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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage-Sensorvorrichtung
zu einer Anlagemessung bei einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung
von Werkstücken mittels Werkzeugen oder Laser, wobei die
Werkzeugmaschine eine Spannvorrichtung mit einer Spannfläche
zum Spannen eines Spannobjekts, insbesondere eines Werkzeugs oder
eines Werkstücks, aufweist und die Anlage-Sensorvorrichtung
zur Messung einer Anlage einer Spannobjektfläche des Spannobjekts
an der Spannfläche oder eines möglichen Spalts
zwischen der Spannobjektfläche und der Spannfläche
vorgesehen ist.
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Die
Werkzeugmaschine ist beispielsweise eine Fräs-, Bohr- oder
Drehmaschine, die das Werkstück spanabhebend bearbeitet.
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Eine
Werkzeugmaschine mit einer Sensorvorrichtung zur Messung einer Anlage
eines Spannobjekts, beispielsweise eines Werkstücks, ist
aus der Patentschrift
DD
264 625 A1 bekannt. Durch Anlegen eines Werkstücks
an Plananlageelemente werden diese kurzgeschlossen. Die Plananlageelemente sind
an einer Spindel angeordnet. Signalabnehmende Induktionsspulen am
Spindelgehäuse nehmen die Signaländerungen auf.
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Nachteilig
bei dieser Anordnung ist, dass der Plananlagesensor am beweglichen
Spindelrotor angeordnet ist, sodass die Übertragung des
Auswertesignals verhältnismäßig kompliziert
ist. Ferner sind die Plananlagesensoren verhältnismäßig
schwer auszutauschen. Es müssen die bewegten Teile der Werkzeugmaschine
ausgebaut werden, damit man die Plananlageelemente beziehungsweise
Plananlagesensoren wechseln kann.
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Es
ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte
Anlagemessung bei Werkzeugmaschinen bereitzustellen.
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Zur
Lösung der Aufgabe ist bei einer Anlage-Sensorvorrichtung
der eingangs genannten Art vorgesehen, dass sie mindestens einen
seitlich neben der Spannfläche angeordneten Anlagesensor mit
einem in Richtung des Spalts oder der Spannfläche orientierten
Messbereich zur Erfassung eines zwischen der Spannobjektfläche
und der Spannfläche verlaufenden und durch den möglichen
Spalt beeinflussbaren elektrischen und/oder magnetischen Stimulationsfelds
aufweist, wobei der Messbereich im Wesentlichen entlang der Spannfläche
entsprechend einer Tiefenrichtung des möglichen Spaltes oder
parallel zu der Spannfläche verläuft. Zur Lösung der
Aufgabe ist ferner ein Verfahren gemäß der technischen
Lehre eines weiteren unabhängigen Anspruchs vorgesehen.
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Die
Anlage kann z. B. eine Planlage der Spannobjektfläche an
der Spannfläche sein. Man kann die Anlage-Sensorvorrichtung
dann auch als Planlage-Sensorvorrichtung oder Plananlage-Sensorvorrichtung
bezeichnen.
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Die
Werkzeugmaschine ist beispielsweise eine Laserschneidmaschine und/oder
eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Werkstückbearbeitung,
z. B. eine Fräsmaschine und/oder Bohrmaschine und/oder
Drehmaschine.
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Der
Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Sensor z. B. ortsfest angeordnet
werden kann. Dadurch ist sein Verschleiß geringer, und
er ist außerdem leichter austauschbar. Ferner ist der Sensor nicht
durch äußere Kräfte beansprucht, sondern misst
nur in den eventuell vorhandenen Spalt hinein.
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Ein
Grundgedanke der Erfindung ist, dass durch den Spalt zwischen dem
zu spannenden Objekt, zum Beispiel einem Werkzeug oder einem Werkstück,
und der Spannfläche Luft vorhanden ist, die das elektrische
oder magnetische Stimulationsfeld beeinflusst. Beispielsweise hat
Luft eine andere Dielektrizitätszahl als das beispielsweise
metallische Spannobjekt be ziehungsweise die Spannvorrichtung im
Bereich der Spannfläche. Ferner ist der magnetische Fluss
in einem Luftspalt anders als bei einer Anlage oder Planlage, bei
der das Spannobjekt an der Spannfläche plan anliegt. Abhängig
von der Anlage/Planlage beziehungsweise dem Spalt zwischen Spannfläche
und Spannobjekt ändert sich beispielsweise auch eine Eindringtiefe
des elektrischen und/oder magnetischen Stimulationsfeldes.
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Zweckmäßigerweise
ist die Spannfläche eine ebene Fläche. Der mindestens
eine Anlagesensor ist zweckmäßigerweise in der
Ebene der Spannfläche oder parallel dazu angeordnet. beispielsweise misst
der Anlagesensor unmittelbar in den möglicherweise vorhandenen
Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche hinein.
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Der
Anlagesensor ist zweckmäßigerweise ein berührungsloser
kapazitiver oder induktiver Abstandssensor.
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Die
Spannvorrichtung ist vorteilhaft relativ zu einem Maschinengestell
der Werkzeugmaschine beweglich, zum Beispiel drehbar. In diesem
Zusammenhang erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft,
da die Sensorvorrichtung ortsfest relativ zu der beweglichen Spannvorrichtung
angeordnet sein kann. Somit kann die Spannvorrichtung beispielsweise
an einem Maschinenbett, an einer Halterung oder einer Drehlagerung
für die bewegliche Spannvorrichtung oder dergleichen befestigt
sein. Dadurch ist der Austausch der Sensorvorrichtung vereinfacht.
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Es
ist aber auch denkbar, dass die Sensorvorrichtung an einer unabhängig
von der Spannvorrichtung beweglichen Sensorhalterung angeordnet ist.
Dabei ist es möglich, dass die Spannvorrichtung beweglich
oder ortsfest ist. Zum Beispiel kann die Sensorvorrichtung mit der
beweglichen Sensorhalterung zur Messung an die Spannvorrichtung
heran und nach der Messung wieder von dieser weg bewegt werden.
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Eine
ortsfeste Sensorvorrichtung hat allerdings den Vorteil, dass beispielsweise
ein Werkzeugwechsel oder Werkstückwechsel schneller vonstatten
geht.
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Die
Sensorvorrichtung ist vorteilhaft zum Erzeugen eines Anlagesignals,
das eine Anlage oder einen Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche
anzeigt, anhand einer Referenzabstandsmessung eines Referenzabstands
zwischen der Sensorvorrichtung und einer neben der Spannfläche
verlaufenden Außenkontur des Spannobjekts ausgestaltet.
Die Außenkontur ist beispielsweise eine Außenumfangskontur,
insbesondere wenn die Spannvorrichtung eine Spindel oder ein Bestandteil einer Spindel
ist. Durch das Referenzsignal kann beispielsweise ein Abstand, der
durch unterschiedlich ausgestaltete Spannobjekte, zum Beispiel Werkzeuge
oder Werkstücke mit größerem oder kleinerem Durchmesser,
bedingt ist, messtechnisch ausgeglichen werden.
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Beispielsweise
weist der Anlagesensor einen zwischen einer Anlageeinstellung für
die Anlagemessung und einer Referenzeinstellung für die
Referenzabstandsmessung umschaltbaren Messbereich auf. Damit kann
der Anlagesensor beispielsweise ortsfest verbleiben. Es ist aber
auch möglich, dass ein separater Referenzsensor zur Referenzabstandsmessung
bei der Sensorvorrichtung vorgesehen ist. Der Referenzsensor hat
zu dem Anlagesensor beispielsweise einen axialen und/oder radialen Abstand
bezüglich einer Drehachse oder sonstigen Bewegungsrichtung
der Spannvorrichtung.
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Ferner
ist eine bewegliche Sensorhalterung zum Verstellen des Anlagesensors
zwischen einer Referenzmessposition für die Referenzabstandsmessung
und einer Anlagemessposition zu der Anlagemessung möglich.
Beispielsweise schwenkt die Sensorhalterung den mindestens einen
Anlagesensor zwischen der Referenzmessposition und der Anlagemessposition.
Auch ein lineares Verfahren ist möglich.
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Die
Spannvorrichtung umfasst zweckmäßigerweise eine
Spindel, zum Beispiel eine Werkzeug- oder Werkstück-Spindel.
Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Zusammenhang mit sogenannten
Hohlschaftkegel-Spannvorrichtungen (HSK) oder Steilkegel-Spannvorrichtungen.
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Die
Spannfläche ist beispielsweise an einer Stirnseite eines
Spindelrotors der Spindel vorgesehen. Der Messbereich des Anlagesensors
verläuft quer, beispielsweise radial oder schräg
zu einer Drehachse der Spindel.
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Die
Sensorvorrichtung ist zweckmäßigerweise an einer
den Spindelrotor lagernden Spindelhalterung oder einem die Spindel
haltenden Gestell angeordnet. Somit bleibt die Sensorvorrichtung
ortsfest, während der Spindelrotor drehbar ist. Die Sensorhalterung
hat beispielsweise einen zu der Spannfläche, insbesondere
dem Spindelrotor, vorstehenden Arm. Ferner ist es möglich,
dass die Sensorhalterung eine Durchgangsöffnung aufweist,
sodass beispielsweise eine Drehmomentstütze oder dergleichen
durch die Sensorhalterung hindurch gesteckt und mit der Spindelhalterung
verbunden werden kann, beispielsweise an diese angeschraubt werden
kann.
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Die
Sensorvorrichtung hat zweckmäßigerweise eine Auswerteeinrichtung
zur Bildung eines Anlagesignals, das die Auswerte einrichtung anhand von
Anlage-Messwerten des Anlagesensors erzeugt. Es versteht sich, dass
die Auswerteeinrichtung auch eine beabstandete Einrichtung sein
kann, beispielsweise einen Bestandteil einer Steuerung der Werkzeugmaschine
bilden kann. Auswerteeinrichtung kann z. B. ein Programmmodul mit
Programmcode sein, der durch die Steuerung der Werkzeugmaschine
ausführbar ist.
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Die
Auswerteeinrichtung ist vorteilhaft zur Erfassung einer Bewegung,
beispielsweise einer Rotation oder einer linearen Bewegung, der
Spannvorrichtung ausgestaltet. Dies ist insbesondere im Zusammenhang
mit der Referenzmessung vorteilhaft. So kann beispielsweise der
sogenannte Referenzabstand durch eine bezüglich der Bewegungsrichtung des
Spannobjekts und/oder der Spannvorrichtung ungleichmäßig
verlaufende Außenkontur, z. B. einen Radialschlag des Spannobjekts,
beeinflusst sein, was die Auswerteeinrichtung dann erfasst und bei der
Bildung des Anlagesignals berücksichtigt.
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Die
Auswerteeinrichtung ist vorteilhaft zur Ermittlung einer Anlage
der Spannobjektfläche an der Spannfläche an mindestens
zwei Messpositionen ausgestaltet. Beispielsweise wird die Sensorvorrichtung
entlang der Spannfläche bewegt oder die Spannfläche
wird an der Sensorvorrichtung vorbeibewegt, zum Beispiel gedreht.
Mithin wird also zur Erfassung der Mess positionen die Spannvorrichtung relativ
zu der Sensorvorrichtung oder umgekehrt die Sensorvorrichtung relativ
zu der Spannvorrichtung bewegt.
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Zur
Erzeugung des Stimulationsfeldes, das heißt des elektrischen
oder magnetischen Feldes, ist ein Stimulationsfelderzeuger vorgesehen,
der beispielsweise am Spannobjekt, der Spannvorrichtung oder der
Sensorvorrichtung angeordnet sein kann. Im letzteren Fall ist der
Stimulationsfelderzeuger als eine separate Einrichtung der Sensorvorrichtung ausgestaltet,
beispielsweise als eine Induktionsspule. Es ist aber auch vorteilhaft,
wenn der Stimulationsfelderzeuger einen Bestandteil des mindestens einen
Anlagesensors bildet.
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Die
Sensorvorrichtung kann aber auch mehrere entlang einer durch das
Spannobjekt und die Spannvorrichtung gebildeten gemeinsamen Außenkontur
angeordnete Anlagesensoren aufweisen. Die Außenkontur ist
beispielsweise ein Außenumfang einer Werkzeug- oder Werkstück-Spindel
und des in diese eingespannten Werkstücks oder Werkzeugs. Die
Außenkontur kann stufig sein.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Teil-Seitenansicht einer erfindungsgemäßen
Werkzeugmaschine mit einer Anlage-Sensorvorrichtung,
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2a einen
Ausschnitt A aus 1, wobei ein Spann-Objekt in
Anlage an einer Spannvorrichtung der Werkzeugmaschine ist,
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2b die
Ansicht gemäß 2a, wobei
ein Spalt zwischen dem Spannobjekt und einer Spannfläche
der Spannvorrichtung vorhanden ist,
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3 Signalverläufe
von Referenzabstandswerten eines Referenzabstandssensors und Anlagemesswerte
eines Anlagesensors der Sensorvorrichtung gemäß 1 bei
Anlage und bei einem kleinen Spalt zwischen dem Spannobjekt und
der Spannfläche,
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4 die
Signale entsprechend 3, jedoch bei einem größeren
Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche,
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5 eine
Ausschnittsansicht entsprechend Ausschnitt A von 2a eines
zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung mit einem Anlagesensor und einem in der Sensorvorrichtung
angeordneten Stimulationsfelderzeuger,
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6 einen
Ausschnitt entsprechend Ausschnitt A von 2a eines
dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung mit einem Stimulationsfelderzeuger, der in der Spannvorrichtung
angeordnet ist und ein Stimulationsfeld für einen Anlagesensor
der Sensorvorrichtung erzeugt,
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7a ein
viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Sensorvorrichtung bei einer Referenzabstandsmessung etwa entsprechend
dem Ausschnitt A in 2a,
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7b die
Sensorvorrichtung gemäß 7a, jedoch
zu einer Anlagemessung in Richtung eines Spaltes zwischen dem Spannobjekt
und der Spannfläche verstellt, und
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8 eine
schematische Teil-Vorderansicht der Spannvorrichtung und der Sensorvorrichtung
aus 1 zur Veranschaulichung eines Drehwinkelabstandes
zwischen einem Referenzabstandssensor und dem Anlagesensor.
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9a die
Werkzeugmaschine gemäß 1, wobei
dass Spannobjekt an der Spannfläche plan anliegt,
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9b ein
Signal des Anlagesensors und
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9c ein
Signal des zugeordneten Referenzsensors der Sensorvorrichtung gemäß 1,
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10a eine Ansicht entsprechend 9a, wobei
ein stirnseitiger Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannvorrichtung
vorhanden ist,
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10b ein Signal des Anlagesensors und
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10c ein Signal des Referenzsensors bei der Konfiguration
gemäß 10a,
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11a die Ansicht gemäß 9a,
wobei ein Radialversatz zwischen Spannobjekt und Spannvorrichtung
vorhanden ist,
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11b ein Signal des Anlagesensors und
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11c ein Signal des Referenzsensors bei der Anordnung
gemäß 11a.
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Bei
den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind
gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit denselben Bezugszeichen
versehen.
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Eine
schematisch und nur teilweise dargestellte Werkzeugmaschine 10 dient
zur Bearbeitung von ebenfalls schematisch dargestellten Werkstücken 11,
beispielsweise Gussteilen oder anderen Metallteilen, mittels Werkzeugen 12.
Das Werkzeug 12 ist ein Werkzeug zur spanabhebenden Werkstückbearbeitung,
beispielsweise ein Fräser oder ein Drehmeißel.
Das Werkzeug 12 bildet ein Spannobjekt 14, das
von einer Spannvorrichtung 13 der Werkzeugmaschine 10 gehalten
wird. Die Spannvorrichtung 13 ist an einem Spindelrotor 16 einer
Spindel 15 vorgesehen. Das Werkzeug 12 ist in
eine Werkzeugaufnahme 17 der Spindel 15 eingesteckt
und eingespannt ist.
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Der
Spindelrotor 16 ist an einer Spindelhalterung 18 mit
Hilfe von Spindellagern 19 um eine Drehachse 20 drehbar
gelagert. Die Spindel 15 wird von einem Motor 21 angetrieben.
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Ein
Werkzeugschaft 22 des Werkzeugs 12 ist in eine
Werkzeug-Halterung 23 der Spannvorrichtung 13 eingespannt.
Die Werkzeug-Halterung 23 ist eine sogenannte HSK-Werkzeugaufnahme
(HSK = Hohlschaftkegel). Die Werkzeug-Halterung 23 spannt
eine Spannobjektfläche 27 an einer Stirnseite 26 des
Spann- Objekts 14 gegen Spannflächen 25 an einer
Stirnseite 24 der Spindel 15. Die Spannflächen 25 sind
in der Art von Kreissegmenten an der Stirnseite 24 angeordnet,
wobei sich jeweils zwischen zwei Spannflächen 25 eine
zurückversetzte Stirnfläche 29 der Stirnseite 24 befindet.
Die Spannflächen 25 sind an der Stirnseite 24 entlang
eines Kreises angeordnet. Die Spannobjektfläche 27 ist
eine Planfläche des Werkzeugs 12, die im Idealfall
plan an den Spannflächen 25 anliegt.
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Nun
wäre es zwar prinzipiell möglich, die Anlage der
Spannobjektfläche 27 an den Spannflächen 25 mittels
konventioneller Sensoren abzutasten, beispielsweise mittels an den
Spannflächen 25 angeordneter Sensoren. Diese drehen
sich aber beim Betrieb der Spindel 15, so dass die Messwertübertragung
schwierig ist. Bei der Werkzeugmaschine 10 ist daher ein
anderes, erfindungsgemäßes Konzept gewählt,
bei dem eine Sensorvorrichtung 30 die Anlage der Spannobjektfläche 27 an
einer oder mehreren der Spannflächen 25 überwacht.
Wenn diese Anlage, z. B. eine Plananlage, nicht vorhanden ist, das
heißt beispielsweise bei einer Schrägstellung
des Werkzeugs 12 bezüglich der Drehachse 20 ein
Spalt 28 zwischen der Spannobjektfläche 27 und
einer jeweiligen Spannfläche 25 vorhanden ist,
wird dies von der Sensorvorrichtung 30a abgetastet.
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Die
Sensorvorrichtung 30a ist ortsfest und dreht sich nicht
mit der Spindel 15 mit. Die Sensorvorrichtung 30a hat
einen Anlagesensor 31a zur Abtastung der Anlage oder des
Spaltes 28 der Spannobjektfläche 27 an
einer oder mehreren der Spannflächen 25. Eine
Auswerteeinrichtung 32 ermittelt anhand von Anlage-Messwerten 39 des
Anlagesensors 31a eine Anlage beziehungsweise einen eventuell vorhandenen
Spalt 28 und sendet anhand der Anlage-Messwerte 39 ein
Anlagesignal 40 an eine Steuerung 38 der Werkzeugmaschine 10.
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Ein
Prozessor 33 der Auswerteeinrichtung 32 wertet
die Anlage-Messwerte 39 anhand eines Auswerteprogrammmoduls 35 aus,
das in einem Speicher 34 der Auswerteeinrichtung 32 gespeichert ist
und durch den Prozessor 33 ausführbaren Programmcode
enthält. Eine Leitung 37 zwischen der Auswerteeinrichtung 32 und
der Steuerung 38 ist an eine Sende-/Empfangsschnittstelle 36 der
Auswerteeinrichtung 32 angeschlossen. Es versteht sich,
dass eine drahtlose Übertragung des Anlagesignals 40 ebenfalls
möglich ist.
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Die
Sensorvorrichtung 30 ist relativ zu der Spindel 15 ortsfest.
Der Anlagesensor 31a sowie die weiteren Komponenten 33, 34, 36 sind
in einer als Gehäuse ausgestalteten oder ein Gehäuse
aufweisenden Sensorhalterung 41a der Sensorvorrichtung 30a angeordnet.
Die Sensorhalterung 41a ist an der Spindel halterung 18 befestigt,
beispielsweise mit einer durch eine Bohrung 42 der Sensorhalterung 41a durchgesteckten
Schraube 44, die in eine Schraubaufnahme 42a an
der Spindelhalterung 18 eingeschraubt ist. Die Schraubaufnahme 42a dient
an sich zur Aufnahme einer Drehmomentstütze (nicht dargestellt).
Die Bohrung 42 ermöglicht es, dass eine solche
Drehmomentstütze dennoch an der Spindel 15 befestigt
werden kann, beispielsweise mit einer anstelle der relativ kurzen
Schraube 44 verwendeten längeren, nicht dargestellten
Schraube.
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Der
Anlagesensor 31a sowie ein Referenzsensor 50 sind
in einem Arm 43 der Sensorhalterung 41a angeordnet,
der sich von radial außen in Richtung der Drehachse 20 zu
einer gemeinsamen Außenkontur 53 des Spannobjekts 14 und
der Spannvorrichtung 13 erstreckt. Somit ist es möglich,
die Sensorvorrichtung 30a nachträglich an einer
bereits vorhandenen Spannvorrichtung 13 anzubringen, um eine
Anlage des Spannobjekts 14 an der Spannfläche 25 festzustellen.
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Der
Anlagesensor 31a ist bezüglich der Drehachse 20 in
einer Axialposition angeordnet, wo sich ein eventuell vorhandener
Spalt 28 befinden kann. Dies ist beispielsweise dann der
Fall, wenn das Werkzeug 12 schräg zur Drehachse 20 in
die Werkzeugaufnahme 17 gespannt ist (in der Zeichnung
gestrichelt dargestellt). Der Anlagesensor 31a misst zur Anlagemes sung
sozusagen in den gegebenenfalls vorhandenen Spalt 28 hinein.
Dem erfindungsgemäßen Konzept folgend, misst der
Anlagesensor 31a dabei ein von einem Stimulationsfelderzeuger 45a erzeugtes
Stimulationsfeld 46a, das durch den Spalt 28 hindurch
verläuft beziehungsweise in den Spalt 28 hinein
verläuft. Der Stimulationsfelderzeuger 45a erzeugt
beispielsweise ein magnetisches oder elektrisches Stimulationsfeld,
das von einem Empfänger 47 des Anlagesensors 31a erfasst
wird. Der Stimulationsfelderzeuger 45a ist ein Bestandteil
des Anlagesensors 31a.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass sich bei Anlage der Spannobjektfläche 27 an
der mindestens einen Spannfläche 25 ein anderes
Stimulationsfeld 46a ausbildet als bei einer nicht vorhandenen Anlage
(2b), bei der der Luft enthaltende Spalt 28 zwischen
der Spannfläche 25 und der Spannobjektfläche 27 vorhanden
ist. Die Ausbreitung des Stimulationsfeldes 46a, insbesondere
in Axialrichtung bezüglich der Drehachse 20, das
heißt quer zur Längs- oder Tiefenerstreckungsrichtung
des Spaltes 28, wird beispielsweise durch eine unterschiedliche Dielektrizität
der Luft im Spalt 28 oder einen veränderten magnetischen
Fluss in dem Spalt 28 beeinflusst.
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Der
Referenzsensor 50 misst einen Referenzabstand 51 zwischen
der Sensorvorrichtung 30a und einer Außenkontur 52 des
Spannobjekts 14 neben der Spannfläche 25.
So ist es beispielsweise möglich, Werkzeuge 12 mit
unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden, wobei sich ein unterschiedlicher
Referenzabstand 51 ergibt.
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Der
Referenzsensor 50 erzeugt Referenzabstandwerte 55,
welche die Auswerteeinrichtung 32 bei der Erzeugung des
Anlagesignals 40 berücksichtigt. Verläufe
der Anlage-Messwerte 39 einerseits bei Anlage und andererseits
bei Nicht-Anlage sind beispielsweise in 3 eingezeichnet.
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Während
einer jeweiligen Messung wird die Spindel 15 zumindest
um eine Teildrehung gedreht. Dabei ergeben sich beispielsweise sinusförmige
Referenzabstandswerte 55 aufgrund eines sogenannten Radialschlages
des Spannobjekts 14 im Bereich der Einspannung in die Spannvorrichtung 13.
Beispielsweise hat die Außenkontur 52 einen durch
diesen Radialschlag wechselnden Referenzabstand 51 zur
Sensorvorrichtung 30a. Die Referenzabstandswerte 55 schwanken
mit einer Referenzabstandsamplitude 57 sinusförmig
um einen Referenzabstandspegel 58.
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Wenn – anders
als bei der gezeigten Messung – kein Radialschlag vorhanden
ist, sind die Referenzabstandswerte konstant, sodass sie beispielsweise
stets über die Zeitachse t dieselbe Amplitude S haben und
beispielsweise konstant den Referenzabstandspegel 58 haben.
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Korrespondierend
mit den sinusförmigen Referenzabstandswerten 55 verlaufen
auch Anlage-Messwerte 56, die vom Anlagesensor 31a erzeugt
werden. Die Anlage-Messwerte 56 bei Anlage haben eine sinusförmige
Schwingung mit einer Anlageamplitude 59 um einen Anlagepegel 60.
Zwischen den Referenzabstandwerten 55 und den Anlage-Messwerten 56 ist
ein Phasenversatz 67 vorhanden, der aufgrund eines Drehwinkelabstandes 68 zwischen
dem Referenzsensor 50 und dem Anlagesensor 31a vorhanden
ist (8). Bei Anlage ist zwischen den Anlage-Messwerten 56 und
den Referenzabstandswerten 55 beispielsweise ein Pegelabstand
vorhanden. Dies hängt allerdings von der Abstimmung des
Anlagesensors 31a und des Referenzsensors 50 ab,
das heißt ist von Fall zu Fall anders einstellbar.
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Bei
nicht vorhandener Anlage oder Plananlage, das heißt bei
Vorhandensein eines Spaltes 28, ändern sich die
Verhältnisse:
Der Referenzsensor 50 erzeugt
dann Referenzabstandswerte 61, die gegenüber den
Referenzabstandwerten 55 eine größere
Referenzabstandsamplitude 63 und ferner einen etwas veränderten Referenzabstandspegel 64 aufweisen.
Durch die schräge Lage (gestrichelt in 1)
des Werkzeugs 12 bezüglich der Spindel 15 ändert
sich beispielsweise der Radialschlag des Werkzeugs 12,
was zu der größeren Referenzabstandsamplitude 63 führt.
Auch die Anlage-Messwerte 62, die der Anlagesensor 31a bei
nicht vorhandener Anlage beziehungsweise bei vorhandenem Spalt 28 erzeugt,
haben gegenüber den Anlage-Messwerten 56 eine
größere Anlageamplitude 65 und vor allem
einen veränderten Anlagepegel 66.
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Die
Auswerteeinrichtung 32 kann nun bereits anhand der veränderten
Anlageamplitude 65 erkennen, dass keine Anlage im Vergleich
zu den Anlage-Messwerten 56 vorliegt. Die Anlageamplitude 65 und
die Anlageamplitude 59 können von der Auswerteeinrichtung 32 als
ein Maß für die. Breite des Spaltes 28,
das heißt einen Abstand zwischen der Spannobjektfläche 27 und
der Spannfläche 25, ausgewertet werden. Die Auswerteeinrichtung 32 übermittelt vorzugsweise
in dem Anlagesignal 40 ein Maß für die Breite
des Spaltes 28. Es versteht sich, dass das Anlagesignal 40 auch
lediglich zwischen Anlage und Nicht-Anlage unterscheiden kann.
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Das
Anlagesignal 40 kann ein analoges oder ein digitales Signal
sein.
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Zweckmäßigerweise
berücksichtigt die Auswerteeinrichtung 32 die
Referenzabstandswerte 55, 61 bei der Bildung des
Anlagesignals 40. So kann das Auswerteprogrammmodul 35 beispielsweise ausgestaltet
sein, um eine Differenz zwischen den Anlage-Messwerten 56, 62 und
den Referenzabstandswerten 55, 61 zur Bildung
des Anlagesignals 40 zu bilden. Selbstverständlich
können die Anlage-Messwerte 56, 62 und/oder
die Referenzabstandswerte 55, 61 vor der Bildung
dieses Differenzsignals mit einem Gewichtungsfaktor beaufschlagt werden.
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In 4 ist
eine Situation mit einem noch größeren Spalt 28 dargestellt.
Referenzabstandwerte 70 des Referenzsensors 50 haben
im Vergleich zu den Referenzabstandsamplituden 57, 63 eine
wesentlich größere Referenzabstandsamplitude 72. Auch
eine Anlageamplitude 73 von Anlage-Messwerten 71 ist
wesentlich größer als die Anlageamplituden 59, 65.
Es wird deutlich, dass eine noch stärkere Schrägstellung
des Werkzeugs 12 bezüglich der Drehachse 20 sowohl
auf die Referenzabstandswerte 70 Einfluss hat als auch
ganz besonders auf die Anlage-Messwerte 71. Hier kommt
das erfindungsgemäße Konzept zum Tragen, dass
nämlich der Anlagesensor 31a den größeren
Einfluss des vergrößerten Luft-Spaltes 28 erfasst,
indem der Anlagesensor 31a sozusagen in den Luft-Spalt 28 hinein
misst beziehungsweise das dort befindliche Stimulationsfeld 46a erfasst.
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Dieses
Konzept ist auch bei den in den 5, 6, 7a und 7b dargestellten
Ausführungsbeispielen verwirklicht:
Eine Sensorvorrichtung 31b hat
einen Stimulationsfelderzeuger 45b, der von einem Anlagesensor 31b separat
ist. Der Stimulationsfelderzeuger 45b erzeugt beispielsweise
ein elektrisches und/oder magnetisches Stimulationsfeld 46b,
das über das Spannobjekt 14, das vorzugsweise
aus Metall besteht, hinweg in den eventuell vorhandenen Luft-Spalt 28 zwischen
der Spannobjektfläche 27 und der Spannfläche 25 hinein
verläuft. Der Anlagesensor 31b ist sozusagen lediglich
ein Empfänger für das Stimulationsfeld 46b.
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Ferner
ist es denkbar, einen Stimulationsfelderzeuger in dem Spannobjekt
oder der Spannvorrichtung zu platzieren, was in 6 dargestellt
ist. Ein Stimulationsfelderzeuger 45c ist im Bereich der Spannfläche 25 an
der Spannvorrichtung 13 angeordnet. Der Stimulationsfelderzeuger 45c ist
beispielsweise ein Magnet, der ein Stimulationsfeld 46c erzeugt.
Dieses wird von einem Anlagesensor 31c erfasst. Das Spannobjekt 14 leitet
das Stimulationsfeld 46c zu dem Anlagesensor 31c hin.
Der Anlagesensor 31c ist nicht im Bereich des möglichen
Spalts 28, sondern dazu parallel in einer zu der Spannfläche 25 parallelen
Ebene 80 angeordnet.
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Bei
einer in den 7a, 7b dargestellten
Sensorvorrichtung 30d ist nur ein Anlagesensor 31d vorhanden,
jedoch kein separater Referenzsensor. Der Anlagesensor 31d ist
zu einer Anlagemessung und einer Referenzabstandsmessung ausgestaltet.
In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Referenzabstandsmessung
die Qualität der Messung der Anlage zwar verbessert, aber
nicht zwingend notwendig ist.
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Eine
Sensorhalterung 41d der Sensorvorrichtung 30d ist
zwischen einer Referenzmessposition 81 zur Messung des
Referenzabstandes 51 und einer Anlagemessposition 82 zur
Messung der Anlage der Spannobjektfläche 27 an
der Spannfläche 25 beweglich, beispielsweise schwenkbar
und/oder, wie beim Ausführungsbeispiel, linear beweglich.
Der Anlagesensor 31d hat einen Stimulationsfelderzeuger 45d zur
Erzeugung eines Stimulationsfeldes 46d. In der Referenzmessposition 81 misst
der Anlagesensor 31d zunächst den Referenzabstand 51.
Sodann wird die Sensorhalterung 41d in Richtung der Spannfläche 25 verstellt,
sodass der Anlagesensor 31d eine mit dem möglichen
Spalt 28 korrespondierende Axialposition einnimmt. Dann
dringt das Stimulationsfeld 46d in den Spalt 28 ein
(7b) und wird durch die dort vorhandene Luft gegebenenfalls
beeinflusst. Dies erfasst der Anlagesensor 31d.
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Zweckmäßigerweise
ist die Sensorhalterung 41 nicht nur axial bezüglich
der Drehachse 20, sondern auch mit einem weiteren Drehbewegungsfreiheitsgrad
verstellbar, sodass sie zwischen den beiden Messpositionen 81, 82 einerseits
und einer davon beabstandeten Warteposition 83 bewegt werden kann.
Zu einer jeweiligen Anlagemessung wird die Sensorvorrichtung 30d aus
der Warteposition 83 in die Messpositionen 81, 82 verstellt,
danach wieder in die Warteposition 83 zurückbewegt.
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Ferner
können mehrere entlang der durch das Spannobjekt 14 und
die Spannvorrichtung 13 gebildeten gemeinsamen Außenkontur 53 Anlagesensor
vorgesehen sein, z. B. zusätzlich zu dem Anlagesensor 31a ein
winkelversetzter Anlagesensor 31a'.
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In
den 10–12 ist
im Einzelnen noch einmal verdeutlicht, wie sich die verschiedenen
Anlagefehler bei der Werkzeugmaschine 10 auswirken und von
beispielsweise der Sensoreinrichtung 30a erfasst werden:
Bei
idealer Anlage (9a) erzeugen der Anlagesensor 31a und
der dem Werkzeug 12 zugeordnete und dessen Außenkonur
abtastende Referenzsensor 50, sozusagen der Werkzeugsensor,
konstante Anlagewerte 85 sowie Referenzwerte 86.
Es versteht sich, dass die Amplitude der Anlagewerte 85 und
der Referenzwerte 86 von einer Produktionstoleranz beispielsweise
der je weiligen Sensoren 31a, 50, von dem Werkzeug 12 sowie
der Spannvorrichtung 13 und dergleichen abhängt.
So sind beispielsweise anstelle der Anlagewerte 85 auch
Anlagewerte 85' oder 85'' möglich.
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Wenn
ein stirnseitiger Anlagefehler bzw. stirnseitiger Plananlagefehler
vorliegt, der in 10a schematisch dargestellt
ist, erzeugen der Anlagesensor 31a und der Referenzsensor 50 Anlagewerte 87 sowie
Referenzwerte 88. Bei Drehwinkein 0, 2π, 4π etc.
(0, 360°, 720° etc.) sind die Anlagewerte 87 beispielsweise
jeweils null. Dies ergibt sich beispielsweise dadurch, dass das
Werkzeug 12 an einem Anlagepunkt 88 plan an der
Stirnseite 24 anliegt, so dass der zugeordnete Anlagewert 87 null
ist. Diametral gegenüber dem Anlagepunkt 89 hingegen
ist der Spalt 28 maximal, so dass die Anlagewerte 87 bei
Drehpositionen π, 3π etc jeweils ihr Maximum haben.
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Ein
Fehler an der Außenkontur, eine Verschmutzung 90,
am radialen Außenumfang des in der Werkzeugaufnahme 17 sitzenden
Teils des Spannobjekts 14 bzw. des Werkzeugs 12 führt
zu einem Radialschlag des Spannobjekts 14 bezüglich der
Spannvorrichtung 13, beim Ausführungsbeispiel z.
B. ein sogenannter Kegelanlagefehler. So ist beispielsweise eine
Drehachse 91 um einen Versatz 92 zu der Drehachse 20 der
Spindel 15 versetzt. Daraus resultieren Anlagewerte 93 des
Anlagesensors 31a sowie Referenzwerte 94 des Referenzsensors 50, die
jeweils etwa sinusförmig sind. Der Versatz 92 zwischen
den Drehachsen 20, 91 ist in 11a überproportional groß dargestellt.
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Mit
der erfindungsgemäßen Technologie, Anlagefehler
anhand einer Messung in einen möglichen Spalt hinein bzw.
im Bereich eines möglichen Spaltes, der sich bei einem
Anlagefehler ergibt, zu ermitteln, können auch überlagerte
Effekte, d. h. beispielweise ein Achsversatz oder Radialschlag ähnlich
wie bei der Anordnung gemäß 11a, und/oder ein stirnseitiger Anlagefehler ähnlich
wie bei 10a als überlagerter
Effekt ermittelt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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