DE102007063318B3

DE102007063318B3 - Verfahren zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine

Info

Publication number: DE102007063318B3
Application number: DE102007063318A
Authority: DE
Inventors: Andreas Kisselbach; Heiko Ehrensperger; Jürgen Dr. Graef
Original assignee: Leitz GmbH and Co KG
Current assignee: Leitz GmbH and Co KG
Priority date: 2007-12-28
Filing date: 2007-12-28
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2027-12-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine, mit den Schritten: Anordnen einer Kamera (14) auf einem Referenzbauteil (10), Bewegen des Referenzbauteils in die Profilbearbeitungsmaschine, Positionieren der Kamera (14) auf eine vorgegebene Position relativ zur Profilbearbeitungsmaschine, Aufnehmen eines Bilds eines Werkzeugs (36) der Profilbearbeitungsmaschine und Darstellen des Bilds (38) auf einem Anzeigege0) eines mit der Profilbearbeitungsmaschine zu bearbeitenden Bauteils und Einstellen des Werkzeugs (36) so, dass eine Profilschneide des Werkzeugs (36) in dem Bild (38) zumindest teilweise dem Sollprofil (40) entspricht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Justiersystem zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine.
Derartige Profilbearbeitungsmaschinen dienen der Bearbeitung von geraden Bauteilen, beispielsweise aus Holz, Holzwerkstoffen oder Kunststoffen, und stellen Durchlaufmaschinen dar, die an dem Bauteil ein Profil beispielsweise an einer oder mehreren Kanten herstellen. Soll das Bauteil ein komplexes Profil erhalten, so wird das Profil in mehreren sukzessiven Arbeitsschritten hergestellt. Verschiedene Werkzeuge erzeugen dabei hintereinander einzelne Profilabschnitte, die zusammen das fertige Profil ergeben. Beispielhafte Profile sind Verbindungsprofile bei Paneelen oder Postformingprofile bei Möbelteilen. Für die einzelnen Werkzeuge der Profilbearbeitungsmaschinen wird eine Einstellgenauigkeit im Hundertstelmillimeter-Bereich gefordert.
Bei bekannten Verfahren zum Justieren der Profilbearbeitungsmaschine, wie sie beispielsweise in der nach dem Anmeldetag veröffentlichten DE 10 2006 054 275 B3 beschrieben sind, werden die jeweiligen Positionen der einzelnen Werkzeuge durch manuelles Einstellen der zugehörigen Antriebe (handbetriebene Gewindespindeln oder NC-Stellachsen) eingestellt. Die Positioniergenauigkeit der Werkzeuge ist nicht hinreichend hoch, um die geforderte Genauigkeit zu gewährleisten. Derartige Verfahren benötigen zur Durchführung rund acht Stunden, um eine Anlage mit vier Profilbearbeitungsmaschinen mit je fünf bis sieben Werkzeugen zu justieren. Das ist aufwändig und führt zu langen Rüstzeiten.
Aus der DE 10 2005 048 136 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines virtuellen Tool-Center-Points bekannt, das bei Industrierobotern durchgeführt wird. Derartige Verfahren sind jedoch nicht auf die der Erfindung zugrunde liegende Problemstellung übertragbar, da Industrieroboter von allen Seiten gut zugänglich sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Rüstzeit zum Einrichten einer Profilbearbeitungsmaschine zu verringern. Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine mit den Schritten (a) Anordnung einer Kamera auf einem Referenzbauteil, (b) Bewegen des Referenzbauteils in die Profilbearbeitungsmaschine, (c) Positionieren der Kamera auf eine vorgegebene Position relativ zur Profilbearbeitungsmaschine, (d) Aufnehmen eines Bilds eines Werkzeugs der Profilbearbeitungsmaschine und Darstellen des Bilds auf einem Anzeigegerät, (e) lagerichtiges Einblenden eines Sollprofils eines mit der Profilbearbeitungsmaschine zu bearbeitenden Bauteils und (f) Einstellen des Werkzeugs so, dass eine Profilschneide des Werkzeugs in dem Bild zumindest teilweise dem Sollprofil entspricht.
Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Justiersystem zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine, das (a) ein Referenzbauteil, (b) eine Kamera, die mittels einer Führung an dem Referenzbauteil geführt bewegbar ist, und (c) eine elektrische Steuerung umfasst, die eingerichtet ist zum Darstellen von Bildern der Kamera auf einem Anzeigengerät und zum lagerichtigen, und insbesondere auch maßstäblichen, Einblenden eines Sollprofils eines mit der Profilbearbeitungsmaschine zu bearbeitenden Bauteils auf dem Anzeigegerät.
Vorteilhaft an der Erfindung ist die deutliche Verkürzung der Rüstzeit beim Einrichten der Profilbearbeitungsmaschine auf ein neues Profil. Vorteilhaft ist zudem die Einfachheit der Erfindung, so dass eine aufwändige Schulung von Mitarbeitern entbehrlich ist.
Es ist ein weiterer Vorteil, dass bestehende Profilbearbeitungsmaschinen nicht oder nur zu einem geringen Umfang nachgerüstet werden müssen, um die Erfindung auf ihnen durchzuführen. Vorteilhaft ist zudem die Flexibilität der Erfindung, die auf einer Vielzahl von bestehenden Profilbearbeitungsmaschinen verwendet werden kann. Vorteilhaft ist außerdem, dass die Erfindung auch dann einsetzbar ist, wenn die Profilbearbeitungsmaschine nur einen kleinen Bauraum besitzt, da lediglich klein bauende Komponenten eingesetzt werden.
Im Rahmen der folgenden Beschreibung wird unter einem Referenzbauteil insbesondere eine Vorrichtung verstanden, die in ihren Abmessungen im Wesentlichen den Abmessungen eines Bauteils entspricht, das mit der Profilbearbeitungsmaschine bearbeitet werden soll. In anderen Worten ist die Profilbearbeitungsmaschine eingerichtet, um Bauteile zu bearbeiten, die in ihren Abmessungen dem Referenzbauteil entsprechen. Das Referenzbauteil selbst wird in der Regel nicht bearbeitet und kann daher starrer und steifer ausgelegt sein als das eigentliche Bauteil. Die Profilbearbeitungsmaschine kann beispielsweise eine Einkettenmaschine oder eine Zweikettenmaschine mit einstellbarer Bearbeitungsbreite sein.
Unter einem Bewegen des Referenzbauteils in die Profilbearbeitungsmaschine wird insbesondere verstanden, dass das mit der Kamera versehene Referenzbauteil so durch die Profilbearbeitungsmaschine geführt wird, wie später in der Fertigung das eigentliche Bauteil.
Unter einem Sollprofil wird insbesondere dasjenige Profil verstanden, das beim späteren Fertigungsprozess an dem Bauteil ausgebildet werden soll. Im mathematischen Sinne handelt es sich dabei in der Regel um eine zweidimensionale Kurve. Unter dem lagerichtigen Einblenden ist zu verstehen, dass das Sollprofil so auf dem Anzeigegerät dargestellt wird, dass dann, wenn die Werkzeuge auf dieses Sollprofil eingestellt sind und in einem nachfolgenden Fertigungsschritt Bauteile mit der Profilbearbeitungsmaschine hergestellt werden, genau das vorgegebene Sollprofil an den Bauteilen ausgebildet wird.
Unter dem Merkmal, dass das Werkzeug so eingestellt wird, dass eine Profilschneide des Werkzeugs in dem Bild zumindest teilweise dem Sollprofil entspricht, ist insbesondere zu verstehen, dass die Profilschneide in dem Bild zumindest bereichsweise mit dem Sollprofil übereinstimmt bzw. mit diesem deckungsgleich ist. In anderen Worten wird das Werkzeug in der Profilbearbeitungsmaschine so positioniert, dass seine Profilschneide auf dem Bild zumindest bereichsweise dem Sollprofil folgt.
Der Erfindung liegt die Überlegung zugrunde, dass es prinzipiell möglich ist, eine Kamera sukzessive an mehreren Positionen innerhalb der Profilbearbeitungsmaschine anzuordnen und mit dieser das Einstellen der Werkzeuge zu überwachen. Das aber setzt für jedes Werkzeug in der Regel einen eigenen Montagepunkt am Maschinenbett voraus, was Justageprobleme mit sich bringt und aufwändig ist. Das Vorschubsystem bildet hingegen eine Referenz beim Fräsen der Profile, so dass es auch vorteilhaft als Referenz zum Positionieren der Kamera eingesetzt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Kamera mit entozentrischer Optik verwendet. Alternativ oder additiv könnte auch eine Kamera mit einer telezentrischen Optik verwendet werden. Telezentrische Objektive haben den Vorteil, dass das zu vermessende Objekt sich um mehrere Millimeter bewegen kann, ohne dass das mit der Kamera aufgenommene Bild sich signifikant verschlechtert. Es hat sich jedoch herausgestellt, dass es trotz dieser Vorteile des telezentrischen Objektivs günstiger ist, eine entozentrische Optik zu verwenden, da die möglicherweise entstehenden Fehler mit vergleichsweise geringem Aufwand korrigierbar sind und eine entozentrische Optik mit Standardkomponenten aufgebaut werden kann und flexibler einsetzbar ist. Sie baut zudem kompakt, was bei beengtem Bauraum vorteilhaft ist.
Bevorzugt umfasst der Schritt des Aufnehmens und Darstellen des Bilds des Werkszeugs die Schritte eines kontinuierlichen Aufnehmens von Bildern des Werkzeugs, eines Auslesens einer Hüllkurve des Werkzeugs aus einer Datenbank, eines Einblendens der Hüllkurve auf dem Anzeigegerät, eines Veränderns einer Position, insbesondere einer Drehposition, des Werkzeugs, bis das dargestellte Bild des Werkzeugs und die eingeblendete Hüllkurve zur Deckung kommen und eines Festlegens des Drehantriebs der Profilbearbeitungsmaschine für das Werkzeug. Das Profil des im Anschluss an die Justage zu fertigenden Bauteils wird durch die Profilschneide des Werkzeugs an einer Drehposition festgelegt, bei der die Profilschneide ihre größte Nähe zum Bauteil hat und damit am tiefsten eingreift. Wird das Werkzeug unter einer gegenüber dieser Drehposition um seine Längsachse verdrehten Drehposition betrachtet, so wird das Werkzeug bei der Justage zu weit auf das Bauteil zugestellt. Das Einblenden der Hüllkurve stellt sicher, dass das Werkzeug stets in derjenigen Drehposition ist, in der es maximal auf das Bauteil zugestellt ist.
Bevorzugt umfasst der Schritt des Einstellens des Werkzeugs die Schritte eines Verfahrens des Werkzeugs, eines Nachführens der Hüllkurve und eines Einstellens des Werkszeugs so, dass die Hüllkurve in dem Bild zumindest teilweise dem Sollprofil entspricht. Vorteilhaft hieran ist, dass möglicherweise ungünstige Lichtverhältnisse oder ein Unscharf-Werden des Bilds dazu führen können, dass die Profilschneide des Werkzeugs auf dem Bild nur unzureichend zu erkennen ist. Durch das Einblenden der Hüllkurve wird ein vom Auge gut erkennbarer Kontrast erzeugt, so dass das Werkzeug mit einer hohen Präzision positioniert werden kann.
Das Nachführen der Hüllkurve wird bevorzugt so durchgeführt, dass rechnergestützt diejenige Position der Hüllkurve ermittelt wird, die das Bild des Werkzeugs optimal wiedergibt. Beispielsweise wird die Position der Hüllkurve mittels Bilderkennung durchgeführt. Entsprechende Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Werkstück dadurch eingestellt, dass es ausschließlich in einer Justierebene bewegt wird, die senkrecht zu einer Vorschubrichtung der Profilbearbeitungsmaschine verläuft. Die Vorschubrichtung ist am jeweils betrachteten Ort der Profilbearbeitungsmaschine diejenige Richtung, mit der in einem späteren Fertigungsprozess das Bauteil durch die Profilbearbeitungsmaschine geführt wird. Die Justierebene entspricht damit einer Arbeitsebene des jeweiligen Werkzeugs, in der es auf das Bauteil zugestellt wird.
Um eine Datenbank entbehrlich zu machen, in der Hüllkurven der Werkzeuge vorgehalten werden, umfasst das Verfahren bevorzugt die Schritte eines Drehens des Werkzeugs, eines Aufnehmens von Bildern des Werkzeugs und eines Errechnens der Hüllkurve aus den Bildern des Werkzeug.
Das Werkzeug lässt sich mit einer besonders hohen Genauigkeit justieren, wenn der Schritt des Positionierens der Kamera auf einer vorgegebenen Position relativ zur Profilbearbeitungsmaschine die Schritte eines Grob-Positionierens des Referenzbauteils in der Profilbearbeitungsmaschine und eines Verschiebens der Kamera relativ zum Referenzbauteil bis an einen Anschlag an der Profilbearbeitungsmaschine umfasst. In anderen Worten wird das Referenzbauteil zunächst beispielsweise mit dem Vorschubantrieb der Profilbearbeitungsmaschine grob vorpositioniert. Bei handelsüblichen Profilbearbeitungsmaschinen liegt die Positioniergenauigkeit dabei bei einigen Zentimetern. Anschließend wird die Kamera, beispielsweise in einer Längsführung des Referenzbauteils, so lange in Vorschubrichtung verschoben, bis sie an einem Anschlag an der Profilbearbeitungsmaschine anschlägt. Derartige Anschläge können leicht auch an bestehenden Profilbearbeitungsmaschinen nachgerüstet werden. Der Anschlag muss damit nur so ausgebildet sein, dass eine Justage in Vorschubrichtung präzise möglich ist. Die Positionierung in der Justierebene wird bereits dadurch erreicht, dass das Referenzbauteil auf der Vorschubeinrichtung der Profilbearbeitungsmaschine befestigt ist.
Der Anschlag wird bevorzugt an der Profilbearbeitungsmaschine befestigt, indem anstelle des betreffenden Werkzeugs eine Lehre mit einem vorbestimmten Abstandsmaß (Abstand a weiter unten) auf die Motorspindel des Werkzeugs aufgesteckt wird. Anschließend wird an der betreffenden Stelle der Anschlag am Maschinenbett der Profilbearbeitungsmaschine befestigt, beispielsweise angeklebt oder angeschraubt.
Um Schäden an der Kamera zu vermeiden, während das Referenzbauteil durch die Profilbearbeitungsmaschine gefahren wird, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Kamera so lösbar an dem Referenzbauteil befestigt ist, dass die Kamera relativ zum Referenzbauteil nachgibt, wenn sie mit der Profilbearbeitungsmaschine kollidiert. Beispielsweise löst sich die Kamera vom Referenzbauteil. Dazu kann die Kamera über eine Magnet-, Steck- oder Rastverbindung mit einem Träger des Referenzbauteils verbunden sein.
Bevorzugt wird die Kamera so an dem Referenzbauteil befestigt, dass ihre Ausrichtung nach einem Abnehmen wieder herstellbar ist. Beispielsweise wird die Kamera über 3-Punkt-Aufnahme anmontiert, so dass ein Abnehmen und Aufstecken ab beliebiger Stelle in der Profilbearbeitungsmaschine ermöglicht wird. Das ist besonders vorteilhaft, wenn in der Profilbearbeitungsmaschine nur begrenzter Raum zur Verfügung steht.
Um die Position des Referenzbauteils relativ zur Profilbearbeitungsmaschine mit hoher Genauigkeit festzulegen, umfasst das Verfahren bevorzugt den Schritt eines Ausrichtens des Referenzbauteils in der Justierebene.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 eine dreidimensionale Ansicht eines erfindungsgemäßen Justiersystems,
2 eine erste Explosionsansicht des Justiersystems nach 1,
3 eine zweite Explosionsansicht des Justiersystems nach den 1 und 2,
4 eine Draufsicht senkrecht zur Vorschubrichtung auf das Justiersystem,
5 eine Draufsicht auf das Justiersystem in Vorschubrichtung,
6 ein Bild eines Werkzeugs mit eingeblendetem Sollprofil, wie es im Rahmen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten kann, und
7 eine Prinzipskizze zur Erläuterung eines Teilaspekts der Funktionsweise einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt ein Referenzbauteil 10, das einen Vorschubkörper 12, eine digitale Kamera 14 und einen Kalibrierbolzen 16 umfasst. Die Kamera 14 ist in einer Linearführung 18 am Vorschubkörper 12 gelagert und weist eine entozentrische Optik 20 in Form eines entozentrischen Objektivs auf. Der Kalibrierbolzen 16 ist fluchtend zur Linearführung 18 angeordnet, so dass die Kamera 14 ihn auch beim Verschieben entlang der Linearführung 18 nicht aus dem Blickfeld verliert.
Das Referenzbauteil 10 ist in 1 auf einer Vorschubeinrichtung 22, einer nicht eingezeichneten Profilbearbeitungsmaschine angeordnet und wird von dieser in eine Vorschubrichtung R_V befördert.
Senkrecht zur Vorschubrichtung R_V erstreckt sich eine Justierebene E, die zugleich eine x-z-Ebene der Profilbearbeitungsmaschine darstellt.
2 zeigt, dass das Referenzbauteil 10 mit Fixiernuten 24a, 24b in der Vorschubeinrichtung 22 zusammenwirkt, um ein Verschieben in der Justierebene E und insbesondere in x-Richtung zu unterbinden. Es ist zudem zu erkennen, dass der Kalibrierbolzen 16 über eine erste Aufnahmebohrung 26a im Vorschubkörper 12 eingepasst ist. Auf einer bezüglich der Linearführung entgegengesetzten Seite ist auf gleicher Höhe eine zweite Aufnahmebohrung 26b vorgesehen, in die der Kalibrierbolzen 16 alternativ eingepasst werden kann. Die Kamera 14 ist über Passlöcher 28a, 28b und in sie eingreifende Passstifte (in 2 nicht eingezeichnet) an einer Aufnahme 30 der Linearführung 18 befestigt.
3 zeigt eine zweite Explosionsansicht, in der die zu den Passlöchern 28a, 28b (vgl. 2) zugehörigen Passstifte 32a, 32b zu sehen sind. Im Folgenden bezeichnen Bezugszeichen ohne Zählsuffix das Objekt jeweils als solches.
Die Passstifte 32 und die Passlöcher 28 Wechselwirken magnetisch miteinander und sind so eingerichtet, dass eine Kollision der Kamera 14 mit einem Teil der nicht eingezeichneten Profilbearbeitungsmaschine dazu führt, dass sich die Verbindung zwischen den Passstiften 32 und den Passlöchern 28 löst und die Kamera 14 dadurch vor Beschädigungen geschützt ist. Gleichzeitig ist die Kamera 14 dadurch so an dem Referenzbauteil 10 befestigt, dass die Ausrichtung der Kamera 14 nach einem Abnehmen wieder herstellbar ist. Die Passstifte 32 und die Passlöcher 28 bilden dabei eine 3-Punkt-Aufnahme.
4 zeigt eine Seitenansicht des Referenzbauteils 10. Es ist zu erkennen, dass das Referenzbauteil 10 über Steckbolzen 34a, 34b, die mit den Fixiernuten 24a, 24b zusammenwirken, an der Vorschubeinrichtung 22 befestigt sind. Die Steckbolzen 34a, 34b definieren die Lage des Referenzbauteils 10 in x-Richtung relativ zur Vorschubeinrichtung 22.
5 zeigt eine Ansicht in Vorschubrichtung R_V, was gleichbedeutend mit der x-z-Ebene ist. Der Kalibrierbolzen 16 ist so angeordnet, dass er genau auf der optischen Achse A der Kamera 14 liegt. Sofern diese Ausrichtung nicht exakt eingehalten wird, kann entweder die Lage der Kamera relativ zum Vorschubkörper 12 verändert werden oder, was bevorzugt ist, die Lage des Bildes der Kamera 14 wird softwareseitig zentriert. Der Kalibrierbolzen 16 ist exakt vermessen und besitzt vorzugsweise eine Kugel an seiner Spitze. Der Kalibrierbolzen 16 dient der Objektiveinstellung der Optik 20, beispielsweise deren Brennweite, zur maßstabsgetreuen Abbildung auf dem Anzeigegerät. Nach dem Kalibriervorgang wird die Optik 20 in Form eines Objektivs fixiert, beispielsweise mittels einer Madenschraube. Es handelt sich bei dem Kalibrieren um einen einmaligen Vorgang, der nur wiederholt werden muss, wenn Messungenauigkeiten festgestellt werden.
In 5 ist zudem schematisch ein Werkzeug 36 in Form eines Fräsers der ansonsten nicht eingezeichneten Profilbearbeitungsmaschine eingezeichnet.
Das Werkzeug 36 ist so an der Profilbearbeitungsmaschine gelagert, dass es in x-Richtung und in z-Richtung verfahrbar und um die y-Achse um einen Schwenkwinkel β schwenkbar ist. Die y-Achse des Werkzeugs 36 verläuft in der gezeigten Ausführungsform parallel zu der Vorschubrichtung R_V.
6 zeigt ein Bild 38 des Werkzeugs 36, wie es auf einem Anzeigegerät in Form eines Monitors angezeigt wird. Es ist zudem ein Sollprofil 40 eines später zu bearbeitenden Bauteils lagerichtig eingeblendet. Es ist zuerkennen, dass das Werkzeug 36 im Moment falsch einjustiert ist und nicht das gewünschte Sollprofil 40 fräsen würde. Durch Bewegen des Werkzeugs in der x-z-Ebene, die mit der Zeichnungsebene von 6 übereinstimmt, wird das Werkzeug 36 so justiert, dass seine Profilschneide 42 (vgl. 5) abschnittsweise dem Sollprofil 40 folgt.
6 zeigt zudem eine Hüllkurve 44, die aus einer Datenbank ausgelesen wurde und so dem Bild 38 des Werkzeugs 36 überlagert wurde, dass sie dessen Kontur optimal wiedergibt.
Die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun mit Bezug auf 1 für den Fall erläutert, dass es sich bei der Profilbearbeitungsmaschine um eine Maschine zum Fertigen von Fußbodenpaneelen handelt. Zunächst wird die Kamera 14 in einem vorgegebenen Abstand a (4) relativ zum Kalibrierbolzen 16 angeordnet, wie es dem Abstand zwischen dem zu justierenden Werkzeug und dem zugehörigen Anschlag der Profilbearbeitungsmaschine entspricht.
Danach wird mit der Kamera 14 ein Bild des Kalibrierbolzens 16 aufgenommen und auf einem Anzeigegerät dargestellt. Durch eine Nullpunktverschiebung des Kamerabilds wird das Bild dabei so dargestellt, dass ein Tangentenpunkt T einer Kugel 46 (5) des Kalibrierbolzens 16 als Referenzpunkt genau zentrisch im Bild dargestellt ist. Es wird sodann das oben beschriebene Kalibrierverfahren durchgeführt, bei dem das Objektiv eingestellt wird. Nachfolgend wird der Kalibrierbolzen 16 entnommen. Je nach dem in welche Richtung die Kamera 14 blicken soll, wird bei dem geschilderten Verfahren der Kalibrierbolzen 16 entweder in die erste Aufnahmebohrung 26a (4) oder die zweite Aufnahmebohrung 26b eingesteckt. Der Abstand a zwischen der Arbeitsebene des zu vermessenden Werkzeugs und dem entsprechenden Anschlag der Profilbearbeitungsmaschine wird einer Datenbank entnommen.
Anschließend wird das Referenzbauteil 10 wie in 4 gezeigt über die Steckbolzen 34 und die Fixiernuten 24 an Kettenplatten 50a, 50b der Vorschubeinrichtung 22 in x-Richtung verschiebesicher fixiert und mittels eines nicht eingezeichneten Antriebs der Vorschubeinrichtung 22 in die Profilbearbeitungsmaschine eingefahren und vorpositioniert. Von oben auf das Referenzbauteil 10 drückende, nicht eingezeichnete Druckriemen fixieren es in z- und in y-Richtung mittels einer Festlegkraft F.
Anschließend wird die Kamera 14 so lange in Vorschubrichtung R_V oder entgegen der Vorschubrichtung in der Linearführung 18 bewegt, bis sie an den vorgesehenen Anschlag der Profilbearbeitungsmaschine anschlägt. Aufgrund des oben beschriebenen Einstellvorganges ist nun sichergestellt, dass das Werkzeug 36 mit seiner Längsachse L_W (5) in einer Ebene liegt, in der auch eine Längsachse L_B (1) des Kalibrierbolzens 16 verlaufen würde, wenn dieser noch in die Passboh rung 26 eingesteckt wäre. In diesem Zustand ist die Kamera 14 entlang ihrer optischen Achse auf die Justierebene fokussiert.
Mit der Kamera 14 wird nun ein Bild aufgenommen, wie es exemplarisch in 6 gezeigt ist. Es wird zudem die zu dem Werkzeug 36 gehörige, aus einer Datenbank ausgelesene Hüllkurve 44 eingeblendet und das Werkzeug 36 so lange gedreht, bis seine im Bild 38 dargestellte Kontur exakt der Hüllkurve 44 entspricht. Danach wird das Werkzeug 36 in seiner Drehposition um einen Drehwinkel φ (5) so festgelegt, dass es sich nicht mehr um seine Längsachse L_W drehen kann.
In das Bild 38 wird danach das Sollprofil 40, das ebenfalls aus einer Datenbank ausgelesen oder direkt über eine Eingabevorrichtung eingegeben wurde, lagerichtig eingeblendet. Über seine nicht eingezeichneten Stellantriebe wird nachfolgend das Werkzeug 36 so zugestellt, dass seine Profilschneide 42 dem Sollprofil 40 entspricht. Dabei wird beständig die Hüllkurve 44 in ihrer Lage dem Bild des Werkzeugs 36 softwareseitig nachgeführt.
Das beschriebene Verfahren wird für alle zu justierenden Werkzeuge der Profilbearbeitungsmaschine durchgeführt. Dazu wird das Referenzbauteil in der Regel vollständig durch die Profilbearbeitungsmaschine befördert. Anschließend kann die Justage überprüft und gegebenenfalls nachjustiert werden.
Das Einblenden der Hüllkurve 44 verhindert, dass ein etwaiges Defokussieren zu Fehlern führen kann, wie anhand von 7 erläutert wird. Ein Schneidenpunkt P des Werkzeugs 36 mit einem Mittelpunkt M₁ (der der Drehachse des Werkzeugs 36 entspricht), der in der optischen Achse der Kamera im Abstand a zur Optik 20 in der Position P1 scharf erscheint, wird bei Verschiebung in x-Richtung zunehmend unscharf. Das liegt daran, dass sich sein Abstand zu der Optik 20 von a zu a' vergrößert (Position P2). Außerdem verändert sich der Abbildungsmaßstab und der Schneidenpunkt P erscheint kleiner, da er weiter entfernt ist. Erst durch eine Drehung des Werkzeuges 36 um einen Winkel α kommt der betrachtete Schneidenpunkt wieder in den Abstand a zur Optik 20 (Position P3) und erscheint scharf.
Zur Positionierung des Werkzeugs 36 in x-Richtung muss der am weitesten vorstehende Schneidenpunkt P2 betrachtet werden. Dieser ist aufgrund der Unschärfe nicht deutlich zu erkennen. Wenn die Positionierung anhand des scharf erscheinenden Schneidenpunktes P3 erfolgt, so ergibt sich eine Abweichung der in x-Richtung geforderten Position um Δx.
Dieser Effekt wird gemäß einer Ausgestaltung des erfinderischen Verfahrens dadurch kompensiert, dass dem Schneidenprofil im Bereich der optischen Achse der Kamera softwaretechnisch die Hüllkurve zugeordnet und auf dem Anzeigegerät visualisiert wird. Diese Hüllkurve 44 (vgl. 6) wird softwaretechnisch auf dem Anzeigegerät mitgeführt und bleibt stets scharf, während das reale Schneidenprofil zum Bildrand hin immer unschärfer und im Maßstab verzerrt erscheint.
Die Einstellung der Werkzeugposition des Werkzeugs 36 richtet sich nun nach der Hüllkurve, in dem diese mit der vorgegebenen Profilkontur zur Überdeckung gebracht wird. Dadurch werden Abbildungsfehler vermieden. Es können durch das beschriebene, auf dem Komparatorprinzip aufbauende Verfahren Positioniergenauigkeiten von unter 0,05 mm bei Justagezeiten von zwei Stunden statt wie vorher acht Stunden erreicht werden.

10: Referenzbauteil
12: Vorschubkörper
14: Kamera
16: Kalibrierbolzen
18: Linearführung
20: entozentrische Optik
22: Vorschubeinrichtung
24: Fixiernut
26: Aufnahmebohrung
28: Passloch
30: Aufnahme
32: Passstift
34: Steckbolzen
36: Werkzeug
37: Monitor
38: Bild
40: Sollprofil
42: Profilschneide
44: Hüllkurve
46: Kugel
a: Abstand
A: optische Achse
E: Justierebene
F: Festlegkraft
L: Längsachse
M: Mittelpunkt
P: Schneidepunkt
P: Position
R_V: Vorschubrichtung
T: Tangentenpunkt
β: Schwenkwinkel
φ: Drehwinkel

Claims

Verfahren zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine, mit den Schritten: (a) Anordnen einer Kamera (14) auf einem Referenzbauteil (10), (b) Bewegen des Referenzbauteils in die Profilbearbeitungsmaschine, (c) Positionieren der Kamera (14) auf eine vorgegebene Position relativ zur Profilbearbeitungsmaschine, (d) Aufnehmen eines Bilds eines Werkzeugs (36) der Profilbearbeitungsmaschine und Darstellen des Bilds (38) auf einem Anzeigegerät, (e) lagerichtiges Einblenden eines Sollprofils (40) eines mit der Profilbearbeitungsmaschine zu bearbeitenden Bauteils und (f) Einstellen des Werkzeugs (36) so, dass eine Profilschneide des Werkzeugs (36) in dem Bild (38) zumindest teilweise dem Sollprofil (40) entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kamera (14) mit entozentrischer Optik verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (d) des Aufnehmens und Darstellens des Bilds (38) des Werkzeugs (36) die folgenden Schritte umfasst: (d1) kontinuierliches Aufnehmen von Bildern (38) des Werkzeugs (36), (d2) Auslesen einer Hüllkurve des Werkzeugs (36) aus einer Datenbank, (d3) Einblenden der Hüllkurve auf dem Anzeigegerät, (d4) Verändern einer Position, insbesondere einer Drehposition, des Werkzeugs (36), bis das dargestellte Bild (38) und die eingeblendete Hüllkurve zur Deckung kommen, und (d5) Festlegen eines Drehantriebs der Profilbearbeitungsmaschine für das Werkzeug (36).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (f) des Einstellens des Werkzeugs (36) die folgenden Schritte umfasst: (f1) Verfahren des Werkzeugs (36), (f2) Nachführen der Hüllkurve und (f3) Einstellen des Werkzeugs (36) so, dass die Hüllkurve in dem Bild (38) zumindest teilweise dem Sollprofil (40) folgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hüllkurve nachgeführt wird, indem diejenige Position der Hüllkurve ermittelt wird, die das Bild (38) des Werkzeugs (36) optimal wiedergibt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (f) des Einstellens des Werkzeugs (36) ein Bewegen des Werkzeugs (36) ausschließlich in einer Justierebene, die senkrecht zu einer Vorschubrichtung der Profilbearbeitungsmaschine verläuft, umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Drehen des Werkzeugs (36), – Aufnehmen von Bildern des Werkzeugs und – Errechnen der Hüllkurve aus den Bildern (38) des Werkzeugs (36).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) die folgenden Schritte umfasst: (c1) Positionieren des Referenzbauteils in der Profilbearbeitungsmaschine und (c2) Verschieben der Kamera (14) relativ zum Referenzbauteil bis an einen Anschlag an der Profilbearbeitungsmaschine.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (14) so lösbar an dem Referenzbauteil befestigt wird, dass die Kamera relativ zum Referenzbauteil nachgibt, wenn sie mit der Profilbearbeitungsmaschine kollidiert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kamera (14) so an dem Referenzbauteil befestigt wird, dass ihre Ausrichtung nach einem Abnehmen wieder herstellbar ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt: – Ausrichten des Referenzbauteils in der Justierebene vor dem Bewegen des Referenzbauteils in die Profilbearbeitungsmaschine.
Justiersystem zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine, gekennzeichnet durch (a) ein Referenzbauteil, (b) eine Kamera (14), die mittels einer Führung an dem Referenzbauteil geführt bewegbar ist, und (c) eine elektrischen Steuerung, die eingerichtet ist zum (i) Darstellen von Bildern (38) der Kamera (14) auf einem Anzeigegerät und (ii) lagerichtigen Einblenden eines Sollprofils (40) eines mit der Profilbearbeitungsmaschine zu bearbeitenden Bauteils auf dem Anzeigegerät.
Justiersystem nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch ein Anzeigegerät, das ausgebildet ist zum Zusammenwirken mit der elektrischen Steuerung zum Darstellen der von der Kamera (14) aufgenommenen Bilder (38) und dem Sollprofil (40).
Justiersystem nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass – das Referenzbauteil ausgebildet ist, um in einer Vorschubrichtung durch die Profilbearbeitungsmaschine befördert zu werden und – die Kamera (14) an einer Seitenkante angeordnet ist.
Justiersystem nach Anspruch 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seitenkante ein Kalibrierbolzen angeordnet ist.
Justiersystem nach Anspruch 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung eine Linearführung ist.