DE102007053993A1 - Method and device for tool measurement - Google Patents
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Abstract
Zur Vermessung von Werkzeugen (2), insbesondere deren Schneidkanten (3, 4, 5), wird das Fahrzeug mit einer Kamera aufgenommen, die eine Fokusebene (14) und geringe Schärfentiefe aufweist. Während das Werkzeug gedreht wird, werden Bilder aufgenommen, aus denen dann die Daten der Schneidkante extrahiert werden.For measuring tools (2), in particular their cutting edges (3, 4, 5), the vehicle is taken with a camera having a focal plane (14) and shallow depth of field. As the tool is rotated, images are taken to extract the data from the cutting edge.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur schnellen und präzisen Vermessung von Schneidkanten von Werkzeugen wie Bohrern, Stufenbohrer, Fräsern, Wälzfräsern, Gewindeschneidern oder ähnlichem.The The invention relates to a method and a device for fast and precise measurement of cutting edges of tools such as drills, step drills, milling cutters, hobs, Taps or similar.
Es
ist häufig erforderlich, Werkzeuge zur spanenden Werkstückbearbeitung
hinsichtlich ausgewählter Parameter zu vermessen. Beispielsweise kann
es gewünscht sein, den von einem Werkzeug erzeugten wirksamen
Durchmesser zu bestimmen. Dazu schlägt die
Zwar lässt sich mit diesem Verfahren die Kontur eines Werkzeugs herausfinden, jedoch lassen sich auf Basis dieser Daten bestimmte Bearbeitungen an dem Werkzeug nicht durchführen. Insbesondere liefert dieses Verfahren keine Information über den genauen Schneidkantenverlauf sondern lediglich über den Radius der Schneide. Informationen über den jeweiligen Winkel eines Schneidenpunkts bezüglich der Werkzeugachse ge hen dabei verloren.Though This method can be used to define the contour of a tool find out, however, can be determined on the basis of this data certain Do not perform machining on the tool. Especially This method does not provide information about the exact Cutting edge course but only over the radius the cutting edge. Information about the respective angle a cutting point with respect to the tool axis hen hen lost.
Weiter
sind z. B. aus der
Solche Verfahren eignen sich zur Aufnahme des Höhenprofils dreidimensionaler hinterschneidungsfreier Objekte, nicht aber unmittelbar zur Vermessung von Fräsern, Bohrern oder dergleichen.Such Methods are suitable for recording the height profile of three-dimensional non-intersecting objects, but not directly for surveying of milling cutters, drills or the like.
Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren wie auch eine Vorrichtung zu schaffen, mit dem sich Werkzeugschneiden einfach, präzise und schnell vermessen lassen.From that Based on the object of the invention, a method as well as a To create a device that makes cutting tools simple, precise and let it measure quickly.
Diese
Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 wie auch mit der
Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst:
Gemäß der
Erfindung wird zur Vermessung des Werkzeugs eine Drehpositioniervorrichtung
genutzt, mit der sich das Werkzeug kontrolliert um seine Drehachse
drehen lässt, wobei die einzelnen Winkelpositionen von
einem entsprechenden Winkelaufnehmer erfasst werden und gegebenenfalls
als Messwerte zur Verfügung stehen. Zur Vermessung dient
des Weiteren eine Bildaufnahmeeinrichtung, beispielsweise in Gestalt
einer Kamera, deren Optik eine Fokusebene festlegt, wobei nur innerhalb
der Fokusebene liegende Objektteile scharf und alle anderen Objektteile
unscharf und nur in ihrer Projektion in die Fokusebene abgebildet
werden. Die Fokusebene ist genau genommen von einem ebenen in Richtung
der optischen Achse der Kamera äußerst kurzen
und somit nahezu flächenhaften Raumbereich umgeben, innerhalb
dessen eine scharfe Abbildung erhalten wird. Die Schärfentiefe
in Richtung der optischen Achse, d. h. in Z-Richtung, beträgt
vorzugsweise weniger als 1 mm, vorzugsweise einige 100 μm.This object is achieved by the method according to claim 1 as well as with the device according to claim 11:
According to the invention, a rotary positioning device is used to measure the tool, with which the tool can be controlled to rotate about its axis of rotation, wherein the individual angular positions are detected by a corresponding Winkelaufnehmer and optionally available as measured values. For measuring further serves an image pickup device, for example in the form of a camera whose optics defines a focal plane, only lying within the focal plane object parts are sharp and all other object parts are blurred and mapped only in their projection in the focal plane. Strictly speaking, the focus plane is surrounded by a plane space area, which is extremely short and thus almost planar in the direction of the optical axis of the camera, within which a sharp image is obtained. The depth of field in the direction of the optical axis, ie in the Z direction, is preferably less than 1 mm, preferably a few 100 μm.
Zur Messung werden das Werkzeug und die Bildaufnahmeeinrichtung so in Bezug aufeinander eingestellt, dass die Drehachse des Werkzeugs in der Fokusebene liegt. Bei sehr kleinen Werkzeugen, deren Durchmesser geringer ist als das Objektfeld der Bildaufnahmeeinrichtung, kann die Drehachse die optische Achse der Bildaufnahmeeinrichtung (Z-Achse) schneiden. Die Bildaufnahmeeinrichtung nimmt somit zwei einander um 180° gegenüber liegende Umfangsabschnitte des Werkzeugs gleichzeitig auf. In diesem Fall muss das Werkzeug zur Messung um lediglich 180° gedreht werden. Ansonsten werden die Drehachse des Werkzeugs und die optische Achse so gegeneinander versetzt, dass der im Bild erscheinende Rand des Werkzeugs etwa mittig oder gegebenenfalls auch an anderer Stelle im Bild liegt. In diesem Fall wird das Werkzeug zur Durchführung der Messung um (vorzugsweise genau) 360° gedreht.to Measurement will be the tool and the image capture device so in Reference to each other set that the axis of rotation of the tool lies in the focal plane. For very small tools whose diameter is less than the object field of the image pickup device, can the rotation axis the optical axis of the image recording device (Z-axis) to cut. The image pickup device thus takes two each other 180 ° opposite peripheral portions of the Tool at the same time. In this case, the tool must be for Measurement can be rotated by only 180 °. Otherwise will be the axis of rotation of the tool and the optical axis against each other offset the edge of the tool appearing in the picture approximately in the middle or, if appropriate, elsewhere in the picture. In this case, the tool becomes the measurement rotated by (preferably exactly) 360 °.
Im Messdurchlauf werden während der Drehung des Werkzeugs fortwährend Bilder aufgenommen, so dass eine erste Gruppe von Bildern entsteht. Diese sind beispielsweise in Winkelabständen von einem Grad aufgenommen. Damit hat die Bildaufnahmeeinrichtung eine erste Gruppe von Bildern von einem ersten Umfangsabschnitt erzeugt und speichert diese ab. Der Messdurchlauf wird fortgesetzt, indem das Werkzeug und die Bildaufnahmeeinrichtung in Richtung der Drehachse des Werkzeugs, optional unter Berücksichtigung einer Taumelvorkorrektur, so in Bezug aufeinander verstellt werden, dass die Bildaufnahmerichtung den nächsten anschließenden Umfangsabschnitt des Werkzeugs sieht. Wiederum wird bei Drehung des Werkzeugs eine Gruppe von Bildern, nunmehr die zweite Gruppe aufgenommen. Dieser Vorgang wird so lange fortgesetzt, bis Bilder von dem gesamten Werkzeug aufgenommen sind. Zugleich oder danach findet eine Datenverarbeitung statt. In dieser werden in den Bildern jeder Gruppe die abgebildeten Schneidkanten ermittelt. Lediglich dem scharf abgebildeten Teil der Schneidkante wird der aktuelle Drehwinkel zugeordnet. Außerdem können durch Bildverarbeitungsroutinen, beispielsweise Kantenfinderroutinen, die in der Bildebene zu messenden X- und Y-Werte der Schneidkante bestimmt und diesem Drehwinkel zugeordnet werden. Das erhaltene Wertetripel (X, Y und Z) wird abgespeichert. Die aneinander anschließenden Wertetripel bilden jeweils einen Datensatz, der eine Schneidkante definiert.In the sweep, images are continuously taken during the rotation of the tool, resulting in a first group of images. These are recorded, for example, at angular intervals of one degree. Thus, the image pickup device has generated and stores a first group of images from a first peripheral portion. The measuring run is continued by adjusting the tool and the image recording device in the direction of the rotation axis of the tool, optionally taking into consideration a wobble pre-correction, in relation to one another the image pickup direction sees the next subsequent peripheral portion of the tool. Again, as the tool rotates, it captures a group of images, now the second group. This process continues until pictures are taken of the entire tool. At the same time or after that, data processing takes place. In this, the imaged cutting edges are determined in the images of each group. Only the sharp part of the cutting edge is assigned the current rotation angle. In addition, by image processing routines, such as edge finder routines, the X and Y values of the cutting edge to be measured in the image plane can be determined and assigned to this rotation angle. The obtained value triplet (X, Y and Z) is stored. The adjoining value triples each form a data set that defines a cutting edge.
Auf diese Weise werden alle Schneidkanten des Werkzeugs aufgefunden und vermessen. Pro Schneidkante kann ein Datensatz erzeugt werden, der als Grundlage für eine weitere Bearbeitung des Werkzeugs, beispielsweise einen Schleifvorgang oder dergleichen dienen kann.On In this way, all cutting edges of the tool are found and measure. Per cutting edge, a record can be generated, the as a basis for further processing of the tool, For example, a grinding process or the like can serve.
Das erläuterte Verfahren kann mit Weiterbildungen und Abwandlungen ausgeführt werden. Beispielsweise kann das Werkzeug bei dem Messdurchlauf kontinuierlich oder auch in Schritten gedreht werden. Des Weiteren ist es zwar nicht zwingend aber vorteilhaft, wenn die Bilder der Umfangsabschnitte überlappungsfrei aneinander anschließen. Somit werden Datenredundanzen vermieden.The explained method can with refinements and modifications be executed. For example, the tool at the measurement run continuously or in steps rotated become. Furthermore, although it is not mandatory but advantageous, if the pictures of the peripheral sections overlap connect to each other. Thus, data redundancies are avoided.
Weiter kann es vorteilhaft sein, in der erhaltenen Da tenmenge sorgfältige Filterungen vorzunehmen. Beispielsweise kann es im Einzelfall möglich sein, dass Schneidkanten nicht allein anhand des Kriteriums „Schärfe" zu erkennen sind. Auch andere Teile eines Werkzeugs, beispielsweise zylindrische oder teilzylindrische Abschnitte, können eine scharfe Abbildung hervorrufen. Hier können zwei Kriterien angewandt werden, um solche Abschnitte von Schneidkanten zu unterscheiden.Further it may be advantageous in the resulting data quantity to be meticulous Make filterings. For example, it may be possible in individual cases that cutting edges are not based solely on the criterion "sharpness" can be seen. Also other parts of a tool, for example cylindrical or partially cylindrical sections, one can cause sharp picture. Here are two criteria be applied to distinguish such portions of cutting edges.
Ein erstes Kriterium liegt darin, dass Schneidkanten, zumindest sofern sie eine Schraubenform, d. h. Steigung haben, nur in demjenigen Teil scharf abgebildet sind, der die Fokusebene durchsticht. Benachbarte Bereiche sind unscharf. Das Datenfilter muss in diesem Fall längere zusammenhängende scharf abgebildete Bildteile verwerfen. Es werden dann nur solche scharf abgebildeten Bildteile dem Datensatz der Schneidkante zugeordnet, die im aktuellen Bild lediglich einen kurzen Kantenabschnitt darstellen. Es kann ein oberer Grenzwert für die Länge des scharfen Bildbereichs festgelegt werden. Es kann zusätzlich das Kriterium vorgesehen werden, dass der scharf abgebildete kurze Kantenabschnitt in dem Vorgängerbild bzw. Nachfolgerbild der aufgenommenen Bilderfolge an den scharfen Abschnitt des aktuellen Bilds (lückenlos) anschließt. Mit anderen Worten, das Filter ordnet dem Schneidkantendatensatz nur solche scharfen Bildteile zu, die sich bei Drehung des Werkzeugs durch das Bild bewegen.One The first criterion is that cutting edges, at least so far they have a helical shape, d. H. Have slope, only in one Part are shown sharp, piercing the focal plane. neighboring Areas are out of focus. The data filter must be longer in this case discard contiguous sharply displayed image parts. It will then only such sharply imaged image parts the record assigned to the cutting edge, in the current image, only one represent short edge section. It can be an upper limit fixed for the length of the sharp image area become. In addition, the criterion can be provided that the sharp imaged short edge portion in the previous image or successor image of the recorded image sequence to the sharp Section of the current image (gapless) connects. In other words, the filter maps the cutting edge data set only those sharp parts of the picture, which become with rotation of the tool move through the picture.
Bei Werkzeugen deren Schneidkanten axial verlaufen versagt dieses Kriterium aber. Hier kann aber, wie bereits im vorgenannten Falle auch, zusätzlich oder auch allein ein zweites stärkeres Kriterium angewandt werden. Dieses Kriterium bzw. Filter verwirft alle Bildteile, die über einen Drehwinkelbereich hinweg scharf abgebildet werden, der einen Grenzwert überschreitet. Dieser Grenzwert kann beispielsweise Bruchteile eines Grads oder mehrere Grad betragen.at Tools whose cutting edges run axially fails this criterion but. Here, however, as in the aforementioned case also, in addition or even a second stronger criterion applied become. This criterion or filter rejects all parts of the picture that are over a rotation angle range can be shown sharply, the one Exceeds limit. This limit can be, for example Fractions of a degree or several degrees.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung. Diese beschränkt sich auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten. Die Zeichnung offenbart weitere Einzelheiten und ist ergänzend heranzuziehen.Further Details of the invention will become apparent from the description. These is limited to essential aspects of the invention and other conditions. The drawing discloses further details and is to be used additionally.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Zu
der Messvorrichtung
Die
Messvorrichtung
Die
Beleuchtungseinrichtung
Das
Objektiv
An
die Bildaufnahmeeinrichtung
Es
wird auf
It will open
Die
geometrischen Verhältnisse sind in
In
jedem aufgenommenen Bild ist eine mehr oder minder scharfe Hell-Dunkel-Grenze
zu sehen, die von dem Werkzeug
Die
Schneidkante
Das
Gleiche gilt entsprechend für eine weitere Gruppe Bilder
Wie
In
dem nun folgenden Post-Processing wird die Datenmenge
Aus
den in den Messfenstern gewonnenen Daten aller Gruppen
Optional
kann anhand der aus einem Stapel gewonnenen Daten eine Schneidkantenextrapolation vorgenommen
werden. Dies ermöglicht oder erleichtert die Verfolgung
von Schneidkanten bei Übergang von einer Gruppe zu der
nächsten anschließenden Gruppe. Dadurch können
aus den Datensätzen, die aus den jeweiligen Gruppen
Sollte eine Schneidkante an einer bestimmten Stelle zwischen den axialen Enden des Messbereichs enden (oder anfangen), ändert sich die Zahl der bei einer Umdrehung erfassten Schneidkanten an einer bestimmten Stelle des Fokusfensters in einem Stapel von Bildern. Eine vollständige Schneidkantensuche kann solches feststellen. Vorzugsweise wird die vollständige Schneidkantensuche in einem Fokusfenster vorzugsweise an einem Bildende (oder -Anfang) durchgeführt.Should a cutting edge at a certain point between the axial Ends of the measuring range ends (or starts), changes the number of cutting edges detected at one revolution on one specific location of the focus window in a stack of images. A complete cutting edge search can detect such. Preferably, the complete cutting edge search in a focus window preferably at an end (or beginning) of a picture carried out.
Die Filterung der Daten (Erkennung Schneide/Nichtschneide) kann wie beschrieben anhand der Geometrie der Schneide oder anhand von Qualitätskennzahlen durchgeführt werden. Die Qualitätskennzahlen sind z. B. ein Schärfekriterium, das innerhalb jedes Bildes über die Fokusfenster hinweg verfolgt wird. Es kann alternativ auch an immer dem gleichen Fokusfenster durch mehrere oder alle Bilder eines Stapels verfolgt werden. Das Maximum (oder Minimum) der Qualitätskennzahl kennzeichnet die gültigen Messwerte der Schneide. Die hier genannten Maßnahmen können miteinander kombiniert werden.The Filtering the data (detection cutting edge / non-cutting edge) can be like described on the basis of the geometry of the cutting edge or on the basis of quality indicators be performed. The quality indicators are z. B. a sharpening criterion that within each picture on the focus window is tracked. It can alternatively also always the same focus window through multiple or all images of a stack be followed. The maximum (or minimum) of the quality score identifies the valid measured values of the cutting edge. This one These measures can be combined become.
Ergänzend oder alternativ kann bei der Zusammenstellung des Datensatzes geprüft werden, dass bzw. ob sich wenigstens der Wert Xk des Datentripels {Xk, Yk, øk} eines Bildes von dem Wert Xk des benachbarten Datentripels unterscheidet. Ist dies nicht der Fall liegt das Datentripel {Xk, Yk, øk} wahrscheinlich auf einer Kreiskontur und gehört somit nicht unmittelbar zu einer Schneidkante. Solche Datentripel können durch das Filter verworfen d. h. aus dem Datensatz entfernt werden.additional or alternatively, it may be checked at compilation of the record be that or at least the value Xk of the data triplet {Xk, Yk, øk} of an image of the value Xk of the adjacent one Distinguishes data triplets. If this is not the case, the data triplet is located {Xk, Yk, øk} probably on a circle outline and heard thus not directly to a cutting edge. Such data triples can be discarded by the filter d. H. from the record be removed.
Jeder
Datensatz
Das
Filter
Zur
Vermessung von Werkzeugen
- 11
- Messvorrichtungmeasuring device
- 22
- WerkzeugTool
- 3, 4, 53, 4, 5
- Schneidkantencutting edges
- 66
- Drehachseaxis of rotation
- 7, 87, 8th
- Aufnahmeadmission
- 99
- BildaufnahmeeinrichtungImage recording device
- 1010
- Kameracamera
- 1111
- Objektivlens
- 1212
- optische Achseoptical axis
- 1313
- Beleuchtungseinrichtunglighting device
- 1414
- Fokusebenefocal plane
- 15, 1615 16
- Spanräumegullets
- 17, 1817 18
- Umfangsabschnittperipheral portion
- 1919
- Gruppegroup
- 2020
- PunktPoint
- 21, 2221 22
- Bereicheareas
- 2323
- Gruppegroup
- 2424
- Datenmengeamount of data
- 2525
- Filterfilter
- 2626
- Modulmodule
- 27, 28, 2927 28, 29
- Datensatzrecord
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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