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Die
Erfindung betrifft einen Rohling zur Herstellung zahntechnischer
Formteile, wobei der Rohling einen Rohlingskörper aus Zahnrestaurationsmaterial
umfasst, aus welchem mittels eines Werkzeugs das Formteil durch
Materialabtrag herausarbeitbar ist, wobei der Rohling eine Codierung
mit mindestens einer Struktur als Informationsträger für
Eigenschaften des Rohlingskörpers aufweist, wobei die Lage, die
Abmessung oder die Art der Struktur durch Abtasten oder Vermessen
des Rohlings feststellbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin
ein Verfahren zur Herstellung eines zahntechnischen Formteils aus
einem Rohling mit einem Rohlingskörper aus Zahnrestaurationsmaterial
mittels eines Werkzeugs durch Materialabtrag, wobei zur Feststellung
der Lage des Rohlingskörpers ein Touchiervorgang des Werkzeugs
am Rohlingskörper vorgesehen ist.
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Um
ein zahntechnisches Formteil aus einem Rohling durch Materialabtrag
herauszuarbeiten, muss das herauszuarbeitende Formteil vollständig
in dem Rohlingskörper des Rohlings angeordnet sein. Zur
Optimierung des Bearbeitungsprozesses ist es darüber hinaus
von Vorteil, wenn der Rohling aus einer Vielzahl von Rohlingen mit
unterschiedlich großem Rohlingskörper auswählbar
ist, da sich dann das bereitzustellende Volumen des Rohlingskörpers an
das herzustellende Formteil anpassen lässt. Da grundsätzlich
jeder Rohlingskörper gegenüber dem Formteil ein Übermaß aufweist,
ist es auch zweckmäßig, das Formteil innerhalb
des Rohlingskörpers so zu platzieren, dass der Bearbeitungsprozess
optimiert werden kann. Beispielsweise wird ein Formteil in einem länglichen
Rohling an das äußere Ende des Rohlingskörpers
gesetzt werden, um das Volumen des abzutragenden Materials zu verringern.
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Stand der Technik
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Im
Stand der Technik ist bekannt, den Rohlingskörper des in
die Bearbeitungsmaschine eingesetzten Rohlings zu vermessen, beispielsweise durch
optische Vermessung mit einem Entfernungsmesser oder durch Anfahren
der Bearbeitungswerkzeuge an den Rohlingskörper, was als
Touchieren bezeichnet wird. Vermessen durch touchieren erfordert
jedoch, dass das Werkzeug langsam auf den Rohlingskörper
zugestellt wird, und zwar ausgehend von der größten
möglichen Kontur des Rohlingskörpers. Besonders
bei kleinen Rohlingskörpern ergeben sich große
Abstände der Startposition des Touchiervorgangs zur tatsächlichen
Oberfläche des Rohlingskörpers. Diese langen Touchierwege
ergeben eine entsprechend lange Touchierzeit. Da während der
gesamten Touchierzeit eine Drehzahlregelung stattfindet, um ein
Touchieren festzustellen, können sich bei einer langen
Touchierzeit Fehler in der Regelung ergeben, die ein vorzeitiges
Touchieren signalisieren, ohne dass das Werkzeug tatsächlich
an die Oberfläche des Rohlingskörpers herangeführt
ist.
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Aus
der
EP 0 160 797 ist
ein Rohling zur Herstellung zahntechnischer Formteile bekannt, wobei der
Rohling in einen Halter und in einen Rohlingskörper aus
unterschiedlichen Materialien aufgeteilt ist. An dem Halter kann
eine Referenzfläche so ausgebildet sein, dass Steuerinformationen
für die Bearbeitung abgeleitet werden können,
die von den Rohlingseigenschaften abhängen. Die Referenzfläche
ist dazu so ausgebildet, dass über dem Umfang verteilt angeordnete
Bereiche als binäre Codierung entweder der Umfangsfläche
entsprechen oder abgeflacht sind.
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Die
Lage der dem Verschleiß unterworfenen Werkzeuge für
die Bearbeitung des Rohlings wird dadurch justiert, dass die Werkzeuge
an definierte Referenzflächen des Rohlings herangefahren
werden. Diese Referenzflächen können sich wie
in der
EP 0 160 797 gezeigt
am Halter befinden oder können sich, wie in der
DE 196 12 699 gezeigt,
am Rohlingskörper oder an einem eigenen Referenzkörper
befinden, der am Rohling an einer mehr oder weniger beliebigen Stelle
angebracht ist.
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Aus
der
DE 103 30 758
A1 ist ein Rohling bekannt, der mindestens eine Lehre aufweist,
die in ihrer Geometrie so ausgebildet ist, dass das für
die Bearbeitung ausgewählte Werkzeug anhand seiner Außenkontur
mittels der Lehre erkennbar ist. Hierzu wird ein Touchiervorgang
verwendet.
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In
der
DE 10 2004
063 417 A1 ist der Rohling so ausgebildet, dass mindestens
zwei Lehren vorgesehen sind, die jeweils als Ausnehmungen gestaltet sind,
wobei die Ausnehmungen in ihrer Geometrie so ausgebildet sind, dass
das für die Bearbeitung ausgewählte Werkzeug anhand
seiner Außenkontur mittels zumindest einer der Lehren erkennbar
ist, wobei die mindestens zwei Lehren so am Rohling angeordnet sind,
dass sie von den mindestens zwei Werkzeugen gleichzeitig anfahrbar
sind, wenn der Rohling zur Bearbeitung in die Bearbeitungsmaschine
eingespannt ist. Auch hier wird ein Touchiervorgang verwendet.
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Eine
Lösung zur Bestimmung der Größe des Rohlingskörpers
besteht darin, der Bearbeitungsmaschine die Größe
des Rohlingskörpers vorzugeben, unabhängig von
der tatsächlichen Größe des in die Bearbeitungsmaschine
eingebrachten Rohlings. Die Auswahl kann beispielsweise über
einen Auswahldialog an der Bearbeitungsmaschine selbst erfolgen oder
durch eine Software zur Steuerung der Bearbeitungsmaschine über
einen PC. Das Einsetzen eines anderen als der Bearbeitungsmaschine
vorgegebenen Rohlings kann aber zum Abscheren des Rohlingskörpers
von einem Halter, zur Zerstörung der Werkzeuge oder zu
schweren Schäden an der Bearbeitungsmaschine selbst führen.
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Bislang
ist der Anwender also selbst dafür verantwortlich, dass
der in die Bearbeitungsmaschine eingesetzte Rohling mit dem gewählten
Rohling bezüglich Hersteller, Material, Typ, Größe übereinstimmt.
Der Anwender ist auch dafür verantwortlich, dass kein anderes
als das für die eingesetzten Werkzeuge zulässige
Material eingesetzt ist.
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Aus
dem Stand der Technik ist allerdings bekannt, dass die für
einige Materialien notwendigen Schrumpfungsfaktoren alternativ zu
einer manuellen Eingabe mit einem in die Bearbeitungsmaschine eingebauten
Scanner in das System übernommen werden.
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Für
die optimale Steuerung der Bearbeitungsmaschine ist es vorteilhaft,
sowohl Kenntnisse über das zu bearbeitende Material als
auch über den Typ und die Größe des eingesetzten
Rohlings zu erhalten. Beispielsweise kann ein zylindrischer Rohlingskörper
oder ein quaderförmiger Rohlingskörper aus jeweils
unterschiedlichen Materialien verwendet werden. Durch die Vielzahl
der möglichen Materialien ist nicht jedes Material mit
jedem der vorhandenen Werkzeuge bearbeitbar, so dass die Kenntnis über die
Materialeigenschaft eigentlich unverzichtbar ist.
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Die
Vorgabe der Eigenschaften des Rohlings an die Bearbeitungsmaschine,
unabhängig von dem tatsächlich in die Bearbeitungsmaschine
eingebrachten Rohling, kann durch Irrtum oder Umgehung der Empfehlungen
zu Passungenauigkeiten des Formteils oder zu einer frühzeitigen
Zerstörung der Werkzeuge führen. Darüber
hinaus sind abhängig vom Material bei den Restaurationen
Minimalwandstärken einzuhalten, so dass dann, wenn das
eingesetzte Material nicht mit dem ausgewählten Material übereinstimmt,
ein fehlerhaftes Formteil mit zu geringer Festigkeit entstehen kann.
Zu geringe Wandstärken können auch zum Bruch des
teilweise hergestellten Formteils bereits bei der Bearbeitung in
der Bearbeitungsmaschine führen.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die langen Touchierzeiten
und die damit einhergehende Verlängerung der Bearbeitungszeit zu
verringern und eine vom Anwender unabhängige Kontrolle über
die richtige Auswahl des in die Bearbeitungsmaschine eingesetzten
Rohlings zumindest hinsichtlich der Abmessungen durchzuführen.
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Darstellung der Erfindung
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Der
erfindungsgemäße Rohling zur Herstellung zahntechnischer
Formteile weist einen Rohlingskörper aus Zahnrestaurationsmaterial
auf, aus welchem mittels eines Werkzeugs das herzustellende Formteil
durch Materialabtrag herausarbeitbar ist. Der Rohling weist eine
Codierung mit mindestens einer Struktur als Informationsträger
für Eigenschaften des Rohlingskörpers auf, wobei
die Struktur so im Rohling angeordnet ist, dass die Lage, die Abmessung
oder die Art der Struktur durch Abtasten oder Vermessen des Rohlings
feststellbar ist. Dabei ist die Lage, die Abmessung oder die Art
der Struktur so ausgebildet, dass der bei deren Feststellung gewonnene
Wert einer analogen Information über eine Eigenschaft des
Rohlingskörpers entspricht.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung können die blockspezifischen Maße
durch eine geometrische Gestaltung des Rohlings bzw. des Rohlingskörperhalters
selbst hinterlegt und für eine automatische Vorpositionierung
beim Touch verwendet werden.
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Die
Kenntnis der Abmessungen des eingesetzten Rohlingskörpers
verhindert das Abscheren des Rohlingskörpers, die Zerstörung
der Werkzeuge sowie eine Beschädigung der Maschine selbst
beim Einsetzen eines nicht vorgegebenen Rohlingskörpers
zuverlässig.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung kann die Codierung in Form einer geometrischen Struktur
ausgebildet sein, deren Abmessung einer vorgegebenen mathematischen
Funktion folgend mindestens einer Abmessung des Rohlingskörpers entspricht.
Hierbei geben z. B. die Tiefen von Ausnehmungen im Radius des Rohlings
bzw. des Rohlingskörperhalters eine analoge, maßstäbliche
Abbildung der zugeordneten maximalen Abmessungen des Rohlingskörpers
an. Die Abtastung der geometrischen Gestaltung der Strukturen erfordert
wegen deren bekannter Lage wesentlich geringere Wege und Zeit als
die Abtastung des Rohlingskörpers selbst, dessen Abmessungen
zunächst unbekannt sind.
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Durch
die analoge Information am Rohling selbst ist ein Nachschlagen in
Tabellen oder Datenbanken entbehrlich, es ist also keine externe
Information über den Informationsgehalt der Messgröße
an die Bearbeitungsmaschine zu übermitteln oder in dieser
vorzuhalten.
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Weitere
Informationen wie Materialeigenschaften, Festigkeit, Farbe, Transluzenz,
Schrumpfungsfaktor, etc. können gegebenenfalls zusätzlich über
die Codierung hinterlegt werden, solange es sich um analog darstellbare
Informationen handelt, etwa auch in Form einer Skala von 0 bis 100%.
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Vorteilhafterweise
kann eine weitere Struktur entsprechend einer Kontrollinformation über
eine Funktion aus mindestens zwei Abmessungen von mindestens zwei
Strukturen ausgebildet sein.
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Vorteilhafterweise
kann eine Struktur mindestens eine Referenzfläche aufweisen,
wobei die Abweichung der Lage, der Abmessung oder der Art der Referenzfläche
von einer vorgegebenen Referenzfläche einer analogen Information über
den Rohlingskörper entspricht.
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Dabei
kann die Struktur um eine Längsachse des Rohlings herum
angeordnet sein, etwa auf einer Umfangsfläche.
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Vorteilhafterweise
ist die Struktur in ihrer Lage von der Längsachse des Rohlings
unabhängig und auf eine Herstellungsmittelachse bezogen.
Bei der Herstellung der Struktur findet eine Bearbeitung statt und
diese Bearbeitung führt dazu, dass eine Herstellungsmittelachse
vorliegt. Durch die Entkopplung der Herstellungsmittelachse der
Struktur von der Längsachse des Rohlings ist eine einfachere
Herstellung möglich.
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Vorteilhafterweise
ist für die Bestimmung der Lage der Herstellungsmittelachse
mindestens eine Referenzfläche vorgesehen.
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Für
die Bestimmung der Lage der Struktur gegenüber der Referenzlage
kann eine Referenzstruktur mit einer Referenzlage vorgesehen sein.
Damit ist die Lage der Struktur von der übrigen Geometrie
des Rohlings unabhängig.
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Vorteilhafterweise
kann die Größe der Abweichung von der Referenzlage
einer Information über mindestens eine geometrische Abmessung
des Rohlingskörpers entsprechen.
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Gemäß einer
Weiterbildung kann die Referenzfläche der Struktur zur
Längsachse des Halters hin in einer Vertiefung angeordnet
sein, vorzugsweise als Nutgrund einer Nut.
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Vorteilhafterweise
kann am Rohling eine Referenzfläche vorgesehen sein für
die Bestimmung der Exzentrizität der informationstragenden
Strukturen zu einer Drehachse des in einer Bearbeitungsmaschine
für die Bearbeitung des Rohlings aufgenommenen Rohlings.
Der Zusammenhang zwischen der Referenzfläche und der Struktur
ist in diesem Fall bekannt.
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Vorteilhafterweise
kann die Nutbreite und/oder die Nutlänge eine Information über
die Eigenschaft des Rohlingskörpers darstellt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung kann der Rohling einen Halter für
den Rohlingskörper aufweisen und kann die Struktur auf
diesem Halter angeordnet sein. Dadurch ist eine voneinander unabhängige
Herstellung von Halter und Rohlingskörper möglich,
wobei der Rohlingskörper selbst keine hochpräzisen
Geometrien aufweisen muss.
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Vorteilhafterweise
ist die Struktur gegenüber dem Rohlingskörper
abgedeckt.
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Die
Abdeckung kann dadurch erreicht werden, dass zwischen dem Halter
und dem Rohlingskörper eine Abdeckscheibe vorgesehen ist.
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Gemäß einer
Weiterbildung befindet sich die Struktur auf einem an den Rohlingskörper
oder an den Halter angespritzten Teil.
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Es
kann vorteilhaft sein, wenn sich die Struktur auf einem separat
hergestellten Teil befindet, das zwischen dem Halter und dem Rohlingskörper
oder am Halter selbst angeordnet ist. Bei dem separaten Teil kann
es sich um ein Spritzgussteil, ein Stanzteil etc. handeln, das an
dem Rohling, dem Rohlingskörperhalter oder zwischen dem
Halter und dem Rohlingskörper angebracht wird.
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Die
Struktur kann in einer gegenüber einer Referenzlage unterschiedlichen
Höhe, oder Breite oder Länge ausgeführt
sein. Auch die Winkellage kann eine Information liefern.
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Ein
weiterer Gegenstand ist ein Verfahren zur Herstellung eines zahntechnischen
Formteils aus einem Rohling mit einem Rohlingskörper aus
Zahnrestaurationsmaterial mittels eines Werkzeugs durch Materialabtrag,
wobei zur Feststellung der Lage des Rohlingskörpers ein
Touchiervorgang des Werkzeugs am Rohling vorgesehen ist. In einem
ersten Schritt erfolgt die Feststellung mindestens einer relevanten
Größe des Rohlingskörpers und in einem zweiten
Schritt erfolgt die Vorpositionierung des Bearbeitungswerkzeugs
für den Touchiervorgang am Rohlingskörper in Abhängigkeit
der festgestellten Größe des Rohlingskörpers.
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Vorteilhafterweise
ist eine Begrenzung des Touchierweges in Abhängigkeit der
festgestellten Größe, insbesondere mit Fehlermeldung,
vorgesehen. Damit lässt sich eine Abweichung von einer
erwarteten Touchierposition feststellen, die zum Beispiel auf einen
bereits teilweise bearbeiteten Rohling schließen lässt.
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Vorteilhafterweise
kann nach einem erfolgreichem Touchiervorgang und/oder nach dem
Bearbeiten des Rohlingskörpers eine Änderung der
Struktur und/oder eine Herstellung einer weiteren Struktur durch
das Werkzeug erfolgen. Damit lässt sich eine Information
einbringen über den Bearbeitungszustand des Rohlings.
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Ein
weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines zahntechnischen Formteils aus einem Rohling mit einem Rohlingskörper
aus Zahnrestaurationsmaterial mittels eines Werkzeugs durch Materialabtrag,
wobei zur Feststellung der Lage des Rohlingskörpers ein
Touchiervorgang des Werkzeugs am Rohling vorgesehen ist. In einem
ersten Schritt erfolgt die Feststellung mindestens einer relevanten
Größe des Rohlingskörpers. In einem zweiten
Schritt erfolgt eine Festlegung der während der Bearbeitung
vorgegebenen Wege der Werkzeuge in Abhängigkeit der festgestellten
Größe des Rohlingskörpers.
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Vorteilhafterweise
kann zur Feststellung der Größe eine am Rohling
vorgesehene Codierung mit mindestens einer geometrischen Struktur,
deren Abmessung entsprechend einer Funktion analog mindestens eine
Abmessung des Rohlingskörpers wiedergeben, erfasst werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn der erfasste Wert unter Verwendung einer
vom touchierten Rohling unabhängigen Umrechnungsfunktion,
die in der Bearbeitungsmaschine beziehungsweise in einer Steuerung
für die Bearbeitungsmaschine hinterlegt ist, in eine Längenangabe
umgewandelt wird.
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Vorteilhafterweise
wird eine weitere Struktur erfasst, die eine Kontrollinformation über
die Konsistenz der Information von mindestens zwei weiteren Strukturen
darstellt.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn bei einer falschen Kontrollinformation
ein Abbruch der Bearbeitung erfolgt. Dadurch kann eine fehlerhafte
Herstellung von vorneherein vermieden werden.
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Vorteilhafterweise
kann die Codierung zur Feststellung der Blockgröße
durch mindestens ein Werkzeug in einem Touchiervorgang abgetastet
werden.
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Eine
Struktur kann auch als Kontrollinformation durch Veränderung
mit den Werkzeugen als Merker für einen teilweise bearbeiteten
Rohlingskörper dienen, z. B. für das bis dahin
abgetragene Material.
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Die
Strukturen können kostengünstig genauso gefertigt
werden wie eine schon vorhandene Positioniernut zur Positionierung
des Rohlings in einer Bearbeitungsmaschine.
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Wie
aus dem Stand der Technik bekannt, können sich zusätzliche
Informationen in der Codierung befinden, die einen Verweis auf eine
Datenbank zur Ermittlung der zugehörigen Daten darstellen, etwa über
den Hersteller.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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In
der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Es zeigen:
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1 einen
erfindungsgemäßen Rohling mit einem Halter und
mit einem Rohlingskörper,
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2 den
Halter aus 1 in Draufsicht in einer Referenzposition
(Positioniernut 8 unten),
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3 den
Halter aus 2 in einer um 30° gedrehten
Position zur Erfassung eines ersten Paares von Strukturen,
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4 den
Halter aus 2 in einer um –30° gedrehten
Position zur Erfassung eines zweiten Paares von Strukturen,
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5 einen
weiteren Halter mit einem zusätzlichen Paar von Strukturen
mit zueinander bekanntem Abstand,
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6 ein
Touchieren des Halters aus 5 im Bereich
der zusätzlichen Strukturen,
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7 eine
Prinzipskizze der bei dem Halter aus 5 zu berücksichtigenden
geometrischen Verhältnisse,
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8 eine
Ausgestaltung der Strukturen des Halters aus
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5 im
Detail,
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9 einen
Halter mit einem mit Strukturen versehenen aufschiebbaren Ring.
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Ausführungsbeispiel
der Erfindung
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In 1 ist
ein erfindungsgemäßer Rohling mit einem an einem
Halter 1 befestigten Rohlingskörper 2 dargestellt,
wobei der Rohlingskörper 2 zum Zweck der besseren
Darstellung des Halters 1 vom Halter 1 abgelöst
dargestellt ist.
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Der
Halter 1 umfasst einen Schaft 3 und einen Teller 4,
wobei der Schaft 3 dazu bestimmt ist, den Halter 1 in
einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine zu befestigen und
der Teller 4 dazu bestimmt ist, eine ausreichende Verbindungsfläche zu
dem Rohlingskörper 2, der in der Regel aus einem anderen
Material als der Halter 1 besteht, bereitzustellen.
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Zu
beiden Seiten des Halters 1, also jeweils auf einer Seite
einer Längsachse 5 des Halters 1, ist jeweils
ein Werkzeug 6, 7 angeordnet, wobei das Werkzeug 6 als
Zylinderschleifer mit einer Kegelspitze und das Werkzeug 7 als
zylindrischer Stufenschleifer ausgebildet sein kann. Die Form der
Werkzeuge spielt für die vorliegende Erfindung jedoch keine
wesentliche Rolle.
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In
dem Teller 4 ist eine Nut 8 für die Positionierung
des Halters 1 und damit des mit dem Halter 1 verbundenen
Rohlingskörpers 2 in der Bearbeitungsmaschine
vorgesehen. Anstelle der Nut 8 im Teller 4 kann
auch eine Positionierhilfe am Schaft 3 angeordnet sein,
etwa eine Ausnehmung an dem Ende des Halters 3, die mit
einem Vorsprung in der Haltevorrichtung einer Bearbeitungsmaschine
zusammenwirkt.
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In 2 ist
dargestellt, wie ausgehend von einem bekannten Drehzentrum 9 des
in einer nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine eingespannten Halters 1 eine
Referenzposition für die Spitze des jeweiligen Werkzeugs 6, 7 festgelegt
wird. Dies geschieht dadurch, dass die Werkzeuge 6, 7 mit
geringer Drehzahl und Energie sich um Ihre Längsachse drehen
und vom Halter 1 aus gesehen in radialer Richtung auf den
Halter hin bewegt werden. Die Werkzeuge stoppen bei Berührung
an der Umfangsfläche 10 des Tellers 4 und
die Positionen der Werkzeuge werden gespeichert. Aus den Positionen
beim Stoppen der Werkzeuge 6, 7 wird die Position
der beiden Schleifer bezüglich des Halters 1 bestimmt. Dieser
Vorgang wird als Touchiervorgang bezeichnet.
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Diese
Positionsbestimmung der Spitze des Werkzeugs 6, 7 ist
deshalb vorteilhaft, weil gerade die Werkzeugspitze einem Verschleiß unterliegt,
der zu fehlerhaften Bearbeitungsergebnissen einerseits bzw. zu fehlerhaften
Ergebnissen beim Abtasten des Halters 1 führen
kann. Alternativ zu einem Abtasten, d. h. einer Berührung,
kann auch eine Berührungslose Vermessung erfolgen, etwa
eine optische Vermessung.
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Im
vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Durchmesser des
Tellers 4 sehr genau gefertigt, d. h. mit einer Toleranz
von 10 μm.
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Neben
der relativ genauen Dimensionierung des Durchmessers des Tellers 4 ist
auch die Exzentrizität des Tellers 4 bezüglich
eines einer Bearbeitungsmaschine zugeordneten Drehzentrums 9 des
in die Bearbeitungsmaschine eingespannten Halters 1 von
Bedeutung, wobei jedoch die Ermittelung dieser Exzentrizität
nach dem Stand der Technik für die vorliegende Erfindung
als bekannt vorausgesetzt wird.
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In 2 ist
zu erkennen, dass neben der Nut 8 zur Positionierung des
Halters in der Bearbeitungsmaschine eine Codierung mit zwei Paaren
von gegenüberliegend angeordneten Strukturen 11, 12 und 13, 14 vorgesehen
ist, wobei die Strukturen 11–14 als Vertiefung
in der Umfangsfläche des Tellers 4 ausgebildet
sind und wobei in den Strukturen 11 bis 14 Referenzflächen 11'–14' vorhanden
sind. Die Strukturen 11 bis 14 sind dabei so über
den Umfang verteilt in der Umfangsfläche 10 angeordnet,
dass sie in der dargestellten Referenzposition außerhalb
des Wirkungsbereichs der Werkzeuge 6, 7 liegen.
Die Strukturen 11–14 befindet sich dabei
in einem vorgegebenen und der Bearbeitungsmaschine bekannten Winkel
bezüglich der Nut 8 zur Positionierung des Halters 1 in
der Bearbeitungsmaschine.
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Die
Codierung kann in Form von radialen und/oder axialen Strukturen,
die über den Umfang verteilt sein können, ausgebildet
sein.
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In 3 ist
der Halter 1 aus 2 um einen Winkel
von 30° im Uhrzeigersinn verdreht, so dass die Nut 8 aus
ihrer Mittellage zum Bearbeitungswerkzeug 7 hin gerückt
ist. In dieser Position ist das erste Paar der Strukturen 11, 12 in
den Wirkungsbereich der Werkzeuge 7, 6 gebracht,
so dass beim Zustellen der Werkzeuge 6, 7 eine
Berührung der Werkzeuge 6, 7 im Bereich
der Strukturen 12, 11 stattfindet.
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Durch
Positionsvergleich der Werkzeuge 6, 7 bei Erreichen
der Strukturen 12, 11 gegenüber der Referenzposition
an der Umfangsfläche 10 lassen sich für
die Abmessung der Strukturen 11, 12 zwei analoge
Messwerte ableiten. Der mit dem Werkzeug 6 und der Struktur 12 festgestellte
analoge Messwert kann z. B. einer maßstabsgerechten Länge
des Rohlingskörpers 2 entsprechen, also multipliziert
um einen vorbekannten Vervielfacher, so dass die Länge einer
Funktion folgend aus dem Messwert ermittelt wird. Der mit dem Werkzeug 7 und
der Struktur 11 festgestellte zweite Messwert kann zum
Beispiel die Breite des Rohlingskörpers 2, wiederum
gegebenenfalls unter Anwendung einer Funktion durch Multiplikation
mit einem vorbekannten Vervielfacher, darstel len. Der jeweilige
mit dem Vervielfacher modifizierte Messwert kann im Rahmen der analogen
Funktion gegebenenfalls mit einem vorbekannten Offset versehen werden
um die Genauigkeit zu erhöhen. Die zugrundeliegende Funktion
wäre in diesem Fall eine Geradengleichung mit einer Steigung,
die dem Vervielfacher entspricht und mit einem Achsenabschnitt, der
dem Offset entspricht. Die Zuordnung einer Größe
zu dem analogen Messwert kann auch über eine andere mathematische
Funktion erfolgen.
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Auch
aus dem Abstand der beiden Strukturen 11, 12 eines
Paares zueinander kann ein Messwert genommen werden. Allerdings
hat dies den Nachteil, dass dann mit zwei Strukturen 11, 12 nur ein
einziger Messwert erhalten wird anstelle von möglichen
zwei Messwerten.
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In 4 ist
der Halter 1 aus 2 um einen Winkel
von 30° gegen den Uhrzeigersinn um das Drehzentrum 9 verdreht,
so dass das zweite Paar von Strukturen 13, 14 im
Wirkungsbereich der Werkzeuge 6, 7 liegt. Durch
Heranführen der Werkzeuge 6, 7 auf die
Strukturen 14, 13 lassen sich wiederum zwei Messwerte
gewinnen, die als analoge Werte z. B. bei der Struktur 13 eine
Höhe h des Rohlingskörpers 2 enthalten
oder im Fall des Werkzeugs 7 und der Struktur 14 einen
Messwert für eine Kontrollgröße für
die Summe der Messwerte aus Höhe, Breite und Länge
der Strukturen 11, 12 und 13.
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Im
vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel entspricht der mit
dem Werkzeug an einer Struktur festgestellte Messwert einer analogen
Information, beispielsweise ist einer Eindringtiefe von 1,3 mm in die
Struktur 12 eine Länge L des Rohlingskörpers 2 von
26 mm zugeordnet. Mit zunehmender Eindringtiefe wächst
auch der Messwert an und damit die entsprechende Länge
des Rohlingskörpers 2. Beispielsweise kann bei einer
Eindringtiefe von 1,6 mm auf eine Länge L des Rohlingskörpers 2 von
32 mm geschlossen werden. Der Umrechnungsfaktor zwischen der gemessen
Differenz der Spitze des Werkzeugs an der Umfangsfläche
gegenüber der Struktur 12 ist hier mit dem Faktor
20 zu multiplizieren. Für die Breite und die Höhe
kann derselbe oder ein anderer Umrechnungsfaktor in der Bearbeitungsmaschine vorgesehen
sein, etwa 10 für die Höhe und 15 für
die Breite. Bei einer Messungenauigkeit von insgesamt 50 μm
beträgt der Fehler im umgerechneten Längenmaß dann
höchstens 1 mm, sodass der Fehler bei der Vorpositionierung
der Werkzeuge an dem Rohlingskörper auf dieses Maß beschränkt
ist.
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Der
Kontrollwert berechnet sich in diesem Fall für einen Rohlingskörper
mit einer Länge L = 32 mm, einer Breite b = 12 mm und einer
Höhe h = 10 mm unter Anwendung der Faktoren zu (0,8 mm
+ 1,6 mm + 1,0 mm = 3,4 mm). Wenn dieser Wert außerhalb
des in der Struktur hinterlegbaren Wertes ist, kann dieser Wert
noch durch einen auf den Korrekturwert bezogenen Faktor 2 oder 4
geteilt werden.
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Die
Erfassung der Codierung am Rohling kann dann besonders schnell erfolgen,
wenn die Lage der Strukturen genau bekannt ist, sodass die Werkzeuge
nahe an die Strukturen gebracht werden können, bevor der
eigentliche Touchiervorgang beginnt. Der Zeitverlust durch diese
zusätzlichen Vermessungen ist gegenüber dem Zeitgewinn
beim anschließenden Touchieren des Rohlingskörpers
gering, insbesondere bei kleinen Blöcken, bei denen von
der Startposition für den größtmöglichen
Rohlingskörper aus der langsame Touchiervorgang abläuft.
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Zur
Bestimmung der Startposition des Werkzeugs für den Touchiervorgang
am Rohlingskörper 2 ist darüber hinaus
dessen Herstellungstoleranz für die Abmessungen und dessen
Aus richtung auf dem Halter 1 zu berücksichtigen,
was dem Stand der Technik entspricht.
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Die
Startposition der Vorpositionierung des Werkzeugs für den
Touchiervorgang kann darüber hinaus auch einen voreingestellten
Offset aufweisen. Für die Startposition des Werkzeugs ergibt
sich dann ein Abstand des Werkzeugs von der Drehachse der Bearbeitung
aus dem analogen Messwert der Struktur multipliziert mit dem Umrechnungsfaktor
zuzüglich des Offsets. Der Offset kann dabei zweckmäßigerweise
zwischen 1 und 5 mm liegen und reduziert den Fehler bei größeren
Umrechnungsfaktoren.
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Die
Strukturen 11 bis 14 können anstelle
der dargestellten Ausnehmungen auch Erhöhungen sein. Die
Ausgestaltung als Ausnehmung hat den Vorteil, dass das Werkzeug
zunächst mit großer Geschwindigkeit bis in die
Nähe der Umfangsfläche 10 zugestellt
werden kann und erst dann ein langsames Annähern des Werkzeugs
an die Struktur erfolgt.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halters 1 dargestellt.
Der Teller 4 hat auf seiner Umfangsfläche 10 neben
den bereits aus 2 bekannten zwei Paaren von
Strukturen ein drittes Paar von Strukturen 15, 16,
die sich wiederum gegenüber liegen und die auf einer von
der Ausnehmung 8 und den aus 2 bekannten
Strukturen unbeeinträchtigten Teil der Umfangsfläche 10 liegen.
Im vorliegenden Fall sind die Strukturen 15, 16 so
ausgebildet, dass sie eine Bezugsreferenz für die Tiefeninformation
der anderen Strukturen bereitstellen und darüber hinaus
einen innerhalb einer engen Toleranz liegenden Abstand zueinander
aufweisen können. Dieser Toleranzbereich beträgt
wiederum etwa 10 μm. Das bedeutet, dass die Strukturen 15, 16 sehr
genau zu den zwei Paaren von Strukturen positioniert sind, so dass
aus den Strukturen 15, 16 eine Art Nulllage für die
anderen Strukturen abgeleitet werden kann.
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Durch
das in 6 dargestellte Anfahren des um einen Winkel von
etwa 60° gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Halters 1 im
Bereich der Strukturen 15, 16 mittels der Werkzeuge 6, 7 wird
die Bezugsreferenz für die anderen Strukturen bereitgestellt.
Aus den bekannten Positionen der Berührung der Spitze der
Werkzeuge 6, 7 mit den Strukturen 15, 16 lässt
sich eine Korrektur für die Tiefeninformation der Strukturen 11–14 ermitteln.
Dies ist z. B. dann von Vorteil, wenn die Position des für
die Herstellung der Strukturen verwendeten Werkzeuges nicht genau auf
den Radius des Tellers 4 abgestimmt ist.
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Der
Halter 1 ist üblicherweise als Drehteil hergestellt,
wobei der in 7 dargestellte Radius r1 des
Schafts 3 vergleichsweise grobe Toleranzen aufweisen kann,
wohingegen der Radius r2 der auf dem Teller 4 angeordneten
Umfangsfläche 10 besonders genau sein soll, vorzugsweise
in einem Toleranzbereich von höchstens 10 μm.
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Bei
einem möglichen exzentrischen Einspannen des mit den Strukturen
zu versehenden Halters 1 in eine strichpunktiert dargestellte
Aufnahme 33 einer Bearbeitungsmaschine mit dem Drehzentrum 9 ergibt
sich bei einer Drehung des Halters 1 um das Drehzentrum 9 eine
Lageveränderung der Umfangsfläche 10 zur
Umfangsfläche 10' hin, punktiert dargestellt,
welche die Genauigkeit nachteilig beeinflusst.
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Aus
diesem Grund kann es zweckmäßig sein, zwischen
der Mittelachse 5 des Halters 1 und dem Drehzentrum 9 der
nicht dargestellten Bearbeitungsmaschine eine Beziehung herzustellen.
Dies ist mit den Messwerten von 5 und 6 aus
dem Stand der Technik ausreichend bekannt.
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Die
Herstellung der erfindungsgemäßen Strukturen erfolgt
jedoch nicht unbedingt durch Drehen, sondern kann auch durch Fräsen
oder Bohren erfolgen, wofür das den späteren Halter
bildende Drehteil aus der Drehmaschine herausgenommen und in eine
Fräsmaschine oder in eine Bohrmaschine eingespannt wird.
Selbstverständlich ist es auch möglich, das Drehteil
in der Drehmaschine zu belassen, wenn die Drehmaschine mit einer
Fräsmaschine oder mit einer Bohrmaschine gekoppelt ist.
Von Bedeutung ist hier die Tatsache, dass das Koordinatensystem
der Fräs- oder Bohrmaschine nicht immer exakt auf das Koordinatensystem
der Drehmaschine abgestimmt ist, dass also die Absolutposition des Drehteils
in der Drehmaschine von der Fräs- oder Bohrmaschine anders
angenommen wird, dargestellt durch die gestrichelte Linie der Umfangsfläche 10'' mit
einem verschobenen Drehzentrum 5' um die Herstellungsachse 5.
Die von der Fräs- oder Bohrmaschine herstellte Struktur 17 oder
die Struktur 11 werden daher bezogen auf die Umfangsfläche 10'' hergestellt
und nicht bezogen auf die Umfangsfläche 10. Dieser
Fehler lässt sich dadurch feststellen, dass die Strukturen 15, 16 mit
einem zueinander genau bekannten Abstand D hergestellt sind, wobei
die Strukturen so ausgebildet sind, dass sie den Toleranzbereich
der Fehlpositionierung bei der Bearbeitung durch die Fräs-
oder Bohrmaschine abdecken. Im Ausführungsbeispiel sind
die Strukturen 15, 16 als Vertiefung ausgebildet,
wobei der Grund der Vertiefung jeweils eine Referenzfläche
darstellt, deren Position später beispielsweise mittels
des Werkzeugs zur Bearbeitung des Rohlingskörpers festgestellt wird.
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In 8 ist
ein Ausführungsbeispiel für eine Ausgestaltung
der Strukturen dargestellt. Die für die Positionierung
erforderliche Ausnehmung 8 ist als Nut ausgebildet, ebenso wie
die Strukturen 11 bis 14 und 17 bis 19.
Die Information der Struktur kann in der Tiefe der Nut, in der Breite
der Nut, in der Länge der Nut oder in der Winkelanordnung
der Nut niedergelegt sein. So ist in der Struktur 13 eine
Information A in der Tiefe enthalten, in der Struktur 14 eine
Information C in einem Winkel γ, dessen Wert durch die Mitte
zwischen den beiden Seitenwänden der Struktur 14 bestimmt
ist, und bei der Struktur 12 ist eine Information D in
der Breite der Struktur enthalten. Jede dieser Strukturen kann eine
zusätzliche Information B in der Länge und/oder
eine zusätzliche Information A in der Tiefe der Struktur
enthalten.
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Die
Nuten der Strukturen 8, 11–14, 17–19 haben
z. B. parallele Seitenwände und einen dazu rechtwinkligen
Nutgrund.
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Sämtliche
Strukturen befinden sich in einem definierten Winkel bezüglich
der Nut 8 zur Positionierung, wobei anstelle der Nut 8 zur
Positionierung am Teller auch eine Positionierung am Schaft 3 vorgesehen
sein kann. Wesentlich ist hier, dass der Halter 1 in einer
genau vorbestimmten Winkellage in der Bearbeitungsmaschine gehalten
wird.
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Die
beiden Referenzflächen der Strukturen 15, 16 stellen
jeweils eine Fläche in etwa senkrecht zur Drehachse dar,
deren Abstand zueinander bekannt ist. Dadurch, dass die Lage dieser
Strukturen 15, 16 z. B. mit einem Touchiervorgang
festgestellt wird, lässt sich in Verbindung mit den Daten
des bislang erhaltenen Drehzentrums 9 aus dem Standard-Touchiervorgang
die Mittelachse des Halters 1 bis auf wenige μm
genau bestimmen.
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Die
Strukturen der Codierung können im Fall der dargestellten
Ausnehmungen 11–14 und 17–19 sowie
der Referenzflächen der Strukturen 15, 16 mit dem
gleichen Werkzeug der Fräs- oder Bohrmaschine wie zur Herstellung
der Nut 8 für die Po sitionierung des Halters 1 hergestellt
werden. Hierdurch ist eine präzise Zuordnung der Höheninformationen ohne
eine übermäßig hohe Fertigungsgenauigkeit der
Ausnehmungen bezogen auf die Umfangsfläche 10 des
Halters 1 möglich.
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Bei
hinreichend genauer Fertigung können die beiden Strukturen 15, 16 statt
als Referenz auch als Informationen ausgeführt sein, indem
die Lage der Referenzflächen festgestellt wird und aus
der Lage eine vorgegebene Bedeutung festgestellt wird.
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Die
Ausnehmungen sind in ihrer Dimension so gewählt, dass das
Werkzeug der Bearbeitungsmaschine, für den Rohlingskörper
in der Regel ein Schleifer oder ein Fräser, trotz einer
vorhandenen Ungenauigkeit der Positionierung und Toleranzen in der
Bearbeitungsmaschine immer innerhalb der Ausnehmung Platz findet.
Als Beispiel sind die Breiten der Strukturen 18, 12, 14 von
1,77 mm, 2,07 mm und 2,74 mm angegeben bei einem Werkzeugdurchmesser
von 1,5 mm.
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Die
Tiefe der Ausnehmungen, relativ zur Umfangsfläche 10 bzw.
zu den Strukturen 15, 16 des Halters 1,
repräsentieren die zugeordneten analogen Informationen.
Diese Tiefen liegen in einem Bereich von 0,5–2,5 mm gegenüber
der Umfangsfläche 10.
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Die
Strukturen können in Längsrichtung, also in Richtung
der Längsachse 5 vor der Verbindungsfläche
zwischen dem Halter 1 und dem Rohlingskörper 2 enden,
um an der Oberseite des Tellers 4 eine durchgängige
Klebefläche zu erhalten.
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In 9 weist
der Halter 1 zusätzlich zu dem Schaft 3 und
dem Teller 4 eine Abdeckscheibe 20 auf, welche
die am Teller 4 angebrachten Strukturen 12, 14 gegen
Eindringen von Klebstoff bei der Verbindung mit dem nur angedeuteten
Rohlingskörper 2 verhindert.
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Zusätzlich
zu den oder anstelle der Strukturen 12, 14 im
Teller 4 kann ein Ring 21 vorgesehen sein, der über
den Schaft 3 zum Teller 4 hin geschoben wird und
gegebenenfalls mit diesem verbunden wird. In dem Ring 21 können
weitere oder dieselben Strukturen 11–19 enthalten
sein, um weitere oder dieselben Informationen bereitzustellen.
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Es
ist auch möglich, allein die Scheibe 20 mit dem
Schaft 3 zu verbinden und den die Strukturen tragenden
Teller 4 nur als aufschiebbaren Ring auszubilden.
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Für
das Verständnis der Vorteile der Erfindung wesentlich ist,
dass außer den Touchiervorgängen am Halter 1 des
Rohlings im Stand der Technik auch ein Touchiervorgang am Rohlingskörper 2 selbst
erforderlich ist, der nun in kürzerer Zeit durchführbar
ist.
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Ein
weiterer bedeutender Vorteil aus der Kenntnis der Abmessungen des
Rohlingskörpers 2 besteht darin, dass aufgrund
der festgestellten Abmessungen die Wege des Werkzeugs bei der Bearbeitung
des Rohlingskörpers an diese Abmessung angepasst werden
können. Wenn beispielsweise das durch Materialabtrag herzustellende
Formteil so im Rohlingskörper 2 angeordnet ist,
dass das Werkzeug aufgrund des Erreichens des maximalen Verstellwegs
nicht die gesamte ihm zugedachte Form herstellen kann, kann eine
vollständige Bearbeitung erfolgen, wenn der Rohlingskörper 2 für
die endgültige Bearbeitung um 90° gedreht wird.
Dieser Bearbeitungsschritt wird als Korrekturvorgang bezeichnet. Damit
kein unbearbeitetes Restmaterial des Rohlingskörpers 2 den
Zugang zu dem bereits teilweise bearbeiteten Formteil versperrt,
wird bereits in dem ersten Bearbeitungsschritt nicht nur das Material
um das Formteil herum abgetragen, sondern der Rohlingskörper 2 wird
vom Formteil ausgehend bis zu seinem Rand abgetragen.
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Da
bislang die Lage des Rands des Rohlingskörpers 2 in
dieser Bearbeitungsrichtung unbekannt war, wurde stets von der maximalen
Abmessung ausgegangen und der Weg des Werkzeugs wurde bis zu dieser
maximalen Abmessung des Rohlingskörpers bestimmt. Aufgrund
der Kenntnis der Abmessung des Rohlings auch in dieser Richtung kann
der Weg nun auf die tatsächliche Abmessung verkürzt
werden, was zu einer Einsparung der Bearbeitungszeit von bis zu
10% führen kann.
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Durch
die begrenzte Größe des Bearbeitungsraums der
Werkzeuge ist auch die Größe des bearbeitbaren
Rohlings begrenzt.
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Die
Kontrollinformation oder eine Struktur kann nach dem erfolgreichen
Touchieren oder nach dem Bearbeiten des Rohlingskörpers 2 durch
eine Bearbeitung mit dem Werkzeug für die Bearbeitung des
Rohlingskörpers verändert bzw. eine zusätzliche Information
eingebracht werden, um eine unsachgemäße Wiederverwendung
des Halters 1 zu verhindern bzw. Informationen über
z. B. den bisherigen Abtrag eines teilbearbeiteten Rohlingskörper 2 zu hinterlegen.
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Anstelle
einer Auswertung der Struktur mit einem Touchiervorgang eines Werkzeugs
kann auch eine Vermessung der Struktur mit optischen Mitteln erfolgen,
die in der Bearbeitungsmaschine vorgesehen sind und die den in die
Bearbeitungsmaschine eingebrachten Rohling vor der Bearbeitung im
Bereich der Struktur vermessen. In der
DE 199 50 780 A1 ist eine
dafür geeignete Bearbeitungsmaschine mit einer Vermessungseinrichtung
offenbart. Insbesondere bei einem Punktsensor muss auch der Sensor
zugestellt werden, so dass Stellwege erforderlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 0160797 [0004, 0005]
- - DE 19612699 [0005]
- - DE 10330758 A1 [0006]
- - DE 102004063417 A1 [0007]
- - DE 19950780 A1 [0102]