DE102006011796A1

DE102006011796A1 - Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Sensoreinheit

Info

Publication number: DE102006011796A1
Application number: DE102006011796A
Authority: DE
Inventors: Christian Pfau
Original assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Current assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Priority date: 2005-04-06
Filing date: 2006-03-15
Publication date: 2006-11-23

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Sensoreinheit (10) zum Vermessen eines Profils (12) einer Werkzeugschneidkante (14). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit (10) zum simultanen Vermessen wenigstens einer Kenngröße (20) des Profils (12) in wenigstens zwei Punkten (P1-P6) der Werkzeugschneidkante (14) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Sensoreinheit zum Vermessen einer Kantenverrundung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Vermessen eines Profils einer Werkzeugschneidkante nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.

Es sind Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtungen bekannt, die über eine als Tastspitze ausgeführte Sensoreinheit verfügen. Mit solchen, gelegentlich als „Konturograph" bezeichneten Werkzeugmessgeräten kann ein Kantenprofil einer Werkzeugschneidkante bzw. eine Kantenverrundung der Werkzeugschneidkante bestimmt werden.

Ebenfalls bekannt sind Lasermessgeräte, welche punkt- oder linienweise einen Teil der Schneidkantenpräparation abscannen können. Sehr schwierig zu handhaben sind bei diesem Verfahren jedoch die extrem unterschiedlichen Reflexionswinkel.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung zum Vermessen ei nes Profils einer Werkzeugschneidkante bereitzustellen, durch das eine Kantenverrundung des Profils der Werkzeugschneidkante vorteilhaft schnell und simultan in einer Vielzahl von über eine Länge der Werkzeugschneidkante verteilten Punkten und/oder Flächen bestimmbar ist. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung besonders robust und die Messung selbst berührungslos auszugestalten. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht insbesondere aus von einer Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Sensoreinheit zum Vermessen eines Profils einer Werkzeugschneidkante.

Es wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zum simultanen Vermessen wenigstens einer Kenngröße des Profils in wenigstens zwei Punkten der Werkzeugschneidkante vorgesehen ist. Es kann schnell und einfach ein Überblick über einen Verlauf des Profils in einem ganzen Längenbereich der Werkzeugschneidkante ermöglicht werden. Ein Vermessen in einer Vielzahl von Einzelpunkten kann vorteilhaft zeitsparend in einem Schritt erfolgen.

Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden. Als Profil soll ein Rand eines Werkzeugschnitts in einer zumindest im Wesent lichen senkrecht zu einer Werkzeugschneidkante verlaufenden Schnittebene bezeichnet werden. Die erfindungsgemäße Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung ist besonders vorteilhaft zur Vermessung einer Kenngröße eines abgerundeten Profils bzw. einer Kantenverrundung einsetzbar, wie sie beispielsweise in Bohrwerkzeugen für eine Hart- und Trockenbearbeitung zum Einsatz kommt, um ein Überhitzen des Werkzeugs zu vermeiden. Die Schneidkantenpräparation kommt aber auch bei Fräswerkzeugen zum Einsatz und wird dort zusätzlich am Umfang an den Schneiden angebracht. Die Kantenverrundung kann beispielsweise durch Sandstrahlen, Bürsten oder Schleifen realisiert worden sein und sowohl polygonal, beispielsweise als Fase, oder als Radius ausgeführt sein und ist üblicherweise zur Vermeidung eines Abbrechens der Werkzeugschneidkante durch hohe Last und/oder Überhitzung an die Werkzeugschneidkante angeformt. Die Sensoreinheit kann mittelbar oder unmittelbar eine oder mehrere Kenngrößen des Profils oder einen Verlauf des Profils in einer senkrecht zur Werkzeugschneidkante verlaufenden Schnittebene erfassen.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit zum berührungslosen Vermessen des Profils vorgesehen ist. Dadurch kann vorteilhaft auf einen empfindlichen und störanfälligen Tastsensor zum Bestimmen des Profils der Werkzeugschneidkante verzichtet werden, wodurch eine besonders robuste Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung erreichbar ist.

Die Sensoreinheit kann beispielsweise optisch oder elektrisch realisiert sein oder auf nicht sichtbare Strahlung, bei spielsweise auf Röntgen- oder Elektronenstrahlung, ansprechen.

Ist die Sensoreinheit zum Vermessen einer Kantenverrundung des Profils der Werkzeugschneidkante vorgesehen, können Werkzeuge mit mangelhafter Kantenverrundung vorteilhaft erkannt werden. Ferner kann die erfasste Kantenverrundung im Arbeitseinsatz des Werkzeugs vorteilhaft berücksichtigt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit als Kamera ausgebildet ist. Dadurch kann das Profil in einem gesamten Bildbereich der Kamera in einer Vielzahl von Punkten bzw. Schnittebenen simultan vermessen werden. Dadurch kann eine Genauigkeit verbessert und eine Messzeit verringert werden. Ferner kann auf Standardbauteile, beispielsweise auf eine CCD-Kamera, zurückgegriffen werden.

Zu stumpfe und/oder zu scharfe Werkzeuge können sicher und schnell erkannt werden, wenn die Sensoreinheit zum Vermessen einer Breite einer Kantenverrundung des Profils vorgesehen ist.

Veränderungen des Profils über eine Länge der Werkzeugschneidkante können genau vermessen werden, wenn die Sensoreinheit zum Vermessen des Profils in einer Vielzahl von Punkten der Werkzeugschneidkante vorgesehen ist. Dabei soll eine Menge von zwei Punkten, besonders vorteilhaft jedoch eine Menge von mehr als 3 – 10 Punkten, als eine Vielzahl von Punkten bezeichnet werden.

Zudem wird vorgeschlagen, dass die Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung eine Beleuchtungseinheit zum Beleuchten der Werkzeugschneidkante umfasst. Dadurch können störende Einflüsse durch wechselnde Lichtverhältnisse vorteilhaft ausgeblendet werden.

Ein präziser Verlauf der Werkzeugschneidkante kann erfasst werden, wenn die Sensoreinheit dazu vorgesehen ist, eine Reflexion von Licht von der Werkzeugschneidkante zu erfassen. Die Reflexion kann dabei in kontrollierter Weise von der Beleuchtungseinheit erzeugt sein.

Zudem geht die Erfindung aus von einer Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Recheneinheit zum Bestimmen eines Profils einer Werkzeugschneidkante abhängig von Messdaten einer Sensoreinheit.

Es wird vorgeschlagen, dass die Messdaten eine berührungslos erfasste, zweidimensionale Darstellung der Werkzeugschneidkante bilden. Dadurch kann das Profil der Werkzeugschneidkante in einem weiten Längenbereich parallel ausgewertet werden.

Wenn die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, wenigstens zwei Darstellungen der Werkzeugschneide zu vergleichen, die unterschiedlichen Aufnahmewinkeln der Sensoreinheit zugeordnet sind, kann vorteilhaft eine dreidimensionale Struktur des Werkzeugs in einem Längenbereich der Werkzeugschneidkante ermittelt werden.

Umfasst die Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung zudem eine Steuereinheit zum Schwenken der Sensoreinheit in ver schiedene Aufnahmewinkel, kann ein selbsttätiges Verschwenken der Sensoreinheit erreicht werden. Insbesondere im Zusammenhang mit einer Recheneinheit ist der Aufnahmewinkel stets verfügbar.

Umfasst die Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung eine Steuereinheit zum Ausrichten der Werkzeugschneidkante relativ zu der Sensoreinheit, können Messfehler durch eine falsch ausgerichtete Werkzeugschneidkante vermieden werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät eine Positionierhilfevorrichtung zum Unterstützen einer manuellen Positionierung der Werkzeugschneidkante aufweist. Dadurch kann der Vermessungsvorgang durch eine zumindest teilweise manuelle Vorpositionierung, die durch die Positionierhilfevorrichtung unterstützt wird, deutlich beschleunigt werden. Die Positionierhilfevorrichtung kann beispielsweise durch visuelle Hinweise auf einem Display oder durch eine Leuchtanzeige realisiert sein, die dem Bediener die Richtung einer geeigneten Verstellung an einem Stellmittel zum manuellen Positionieren des Werkzeugs und/oder der Sensoreinheit angibt. Die Vorpositionierung ist abgeschlossen, wenn die zu vermessende Schneidkante des Werkzeugs im Blickfeld der Kamera bzw. Sensoreinheit erscheint. Eine nachfolgende Feinpositionierung kann automatisch oder manuell auf Sicht erfolgen.

Eine konstruktiv einfache und wirkungsvolle Positionierhilfe kann erreicht werden, wenn sie zumindest ein Paar von sich kreuzenden Laserstrahlen umfasst. Die Laserstrahlen können Lichtpunkte auf dem Werkzeug oder auf einem Hintergrund er zeugen, die für den Bediener bei allen Lichtverhältnissen sichtbar sind und die ihm als Hinweis auf die relative Lage des Blickfelds der Kamera und der Werkzeugschneidkante dienen können. Während ein einzelner Laserstrahl nur eine Positionierung in der senkrecht zu ihm verlaufenden Ebene erleichtern kann, kann durch die vorgeschlagene kreuzweise Anordnung der Laserstrahlen eine eindeutige Positionierung im dreidimensionalen Raum unterstützt werden.

Wenn sich die Laserstrahlen der Positionierhilfevorrichtung in einem Fokusbereich der Sensoreinheit bzw. im Blickfeld der Kamera schneiden, kann durch die Laserstrahlen eine Positionierung genau in eben diesem Fokusbereich unterstützt werden. Sind die von beiden Laserstrahlen erzeugten Lichtpunkte auf der Oberfläche des zu vermessenden Werkzeugs sichtbar, kann der Bediener daran, dass sich die Lichtpunkte bei einem Verstellvorgang aufeinander zu bewegen, erkennen, dass die Verstellung in die richtige Richtung erfolgt.

Durch die Einsparung komplexer Steuerungselektronik können Kosteneinsparungspotenziale im Zusammenhang mit der Positionierhilfevorrichtung insbesondere dann realisiert werden, wenn die Sensorvorrichtung relativ zu einer Werkzeugeinspannvorrichtung über zumindest eine Achse manuell verstellbar ist.

Ein schnelles Erfassen des Verlaufs der Kantenverrundung nach einem Höhenlinien-Prinzip kann erreicht werden, wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, zum Vermessen eines Profils einer Kantenverrundung der Werkzeugschneidkante eine Schärfeebene der Sensoreinheit bezogen auf die Werkzeugschneidkante senkrecht zur Schärfeebene zu verschieben.

Dazu wird insbesondere vorgeschlagen, dass die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, eine Schnittlinie zwischen der Schärfeebene der Sensoreinheit und einer Materialoberfläche der Werkzeugschneidkante im Bereich der Kantenverrundung zu bestimmen. Die Schnittlinie hebt sich im Bild einer Kamera mit geringer Tiefenschärfe klar erkennbar als strukturierter Streifen (vgl. 4) in einer unstrukturierten Umgebung hervor und kann mit Hilfe von bekannten Methoden aus der digitalen Bildverarbeitung leicht automatisch erkannt werden.

Ein vollständiges Höhenprofil kann erfasst werden, wenn die Steuereinheit dazu vorgesehen ist, aus einer Vielzahl von jeweils einer unterschiedlichen Lage der Schärfeebene zugeordneten Schnittlinien der Schärfeebene und der Materialoberfläche ein dreidimensionales Modell der Materialoberfläche zu berechnen.

Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Vermessen eines Profils einer Werkzeugschneidkante, insbesondere einer Kantenverrundung des Profils einer Werkzeugschneidkante.

Es wird vorgeschlagen, dass in zumindest einem Schritt das Profil berührungslos erfasst wird. Dadurch kann das Profil der Werkzeugschneidkante präzise und sicher erfasst werden, ohne dass empfindliche Tastsensoren zum Einsatz kommen müssen.

Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel 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.
Es zeigen:
1 Ein Werkzeugmessgerät mit einer Sensoreinheit zum Vermessen eines Profils einer Werkzeugschneidkante,
2 das Werkzeugmessgerät mit der Sensoreinheit aus 1 ohne ein Schutzgehäuse,
3 ein Werkzeug mit einer Werkzeugschneidkante in einer Detaildarstellung,
4 eine von der Sensoreinheit aus den 1 und 2 aufgenommene Darstellung einer Werkzeugschneidkante,
5 eine graphische Darstellung eines von einer Recheneinheit des Werkzeugmessgeräts aus den 1 – 2 erzeugten dreidimensionalen Flächenmodells der Werkzeugschneidkante aus 2,
6 ein von der Recheneinheit ermittelter Verlauf eines Profils der Werkzeugschneidkante aus den 3 – 5,
7 eine schematische Darstellung der Werkzeugschneidkante und der Sensoreinheit in verschiedenen Schwenkstellungen,
8 ein alternatives Werkzeugmessgerät mit einer Sensoreinheit zum Vermessen eines Profils einer Werkzeugschneidkante in einer ersten Konfiguration mit geöffnetem Schutzschirm und
9 das Werkzeugmessgerät aus 10 in einer zweiten Konfiguration mit geschlossenem Schutzschirm.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Werkzeugmessgerät zum Erfassen einer Vielzahl von Informationen eines in einem Werkzeugfutter 24 eingespannten Werkzeugs 26, das zum Einsatz in einer hochpräzisen CNC-Maschine vorgesehen ist. Neben einer Länge des Werkzeugs 26, einen effektiven Wirkradius und einer Lage von Werkzeugschneidkanten 14 des Werkzeugs 26 erfasst das Werkzeugmessgerät mittels einer als CCD-Kamera ausgebildeten Sensoreinheit 10 auch ein Profil 12 (6) der Werkzeugschneidkante 14 und vermisst dadurch eine Breite 20 einer Kantenverrundung des Profils 12. Die Breite 20 bildet eine Kenngröße des Profils 12.
Das Werkzeugmessgerät umfasst ein Schutzgehäuse 28, in dem eine auf 5 CNC-Achsen 40 – 46, 56 verfahrbare Halteeinheit der Sensoreinheit 10, eine CNC – gesteuert um eine vertikale Drehachse 30 drehbare Spindel 32 und eine hier nur schema tisch dargestellte Recheneinheit 16 angeordnet sind (1 und 2). Ferner ist in dem Schutzgehäuse 28 eine Steuereinheit 18 angeordnet, die zum Drehen des Werkzeugs 26 um die Drehachse 30 und damit zum Ausrichten der Werkzeugschneidkante 14 relativ zu der Sensoreinheit 10 vorgesehen ist und die über die Recheneinheit 16 ansteuerbar ist. Ferner kann die Recheneinhit 16 über die Steuereinheit 18 die Sensoreinheit 10 über die CNC-Achsen 40 – 46 verfahren bzw. verschwenken und das Werkzeug 26 um die Drehachse 30 drehen. Auch die Drehung um die Drehachse 30 ist CNC-gesteuert.
Ferner umfasst das Werkzeugmessgerät eine Tastatur 34, die als Eingabeeinheit mit der Recheneinheit 16 verbunden ist, und zwei Monitore 48, 50, die als Ausgabeeinheiten mit der Recheneinheit 16 verbunden sind.
Um eine Linse der Sensoreinheit 10 ist konzentrisch eine ringförmige Beleuchtungseinheit 22 angeordnet, die eine Vielzahl von Leuchtdioden umfasst, die jeweils einem von acht von der Recheneinheit 16 unabhängig ansteuerbaren Segmenten angehören, die jeweils einen 60° umfassenden Abschnitt der Beleuchtungseinheit 22 bilden.
Neben der Sensoreinheit 10 mit der Beleuchtungseinheit 22 umfasst das Werkzeugmessgerät eine zweite, als CCD-Kamera ausgebildete Sensoreinheit 36 und eine der Sensoreinheit 36 bezüglich der Drehachse 30 gegenüber liegende Beleuchtungseinheit 38. Die Sensoreinheit 36 und die Beleuchtungseinheit 38 dienen zum Vermessen einer Wirkkontur des Werkzeugs 26 in einem an sich bekannten Durchlichtverfahren, in dem verschiedene, jeweils einer Drehlage des Werkzeugs 26 zugeordnete, auf einem CCD-Chip der Sensoreinheit 36 abgebildete Schattenrisse von der Recheneinheit 16 verglichen und überlagert werden. Dadurch bestimmt die Recheneinheit 16 einen Winkel der Werkzeugschneidkante 14 bezüglich der Drehachse 30.
Vor einem Vermessungsvorgang des Profils 12 kalibriert die Recheneinheit 16 selbsttätig die Beleuchtungseinheit 22, indem sie eine Helligkeit der acht Segmente variiert, bis ein befriedigendes Ausleuchtungs- und Kontrastverhältnis über die gesamte Werkzeugschneidkante 14 erreicht ist.
Zum Vermessen des Profils 12 richtet die Recheneinheit 16 über die Steuereinheit 18 die Werkzeugschneidkante 14 senkrecht zu einer optischen Achse der Sensoreinheit 10 aus. Zum Ausrichten erfasst die Sensoreinheit 36 dann eine zweidimensionale Darstellung der Werkzeugschneidkante 14 im Durchlicht. Die Darstellung bildet einen Schattenriss der Werkzeugschneidkante 14, der von der Beleuchtungseinheit 38 erzeugt ist.
Anschließend schwenkt die Recheneinheit 16 in einem Schnellvermessungsmodus die Sensoreinheit 10 über die CNC-Achsen 40 – 46 in einem Winkelbereich um die Werkzeugschneidkante 14 und nimmt in einer Vielzahl von gleichmäßig über den Winkelbereich verteilten Aufnahmewinkeln α₁ – α₃ jeweils ein Bild auf. Endpunkte des Winkelbereichs sind durch werkzeugabhängige Eingabeparameter bestimmt. Anschließend überlagert die Recheneinheit 16 die aus den verschiedenen Aufnahmewinkeln α₁ – α₃ aufgenommenen Bilder und stellt das so erhaltene Überlagerungsbild auf dem Monitor 48 dar. Das Überlagerungsbild (4) setzt sich im Wesentlichen aus verschiedenen, in den Einzelbildern jeweils scharfen Streifen der Werkzeugschneidkante 14 zusammen, so dass das Überlagerungsbild ein gesamtscharfes Bild der Werkzeugschneidkante 14 ist und Bereiche, die in unterschiedlichen Tiefenschärfenbereichen liegen, zu einem Bild zusammenfasst. Ein in der Recheneinheit 16 implementierter Bildverarbeitungsalgorithmus bestimmt die Breite 20 der im Überlagerungsbild dargestellten Werkzeugschneidkante 14 in sechs Punkten P1 – P6 und stellt in den Punkten P1 – P6 jeweils eine Linie mit einer Skala auf dem Monitor 48 dar. Unterhalb des Überlagerungsbilds stellt die Recheneinheit 16 die ermittelte Breite 20 in den sechs Punkten P1 – P6 der Werkzeugschneidkante 14 numerisch dar, so dass eine Sichtkontrolle durch einen Bediener auf offensichtliche Messfehler ermöglicht wird.
In einem Präzisionsmodus bestimmt die Recheneinheit 16 ein dreidimensionales Modell eines Bereichs der Werkzeugschneidkante 14. Das Modell hat die Form einer Punktmenge aus Punkten mit jeweils drei Koordinaten X, Y, Z (5 und 6). Dazu bestimmt die Recheneinheit 16 aus Bildern mit unterschiedlichen Aufnahmewinkeln α₁ – α₃ und unterschiedlichen, über eine Optik der Sensoreinheit 10 eingestellten Schärfeebenen bzw. Abständen jeweils eine Vielzahl von Punkten, die in einer Schnittlinie aus einer Oberfläche der Werkzeugschneidkante 14 und der Schärfeebene liegen. Abhängig von der Änderung der Schärfeebene variiert die Recheneinheit 16 dabei auch eine Lichtintensität der Beleuchtungseinheit 22 bzw. der Segmente der Beleuchtungseinheit 22.
Aus dem auf diese Art bestimmten dreidimensionalen Modell bestimmt die Recheneinheit 16 schließlich einen Verlauf des Profils 12 der Werkzeugschneidkante 14 und eine Orientierung einer Stirnfläche 52 und einer Spanrauminnenfläche 54 des Werkzeugs 26 (3, 5 und 6). Die Recheneinheit 16 stellt das ermittelte Profil 12 zusammen mit einem Sollprofil auf dem Monitor 50 dar, so dass ein Bediener eine Abweichung zwischen dem Sollprofil und dem ermittelten Profil 12 beurteilen kann. Das Sollprofil ist abhängig vom Werkzeugtyp und gegebenenfalls auch von der Wahl des Punkts P1 – P6, an dem das Profil bestimmt wurde.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bewertet die Recheneinheit 16 die Abweichung zwischen dem Sollprofil und dem Profil 12 selbsttätig, indem sie überprüft, ob die Abweichung innerhalb einer werkzeug- und anwendungsabhängigen Toleranz liegt.
In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung bestimmt die Recheneinheit 16 nur die Breite 20 der Werkzeugschneidkante 14 oder bestimmt das Profil 12 ohne eine explizite Bestimmung der Breite 20.
Neben der Breite 20 kann die Recheneinheit 16 in einer vorteilhaften Weiterbildung einen Krümmungsradius des Profils 12 an dessen abgerundeter Spitze bestimmen und als Kenngröße für eine Kantenverrundung des Profils 12 nutzen.
7 zeigt die Sensoreinheit 10 in verschiedenen Schwenkstellungen, die jeweils einem Aufnahmewinkel α₁ – α₃ zugeordnet sind. In einem ersten Aufnahmewinkel α₁ vermisst die als Kamera ausgebildete Sensoreinheit 10 die Stirnfläche 52 des Werkzeugs 26, in einem zweiten Aufnahmewinkel α₂ vermisst die Sensoreinheit 10 den runden Bereich des Profils 12 der Werkzeugschneidkante und in einem dritten Aufnahmewinkel α₃ vermisst die Sensoreinheit 10 die Spanrauminnenfläche 54. Im Bereich des zweiten Aufnahmewinkels α₂ erfasst die Sensoreinheit 10 weitere Bilder aus hier nicht explizit dargestellten Aufnahmewinkeln.
Das Abscannen der Schneidkantenpräparation erfolgt in drei Bereichen 58 – 60, wobei im ersten Bereich 58 die Spanrauminnenfläche 54, im zweiten Bereich 60 die eigentliche Kantenverrundung der Werkzeugschneidkante 14 und im dritten Bereich 62 die Stirnfläche 52 des Werkzeugs 26 vermessen wird.
Die 8 und 9 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die folgende Beschreibung geht hauptsächlich auf Unterschiede zu dem in den 1 – 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ein, während im Hinblick auf gleich bleibende Merkmale auf die Beschreibung zu den 1 – 7 verwiesen wird. Dabei sind gleichartige Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Zum Vermessen eines Werkzeugs 26 wird dieses in eine Werkzeugeinspannvorrichtung 64 des alternativen Werkzeugmessgeräts eingespannt. Dazu wird der Schaft des Werkzeugs 26 in eine Nut in einer Halteplatte 66 des Werkzeugmessgeräts eingelegt und mittels einer Spannbacke 80 darin verklemmt. Die Halteplatte 66 ist manuell insbesondere um eine horizontal verlaufende Achse 68 drehbar.
Dadurch ist die Orientierung der feststehenden Sensoreinheit 10 relativ zu der Werkzeugeinspannvorrichtung 64 über die Achse 68 manuell einstellbar.
Das Werkzeugmessgerät aus den 8 und 9 umfasst eine Positionierhilfevorrichtung 70 zum Unterstützen einer manuellen Positionierung der Werkzeugschneidkante 14 des Werkzeugs 26. Die Positionierhilfevorrichtung 70 umfasst als zentrales Element ein Paar von sich kreuzenden Laserstrahlen 72, 74, die rechtwinklig zueinander verlaufen und sich in einem Fokusbereich der als CCD-Kamera ausgebildeten Sensoreinheit 10 schneiden.
Der Bediener kann das Werkzeug 26 zum Positionieren zunächst in den Strahlengang der beiden Laserstrahlen 72, 74 bringen und anschließend das Werkzeug 26 in der Ebene, in der die beiden Laserstrahlen 72, 74 verlaufen, und entlang seiner Längsachse so lange verschieben, bis die beiden Punkte auf der Werkzeugoberfläche zur Deckung kommen, und zwar im Bereich der zu vermessenden Werkzeugschneidkante 14. Ist dies erreicht, so ist die Werkzeugschneidkante 14 im Bildbereich der Kamera bzw. der Sensoreinheit 10 und eine Feinpositionierung kann automatisch oder manuell über hier nicht explizit dargestellte Einstellschrauben erfolgen.
Während des gesamten Positioniervorgangs wird das von der Kamera bzw. der Sensoreinheit 10 erfasste Bild mit den von den Laserstrahlen 72, 74 erzeugten Lichtpunkten auf einem Monitor 76 stark vergrößert dargestellt, so dass der Bediener die Auswirkungen seiner Einstellschritte unmittelbar verfolgen kann, so dass durch die erreichte visuelle Rückmeldung eine intuitive Bedienung möglich ist.
Das in den 8 und 9 dargestellte Werkzeugmessgerät hat einen Schutzschirm 78, der über einen Griff vertikal zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position verstellt werden kann. Um Störungen während des Messvorgangs, ein Verschmutzen der Optik und Beschädigungen zu vermeiden, sollte der Schutzschirm 78 nur während des Vorpositionierens geöffnet sein.
Eine Steuereinheit 18 des Werkzeugmessgeräts ist durch eine geeignete Softwarekonfiguration dazu ausgelegt, zum Vermessen eines Profils einer Kantenverrundung der Werkzeugschneidkante 14 eine Schärfeebene der Sensoreinheit 10 bezogen auf die Werkzeugschneidkante 14 senkrecht zur Schärfeebene zu verschieben und zu jeder der sich durch eine konstante Schrittweite voneinander unterscheidenden Messpositionen der Schärfeebene eine Schnittlinie zwischen der Schärfeebene der Sensoreinheit 10 und einer Materialoberfläche der Werkzeugschneidkante 14 im Bereich der Kantenverrundung zu bestimmen.
Die Schnittlinie hebt sich aus dem von der Sensoreinheit 10 erfassten Bild klar als deutlich strukturierter Streifen aus einer unscharfen und unstrukturierten Umgebung hervor. Die Schrittweite der Verschiebung der Schärfeebene ist von der Größenordnung des Tiefenschärfebereichs der Kamera bzw. der Sensoreinheit 10. Die Verschiebung der Schärfeebene erfolgt durch eine Verschiebung der Kamera bzw. der Sensoreinheit 10 in ihrer Blickrichtung bzw. entgegengesetzt zu ihrer Blickrichtung.
Aus einer Vielzahl von derartig erfassten, jeweils einer unterschiedlichen Lage der Schärfeebene zugeordneten Schnittlinien der Schärfeebene und der Materialoberfläche berechnet die Steuereinheit 18 in der oben im Zusammenhang mit dem in den 1 – 7 dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen Weise ein dreidimensionales Modell der Materialoberfläche. Dabei bilden die Schnittlinien Höhenlinien bezogen auf die Blickrichtung der Kamera bzw. der Sensoreinheit 10. Die Sensoreinheit 10 kann zudem um die Werkzeugschneidkante 14 geschwenkt werden, wenn dies der Genauigkeit der Vermessung zuträglich ist.

10: Sensoreinheit
12: Profil
14: Werkzeugschneidkante
16: Recheneinheit
18: Steuereinheit
20: Breite
22: Beleuchtungseinheit
24: Werkzeugfutter
26: Werkzeug
28: Schutzgehäuse
30: Drehachse
32: Spindel
34: Tastatur
36: Sensoreinheit
38: Beleuchtungseinheit
40: CNC-Achse
42: CNC-Achse
44: CNC-Achse
46: CNC-Achse
48: Monitor
50: Monitor
52: Stirnfläche
54: Spanrauminnenfläche
56: CNC-Achse
58: Bereich
60: Bereich
62: Bereich
64: Werkzeugeinspannvor
: richtung
66: Halteplatte
68: Achse
70: Positionierhilfevor
: richtung
72: Laserstrahl
74: Laserstrahl
76: Monitor
78: Schutzschirm
80: Spannbacke
P1: Punkt
P2: Punkt
P3: Punkt
P4: Punkt
P5: Punkt
P6: Punkt
X: Koordinate
Y: Koordinate
Z: Koordinate

Claims

Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Sensoreinheit (10) zum Vermessen eines Profils (12) einer Werkzeugschneidkante (14), dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zum simultanen Vermessen wenigstens einer Kenngröße (20) des Profils (12) in wenigstens zwei Punkten (P1 – P6) der Werkzeugschneidkante (14) vorgesehen ist.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zum berührungslosen Vermessen des Profils (12) vorgesehen ist.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zum Vermessen einer Kantenverrundung des Profils (12) vorgesehen ist.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) als Kamera ausgebildet ist.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zum Vermessen einer Breite (20) einer Kantenverrundung des Profils (12) vorgesehen ist.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) zum Vermessen des Profils (12) in einer Vielzahl von Punkten (P1 – P6) der Werkzeugschneidkante (14) vorgesehen ist.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (10) dazu vorgesehen ist, eine Reflexion von der Werkzeugschneidkante (14) zu erfassen.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung mit einer Recheneinheit (16) zum Bestimmen eines Profils (12) einer Werkzeugschneidkante (14) abhängig von Messdaten einer Sensoreinheit (10), dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten eine berührungslos erfasste, zweidimensionale Darstellung der Werkzeugschneidkante (14) bilden.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu vorgesehen ist, wenigstens zwei Darstellungen der Werkzeugschneidkante (14) zu vergleichen, die unterschiedlichen Aufnahmewinkeln (α₁ – α₃) der Sensoreinheit (10) zugeordnet sind.
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (18) zum Schwenken der Sensoreinheit (10) in verschiedene Aufnahmewinkel (α₁ – α₃).
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit (18) zum Ausrichten der Werkzeugschneidkante (14) relativ zu der Sensoreinheit (10).
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Beleuchtungseinheit (22) zum Beleuchten der Werkzeugschneidkante (14).
Werkzeugmess- und/oder Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Positionierhilfevorrichtung (70) zum Unterstützen einer manuellen Positionierung der Werkzeugschneidkante (14).
Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierhilfevorrichtung (70) zumindest ein Paar von sich kreuzenden Laserstrahlen (72, 74) umfasst.
Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Laserstrahlen (72, 74) der Positionierhilfevorrichtung (70) in einem Fokusbereich der Sensoreinheit (10) schneiden.
Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät nach einem der Ansprüche 13 – 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierung der Sensoreinheit (10) relativ zu einer Werkzeugeinspannvorrichtung (64) über zumindest eine Achse (68) manuell einstellbar ist.
Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät zumindest nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) dazu vorgesehen ist, zum Vermessen eines Profils (12) einer Kantenverrundung der Werkzeugschneidkante (14) eine Schärfeebene der Sensoreinheit (10) bezogen auf die Werkzeugschneidkante (14) senkrecht zur Schärfeebene zu verschieben.
Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) dazu vorgesehen ist, eine Schnittlinie zwischen der Schärfeebene der Sensoreinheit (10) und einer Materialoberfläche der Werkzeugschneidkante (14) im Bereich der Kantenverrundung zu bestimmen.
Werkzeugspann-, Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) dazu vorgesehen ist, aus einer Vielzahl von jeweils einer unterschiedlichen Lage der Schärfeebene zugeordneten Schnittlinien der Schärfeebene und der Materialoberfläche ein dreidimensionales Modell der Materialoberfläche zu berechnen.
Verfahren zum Vermessen eines Profils (12) einer Werkzeugschneidkante (14), dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Schritt wenigstens eine Kenngröße (20) des Profils (12) berührungslos erfasst wird.