-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein Messverfahren zum Vermessen eines
Werkzeuges mit Hilfe eines Werkzeug-Einstellgerätes sowie auf ein Meßsystem
mit mindestens einem Werkzeug-Einstellgerät.
-
Beim
Einsatz moderner Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren mit automatisierten Produktionsabläufen ist
es wichtig, dass die für
den Einsatz vorgesehenen Bearbeitungswerkzeuge mit hoher Präzision eingestellt
oder vermessen werden. Hierfür
ausgelegte Vorrichtungen werden häufig als Werkzeug-Einstellgerät oder Werkzeug-Voreinstellgerät (kurz:
Einstellgerät)
bezeichnet. Ein Werkzeug-Einstellgerät hat normalerweise einen Grundkörper, an
dem eine in der Regel drehbare Werkzeugaufnahme zur Aufnahme eines
zu vermessenden Werkzeuges angebracht ist. Weiterhin ist in der Regel
ein Koordinatenschlitten vorgesehen, der das eigentliche Meßsystem
trägt,
welches mit Hilfe des Koordinatenschlittens mehrdimensional verfahrbar ist.
Hochpräzise
Messungen mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich sind mit optischen
Messsystemen möglich.
Diese umfassen bei moderneren Geräten ein Bildverarbeitungssystem
mit einem Rechner und einer datenübertragend mit dem Rechner
verbundenen Kamera, die auf das zu vermessende Werkzeug ausgerichtet
werden kann. Werkzeug-Einstellgeräte der hier betrachteten Art
sind mittels einer zugeordneten Anzeige- und Bedieneinheit bedienbar
und haben eine computergestützte
Steuereinrichtung zur Steuerung des Messablaufs.
-
Zum
Vermessen eines Werkzeuges wird das Werkzeug zunächst in die Werkzeugaufnahme
eingesetzt. Danach wird mit Hilfe der Kamera ein Abgleich des werkzeugfesten
Werkzeug-Nullpunktes mit dem Ursprung des Messkoordinatensystems
des Einstellgerätes
durchgeführt.
Die Kamera des Bildverarbeitungssystems wird dann auf das Werkzeug so
ausgerichtet, dass das Bildfeld der Kamera einen zu vermessenden
Werkzeugabschnitt erfasst, beispielsweise den Bereich der Spitze
eines Bohrers. Über
eine Tastatur und eine Bildschirmmaske wird dann in den Rechner
eine Messaufgabe eingegeben, die es beispielsweise ermöglicht,
aus dem im Bildfeld der Kamera befindlichen Werkzeugabschnitt die
Position der theoretischen Spitze des Bohrers zu ermitteln. Häufig werden
mehrere nacheinander durchzuführende
Messaufgaben sukzessive eingegeben, um ein Messprogramm zu erzeugen.
Die Kamera wird während
der Festlegung der Messaufgaben häufig an unterschiedliche Positionen
verfahren und auf verschiedene interessierende Werkzeugabschnitte gerichtet,
um dadurch eine Vermessung des Werkzeugs an unterschiedlichen Stellen
zu ermöglichen. Das
Werkzeug kann zwischen den Schritten der Festlegung des Messprogramms
durch Drehung der Werkzeugaufnahme um seine Werkzeugachse rotiert werden.
Die Eingabe aller durchzuführenden
Messaufgaben kann sehr zeitaufwändig
sein. Nachdem alle Messaufgaben des Messprogramms eingegeben sind,
wird die Messung durchgeführt.
-
Um
eine optimale Integration der Werkzeugvermessung in einen Produktionsablauf
zu gewährleisten,
sind in der Regel viele Messungen an ggf. unterschiedlichen Werkzeugen
in möglichst
kurzer Zeit durchzufüh ren.
Dabei soll nach Möglichkeit
die Messkapazität
der Einstellgeräte
bestmöglich
ausgenutzt werden. Gleichzeitig steigen die Anforderungen an die
Genauigkeit. Daher sollten Werkzeugvermessungen von speziell geschultem
und hochqualifiziertem Bedienpersonal vorgenommen werden, was die Werkzeugvermessung
verteuert.
-
Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Messverfahren und ein Meßsystem
zum Vermessen von Werkzeugen bereitzustellen, die eine schnelle
und hochgenaue Vermessung von Werkzeugen ermöglichen. Insbesondere sollen
die Messgenauigkeit und die Messgeschwindigkeit bei optimaler Ausnutzung der
Messkapazität
des Werkzeug-Einstellgerätes unabhängig von
der Qualifikation des Bedienpersonals des Einstellgerätes sichergestellt
werden.
-
Diese
Aufgabe wird gelöst
durch ein Messverfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch
ein Meßsystem
mit den Merkmalen von Anspruch 12. Der Wortlaut sämtlicher
Ansprüche
wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
-
In
verfahrensmäßiger Hinsicht
wird die Aufgabe gelöst
durch ein Messverfahren zum Vermessen eines Werkzeugs mit Hilfe
eines Werkzeug-Einstellgerätes, das
eine Werkzeugaufnahme zur Aufnahme des zu vermessenden Werkzeuges
und ein Bildverarbeitungssystem mit einem Rechner und einer auf
das in der Werkzeugaufnahme aufgenommene Werkzeug ausrichtbare Kamera
umfasst. Das Messverfahren umfasst folgende Schritte:
Einlesen
eines das zu vermessende Werkzeug repräsentierenden Werkzeug-Datensatzes
in eine Messaufgaben-Konfigurationseinheit;
Erzeugen eines
virtuellen Werkzeugmodells auf Basis des Werkzeug-Datensatzes;
Anzeigen
des Werkzeugmodells an einer Anzeigeinheit der Messaufgaben-Konfigurationseinheit;
Definieren
eines Modell-Referenzpunktes am Werkzeugmodell, wobei der Modell-Referenzpunkt
mit dem Nullpunkt eines Einstellgeräte-Messkoordinatensystems korrespondiert;
Definieren
mindestens einer Messaufgabe durch Auswählen eines Messbereichs am
Werkzeugmodell und Zuordnen einer Messfunktion zu dem Messbereich;
Generieren
eines die Messaufgabe repräsentierenden
Messaufgaben-Datensatzes;
Einsetzen
des Werkzeuges in die Werkzeugaufnahme;
Steuerung des Einstellgerätes auf
Basis des mindestens eine Messaufgaben-Datensatzes zur Durchführung der
Messaufgabe an dem Werkzeug.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Messverfahren wird
somit die mindestens eine Messaufgabe nicht mit Hilfe des tatsächlich zu
vermessenden Werkzeuges definiert, sondern anhand eines virtuellen
Werkzeugmodells, welches das tatsächlich zu vermessende Werkzeug
repräsentiert.
Es ist daher nicht nötig, dass
sich das zu vermessende Werkzeug für die Definition der Messaufgabe
in der Werkzeugaufnahme befindet und es ist für die Definition der Messaufgabe auch
nicht nötig,
dass die Kamera auf das Werkzeug gerichtet ist. Damit kann die Festlegung
bzw. Definition der Messaufgabe durchgeführt werden, während am
Einstellgerät
eine Vermessung eines anderen Werkzeuges oder an dem zu vermessenden
Werkzeug eine vorher festgelegte andere Messaufgabe durchgeführt wird.
Die am Einstellgerät
zur Verfügung
stehende Maschinenzeit kann somit optimal für die Durchführung des
Messvorganges genutzt werden, da die Definition der Messaufgabe
unabhängig von
einem in die Werkzeugaufnahme eingesetzten Werkzeug erfolgen kann.
-
Außerdem ist
es nicht mehr erforderlich, dass der Bediener des Einstellgeräts besondere
Fähigkeiten
oder Erfahrungen bei der Definition der Messaufgabe hat, da die
Messaufgabe nicht notwendigerweise vom Be diener des Einstellgerätes definiert
werden muss, sondern ggf. von einer anderen Person zu einem früheren Zeitpunkt
festgelegt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass
ein Bediener des Werkzeug-Einstellgerätes die später am Werkzeug-Einstellgerät durchzuführenden Messaufgaben
früher
definiert und später
auf die bereits vordefinierten Messaufgaben zurückgreift. Da die Definition
der Messaufgabe nicht mehr an das in die Werkzeugaufnahme eingesetzte
Werkzeug gebunden ist, kann die Definition der Messaufgabe auch
räumlich
entfernt vom Werkzeug-Einstellgerät durchgeführt werden, beispielsweise
in einem gesonderten Raum.
-
Zwar
ist es möglich,
dass die Definition der Messaufgabe an der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
durchgeführt
wird, während
das zu vermessende Werkzeug schon in die Werkzeugaufnahme eingesetzt
ist. Vorzugsweise erfolgt jedoch das Einsetzen des Werkzeuges in
die Werkzeugaufnahme, nachdem die Definition der Messaufgabe vollständig abgeschlossen
ist, insbesondere nach der Generierung des Messaufgaben-Datensatzes.
Die Definition der Messaufgabe und die Durchführung der zugehörigen Messung
können
somit zeitlich völlig
entkoppelt sein. Die Definition der Messaufgabe kann Stunden, Tage,
Wochen oder Monate vor der eigentlichen Vermessung durchgeführt worden
sein.
-
Die
Messaufgaben-Konfigurationseinheit kann ein Bestandteil der Steuereinheit
des Werkzeug-Einstellgerätes
sein, so dass ggf. die Anzeige- und
Bedieneinheit des Einstellgerätes
für die
Konfiguration der Messaufgabe genutzt werden kann. Vorzugsweise
wird die Definition der Messaufgabe räumlich entfernt vom Werkzeug-Einstellgerät durchgeführt, also
beispielsweise nicht in einem Messraum oder in einer Produktionshalle
mit Werkzeugmaschinen und/oder Bearbeitungszentren, sondern in einem
hiervon gesonderten Raum, der ein konzentriertes Arbeiten fördert.
-
Bei
manchen Ausführungsformen
wird die Messaufgabe bzw. ein Messprogramm durch den Hersteller
des Einstellgerätes
für ein
beim Kunden aufgebautes Einstellgerät online programmiert. Es ist auch
möglich,
dass der Kunde einen Werkzeug-Datensatz über ein Netzwerk, insbesondere über das
Internet, an den Hersteller des Einstellgerätes sendet, wo dann die Messaufgabe
bzw. das Messprogramm nach den Wünschen
des Kunden programmiert wird, bevor der Messaufgaben-Datensatz dann zum
Kunden zurück
gesendet wird. Es ist auch möglich,
dass ein Kunde einen selbsterstellten Messaufgaben-Datensatz zur Überprüfung an
den Hersteller des Einstellgerätes
schickt und von diesem eine Freigabe bekommt, wenn die Messaufgabe
am Einstellgerät durchführbar ist
bzw. Änderungsvorschläge, wenn Modifikationen
am Messprogramm erforderlich sind.
-
Um
eine Definition der Messaufgabe räumlich getrennt vom Werkzeug-Einstellgerät durchführen zu
können
ist bei bevorzugten Ausführungsformen
die Messaufgaben-Konfigurationseinheit über ein lösbare Schnittstelle oder über ein
kabelgebundenes oder drahtloses Netzwerk mit einer Steuereinheit des
Werkzeug-Einstellgeräts
verbunden oder verbindbar. Die Messaufgaben-Konfigurationseinheit kann
beispielsweise durch einen gesonderten ortsfest aufgestellten oder
tragbaren Rechner, etwa ein Laptop, gebildet sein.
-
Das
Werkzeug-Einstellgerät
ist bei bevorzugten Ausführungsformen
dementsprechend durch geeignete Hardware und/oder Software so konfiguriert,
dass extern, d. h. außerhalb
der Steuereinheit des Werkzeug-Einstellgeräts erzeugte
Messaufgaben-Datensätze
eingelesen und zur Durchführung der
entsprechenden Messaufgaben verarbeitbar sind. Bei moderneren Werkzeug-Einstellgeräten kann
es ausreichen, die Fähigkeit
zur Verarbeitung extern programmierter Messaufgaben-Datensätze durch
ein Softwareupdate zu schaffen.
-
Es
ist möglich,
die Erfindung dazu zu nutzen, an einem Werkzeug nur eine einzige
Messaufgabe (Einzelmessung) durchzuführen. In der Regel umfasst
das Verfahren jedoch die Definition eines Messprogramms, das mindestens
zwei nacheinander ausführbare
Messaufgaben enthält.
Die Messaufgaben können
im gleichen Messbereich durchgeführt werden,
es ist jedoch auch möglich,
dass zwischen aufeinanderfolgenden Messaufgaben der Messbereich
verändert
wird. Der Messbereich und das Werkzeugmodell können dementsprechend an der
Messaufgaben-Konfigurationseinheit
relativ zueinander bewegt werden. Das Werkzeugmodell kann z. B.
gezoomt und/oder gedreht und/oder der Messbereich kann verschoben
werden. Bei der entsprechenden Messung ist es möglich, dass die Kamera relativ
zum Werkzeug verfahren wird und/oder dass das Werkzeug relativ zur
Kamera bewegt wird, insbesondere durch Drehung der Werkzeugaufnahme.
-
Im
Rahmen der Erfindung sind unterschiedliche Messfunktionen einzeln
oder in Kombination ausführbar.
Bei bevorzugten Ausführungsformen wird
die Messfunktion ausgewählt
aus einer Messfunktionen-Gruppe, die folgende Messfunktionen enthält:
Schnittpunkt
zweier Geraden in einem Konturverlauf;
Maximalwert eines Konturverlaufs
in Radialrichtung des Werkzeuges (x-Richtung);
Maximalwert des Konturverlaufs
in Axialrichtung des Werkzeuges (z-Richtung);
Durchmesser des Werkzeuges
in x-Richtung;
Länge
des Werkzeuges in z-Richtung;
Radius (Krümmungsradius) des Werkzeuges
an einer Messposition im Messbereich;
Koordinaten der theoretischen
Spitze;
Bestimmung des Konturverlaufs einer Werkzeugkontur
innerhalb des Messbereiches;
Bestimmung des Konturverlaufs
einer Werkzeugkontur durch Konturverfolgung über mehrere gegeneinander versetzte
Messbereiche;
Messen der Länge
des Werkzeuges bei einem vorbestimmten Durchmesser oder Radius;
Messen
von Durchmesser oder Radius bei vorbestimmter Länge;
theoretische Länge;
theoretischer
Radius oder Durchmesser;
theoretische Spitze;
Durchmesser über Punkte
(z. B. alle Punkte an einem Kreis, Mittelpunkt, Hochpunkt, Außenpunkt);
getrenntes
Vermessen von Durchmesser oder Radius und Länge;
Hochpunkt eines Werkzeuges,
insbesondere Mitte in der Länge
und tatsächlicher
Durchmesser oder Radius bzw. Mitte von Durchmesser oder
Länge und
tatsächliche
Länge;
Tiefpunkt
eines Durchmessers oder Radius;
Schnittpunkt zwischen Kreis
und Gerade;
Schnittpunkt zwischen Kreis und Kreis;
Rundlaufmessung;
Zylindermessung;
Tangentenschnittpunkt.
-
Bei
der als „Konturverfolgung" bezeichneten Variante
eines Messprogramms, bei dem der Konturverlauf einer Werkzeugkontur
durch Konturverfolgung über
mehrere gegeneinander versetzte Messbereiche bestimmt wird, kann
ein Konturverlauf einer Werkzeugkontur über eine Länge bestimmt werden, die einem
Vielfachen des Messbereiches (Bildfeldgröße) der Kamera entspricht.
Hierzu wird zunächst innerhalb
eines Messbereiches der Konturverlauf bestimmt, indem die Koordinaten
einer Vielzahl von Konturpunkten innerhalb des Messbereiches ermittelt
werden. Danach wird der Messbereich so entlang der Werkzeugkontur
verschoben, dass er unmittelbar an den vorherigen Messbereich anschließt oder
mit diesem geringfügig überlappt,
so dass ein versatzfreier und la gerichtiger Anschluss der aufeinanderfolgenden
Messbereiche und der darin erfassten Konturabschnitte möglich ist.
Diese Aneinanderreihung von Messbereichen wird dann so oft wiederholt,
bis der gesamte zu vermessende Konturabschnitt lückenlos erfasst ist und aus
der gesammelten Information der zahlreichen Messbereiche der tatsächliche
Konturverlauf ableitbar ist. Der am realen Werkzeug durchführbare Messablauf
stellt sich dann als automatisierte Konturverfolgung über eine
Konturlänge
dar, die deutlich größer ist
als die Bildfeldgröße der Kamera.
-
Die
Messfunktionen der Messfunktionen-Gruppe können an der Anzeigeeinheit
der Messaufgaben-Konfigurationseinheit in Form von Symbolen und/oder
in Form einer Menüliste
zur Auswahl angeboten werden.
-
Es
versteht sich, dass obige Aufzählung möglicher
Messfunktionen nicht abschließend
ist, so dass auch andere als die aufgezählten Messfunktionen im Rahmen
der Erfindung genutzt werden können.
-
Zur
Erhöhung
der Betriebssicherheit des Messverfahrens ist bei bevorzugten Ausführungsformen
in einem Speicher der Messaufgaben-Konfigurationseinheit mindestens ein
Einstellgerät-Datensatz
gespeichert, der Daten über
die Dimensionierung und den Arbeitsbereich eines zur Messung vorgesehenen
Werkzeug-Einstellgeräts
enthält.
Auf Basis dieses Einstellgerät-Datensatzes
kann während oder
nach der Generierung des Messaufgaben-Datensatzes ein Prüfprogramm
zur Durchführbarkeit der
Messaufgabe an dem Einstellgerät
durchgeführt werden.
Auf diese Weise kann z. B. eine Kollisionsüberwachung am geplanten Messablauf
virtuell durchgeführt
werden, um zu vermeiden, dass physikalisch nicht durchführbare Messabläufe probiert
werden. Dadurch kann das Werkzeug-Einstellgerät und/oder das Werkzeug vor
Beschädigungen
und der Messablauf allgemein vor Störungen geschützt werden.
-
Die
Steuereinheit des Werkzeug-Einstellgeräts oder ein funktionaler Teil
davon kann als Messaufgaben-Konfigurationseinheit genutzt werden,
so dass auch die Definition der Messaufgabe mit Hilfe des Werkzeugmodells
am Werkzeug-Einstellgerät selbst
vorgenommen werden kann. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Messaufgaben-Konfigurationseinheit eine
von der Steuereinheit des Werkzeug-Einstellgeräts gesonderte und räumlich getrennt
nutzbare Einheit ist, so dass die Arbeiten am Werkzeug-Einstellgerät durch
die Definition der mindestens einen Messaufgabe nicht behindert
werden. In diesem Fall ist nach Generierung des Messaufgaben-Datensatzes eine Übertragung
des Messaufgaben-Datensatzes an
die Steuereinheit des Werkzeug-Einstellgeräts vorgesehen. Diese Übertragung
kann über
eine geeignete gesonderte Schnittstelle oder über ein kabelgebundenes oder
drahtloses Netzwerk erfolgen.
-
Die
Erfindung bezieht sich auch auf ein Messsystem zum Vermessen eines
Werkzeugs mit:
mindestens einem Werkzeug-Einstellgerät, das eine Werkzeugaufnahme
zur Aufnahme des zu vermessenden Werkzeuges und ein Bildverarbeitungssystem
mit einem Rechner und einer Kamera umfasst, die auf das in der Werkzeugaufnahme
aufgenommene Werkzeug ausrichtbar ist; und
einer Messaufgaben-Konfigurationseinheit
mit:
einer Einrichtung zum Einlesen eines das Werkzeug repräsentierenden
Werkzeug-Datensatzes
einer Einrichtung zum Erzeugen eines virtuellen Werkzeugmodells
auf Basis des Werkzeug-Datensatzes;
einer Anzeigeinheit zum
Anzeigen des Werkzeugmodells;
Einrichtungen zum Definieren
eine Modell-Referenzpunktes am Werkzeugmodell, wobei der Modell-Referenzpunkt
mit dem Nullpunkt eines Einstellgeräte-Messkoordinatensystems korrespondiert;
Einrichtungen
zum Definieren mindestens einer Messaufgabe durch Auswählen eines
Messbereichs am Werkzeugmodell und Zuordnen einer Messfunktion zu
dem Messbereich;
Einrichtungen zum Generieren eines die Messaufgabe
repräsentierenden
Messaufgaben-Datensatzes.
-
Die
Messaufgaben-Konfigurationseinheit kann in das Werkzeug-Einstellgerät integriert
sein. Bei vielen Varianten ist jedoch die Messaufgaben-Konfigurationseinheit
eine vom Werkzeug-Einstellgerät
gesonderte Einheit, die entfernt von dem Werkzeug-Einstellgerät, z. B.
in einem anderen Raum des gleichen Gebäudes oder in einem anderen Gebäude oder
an einem anderen Ort aufgestellt und betrieben werden kann. Das
Werkzeug-Einstellgerät kann
ggf. eine Netzwerk-Schnittstelle zu einer externen Messaufgaben-Konfigurationseinheit
enthalten und mit Hilfe geeigneter Software zur Verarbeitung von
extern erstellten Messaufgaben-Datensätzen konfiguriert sein.
-
Das
Werkzeug-Einstellgerät
kann mehr als eine Kamera umfassen, z. B. zwei Kameras. Eine Kamera
kann eine Flächenkamera
mit einen zweidimensional ausgedehnten Bildsensor (zB CCD Chip) sein.
Abhängig
von der Messaufgabe ist auch der Einsatz einer Zeilenkamera möglich.
-
Diese
und weitere Merkmale gehen außer aus
den Ansprüchen
auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die
einzelnen Merkmale jeweils für
sich allein oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei
einer Ausführungsform der
Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte
sowie für
sich schutzfähige
Ausführungen
darstellen können.
Ausführungsbeispiele der
Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden
näher erläutert.
-
1 zeigt
eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeug-Meßsystems;
und
-
2 zeigt
ein Ablaufdiagramm einer Variante eines erfindungsgemäßen Messverfahrens.
-
Die
schematische Darstellung in 1 zeigt eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Werkzeug-Meßsystems 100 zur
Vermessung und/oder Einstellung von Werkzeugen, wie sie z. B. in
Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren mit automatisierten Produktionsabläufen verwendet
werden. Das Werkzeug-Messsystem umfasst mindestens ein Werkzeug-Einstellgerät 110 (im
Folgenden auch abgekürzt
als Einstellgerät
bezeichnet) und eine zugeordnete Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 (im
Folgenden auch abgekürzt
als Konfigurationseinheit bezeichnet).
-
Das
Werkzeug-Einstellgeräts 110 hat
einen von einem Gestell getragenen Grundkörper 112, der auf
seiner Oberseite eine um eine vertikale Achse 114 drehbare
Werkzeugaufnahme 116 hat, in die ein Werkzeug 130,
beispielsweise ein Fräser
oder ein Bohrer, eingespannt ist. Bei anderen Ausführungsformen
ist die Werkzeugaufnahme um eine horizontale Achse drehbar. Der
Grundkörper 112 trägt weiterhin einen
horizontal in X-Richtung verfahrbaren Schlitten, welcher einen Turm 118 trägt, an welchem
ein in vertikaler Z-Richtung verfahrbarer weiterer Schlitten angeordnet
ist. An diesem Schlitten ist mit Hilfe eines Optikträgers ein
optisches Meßsystem
angebracht, das eine auf das Werkzeug ausrichtbare CCD-Kamera 140 umfasst.
-
Die
nicht gezeigten, elektromotorischen Antriebe für die Drehbewegung der Werkzeugaufnahme 116 sowie
für die
Bewegungen der Linearschlitten für die
mehrdimensionale Bewegung des Optikträgers sind an eine Steuereinheit 150 des
Werkzeug-Einstellgeräts
angeschlossen, welche u. a. der computernumerischen Motorsteuerung
der Antriebsmotoren dient. Auch die Kamera 140, deren aufgenommene
Bilder über
Bildbearbeitungssoftware auswertbar sind, ist an die Steuereinheit
angeschlossen. An die Steuereinheit 150 ist weiterhin eine
dem Einstellgerät zugeordnete
Anzeige- und Bedieneinheit 154 angeschlossen, die eine
Anzeigeeinheit in Form eines LCD-Bildschirmes und eine Eingabeeinheit
mit Tastatur und Maus umfasst. Die Einheiten können durch einen Personalcomputer,
ggf. mit separaten Bildschirm und separater Tastatur gebildet sein.
Sie können
auch in einem einzigen Gerät
integriert sein.
-
In
einer geeigneten digitalen Speichereinrichtung der Steuereinheit 150 ist
die für
den Betrieb des Einstellgerätes
erforderliche Betriebssoftware gespeichert. Diese umfasst die für die Ansteuerung der
computergesteuerten Antriebe des Steuergerätes erforderliche maschinennahe
Software, die Software für
die Bildverarbeitung sowie die Software, die für die Kommunikation mit der
Anzeige- und Bedieneinheit 154 erforderlich ist. Die Betriebssoftware umfasst
auch ein Programm, welches dafür
konfiguriert ist, ein extern erstelltes Messprogramm mit mindestens
einem extern erstellten Messaufgaben-Datensatz in Steuerbefehle
für den
mechanischen Teil des Einstellgerätes und das Bildverarbeitungssystem umzuwandeln.
Eine Schnittstelle 158 dient zum Empfang von Messaufgaben-Datensätzen, die
mit Hilfe einer externen Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 erstellt
werden. Die Schnittstelle 158 kann für eine leitungsgebundene Datenübertragung
und/oder eine drahtlose Datenübertragung
konfiguriert sein. Beispielsweise können die Steuereinheit 150 des Einstellgerätes und
die Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 in
ein Netzwerk integriert sein. Es ist auch möglich, dass die Simulationssoftware
und die Einstellgerätesoftware
in einer gemeinsamen Rechnereinheit integriert sind.
-
Die
zu dem Meßsystem
gehörende
Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 wird durch einen entfernt
zu dem Einstellgerät 110 aufgestellten Personalcomputer
oder Laptop gebildet, in dem entsprechende Messaufgaben-Konfigurationssoftware
installiert ist. Diese Software ist so konfiguriert, dass aus einem
Werkzeug-Datensatz, der aus einer externen Datenbank eingelesen
werden kann, ein zweidimensionales oder dreidimensionales Werkzeugmodell 170 errechnet
werden kann, welches in einem Fenster der Anzeigeeinheit 162 der
Messaufgaben-Konfigurationseinheit
zweidimensional dargestellt wird. Das in der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
errechnete Werkzeugmodell entspricht hinsichtlich seines Aufbaus
und seiner äußeren Dimensionen
im Wesentlichen einem später
am Einstellgerät 110 zu
vermessenden Werkzeug und ist mit dem entsprechenden Werkzeug oder
Werkzeugtyp über eine
geeignete Werkzeugidentifikation verknüpft.
-
In
der Messaufgaben-Konfigurationseinheit sind weiterhin Programmbefehle
für verschiedene Messfunktionen
gespeichert, die mit Hilfe des Bildschirmes über entsprechende Buttons (Schaltflächen) 166 und/oder
anhand einer Menüliste
aufgerufen werden können.
Die Software der Konfigurationseinheit erlaubt weiterhin die Festlegung
bzw. Definition eines beispielsweise rechteckförmigen Messbereichs 180,
der an der Anzeigeeinheit 162 angezeigt und mit dem Werkzeugmodell
in Beziehung gesetzt werden kann. Der angezeigte Messbereich kann dem
durch die Kamera des Einstellgerätes
erfassbaren Bildfeld entsprechen, der Messbereich kann jedoch auch
kleiner oder größer als
das Bildfeld sein und/oder eine andere Form besitzen.
-
Mit
Hilfe einer Zoom-Funktion können
mehr oder weniger große
Ausschnitte des Werkzeugmodells am Bildschirm angezeigt werden.
Weiterhin ist es möglich,
das Werkzeugmodell aus verschiedenen Ansichten in zweidimensionalen
Schnitten oder perspektivisch darzustellen, um die Definition der
Messaufgaben zu erleichtern.
-
Eine
mögliche
Arbeitsweise des Meßsystems
wird im Folgenden anhand der Übersichtsdarstellung
in 1 sowie des Ablaufdiagramms in 2 beispielhaft
näher dargestellt.
-
Dem
Bediener der Messaufgaben-Konfigurationseinheit liegen Informationen
darüber
vor, welche Werkzeuge demnächst
mit Hilfe des Einstellgerätes 110 vermessen
werden sollen. Die Werkzeuge bzw. Werkzeugtypen sind anhand eindeutiger
Werkzeug-Identifikationsnummern identifiziert. In einem nicht näher dargestellten
Werkzeugdatenspeicher sind entsprechende Werkzeug-Datensätze hinterlegt,
beispielsweise in Form von CAD-Daten. Die Datenbank mit den Werkzeug-Datensätze kann
Bestandteil einer Speichereinrichtung der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
sein oder an einem anderen Ort in einer getrennten Datenbank hinterlegt
sein.
-
Die
Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 bildet einen in
Bezug auf das Einstellgerät 110 externen
Arbeitsplatz und ist im vorliegenden Fall in einem anderen Raum
untergebracht. Die Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 und
das Einstellgerät 110 sind
mittels einer Datenfernübertragungsstrecke 159 zur
Datenübertragung
miteinander verbunden oder verbindbar.
-
In
einem ersten Schritt S1 wird aus einer externen Datenbank, beispielsweise
einem elektronischen Werkzeugkatalog eines Werkzeuganbieters, ein
Werkzeug-Datensatz in Form von CAD-Daten in die Konfigurationseinheit
eingelesen. Der Werkzeug-Datensatz enthält die Informationen über die Art
und Dimensionierung des Werkzeuges in der Form, wie es in die Werkzeugaufnahme
des Einstellgerätes
einzusetzen ist, also inklusive der Daten über das Werkzeugfutter und
eine gegebenenfalls vorhandene Verlängerung, in die das eigentliche
Bearbeitungswerkzeug (z. B. einen Bohrer, Fräser oder dergleichen) eingespannt
ist. Aus diesen Informationen sind unter anderem gewisse Soll-Daten
des Werkzeuges (Längen,
Radien, Winkel, Durchmesser etc.) und die Kollisionsmasse des Werkzeuges
ableitbar.
-
Aus
dem Werkzeug-Datensatz errechnet die Messaufgaben-Konfigurationssoftware
in Schritt S2 ein (virtuelles) dreidimensionales Werkzeugmodell, welches
am Bildschirm der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
perspektivisch oder in Form von verschiedenen zweidimensionalen
Ansichten oder Schnitten dargestellt werden kann. Das Werkzeugmodell
kann beispielsweise als Gitter- oder Volumenmodell angezeigt werden.
Im Rahmen der Bildschirmdarstellung ist es möglich, das Werkzeugmodell zu
zoomen (Größenveränderung)
und/oder zu drehen.
-
Der
Erfassungsbereich der Kamera wird dabei durch einen zweidimensionalen,
z. B. quadratischen Messbereich 180 repräsentiert,
dessen Mittelpunkt, dargestellt durch den Ursprungspunkt eines virtuellen
Fadenkreuzes, die Lage der optischen Achse der Kamera repräsentiert.
-
In
einem nächsten
Schritt S3, der die Referenzierung des werkzeugfesten Werkzeug-Koordinatensystems
mit dem Messkoordinatensystem des Einstellgerätes simuliert, wird am Werkzeugmodell ein
Modell-Referenzpunkt
(Werkzeug-Nullpunkt) definiert, der dem Werkzeug-Nullpunkt des realen Werkzeuges entspricht,
welcher später
mit dem Nullpunkt bzw. Ursprung eines Einstellgeräte-Messkoordinatensystems
in Übereinstimmung
gebracht wird.
-
Zur
Referenzierung kann der Nullpunkt des Messbereichs, der beispielsweise
in der Mitte eines rechteckförmigen
Messbereiches liegen kann, an die Position des werkzeug(modell)festen
Modell-Referenzpunktes
gefahren und die Abgleichsituation dann durch eine Eingabe bestätigt werden.
Diese Vorgehensweise wird häufig
im Rahmen von Bezugsmessung genutzt.
-
Es
ist auch möglich,
dass ein fest definierter Werkzeug-Nullpunkt verwendet wird, der
dann rechnerisch in das Koordinatensystem der Messaufgaben-Konfigurationseinheit übertragen
wird, ohne dass hierzu der Nullpunkt des Messbereichs an die Position
des entsprechenden werkzeug(modell)festen Model-Referenzpunktes
gefahren wird.
-
Als
Werkzeug-Nullpunkt kann z. B. bei Werkzeugen mit Steilkegel-Werkzeugaufnahme
der Norm-Nullpunkt in z-Richtung (z = 0, Nullpunkt in Längsrichtung)
bei der z-Position gewählt
werden, bei der der Steilkegel einen vorgegebenen Normdurchmesser
hat. Bei HSK-Aufnahmen kann der Norm-Nullpunkt in z-Richtung z.
B. an der werkzeugseitigen Planfläche des Hohlschaftkegels liegen.
-
Nach
Durchführung
dieses Referenzierungsschrittes kann jede Kameraposition beispielsweise definiert
durch den Schnittpunkt der optischen Achse der Kamera mit dem Werkzeug,
in Form von Werkzeugkoordinaten bezogen auf den Modell-Referenzpunkt
ermittelt werden. Die aktuelle Position des Messbereiches kann auf
dem Bildschirm der Konfigurationseinheit numerisch in Form von X-,
Y- und Z-Koordinaten angezeigt werden, wobei die Z-Richtung gemäß Konvention
der Axialrichtung des Werkzeuges entspricht, während X- und Y-Richtung die zueinander
senkrechten Radialrichtungen sind. Die Achsbezeichnungen und Richtungen
können
je nach Werkzeug-Einstellgerät
unterschiedlich sein.
-
Nachdem
das Einstellgeräte-Messkoordinatensystem
des virtuellen Einstellgerätes
mit dem werkzeugmodellfesten Koordinatensystem abgeglichen ist,
kann in Schritt S4 am Werkzeugmodell an jeder beliebigen Stelle
der aus dem Werkzeugmodell abgeleitete Soll-Wert einer Dimensionsangabe,
z. B. ein Soll-Radius in X-Richtung an einer bestimmten Z-Position oder eine
Soll-Länge
in Z-Richtung, am Werkzeugmodell ermittelt werden, indem der Ursprungspunkt
des Messbereiches an dem betreffenden Punkt des Modells bewegt wird.
An dem Modell können
auch Winkel und Radien abgelesen werden.
-
Wird über einen
entsprechenden Tastaturbefehl oder mit Hilfe der Maus ein bestimmter
Punkt am Werkzeugmodell angewählt,
so kann über
einen Solldatenabgleich eine Toleranz angezeigt oder eingegeben
werden (Schritt S5). Jeder zu messenden Punkt, bzw. jedes Element
des Werkzeuges kann über
Toleranzen näher
spezifiziert werden. Abmaße
der einzelnen Radien oder Durchmesser und Längen, bzw. Form- oder Lagetoleranzen
wie z. B. Rundlauf können
dieses Element dann genauer spezifizieren. Die nähere Spezifikation über Toleranzen
kann bei Bedarf angewandt werden, ist jedoch für das Verfahren nicht zwingend.
-
Anschließend wird
dem ausgewählten
Messbereich am Werkzeugmodell eine Messfunktion zugeordnet, um hierdurch
eine Messaufgabe zu definieren (Schritt S6). Beispielsweise kann
der in 1 schematisch dargestellte Messbereich 180 so
in den Bereich der Spitze des Werkzeugmodells 170 bewegt
werden, dass der durch das Fadenkreuz identifizierbare Nullpunkt
des Messbereichs im Bereich der Spitze liegt. Dann kann durch Anklicken
einer entsprechenden Schaltfläche 166 oder
durch einen Menubefehl oder Tastaturbefehl die gewünschte Messfunktion
eingegeben werden, beispielsweise die Funktion „Koordinaten der theoretischen
Spitze".
-
Eine
einzelne Messaufgabe ist hierbei durch die Zuordnung der Messfunktion
zum ausgewählten Messbereich
definiert. In der Regel werden mehrere nacheinander durchzuführende Messaufgaben
zur Bildung eines Messprogramms nacheinander auf diese Weise programmiert.
Man kann sagen, dass ein Messprogramm eine oder mehrere Messaufgaben
enthält.
Die Gesamtheit aller am entsprechenden Werkzeug vorgesehenen Messungen
werden in einem Messaufgaben-Datensatz hinterlegt, der durch die
Software der Messaufgaben-Konfigurationseinheit 160 auf Grundlage
der vom Bediener vorgenommenen Definitionen erstellt wird (Schritt
S7).
-
Der
Messaufgaben-Datensatz wird zusammen mit einer Identifikationsnummer
für das
Werkzeug gespeichert und kann später übertragen
werden. Das entsprechende Messprogramm für das Werkzeug wird dann über die
Identifikationsnummer des Werkzeugs aufgerufen und der Messablauf
wird gestartet.
-
Bei
manchen Verfahrensvarianten wird der fertiggestellte Messaufgaben-Datensatz,
gegebenenfalls nach Zwischenspeicherung, zu gegebenen Zeit ohne
Zwischenschaltung weiterer Verfahrensschritte über die Schnittstelle 158 an
die Steuereinheit 250 des Werkzeug-Einstellgerätes 110 übergeben.
Auf Basis des Messaufgaben-Datensatzes kann dann am Einstellgerät zu jeder
beliebigen nachfolgenden Zeit die Messung (Schritt S9) durchgeführt werden.
Dazu ist es am Einstellgerät
lediglich noch erforderlich, das zu vermessende Werkzeug in die Werkzeugaufnahme 116 einzusetzen,
mit Hilfe der Werkzeugidentifikation das entsprechende Messprogramm
aufzurufen und den Werkzeug-Nullpunkt mit der Kamera 140 anzufahren,
um das Messkoordinatensystem des Einstellgerätes mit dem werkzeugfesten
Werkzeug-Koordinatensystem des realen Werkzeuges abzugleichen. Diese
Schritte benötigen
wenig Zeit, so dass das Einstellgerät fast ausschließlich für reine
Messaufgaben genutzt werden kann, da die Messprogrammerstellung
an einem externen Arbeitsplatz mit Hilfe der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
bereits erfolgt ist.
-
Vor
der Durchführung
eines Messablaufs am Einstellgerät
kann der komplette Messablauf im Wege einer Simulation an der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
in Echtzeit durchgeführt
werden, wodurch der Bedienperson eine Vorab-Überprüfung des Messablaufs auf mögliche Fehler
möglich
ist (Schritt S8). In einem Datenspeicher der Messaufgaben- Konfigurationseinheit
ist hierzu für
jedes Einstellgerät
des Messsystems ein Einstellgerät-Datensatz gespeichert,
der Daten über
die Dimensionierung und den Arbeitsbereich des entsprechenden, zur Messung
vorgesehenen Werkzeug-Einstellgeräts enthält. Damit kann nach der Fertigstellung
eines Messaufgaben-Datensatzes bzw. eines Messprogramms ein Prüfprogramm
zur Durchführbarkeit
der Messaufgabe am Einstellgerät
in der Messaufgaben-Konfigurationseinheit gestartet werden. Dadurch kann
der Messablauf simuliert werden um sicherzustellen, dass keine Kollision
oder Fehlmessung stattfindet.
-
Bei
anderen Verfahrensvarianten wird die Messung am realen Werkzeug
zeitgleich bzw. zeitlich überlappend
mit der Zusammenstellung des Messprogramms an der Messaufgaben-Konfigurationseinheit
durchgeführt.
Hierzu wird das reale Messobjekt, also das zu vermessende Werkzeug 130,
in die Werkzeugaufnahme eingesetzt. Ein entsprechender Werkzeug-Datensatz
wird in die Messaufgaben-Konfigurationseinheit
eingelesen und das entsprechende Werkzeugmodell am Bildschirm der
Konfigurationseinheit angezeigt. Sobald das Einstellgerät auf den Werkzeug-Nullpunkt
des Werkzeugs eingestellt ist auch die Referenzierung am Werkzeugmodell
stattgefunden hat, kann eine Messaufgabe durch Auswählen eines
Messbereiches am Werkzeugmodell und Zuordnen einer Messfunktion
zu dem Messbereich an der Messaufgaben-Konfigurationseinheit definiert
werden. Der entsprechende Messaufgaben-Datensatz wird dann an das
Einstellgerät übertragen,
so dass quasi simultan zur externen Definition der Messaufgaben
die entsprechende Messaufgabe am Einstellgerät ausgeführt werden kann. Auf diese
Weise ist ein ferngesteuertes Messen möglich.
-
Das
Messsystem kann nicht nur zur Durchführung tatsächlicher Messungen verwendet
werden, sondern eignet sich auch hervorragend zur Durchführung von
Schulungen und Trainings, da an der Messaufgaben-Konfigurationseinheit sämtliche
auch am Einstellgerät
auszuführenden Programmierarbeiten
geübt werden
können.
Insoweit kann die Messaufgaben-Konfigurationseinheit als virtuelles
Einstellgerät
dienen, um die Bedienpersonen mit den Möglichkeiten und Besonderheiten
der entsprechenden Einstellgeräte
vertraut zu machen.