, ob berührend oder berührungslos, immer reproduzierbare Messbedingungen in Bezug auf den zu messenden Körper vor.

In der Erfindung ist die Elektronikeinheit dazu ausgelegt, eine Temperaturmessung bei Detektion einer Auslenkung des Tastelements zu starten. Denn sobald eine Auslenkung des Tastelements detektiert wird, ist die gewünschte Messposition für die Temperaturerfassung erreicht.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Elektronikeinheit zur Übertragung der Temperaturdaten an eine Empfangsstation ausgelegt. Dies kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, z.B. mit Funkwellen, Infrarotlicht, induktiv, per Lichtleiter oder mit Kabel.

Außerdem ist es vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit zur Ausgabe eines Bereitschaftssignals ausgelegt ist, wenn der Messtaster zum Anfahren eines Messkörpers und/oder zur Temperaturmessung in Sollposition bereit ist. Z.B. wird ein Signal vom Messtaster ausgegeben, wenn die Messposition, die durch Auslösen der Schaltmittel festgestellt wird, erreicht ist. Durch diese Vorgehensweise wird eine effektive Kommunikation zwischen einem Messtaster und einem Empfangsteil gewährleistet, die eine sichere, fehlerfreie und zeiteffektive Temperaturmessung ermöglicht.

Beispielsweise werden vom Messtaster Positionsdaten nach Erreichen einer Sollposition an ein Empfangsteil zur Weiterverarbeitung dieser Daten gesendet.

Darüber hinaus ist es, wie oben beschrieben, auch vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit zur Ausgabe eines Bereitschaftssignals auch dann ausgestaltet ist, wenn der Messtaster grundsätzlich zum Anfahren eines Messkörpers bereit ist, z.B. nachdem der Messtaster durch eine Steuereinheit zur Vornahme einer Messung aktiviert wurde. Auch dies trägt zu einem reibungslosen, voll automatisierbaren Temperaturmessvorgang bei.

Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der Erfindung liegt darin, dass ein Empfangsteil mit einer Empfangseinheit für den Empfang von Daten von einem Messtaster so ausgebildet ist, dass die Empfangseinheit zum Empfang von Temperaturdaten eines Temperatursensors des Messtasters ausgebildet ist. Damit lassen sich empfangene Temperaturdaten an einer mit dem Empfangsteil in Verbindung stehenden Werkzeugmaschine weiterverarbeiten. Dies gilt insbesondere wenn das Empfangsteil zur Bereitstellung der Temperaturdaten in einem steuerungslesbaren Digitalcode ausgebildet ist.

Im Weiteren ist ein Messsystem für einen oben beschriebenen Messtaster bzw. ein oben beschriebenes Empfangsteil sowie eine Steuereinheit vorgesehen.

Für eine automatisierte Temperaturmessung ist es bevorzugt, wenn mittels der Steuereinheit der Messtaster aktivierbar ist.

Außerdem bevorzugt ist es für eine rationelle Temperaturmessung, dass über die Steuereinheit der Messtaster an dem zu messenden Körper fahrbar ist, wobei eine Temperaturmessung durch ein Schaltsignal des Messtasters eingeleitet wird.

Darüber hinaus ist es besonders günstig, wenn die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, den Messtaster von einer Messstelle zurückzuziehen, wenn das Empfangsteil von der aktuellen Messung Temperaturdaten vom Messtaster erhalten hat. Damit lässt sich der Temperaturmessvorgang in zeitlicher Hinsicht optimieren, was insbesondere von Vorteil ist, wenn mehrere Messstellen nacheinander zu messen sind oder die Temperaturmessung zwischen Bearbeitungs- bzw. Messvorgänge zur Dimensionsbestimmung eingeschoben ist.

Beim Verfahren zur Messung der Temperatur an einem Werkstück sind folgende weitere Schritte bevorzugt:

– Aktivierung des Messtasters,
– Verfahren des Messtasters nach Sendung eines Bereitschaftssignals des Messtasters an eine Messstelle und
– Starten der Temperaturmessung mit dem Messtaster, wenn der Messtaster die Messstelle erreicht hat, wobei der Kontakt des Messtasters mit der Messstelle durch ein Schaltsignal des Messtasters festgestellt wird sowie Übertragung der Temperaturdaten einer Messung vom Messtaster an das Empfangsteil.

Für einen reibungslosen zeiteffektiven Temperaturmessablauf ist es darüber hinaus bevorzugt, wenn der Messtaster von der Messstelle zurückgezogen wird, sobald die Übertragung von Temperaturdaten einer Messung an das Empfangsteil erfolgt ist.

Zeichnung:
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und nachstehend unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten näher erläutert.
Die Figur zeigt einen Messtaster in Bezug auf ein Werkstück sowie ein Empfangsteil jeweils in Seitenansicht.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels:
In der 1 ist ein Messtaster 1 mit einem zylindrischen Gehäuse 2, einem Aufnahmekegel 3 sowie einem Tastelement 4 mit Tastkopf 5 abgebildet. Der Messtaster 1 ist mit seinem Aufnahmekegel 3, in einen entsprechenden Hohlkegel eines in X-, Y- und Z-Richtung beweglichen Teils 6 einer Bearbeitungsmaschine eingefügt, schematisch dargestellt.
Das Tastelement 4 ist vorzugsweise taumelfähig gelagert und liegt in Ruhestellung normalerweise in der Achse des Messtasters 1.
Der Messtaster 1 verfügt über eine Sende- und Empfangseinrichtung (nicht dargestellt), die im Ausführungsbeispiel z.B. batteriegespeist ist und deren beispielhafte Sendeaktivität durch drei gezackte Pfeile 7 an der Figur symbolisiert ist.
Der Messtaster 1 kann mit einem Empfangsteil 8 kommunizieren.
Wie der Messtaster 1 verfügt das Empfangsteil 8 ebenfalls über eine Empfangs- und Sendeeinrichtung (nicht dargestellt), um Daten vom Messtaster empfangen und Signale an diesen übermitteln zu können.
Eine Messung kann wie folgt aussehen:
Wie in der Figur dargestellt, wurde der Messtaster 1 über den in X, Y und Z beweglichen Teil einer Bearbeitungsmaschine an einen Messort 9 eines Werkstücks 10 gefahren, so dass der Tastkopf 5 des Tastelements 4 an dieser Stelle mit dem Werkstück 10 in Kontakt kommt, wodurch das Tastelement 4 ausgelenkt wird. Die Auslenkung des Tastelements 4 kann über Schaltmittel (nicht dargestellt) im Messtaster 1 detektiert werden, wonach eine Elektronikeinheit (nicht dargestellt) des Messtasters 1 ein Schaltsignal ausgibt.
Das Schaltsignal wird auf das Empfangsteil 8 übertragen das gemäß dem Pfeil 11 eine Meldung an die Bearbeitungsmaschine ausgibt, die Achsen zur Positionierung des beweglichen Teils 6 zu stoppen, weil die Messposition erreicht ist.
Anschließend wird mit Messtaster 1 eine Temperaturmessung vorgenommen. Dazu ist beispielsweise im Tastkopf 5 des Tastelements 4 ein Messfühler (nicht dargestellt) integriert. Die Temperaturmessung kann vom Messtaster 1 messwert- oder zeitgesteuert vorgenommen werden. Beispielsweise läuft die Messung fünf Sekunden oder bis Messsignaländerungen einen bestimmten Betrag unterschreiten. Dann wird der letzte Messwert festgehalten und an das Empfangsteil 8 übertragen. Dieser kann dann gemäß dem schematisch dargestellten Pfeil 12 in Form eines Digitalcodes an die Bearbeitungsmaschine (nicht dargestellt) weitergeleitet werden.
Sobald das Empfangsteil 8 die Temperaturdaten vom Messtaster 1 erhalten hat, kann außerdem an die Bearbeitungsmaschine vom Empfangsteil 8 eine Meldung ausgegeben werden, den Messtaster zurückzuziehen, um diesen z.B. für eine weitere Messung bereit zu machen.
Sobald sich der Messtaster 1 vom Werkstück entfernt hat, kann die erneute Messbereitschaft des Messtasters 1 durch ein Signal an das Empfangsteil 8 gemeldet werden.
Sollte der Messtaster 1 nicht weiter benötigt werden, kann vom Empfangsteil 8 ein Signal an den Messtaster 1 gesendet werden, um diesen auszuschalten.
Wie ersichtlich ist, kann durch die Integration eines Temperatursensors in den Messtaster 1 auf vergleichsweise einfache Art eine vollautomatisierte Temperaturmessung entsprechend wie bei einer Dimensionsmessung durch einen herkömmlichen Messtaster erfolgen, was sich naturgemäß dann auch vergleichsweise leicht in einen Bearbeitungsprozess integrieren lässt.

1: Messtaster
2: Gehäuse
3: Aufnahmekegel
4: Tastelement
5: Tastkopf
6: Teil
7: Pfeil
8: Empfangsteil
9: Messort
10: Werkstück
11: Pfeil
12: Pfeil

Claims

Verfahren zur Messung der Temperatur an einem Werkstück mit einem Messtaster (1) für die Messung von geometrischen Messdaten von Werkstücken zum Anbringen an einer Werkzeugmaschine mit einem Tastelement (4) zum taktilen Anfahren, Schaltmittel zur Detektion der Auslenkung des Tastelements (4) sowie einer Elektronikeinheit zur Ausgabe eines Schaltsignals bei Betätigung der Schaltmittel, wobei am Tastelement (4) ein Sensor zur Messung der Temperatur an einem Werkstück (10) vorgesehen ist, und wobei die Elektronikeinheit eine Temperaturmessung nach Detektion einer Auslenkung des Tastelementes (4) startet, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (1) sowohl für die Bestimmung der Messkoordinaten als auch für die Ermittlung der Temperatur des Werkstücks (10) an einem Messpunkt verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Messtaster (1) von der Messstelle (9) zurückgezogen wird, sobald die Übertragung von Temperaturdaten einer Messung an ein Empfangsteil (8) erfolgt ist.