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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmessmaschine, insbesondere zur Vermessung
spanabhebender Werkzeuge, wie beispielsweise Bohrer, Fräser
oder dergleichen Werkzeuge mit bestimmter Schneide.
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Zur
Vermessung von Werkzeugen ist beispielsweise die optische Messtechnik
gebräuchlich. Dazu offenbart beispielsweise die
DE 41 41 141 A1 eine
Messeinheit, die zwei optische Messsysteme umfasst. Ein erstes Messsystem
ist als Durchlichtmesssystem ausgebildet. Zu ihm gehören
ein Durchlichtprojektor und ein Beobachtungsobjektiv, die einander
diametral gegenüber liegend angeordnet sind. Zwischen dem
Beobachtungsobjektiv und dem Durchlichtprojektor ist das zu vermessende
Werkzeug mit vertikaler Drehachse positioniert. Der Durchlichtprojektor
und das Beobachtungsobjektiv sind an den Enden zweier Arme gehalten,
die sich ungefähr horizontal und konvergent auf einander
zu laufend zu einem zentralen Träger erstrecken. Dieser ist
in Vertikalrichtung sowie horizontal verstellbar. Der den Durchlichtprojektor
tragende Arm hält außerdem einen abgewinkelten
Schwenkarm, dessen Ende mit einem Auflichtmesssystem versehen ist.
Dieser ist um die optische Achse des Durchlichtmesssystems schwenkbar,
so dass das Auflichtmesssystem die Seitenansicht und die Stirnansicht
des Werkzeugs aufnehmen kann.
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Die
DE 195 45 802 A1 offenbart
eine ähnliche Messeinrichtung, bei der jedoch die von dem Durchlichtmesssystem
festgelegte optische Achse vertikal verläuft, während
die Werkzeugachse horizontal liegt. Außerdem kann das Durchlichtmesssystem
gegen einen mechanischen Taster oder andere Messmittel ausgewechselt
werden.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine einfache Messmaschine zu schaffen,
die erweiterte Messmöglichkeiten aufweist und/oder sich
leicht aufrüsten lässt.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Messmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs
1 bzw. 8 gelöst:
Die erfindungsgemäße
Werkzeugmessmaschine weist nach Anspruch 1 einen Aufspannplatz für
ein Werkzeug auf sowie einen Träger, von dem sich zwei Arme
weg erstrecken. Die Arme tragen an ihren Enden Elemente einer optischen
Messeinrichtung. Die Elemente der Messeinrichtung sind bezüglich
der Achse des Werkzeugs einander gegenüber liegend angeordnet.
Die Achse des Werkzeugs ist beispielsweise seine Mittelachse. Sie
stimmt mit der Drehachse des Aufspannplatzes überein, wenn
dieser an einem Drehtisch ausgebildet ist. Bevorzugterweise ist die
Achse vertikal orientiert.
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Wenigstens
einer der Arme, die die optischen Elemente tragen, ist mit einem
Durchgang versehen, der auf Höhe des Endes des Arms Durchgang gewährt.
Dieser Durchgang schafft einen Freiraum, so dass verschiedene auch
relativ voluminöse weitere Messeinrichtungen montiert werden
können, die das Werkzeug auf gleicher Höhe inspizieren
wie die erstgenannte Messeinrichtung. Diese weitere Messeinrichtung
kann an dem Träger montiert werden. Sie ist dort gut abgestützt
und steif sowie insbesondere erschütterungsunempfindlich
gelagert. Für die weitere Messeinrichtung kann ein Aufnahmeplatz
an dem Träger zwischen den beiden Armen vorgesehen sein. Weist
die weitere Messeinrichtung ein voluminöses Gehäuse
auf, kann sich dieses durch den Durchgang des Armes hindurch erstrecken.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Arme symmetrisch
zueinander ausgebildet und jeweils mit einem Durchgang versehen.
Der Durchgang schafft einen großzügigen Freiraum
für die weitere Messeinrichtung. Diese kann beispielsweise
als optische Messeinrichtung, z. B. als Auflichtmesseinrichtung
ausgebildet sein. Durch die Schaffung des Freiraums kann sie gegebenenfalls
in verschiedenen Positionen montiert werden oder verstellbar, z.
B. verfahrbar gelagert sein. Z. B. kann sie mittels eines Schlittens
verstellbar gelagert werden. Die Führungseinrichtung des
Schlittens legt eine Führungsrichtung fest, die vorzugsweise
parallel zu der optischen Achse der erstgenannten Messeinrichtung
orientiert ist. Es ergibt sich ein großzügig bemessener
Verstellbereich. Das Gehäuse der zusätzlichen
Messeinrichtung kann durch die Durchgänge der beiden Arme hindurch
verfahren werden.
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Unabhängig
davon, ob die beiden Arme abgewinkelt, gekrümmt oder anderweitig
ausgebildet sind, um Durchgänge zu bilden, oder ob sie
gestreckt ausgebildet sind, ist es gemäß Anspruch
8 von Vorteil, wenn an dem Träger eine Führungseinrichtung vorgesehen
ist, an der ein Schlitten zwischen den beiden Armen hin und her
verfahrbar gelagert ist. Während die Arme das erste Messsystem
tragen, das als Durchlichtmesssystem ausgebildet ist, kann der Schlitten
ein zweites Messsystem tragen, das z. B. als Auflichtmesssystem
arbeitet. Die manuelle oder motorgetriebene Verstelleinrichtung
des Schlittens weist dabei vorzugsweise eine Verstellrichtung auf,
die parallel zu der optischen Achse des ersten Messsystems orientiert
ist. Die gegebene Verstellmöglichkeit erweitert die Messmöglichkeiten
gegenüber Messanordnungen, bei denen das zweite Messsystem
nicht in der genannten Weise verstellbar ist oder fehlt. Insbe sondere
kann das im Auflicht arbeitende zweite Messsystem mit einer hohen
Vergrößerung betrieben werden, dank derer lediglich
ein Ausschnitt des Werkzeugs abgebildet wird. Dennoch kann durch
das Verfahren des Messsystems sowohl ein mittlerer als auch ein äußerer
Bereich des Werkstücks abgebildet werden. Dadurch können
beispielsweise Spanflächen und Freiflächen von Schneiden
des Werkzeugs gleichermaßen gut inspiziert oder vermessen
werden.
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Zusätzlich
kann eine weitere Verstelleinrichtung vorgesehen werden, mit der
die weitere Messeinrichtung schwenkbar ist. Die Schwenkachse ist vorzugsweise
parallel zu der optischen Achse der ersten Messeinrichtung orientiert,
so dass die Auflichtmesseinrichtung oder sonstige weitere Messeinrichtung
das Werkzeug sowohl in Seitenansicht wie auch in Stirnansicht inspizieren
kann.
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Die
Messmaschine kann in verschiedenen Ausbaustufen betrieben werden.
In der einfachsten Version (Basisversion) ist sie allein mit einem
Durchlichtmesssystem versehen. Das Werkzeug ist vorzugsweise mit
vertikaler Achse auf dem Drehtisch gelagert. Der Träger
und die Arme, die die Messeinrichtung halten, sind z. B. an einer
Säule über eine Vertikalführung gelagert
und in Vertikalrichtung verstellbar. Außerdem kann die
Säule in Horizontalrichtung verstellbar sein. Die Horizontalrichtung
ist bezogen auf den Drehtisch die Radialrichtung. Damit kann die
optische Achse des Messsystems mit der Achse des Werkzeugs in Übereinstimmung
gebracht und das Werkstück in Axialrichtung gescannt werden.
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Ergänzend
kann als Erweiterungsstufe das Auflichtmesssystem vorgesehen werden.
In der einfachsten Form kann es an dem Träger fest montiert sein.
In einer Erweiterung kann es z. B. in Horizontalrichtung linear
verfahrbar ausgebildet werden. Dies eröffnet die Möglichkeit,
z. B. die Geometrie der Umfangsschneide(n) des Werkzeugs zu vermessen.
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In
einer weiteren Erweiterung kann auch die Schwenkbewegung des Auflichtmesssystems
ermöglicht werden, um beispielsweise Stirnansichten des
Werkzeugs aufzunehmen. Auch hier kann die Linearverstellung des
Auflichtmesssystems in Bezug auf den Träger zur Vereinfachung
von Messungen oder besonderen Messaufgaben genutzt werden.
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Weitere
Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung
ergeben sich aus der Zeichnung oder der Beschreibung. Die Beschreibung beschränkt
sich auf wesentliche Aspekte der Erfindung und sonstiger Gegebenheiten.
Die Zeichnung offenbart weitere Details und ist ergänzend
heranzuziehen. Es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Werkzeugmessmaschine in Basisversion
in perspektivischer, schematisierter Darstellung,
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2 die
Werkzeugmessmaschine nach 1 in einer
ausschnittsweisen, vergrößerten Perspektivansicht,
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3 die
Werkzeugmessmaschine in einer ersten Ausbaustufe in perspektivischer
schematisierter Darstellung,
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4 die
Werkzeugmessmaschine nach 3 in einer
vergrößerten ausschnittsweisen Perspektivdarstellung,
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5 die
Werkzeugmessmaschine in einer hohen Ausbaustufe in perspektivischer
Prinzipdarstellung und
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6 die
Werkzeugmessmaschine nach 5 in einer
ausschnittsweisen perspektivischen Ansicht.
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In 1 ist
eine Messmaschine 1 veranschaulicht, die zum Vermessen
von Werkzeugen dient. Prinzipiell verschiedene Werkzeuge sind vermessbar.
In 1 ist als Werkzeug beispielsweise ein Schaftfräser 2 dargestellt.
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Die
Messmaschine 1 weist eine Basis 3 auf, die ein
Grundgestell, beispielsweise in Form eines schweren ruhenden Tischs
bildet. Zur Aufnahme des Schaftfräsers 2 oder
eines anderen Werkzeugs ist ein Aufspannplatz 4 vorgesehen,
beispielsweise in Form eines Spannfutters oder sonstigen Aufnahmesystems.
Der Aufspannplatz 4 ist an einer Drehvorrichtung 5 gehalten,
mit der der Aufspannplatz 4 gezielt um eine Achse 6 drehbar
ist. Die Achse 6 stimmt vorzugsweise mit der Vertikalrichtung überein,
die hier als Z-Richtung bezeichnet ist.
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Auf
der Basis 3 steht eine Säule 7, die über eine
nicht weiter veranschaulichte Stelleinrichtung, beispielsweise einem
Motorstellantrieb, zu dem Aufspannplatz 4 hin und von diesem
weg verfahrbar ist. Bezüglich der Achse 6 ist
die Säule 7 somit in Radialrichtung, d. h. in
der horizontalen Y-Richtung verfahrbar. Entsprechende Pfeile bezeichnen
in 1 sowohl die Drehbarkeit des Werkzeugs 2 wie
auch die Verfahrbarkeit der Säule 7.
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An
der Säule 7 ist ein Messsystemträger 8 in Vertikalrichtung
und somit vorzugsweise parallel zu der Achse 6 verfahrbar.
Es sind entsprechende Führungen und gegebenenfalls motorisch
betätigbare Antriebe vorgesehen, jedoch in 1 nicht
weiter veranschaulicht. Der Messsystemträger 8 umfasst
einen Träger 9 z. B. in Gestalt einer rechteckigen,
vertikal orientierten Platte, an deren Stirnseiten Arme 10, 11 angesetzt
sind. Diese Arme erstrecken sich etwa rechtwinklig von dem Träger 9 weg
und sind im Wesentlichen gleich ausgebildet. Wenigstens einer der Arme 10, 11,
im vorliegenden Ausführungsbeispiel beide, erstrecken sich
zunächst horizontal von dem Träger 9 weg
und dann nach unten, so dass seitliche Durchgänge 12, 13 ausgebildet
sind. Die Arme 10, 11 weisen Enden 14, 15 auf,
die vorzugsweise etwa auf einer Höhe liegen, die mit der
Unterkante des Trägers 9 im Wesentlichen übereinstimmt.
Die Durchgänge 12, 13 erstrecken über
diese Höhe hinaus. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
sind die Durchgänge 12, 13 nach unten
offen.
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Die
Arme 10, 11 tragen eine optische Messeinrichtung 18,
die vorzugsweise als Durchlichtmesseinrichtung ausgebildet ist.
Zu ihr gehören zwei optische Elemente 16, 17,
beispielsweise in Gestalt einer Lichtquelle und einer Beobachtungseinrichtung. Beide
haben eine gemeinsame optische Achse 19, die vorzugsweise
horizontal orientiert ist und z. B. in X-Richtung weist. Vorzugsweise
ist die optische Achse 18 rechtwinklig zu der Achse 6 orientiert.
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In
dieser einfachsten Form kann die Messmaschine 1 zur Vermessung
des Werkstücks dienen. Z. B. wird der Durchmesser des Werkstücks
bestimmt, indem es langsam gedreht wird während die optische
Messeinrichtung 18 in Radialrichtung an das Werkzeug herangefahren
wird. Dazu kann die Säule 7 in Y-Richtung verfahren
werden. Die optische Messeinrichtung 18 kann im einfachsten
Fall eine Lichtschranke sein. Alternativ kann sie als bildaufnehmende
Einrichtung ausgebildet sein, die beispielsweise den Schattenwurf
des Werkzeugs aufnimmt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist die optische Messeeinrichtung 18 telezentrisch, wobei die
Achse 6 des Werkzeugs 2 im Telezentriebetrieb vorzugsweise
mittig liegt. Der Telezentriebereich, in dem sich die Messebene
der bildaufnehmenden Beobachtungseinrichtung 17 befindet,
ist in 2 als Kegelspitze veranschaulicht.
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Durch
Verstellen des Messsystemträgers 8 in Vertikal richtung
kann die Kontur des Werkzeugs in Axialrichtung aufgenommen werden.
Es ist auch möglich, weitere im Durchlicht durchführbare
Messungen vorzunehmen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen System ist der Ständer 7 vorzugsweise
nur genau in einer Achse, nämlich der Y-Richtung bewegbar.
Der Messsystemträger besteht aus einer vertikalen Grundplatte,
an deren vertikalen Seiten je ein Tragarm 10, 11 für
das Durchlichtmesssystem befestigt ist. Die Platte 9 ist mit
Bohrungen, Durchbrüchen usw. zur Aufnahme einer weiteren
Messeinrichtung vorbereitet. Die Tragarme 10, 11 sind
abgewinkelt oder kreisbogenförmig ausgebildet, um ausreichenden
Raum, insbesondere ausreichenden Verschiebeweg, für ein
weiteres Messsystem zu schaffen.
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Dazu
wird auf die 3 und 4 verwiesen.
Diese zeigen die bislang beschriebene Messmaschine 1, die
nun zusätzlich mit einer weiteren Messeinrichtung 20 versehen
ist. Diese ist als Auflichtmesseinrichtung ausgebildet. Sie weist
eine Beleuchtungseinrichtung, beispielsweise in Form eines Ringlichts 21,
und eine vorzugsweise telezentrisch vergrößernde
Beobachtungseinrichtung auf, deren Fokus in 3 als Kegel
veranschaulicht ist, dessen Spitze auf die Seite des Werkzeugs 2 als
Messort weist oder trifft. Die Messeinrichtung 20 ist über
einen vorzugsweise motorisch betätigbaren Schlitten 22 quer
zur Blickrichtung der Messeinrichtung 20 vorzugsweise horizontal,
d. h. in X-Richtung bewegbar. Die Bewegungsrichtung des Schlittens 22 ist
somit vorzugsweise parallel zu der optischen Achse 19 der ersten
Messeinrichtung 18.
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Der
Schlitten 22 trägt ein Gehäuse 23,
das die Messeinrichtung 20 beherbergt. Das Gehäuse 23 kann
relativ voluminös sein. Die Durchgänge 12, 13 ermöglichen
jedoch einen großen Bewegungshub der Messeinrichtung 20 in
X- Richtung, ohne dass das Gehäuse 23 an die Arme 10 oder 11 anstößt.
Das Gehäuse 23 kann durch den Durchgang 12 oder 13 fahren.
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Damit
ist die zweite Messeinrichtung 20 auf einem Schlitten auf
zwei Führungsbahnen auf einer den Träger 9 bildenden
Grundplatte in der Nähe der Säule 7 gehalten.
Sie ist zwischen beiden Tragarmen 10, 11 des Durchlichtmesssystems
beweglich. Der X-Bewegungsbereich des Auflichtmesssystems ist bezüglich
der Werkzeugachse relativ groß. Es können Verfahrwege
von mindestens +20 mm bis –130 mm erreicht werden, wobei
das Gehäuse 23 der Auflichtmesseinrichtung 20 zumindest
teilweise in den offenen Innenteil, d. h. den Durchgang 12 des
hinteren Tragarms 10 fährt.
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Es
ergibt sich ein insgesamt robuster, einfacher und wenig schwingungsanfälliger
Aufbau mit geringen Abmessungen in x-Richtung und hoher Positionierungspräzision
der Messeinrichtungen 18, 20.
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Die 5 und 6 veranschaulichen
eine weitere Ausbaustufe der Messmaschine 1. Diese beruht
auf der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, wobei
die Messeinrichtung 20 zusätzlich zu den beschriebenen
Merkmalen um eine Horizontalachse 24 schwenkbar ist. Diese
ist vorzugsweise parallel zu der optischen Achse 19 orientiert.
Die Achse 24 ist somit auch parallel zu der Verfahrrichtung
des Schlittens 22. Damit kann die Messeinrichtung 20 wie
vorstehend beschrieben das Werkzeug 2 an seiner Umfangsfläche
und wie in 5 und 6 dargestellt, nun
zusätzlich an seiner Stirnfläche inspizieren.
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Diese
Messmaschine hat eine Drehachse für das Werkzeug 2,
eine radial dazu gerichtete Verschiebeachse in Y-Richtung für
die Säule 7, eine Vertikalachse für die
Verschie bung des Messsystemträgers 8 in Vertikalrichtung
Z, eine Verschiebeachse für den Schlitten 22 in
Horizontalrichtung X und eine Schwenkachse zum Schwenken der Messeinrichtung 20 um
eine horizontale, parallel zur X-Richtung verlaufende Schwenkachse 24.
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Die
Verschwenkung kann vorzugsweise stufenlos um mindestens 90° in
Uhrzeigerrichtung aus der Horizontalen heraus erfolgen. Die Drehachse 24 geht
vorzugsweise etwa mittig durch die Durchgänge 12, 13.
Sind diese halbkreisförmig geht die Schwenkachse 24 etwa
durch den Mittelpunkt des Halbkreises.
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Die
erfindungsgemäße Messmaschine 1 weist
einen Messsystemträger 8 mit zwei Armen 10, 11 auf,
deren Enden eine Durchlichtmesseinrichtung 18 tragen. Die
Arme lassen Durchgänge 12, 13 frei. Der
Messsystemträger 8 trägt eine zweite
Messeinrichtung 20 oder ist zur Aufnahme einer solchen
vorbereitet. Diese ist vorzugsweise parallel zu der optischen Achse 19 der
Durchlichtmesseinrichtung 18 verfahrbar. Das Gehäuse 23 der
Auflichtmesseinrichtung kann dabei durch zumindest einen der Durchgänge 12, 13 der
Arme 10, 11 fahren. Es wird dadurch bei kompaktem
und stabilem Gesamtaufbau eine große Flexibilität
hinsichtlich der durchzuführenden Messaufgaben erreicht.
Insbesondere aber wird ein flexibles ausbaufähiges Maschinenkonzept
geschaffen.
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- 1
- Messmaschine
- 2
- Schaftfräser
- 3
- Basis
- 4
- Aufspannplatz
- 5
- Drehvorrichtung
- 6
- Achse
- 7
- Säule
- 8
- Messsystemträger
- 9
- Träger
- 10,
11
- Arme
- 12,
13
- Durchgang
- 14,
15
- Enden
- 16,
17
- optische
Elemente
- 18
- erste
Messeinrichtung
- 19
- optische
Achse
- 20
- Messeinrichtung
- 21
- Ringlicht
- 22
- Schlitten
- 23
- Gehäuse
- 24
- Achse
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4141141
A1 [0002]
- - DE 19545802 A1 [0003]