DE102005026375A1

DE102005026375A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Positions-und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug

Info

Publication number: DE102005026375A1
Application number: DE102005026375A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Madlener; Wilfried Veil
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-06-07
Filing date: 2005-06-07
Publication date: 2006-12-21

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug (5) mit einem lichtempfindlichen Messsensor und einer auf den Messsensor gerichteten Lichtquelle (4) vorgeschlagen. Erfindungsgemäß umfasst der Messsensor einen Pixelsensor (2) mit mehreren insbesondere einer Vielzahl von lichtempfindlichen Bildpunkten. Außerdem wird ein Verfahren zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 14.

In der deutschen Patentschrift DE 42 38 504 C2 ist ein Verfahren zum Vermessen eines Werkzeuges in einer Spindel einer Werkzeugmaschine offenbart, bei der das Werkzeug durch relatives Verfahren zwischen einem die Spindel aufnehmenden Spindelstock und einem Werkstücktisch zugestellt wird, wobei die relative Lage des Spindelstocks zu einem Referenzpunkt mittels eines Wegmesssystems bestimmt wird, das Werkzeug in Richtung einer seiner Koordinaten Z einer im Wesentlichen quer zu der Koordinate Z verlaufenden optischen Messebene mit zugeordnetem optischen Messsystem und dünnem Laserstrahl zugestellt wird. Das Messsystem gibt ein Messsignal aus, anhand dessen bestimmt wird, ob das Werkzeug in die Messebene eintaucht. Bei Eintauchen des Werkzeuges in die Messebene wird die momentane relative Lage des Spindelstockes als Lagemesswert gemessen. Aus dem Lagemesswert sowie aus der relativen Lage der Messebene zu dem Referenzpunkt werden die Abmaße des Werkzeugs in der Koordinate berechnet. Dieses Verfahren wird auch bei sich drehendem Werkzeug in einer quer zur Längsrichtung Z des Werkzeugs verlaufenden Koordinate Y durchgeführt, um im Betrieb zusätzlich Rundheit und Durchmesser des Werkzeugs zu bestimmen.

Bei diesem Verfahren wird ein Lagemesswert dann bestimmt, wenn das Werkzeug in den dünnen Laserstrahl während eines Zustellbewegung eintaucht. Die Messwerterzeugung erfolgt sozusagen dynamisch, was bei nicht hochkonstanter Eintauchgeschwindigkeit oder sich verändernden Signallaufzeiten zu Ungenauigkeiten führen kann.

Aufgabe und Vorteile der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren der einleitend bezeichneten Art bereitzustellen, mit welchem sich eine Positions- und/oder Dimensionsbestimmung eines Werkzeugs, das in einer Werkzeugmaschine, insbesondere in einer Spindel einer Werkzeugmaschine angeordnet ist, vergleichsweise genauer ausführen lässt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 14 gelöst.

In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Zunächst geht die Erfindung von einer Vorrichtung zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug mit einem lichtempfindlichen Messsensor und einer auf den Messsensor gerichteten Lichtquelle aus. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass der Messsensor einen Pixelsensor mit mehreren, insbesondere einer Vielzahl von lichtempfindlichen Bildpunkten, z.B. ein CCD-Zeilensensor umfasst. Durch diese Vorgehensweise kann zumindest pixelgenau eine Positionierung eines Gegenstandes vor dem Pixelsensor durch entsprechende Abschattung einer auf den Pixelsensor gerichteten Lichtquelle erfasst werden. Bei entsprechend kleinen Bildpunkten in der Größenordnung von wenigen μm lässt sich somit die Position eines Werkzeugs auf wenige μm bestimmen.

Ein bekannter Ablauf zur Bestimmung der Werkzeuglänge und/oder des Radius eines an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeugs sieht wie folgt aus:
Ein Werkzeug bekannter Länge und/oder mit bekanntem Radius wird auf ein schaltendes Element eines Messmittels zu bewegt, bis dieses ein Signal an die Werkzeugmaschinensteuerung abgibt. Die Werkzeugmaschinensteuerung speichert, ausgelöst durch dieses Signal, den aktuellen Achswert der bewegten Achse. Alternativ kann das Rücksetzen des Signals bei einer Bewegungsrichtungsumkehr für die Achswertspeicherung verwendet werden. Beispielsweise wird dann das Schließen einer Lichtschranke bei zuvor unterbrochener Lichtschranke für die Signalerzeugung herangezogen.

Anschließend wird mit einem Werkzeug unbekannter Länge und/oder unbekanntem Radius der schaltende Teil des Messmittels angefahren. Aus der Differenz des genannten Achswertes zum Achswert der zuvor gemachten Kalibrierungsfahrt kann die Werkzeugmaschinensteuerung die unterschiedlichen Werkzeuglängen und/oder Radien bestimmen. Auch hier kann alternativ das Rücksetzen eines Signal bei einer Bewegungsumkehr zur Achswertspeicherung verwendet werden.

Diese Vorgehensweise hat zunächst den Nachteil, dass die Signalerzeugung im Messmittel während der Bewegung der Achse erfolgt. Eine Erfassung, Übertragung und die Verarbeitung des Signals benötigt Zeit, weshalb eine hoch konstante Geschwindigkeit der bewegten Achse notwendig ist, um die Erfassung von unterschiedlichen Achswerten bei ein und demselben Werkzeug zu vermeiden.

Ein weiterer Nachteil liegt darin, dass die Erfassung, Übertragung und die Verarbeitung eines Messsignals Zeit benötigt, weshalb eine geringe Geschwindigkeit der bewegten Achse notwendig ist, um hierdurch nicht unterschiedliche Achswerte aufgrund von nicht gleich schnell verarbeiteten Signalen bei ein und demselben Werkzeug zu erhalten.

Bei der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann im Stillstand des Werkzeugs die Messung durchgeführt werden.

Auf den Pixelsensor ist beispielsweise ein Lichtband einer Lichtquelle mit zumindest annähernd parallelem Licht in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Lichtbands betrachtet gerichtet.

Die Vorrichtung ist weiterhin bevorzugt dazu ausgelegt, die Positionierung eines Werkstücks in Bezug zum Pixelsensor, insbesondere an den Rand des Pixelsensors oder eines darin vorgegebenen Gebiets vorzunehmen. Wenn der Positionierungsvorgang abgeschlossen ist, wird der entsprechende Achswert im Stillstand der Achse bestimmt und z.B. an die Werkzeugmaschinensteuerung übertragen. Die zeitliche Messkomponente entfällt somit vollständig.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, in einem iterativen Verfahren die Position und/oder Dimension von Werkzeugen zu bestimmen.

Vorzugsweise wird die Positionierung eines Werkstücks zum Pixelsensor, insbesondere an den Rand des Pixelsensors oder eines darin vorgegebenen Gebiets durch mehrere Bewegungsschritte in einem iterativen Verfahren vorgenommen, bei welchem die Positionierungsschritte immer kleiner werden.

Hierdurch lässt sich eine Position zum Pixelsensor mit einer Genauigkeit, die mit der kleiner werdenden Schrittgröße zunimmt, vergleichsweise exakt anfahren.

In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu vorgesehen, an einer Werkzeugmaschine einen Achswert als einen Endwert zu Positions- und/oder Dimensionsbestimmung des Werkzeugs bei feststehender Achse festzuhalten, wenn ein vorgegebenes Messsignal vom Messsensor vorliegt. Als vorgegebenes Messsignal kann bei der Auswertung des Pixelsensors z. B. ein Schwellwert dienen, unter oder über welchem ein Pixel oder der Mittelwert mehrerer Pixel liegen muss. Bspw. kann bei x Graustufen ein Wert von x/2 als Schwellwert definiert werden. Selbstverständlich lässt sich jeder andere beliebige Schwellwert einstellen. Es lassen sich Schwellwerte definieren, unter welchen ein oder mehrere Bildpunkte als nicht abgedunkelt bewertet werden. Genau so lassen sich Schwellwerte definieren, über welchen zumindest ein oder mehrere Bildpunkte als abgedunkelt zu betrachten sind. Dabei kann nur ein Punkt ausgewertet werden oder bei einer Auswertung werden mehrere Bildpunkte betrachtet.

Eine deutliche Erhöhung der Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbunden mit einer höheren Genauigkeit der Messung lässt sich dadurch erreichen, dass die Vorrichtung ausgelegt ist, in einer Auswerteposition einer Achse zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung Pixelsensorsignale mehrfach auszulesen und die mehreren Signale zur Erzeugung eines Entscheidungssignals für eine Bewertung im Hinblick auf einen Endwert einem Mittelwertalgorithmus zu unterziehen.

Für die Mittelwertbildung gibt es viele Möglichkeiten, bspw. einen arithmetischen oder einen quadratischen Mittelwert. Bei der Mittelwertbildung kann auch der kleinste und größte Wert unberücksichtigt bleiben. Gegebenenfalls ist die Zahl der Messläufe der Mehrfachauslesung von einem Benutzer vorgebbar.

Durch die Mittelwertbildung lässt sich jedenfalls die Zuverlässigkeit der Vorrichtung deutlich erhöhen.

In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, an einer Werkzeugmaschine einen Achswert als Endwert zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung des Werkstücks festzuhalten, wenn in einem letzten Iterationsschritt ein Messsignal vom Pixelsensor vorliegt, das widerspiegelt, dass die Bildpunkte des Pixelsensors zumindest annähernd gerade nicht abgedunkelt sind.

Iterativ wird somit der Zustand des Pixelsensors gesucht, bei welchem von diesem gerade keine Abschattung durch das Werkzeug detektiert wird. Nach Einnahme dieses Zustands kann der Achswert als Endwert bei stehender Werkzeugmaschinenachse und damit ohne die Ungenauigkeitsprobleme einer dynamischen Messung bestimmt werden.

Der inverse Fall lässt sich ebenso realisieren. Hierbei ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, an der Werkzeugmaschine einen Achswert als Endwert zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung des Werkzeugs festzuhalten, wenn in einem letzten Iterationsschritt ein Messsignal vom Pixelsensor vorliegt, das widerspiegelt, dass wenigstens ein Bildpunkt des Pixelsensors zumindest annähernd gerade vollständig abgedunkelt ist.

Mit Hilfe des Pixelsensors lässt sich auch eine absolute Dimensionsmessung am eingespannten Werkzeug vornehmen, indem in vorteilhafter Weise erfasst wird, wie viele Bildpunkte abgedunkelt sind. Dadurch lässt sich eine Genauigkeit bei der Dimensionsbestimmung erzielen, die zumindest besser als zwei Bildpunktgrößen ist.

Die Genauigkeit lässt sich weiter steigern, indem teilweise abgedunkelte Bildpunkte ausgewertet werden.

In einer außerdem bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dazu ausgebildet, die Auswertung des Pixelsensors in Form von Zahlenwerten an eine Maschinensteuerung weiterzuleiten. Dadurch wird die Kommunikation zwischen Vorrichtung und Maschinensteuerung vereinfacht.

Um zu verhindern, dass am Werkstück zeitweise anhaftende Partikel, z.B. Späne oder Kühlschmiermitteltropfen das Messergebnis beeinflussen, wird überdies vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Weiterverarbeitung von Pixelsensorsignalen nur dann vornimmt, wenn die Pixelsensorsignale für einen vorgegebenen Zeitraum konstant bleiben.

Zur Bestimmung des größten Durchmessers, z.B. eines im Bearbeitungsabschnitt kugeligen Werkzeugs, wird überdies vorgeschlagen, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, bei einem Zeilenpixelsensor oder einem in einem Pixelsensor vorgegebenen zeilenförmigen Gebiet, eine Dimensionsbestimmung, z.B. eines Durchmessers an einem Werkzeug durch Vermessung des Werkzeugs in mehreren Ebenen vorzunehmen. Damit ist es möglich, den Maximalwert aufzufinden.

Bei einem Verfahren zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug liegt der wesentliche Aspekt darin, dass die Dimension und/oder Position des Werkzeugs durch iterative Bewegungsschritte in Bezug auf einen Pixelsensor mit mehreren Bildpunkte ermittelt wird.

Beispielsweise wird wie oben bereits angesprochen, eine Achsposition an der Werkzeugmaschine, z.B. in Bezug auf den Rand des Pixelsensors oder eines darin vorgegebenen Gebiets schrittweise angefahren, um dann bei stehender Linearachse den entsprechenden Achswert als Endwert aufzunehmen. Als Entscheidungskriterium wird ein vorgegebenes Messsignal des Pixelsensors herangezogen.

Um die Genauigkeit des Verfahrens zu steigern, ist es bevorzugt den Pixelsensor mehrfach auszulesen und hieraus ein Entscheidungssignal bzw. einen Entscheidungswert für eine Bewertung im Hinblick auf einen Endwert durch eine Mittelwertbildung zu erzeugen.

Eine Achswertaufnahme kann bei rotierendem oder nicht rotierendem Werkzeug erfolgen. Bei rotierendem Werkzeug lassen sich bei der Werkzeugvermessung Effekte durch Unsymmetrien oder zeitweise anhaftende Partikel oder Tropfen vergleichsweise gut ausschließen, wenn diese durch die Rotation des Werkzeugs sich nach kurzer Zeit aufgrund der Fliehkräfte von diesem trennen.

Eine Steuerung des erfindungsgemäßen Messablaufs kann durch eine separate Vorrichtung, aber bevorzugt durch entsprechende Software, die auf der Werkzeugmaschine implementiert ist, erfolgen.

Zeichnungen
Die Erfindung ist nachfolgend unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
1a bis 1f in schematischer Seitenansicht die iterative Annäherung eines Werkzeugs an einen Zeilen-CCD-Sensor,
2 in einer entsprechenden Seitenansicht die Situation der Messung bei einem Absolutmessverfahren,
3 in einer schematischen Draufsicht eine auf eine CCD-Zeile gerichtete Lichtquelle mit dazwischen liegendem Messobjekt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei der in 3 dargestellten Messvorrichtung 1 ist ein CCD-Zeilen-Sensor 2 in einem vorgegebenen Abstand 3 einer Lichtquelle 4 gegenübergestellt. Wird, wie in 3 dargestellt, zwischen dem CCD-Zeilen-Sensor 2 und der Lichtquelle 3 ein Messobjekt, z.B. ein Werkzeug 5 rotierend oder nicht rotierend positioniert, so entsteht auf der CCD-Zeile ein Schattenbild 6 des Werkzeugs 5. Dieses Schattenbild 6 bewirkt eine vollständige oder teilweise Abdunklung von Bildpunkten (siehe 1a bis 1f) auf der CCD-Zeile, die sich auswerten lässt, um ein Signal oder einen Datenwert an eine Werkzeugmaschine (nicht dargestellt) abzugeben. Dabei ist eine Messgenauigkeit realisierbar, die kleiner als eine Pixelgröße ist, indem bekannte Auswertealgorithmen eingesetzt werden.
Zur Beleuchtung eines Messobjekts 5 ist eine Hintergrundbeleuchtung zu bevorzugen. Diese Art der Beleuchtung eignet sich besonders zur Messung von Form, Größe und Position von auch "dünnen" Messobjekten. Für eine entsprechende Messgenauigkeit ist es dabei bevorzugt, wenn die Hintergrundbeleuchtung 4 eine "parallele" Lichtzeile aussendet, also nicht punktförmig ist. Denn auf der CCD-Zeile 2 wird der Schatten des Messobjekts 5 abgebildet. Würde das Licht von einem Punkt ausstrahlen, entstünde ein Winkelfehler durch schrägen Schattenwurf. Die Genauigkeit der Messvorrichtung wird durch die Teilung von Bildpunkten 7 (vgl. insbesondere 2) bestimmt. Bei z.B. einer Bildpunkt- bzw. Pixelgröße von μm, ist eine Messung zumindest so genau wie die Pixelgröße.
Um höhere Genauigkeiten zu erreichen, gibt es mehrere Möglichkeiten.
Beispielsweise kann über eine Messoptik das Messobjekt 5 vergrößert werden. Z.B. wird das Messobjekt 5 in einem bestimmten Maßstab auf den CCD-Zeilen-Sensor abgebildet, z.B. 7fach vergrößert, womit die Messung 7mal so genau ist.
Außerdem kann eine mehrstufige Auswertung eines einzelnen Pixels 7 (siehe insbesondere 2) erfolgen. Bei CCD-Sensoren lassen sich die Pixel nicht nur im Hinblick auf zwei Zustände "hell" und "dunkel" auswerten, sondern es können auch Zwischenstufen erkannt werden. Über den Grad der Abdunklung eines Pixels kann auf die anteilsmäßige Überdeckung durch ein Messobjekt 5 geschlossen werden.
In 2 ist der Bildpunkt 7 nicht überdeckt, ein Bildpunkt 7a ist teilweise vom Messobjekt 5, z.B. einem Kugelfräser überdeckt und der Bildpunkt 7b ist vollständig überdeckt.
Für eine Erfassung von absoluten Dimensionen, z.B. eines Durchmessers, eines Werkzeugs kann die Messung wie folgt ablaufen:
Zunächst erfolgt ein Kalibrierungsmessgang, bei welchem ein Kalibrierzylinder (nicht dargestellt) mit bekanntem Durchmesser so ins Blickfeld des CCD-Zeilen-Sensors 2 positioniert wird, dass genau die Stelle, an der der Durchmesser ermittelt werden soll, ein Schattenbild 6 auf den CCD-Zeilen-Sensor geworfen wird.
Dabei sollten sich beide Kanten des Zylinders im Bereich des CCD-Zeilen-Sensors befinden, so dass die Größe des Schattenbildes 6 den Durchmesser des Kalibrierzylinders entspricht. Durch z.B. eine softwareseitige Auswertung der Schattenkanten nach bekannten Verfahren kann vergleichsweise genau der Durchmesser des Kalibrierzylinders ermittelt werden. Der Messwert wird als Kalibrierfaktor, z.B. Bildpunktgröße mal abgedunkelte Bildpunkte 7b entsprechend dem Durchmesser, in z.B. Millimeter, in der Messvorrichtung hinterlegt.
Bei einem Werkzeug 5 unbekannter Länge und unbekanntem Durchmesser wird das Werkzeug 5 ebenfalls so ins "Blickfeld" des CCD-Zeilen-Sensors positioniert, dass genau die Stelle, an der ein Durchmesser ermittelt werden soll, ein Schattenbild 6 auf den CCD-Zeilen-Sensor geworfen wird. Wie beim Kalibrierungsvorgang sollten sich beide Kanten des Werkzeugs 5 im Bereich des Zeilensensors befinden, so dass die Größe des Schattens dem Durchmesser des Werkzeugs 5 entspricht. Durch eine softwareseitige Auswertung der Schattenkanten kann die Anzahl der abgedunkelten Bildpunkte 7b erfasst werden. Diese Pixelzahl wird mit dem in der Messvorrichtung hinterlegten Kalibrierfaktor aus der Kalibriermessung verrechnet und lässt sich als absoluter Durchmesserzahlenwert z.B. an die Werkzeugmaschinensteuerung übergeben.
Der Vorgang der Durchmesserbestimmung erfolgt vorzugsweise bei sich drehendem Werkzeug, um Unsymmetrien in der Werkzeuggeometrie nicht falsch zu erfassen.
Insgesamt hat die Art der Messwertbestimmung mehrere Vorteile. An die Werkzeugmaschinensteuerung erfolgt eine Messwertausgabe bei, beispielsweise abgesehen auf die Rotation, stehender Achse. Dadurch kann keine Ungenauigkeit durch unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeiten entstehen.
Dies hat den weiteren Vorteil, dass auch keine Ungenauigkeiten durch unterschiedliche Signalverarbeitungszeiten auftreten können.
Eine Kalibrierung findet außerdem vorzugsweise nicht durch die Werkzeugmaschine statt, sondern in der Messvorrichtung selbst, in welcher sich ein Kalibrierfaktor hinterlegen lässt.
Außerdem ist eine Verweildauer zur Auswertung des Schattenbildes frei wählbar. Damit lassen sich Ungenauigkeiten durch zeitweise anhaftende Verunreinigungen am Werkzeug vermeiden. Um wie in 2 dargestellt, bei einem kugeligen Werkzeug den größten Durchmesser zu erfassen, kann eine Messung, sozusagen iterativ, in mehreren Ebenen erfolgen, um daraus den größten Durchmesser auszuwählen.
Der eigentliche iterative Messvorgang bei insbesondere einer Längenbestimmung kann wie folgt aussehen:
In einem Kalibriervorgang wird bei einem Werkzeug mit bekannter Einspannlänge zunächst geprüft, ob sich das Werkzeug im Sichtfeld des CCD-Zeilen-Sensors 2 befindet (1a) oder nicht (1b). Bei sich außerhalb der CCD-Zeile 2 sich befindendem Werkzeug 5 (1b) wird das Werkzeug 5 wieder an die CCD-Zeile 2 herangefahren. Der Vorgang wird mit kleiner werdenden Iterationsschritten so lange wiederholt, bis das Werkzeug 5 (siehe 1f) vergleichsweise exakt an den Rand des CCD-Zeilen-Sensors 2 herangefahren ist. Dabei wird der CCD-Zeilen-Sensor nach jeder Abschattung ausgewertet und bei Abschattung ein entsprechendes Signal an die Werkzeugmaschinensteuerung ausgegeben. Die Werkzeugmaschinensteuerung speichert, ausgelöst durch dieses Signal den aktuellen Achswert. Das aktuelle Signal bestimmt den folgenden Verfahrschritt in die entsprechende Verfahrrichtung. Ist ein Signal vorhanden, erfolgt eine Richtungsumkehr. Ist kein Signal vorhanden, wird eine Weiterbewegung auf den CCD-Zeilen-Sensor zu vorgenommen.
Der Achswert der Kalibrierung wird durch die Verwendung des Achswertes des letzten Schrittes des Iterationsverfahrens bestimmt. Dabei lässt sich der letzte Schritt so bestimmen, dass die Pixel des CCD-Zeilen-Sensors 2 gerade nicht abgeschattet sind. Ebenso ist eine inverse Auswertung möglich, bei welcher der letzte Schritt so erfasst wird, dass die CCD-Zeile 2 wenigstens einen Bildpunkt aufweist, der vollständig abgeschattet ist.
Nach einem solchen Kalibriervorgang kann die Messung eines Werkzeugs mit unbekannter Einspannlänge erfolgen. Eine Achswertbestimmung erfolgt entsprechend wie beim Kalibriervorgang. Aus der Differenz des Achswertes zum Achswert der Kalibierung kann die Einspannlänge des Werkzeugs ermittelt werden.
Entsprechend wie bei der Absolutmessung liegen auch hier die Vorteile darin, dass keine Ungenauigkeiten durch unterschiedliche Verfahrgeschwindigkeiten entstehen können, da eine Messwertübertragung bei stehender Achse (ausgenommen einer möglichen Rotation) erfolgt. Dadurch können auch keine Fehler durch unterschiedliche Signalverarbeitungszeiten auftreten.
Die Genauigkeit des Messverfahrens ist durch den letzten Iterationsschritt und die Pixelgröße bestimmt. Die gewünschte Genauigkeit lässt sich somit insbesondere durch die Größe des letzten Interationsschrittes auswählen. Die Verweildauer zur Auswertung des Schattenbildes ist frei vorgebbar, wodurch sich Fehlmessungen durch Tropfen, Staub oder Späne vermeiden lassen.

1: Messvorrichtung
2: CCD-Zeilen-Sensor
3: Abstand
4: Lichtquelle
5: Werkzeug
6: Schattenbild
7: Bildpunkt
7a: Bildpunkt
7b: Bildpunkt

Claims

Vorrichtung zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug (5) mit einem lichtempfindlichen Messsensor und einer auf den Messsensor gerichteten Lichtquelle (4), dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor einen Pixelsensor (2) mit mehreren, insbesondere einer Vielzahl von lichtempfindlichen Bildpunkten (7, 7a, 7b) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) dazu ausgebildet ist, ein Lichtband mit zumindest annähernd parallelem Licht in einer Richtung senkrecht zur Ebene des Lichtbands betrachtet auf den Pixelsensor (2) zu richten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgelegt ist, die Positionierung eines Werkstücks (5) in Bezug zum Pixelsensor, insbesondere an einen Rand des Pixelsensors (2) oder eines darin vorgegebenen Gebiets vorzunehmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, in einem iterativen Verfahren die Position und/oder Dimension von Werkzeugen zu bestimmen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zur Positionierung eines Werkstücks (5) in Bezug zum Pixelsensor, insbesondere an den Rand des Pixelsensors (2) oder eines darin vorgegebenen Gebiets durch mehrere Bewegungsschritte in einem iterativen Verfahren ausgelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim interativen Verfahren eine Position zum Pixelsensor durch immer kleiner werdende Positionierungsschritte annäherbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu vorgesehen ist, an einer Werkzeugmaschine einen Achswert als einen Endwert zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung des Werkzeugs (5) bei feststehender Achse festzuhalten, wenn ein vorgegebenes Messsignal vom Pixelsensor vorliegt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgebildet ist, in einer Auswerteposition einer Achse zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung Pixelsensorsignale mehrfach auszulesen und auf die mehreren Signale zur Erzeugung eines Entscheidungssignals einen Mittelwertalgorithmus anzuwenden.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, an einer Werkzeugmaschine einen Achswert als Endwert zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung des Werkzeugs (5) festzuhalten, wenn in einem letzten Iterationsschritt ein Messsignal vom Pixelsensor (2) vorliegt, das widerspiegelt, dass die Bildpunkte (7, 7a, 7b) des Pixelsensors zumindest annähernd gerade nicht abgedunkelt sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, an einer Werkzeugmaschine einen Achswert als Endwert zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung des Werkzeugs festzuhalten, wenn in einem letzten Iterationsschritt ein Messsignal vom Pixelsensor (2) vorliegt, das widerspiegelt, dass wenigstens ein Bildpunkt (7b) des Pixelsensors zumindest annähernd gerade vollständig abgedunkelt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimension eines Werkstücks durch Erfassung von abgedunkelten Bildpunkten (7b) bestimmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dimension eines Werkstücks durch Erfassen von abgedunkelten und teilweise nicht abgedunkelten Bildpunkten (7a) ermittelbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, die Auswertung des Pixelsensors (2) in Form von Zahlenwerten an eine Maschinensteuerung weiterzuleiten.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, eine Weiterverarbeitung von Pixelsensorsignalen nur dann vorzunehmen, wenn die Pixelsensorsignale für eine vorgegebene Zeitdauer konstant sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgebildet ist, bei einem Zeilen-Pixel-Sensor (2) oder einem in einem Pixelsensor vorgegebenen zeilenförmigen Gebiet eine Dimensionsbestimmung, z.B. eines Durchmessers, an einem Werkzeug durch Vermessung des Werkzeugs in mehreren Ebenen vorzunehmen.
Verfahren zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung von einem an einer Werkzeugmaschine angeordneten Werkzeug (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Dimension und/oder Position des Werkzeugs durch iterative Bewegungsschritte in Bezug auf einen Pixelsensor (2) mit mehreren Bildpunkten (7, 7a, 7b) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Achswert als Endwert an der Werkzeugmaschine dann festgehalten wird, wenn aus dem Pixelsensor ein vorgegebenes Messsignal ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Auswerteposition einer Achse zur Positions- und/oder Dimensionsbestimmung Pixelsensorsignale mehrfach ausgelesen und die mehreren Signale zur Erzeugung eines Entscheidungssignals für eine Bewertung im Hinblick auf einen Endwert einem Mittelwertalgorithmus unterzogen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, 17 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass beim iterativen Verfahren die Positionsschritte verkleinert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bestimmung einer Dimension oder Position des Werkzeugs (5) bei rotierendem Werkzeug (5) vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Werkzeugdurchmesser oder -radius durch Mehrfachmessung in verschiedenen Ebenen des Werkzeugs (5) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrachsen der Werkzeugmaschine während der Messung still stehen.