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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine
für die Bearbeitung von Holz oder Holzersatzwerkstoffen
im Durchlaufverfahren. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft
die Erfindung ein Justiersystem für eine derartige Profilbearbeitungsmaschine.
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Ein
solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 054 275 B3 bekannt.
Nachteilig an dem dort beschriebenen Verfahren ist, dass die Positioniergenauigkeit
des Werkzeugs von der Bildschirmauflösung des Sichtgeräts
und von der Erkennbarkeit des Werkzeugs auf dem Bild abhängig
ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik
zu überwinden.
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Die
Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Justieren
einer Profilbearbeitungsmaschine für die Bearbeitung von
Holz oder Holzersatzwerkstoffen im Durchlaufverfahren mit den Schritten (a)
Positionieren einer Kamera auf eine vorgegebene Position relativ
zur Profilbearbeitungsmaschine, (b) Aufnehmen eines Werkzeug-Bilds
eines Werkzeugs der Profilbearbeitungsmaschine mit der Kamera, (c) Errechnen
einer Hüllkurve des Werkzeugs anhand des Werkzeug-Bilds,
(d) Ausgeben einer anhand der Hüllkurve ermittelten Lageinformation
des Werkzeugs und (e) Bewegen des Werkzeugs anhand der Lageinformation
in eine vorgegebene Soll-Lage.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein
Justiersystem zum Justieren einer Profilbearbeitungsmaschine für
die Bearbeitung von Holz oder Holzersatzwerkstoffen im Durchlaufverfahren,
wobei das Justiersystem (a) eine Kamera, (b) eine Positioniervorrichtung
zum Positionieren der Kamera relativ zur Profilbearbeitungsmaschine
und (c) eine elektrische Datenverarbeitungseinheit umfasst, die
mit der Kamera verbunden und eingerichtet ist zum Durchführen
eines Verfahrens mit den Schritten (i) Positionieren einer Kamera auf
einer vorgegebenen Position relativ zur Profilbearbeitungsmaschine,
(ii) Aufnehmen eines Werkzeug-Bilds eines Werkzeugs der Profilbearbeitungsmaschine
mit der Kamera, (iii) Errechnen einer Hüllkurve des Werkzeugs
anhand des Werkzeug-Bilds und (iv) Ausgeben einer anhand der Hüllkurve
ermittelten Lageinformation des Werkzeugs, anhand derer das Werkzeug
in eine vorgegebene Soll-Lage bringbar ist, umfasst.
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Vorteilhaft
an der Erfindung ist, dass durch das Berechnen der Hüllkurve
eine höhere Genauigkeit erreichbar ist. So ist es möglich,
die Hüllkurve eines jeden Werkzeugs vorab, beispielsweise
mit einer Koordinatenmessmaschine oder aus zur Fertigung verwendeten
CAD-Daten, zu erfassen und in einer Datenbank zu hinterlegen. Die
Hüllkurve des Werkzeugs, das im Werkzeug-Bild aufgenommen
ist, kann dann dadurch berechnet werden, dass die mit hoher Genauigkeit
bekannte Hüllkurve an das Werkzeug-Bild angepasst wird.
Diese Prozedur ist mit einer hohen Genauigkeit möglich,
so dass die Lage des Werkzeugs deutlich besser ermittelbar ist als
lediglich durch Betrachten des Werkzeug-Bilds auf einem Anzeigegerät.
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Die
Genauigkeit des Kamerabildes hängt zudem von der Schärfe
des Bildes ab. Die Werkzeugschneide ist aber immer nur an einem
Punkt so scharf zu sehen (Span- und Achswinkel). Das erfindungsgemäße
Verfahren ist daher genauer.
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Im
Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter einer Lageinformation
des Werkzeugs jede kodierte Nachricht verstanden, aus der unmittelbar abgeleitet
werden kann, wie das Werkzeug zu verfahren ist, damit es in die
vorgegebene Soll-Lage kommt.
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Es
kann sich bei dieser Lageinformation beispielsweise um eine optische
Angabe handeln, die auf einem Sichtgerät ausgegeben wird.
Es kann sich aber auch um eine elektrisch abgegebene Lageinformation
handeln, mit der beispielsweise direkt eine Maschinensteuerung der
Profilbearbeitungsmaschine angesteuert werden kann. Es ist bevorzugt,
nicht aber notwendig, dass die Lageinformation von einem Benutzer
wahrgenommen werden kann. Die Lageinformation kann zudem sowohl
direkt als auch indirekt sein. Unter einer direkten Lageinformation
wird beispielsweise ein Zahlenwert verstanden, aus dem ein notwendiger
Verfahrweg des Werkzeugs ermittelt werden kann. Unter einer indirekten
Lageinformation wird ein Anzeigen von zwei Objekten verstanden,
die durch ein Bewegen des Werkzeugs zur Deckung gebracht werden
können, so dass das Werkzeug in seine Soll-Lage kommt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform kann das Verfahren die
Schritte eines Darstellens des Werkzeug-Bilds auf einem Anzeigegerät
oder eines Darstellens der Hüllkurve auf dem Anzeigengerät,
so dass die Hüllkurve überprüfbar ist,
umfassen. Es ist möglich, die Hüllkurve dadurch
aus dem Werkzeug-Bild zu extrahieren, dass eine Kantenerkennung
in dem Werkzeug-Bild durchgeführt wird. Um zu überprüfen,
ob die automatisch errechnete Hüllkurve korrekt ist, kann
die Hüllkurve auf dem Anzeigegerät dargestellt
werden. Das erhöht die Prozesssicherheit des Verfahrens.
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Bevorzugt
wird bei einem Bewegen des Werkzeugs die Hüllkurve nachgeführt.
Dazu kann die Hüllkurve des Werkzeugs in seiner aktuellen
Lage und eine Soll-Lagen-Hüllkurve auf dem Anzeigegerät angezeigt
werden, so dass ein Bediener das Werkzeug so bedienen kann, dass
sich die Hüllkurve mit der Soll-Lagen-Hüllkurve
deckt.
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In
diesem Zustand befindet sich das Werkzeug dann in seiner vorgegebenen
Soll-Lage.
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Alternativ
oder additiv umfasst das Verfahren bevorzugt die Schritte eines
Einblendens eines anhand der Hüllkurve ermittelten Werkzeug-Bezugspunkts
auf dem Anzeigegerät und eines Einblendens eines Sollage-Bezugspunkts.
Der Sollage-Bezugspunkt ist dabei so gewählt, dass ein
Bewegen des Werkzeugs so, dass der Werkzeug-Bezugspunkt und der
Sollage-Bezugspunkt zusammenfallen, das Werkzeug in seine Soll-Lage
bringt. Darunter, dass der Werkzeug-Bezugspunkt ermittelt wird,
wird insbesondere verstanden, dass es möglich, nicht aber notwendig
ist, dass der Werkzeug-Bezugspunkt aufgrund eines mathematischen
Algorithmus direkt aus der Hüllkurve errechnet wird. Es
ist bevorzugt möglich, dass der Werkzeug-Bezugspunkt aus
einer Datenbank ausgelesen wird. Es ist möglich, dass jedes Werkzeug
genau einen Werkzeug-Bezugspunkt besitzt, der in der Datenbank abgelegt
ist. Es ist aber auch möglich, dass der Werkzeug-Bezugspunkt
zusätzlich von dem zu erzeugenden Profil abhängig
ist.
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Bevorzugt
umfasst das Ausgeben der Lageinformation die Schritte eines Einblendens
eines anhand der Hüllkurve ermittelten Werkzeug-Bezugspunkts
auf dem Anzeigegerät und eines Einblendens eines Solllage-Bezugspunkts,
wobei der Solllage-Bezugspunkt so gewählt ist, dass ein
Bewegen des Werkzeugs so, dass der Werkzeug-Bezugspunkt und der
Solllage-Bezugspunkt zusammenfallen, das Werkzeug in seine Soll-Lage
bringt. Vorteilhaft hieran ist, dass der Solllage-Bezugspunkt als
ein grafisches Objekt dargestellt werden kann, bei dem besonders leicht
festgestellt werden kann, ob es mit dem Solllage-Bezugspunkt übereinstimmt.
Beispielsweise ist es möglich, dass der Werkzeug-Bezugspunkt
ein Fadenkreuz ist, wobei der Solllage-Bezugspunkt ein zweites Fadenkreuz
ist, so dass ein Übereinanderschieben besonders einfach
und mit hoher Präzision möglich ist. Es ergibt
sich zudem eine intuitive Bedienung. Es ist vorteilhaft, ein optisches
Signal dann abzugeben, wenn der Werkzeug-Bezugspunkt und der Solllage-Bezugspunkt
zusammenfallen. Beispielsweise ändern sich dann die Farben
der Bezugspunkte oder die Farben anderer Objekte, die auf dem Anzeigegerät
dargestellt sind.
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Bevorzugt
umfasst das Ausgeben der Lageinformation ein Ausgeben einer Winkelinformation, die
einen Schwenkwinkel kodiert, um die das Werkzeug zu kippen ist,
um in die Soll-Lage zu kommen. Dazu kann beispielsweise der Schwenkwinkel
direkt angegeben sein oder der Bezugspunkt ist als Fadenkreuz ausgebildet,
so dass ein Schwenken des Werkzeugs zu einem Schwenken des Fadenkreuzes
führt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren umfasst bevorzugt einen
Einlernschritt. Dieser Einlernschritt umfasst die Schritte eines
Darstellens eines Soll-Werkstückprofils eines mit der Profilbearbeitungsmaschine
zu bearbeitenden Werkstücks auf einem Sichtgerät,
eines Festlegens eines Werkstück-Bezugspunkts relativ zum
Soll-Werkstückprofil, eines Bewegens der Hüllkurve
des Werkzeugs so, dass das Werkzeug der Profilbearbeitungsmaschine im
Einsatz zumindest einen Abschnitt des Soll-Werkstücksprofils
erzeugen würde, und eines Festlegens des Werkstück-Bezugspunkts
als Solllage-Bezugspunkt für das Werkzeug. In anderen Worten
wird mit Hilfe des Sichtgeräts die Lage der Werkzeughüllkurve
relativ zum Soll-Werkstückprofil genau festgelegt. Anschließend
wird die so gefundene Position des Werkzeugs relativ zum Werkstück
dadurch festgelegt, dass der Werkstück-Bezugspunkt als
Sollage-Bezugspunkt des Werkzeugs festgelegt wird. Dadurch ist sichergestellt,
dass das Werkzeug korrekt zum Soll-Werkstückprofil angeordnet
ist, wenn später das Werkzeug so bewegt wird, dass der
Sollage-Bezugspunkt mit dem Werkstück-Bezugspunkt übereinstimmt.
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Vorteilhaft
hieran ist, dass dieser Schritt getrennt von der Profilbearbeitungsmaschine
durchgeführt werden kann. So ist es beispielsweise möglich, beim
Herstellen des Werkzeugs die zugehörigen Sollage-Bezugspunkte
für ein vorgegebenes Profil festzulegen. Das entlastet
den Bediener und trägt zur Prozesssicherheit bei. Das verwendete
Sichtgerät ist bevorzugt nicht das Anzeigegerät,
das beim Durchführen der Justage verwendet wird.
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Alternativ
oder additiv umfasst das erfindungsgemäße Verfahren
ein Ausgeben der Lageinformation in Form eines Ausgebens von Soll-Maschinenkoordinaten,
so dass das Werkzeug dadurch in seine vorgegebene Soll-Lage bringbar
ist, indem es auf die Soll-Maschinenkoordinaten bewegt wird. Vorteilhaft
hieran ist, dass das Verfahren besonders schnell ist. Der einzige
Schritt, den ein Maschinenbediener durchzuführen hat, ist
es, gegebenenfalls die Soll-Maschinenkoordinaten in eine Maschinensteuerung
der Profilbearbeitungsmaschine einzugeben. Günstig ist
es, alternativ die Soll-Maschinenkoordinaten elektrisch zu senden,
beispielsweise an eine CNC-Steuerung der Profilbearbeitungsmaschine.
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Ein
besonders genaues Verfahren und eine besonders genaue Justierung
werden erhalten, wenn das Errechnen der Hüllkurve des Werkzeugs
anhand des Werkzeug-Bilds die Schritte Einlesen einer Werkzeugkennung,
Abfragen einer zur Werkzeugkennung korrespondierenden Hüllkurve
aus einer Datenbank und Anpassen der Lage der Hüllkurve
anhand des Werkzeugbilds umfasst. Die Werkzeugkennung kann beispielsweise
auch dadurch eingelesen werden, dass mittels Bilderkennung eine
Rohversion der Hüllkurve errechnet wird. Anschließend
wird die Datenbank danach durchsucht, ob eine ähnliche Hüllkurve
vorhanden ist. Ist das der Fall, wird die geeignete Hüllkurve
aus der Datenbank ausgelesen. Diese Hüllkurve kann mit
einer hohen Genauigkeit ermittelt werden, beispielsweise aus CAD-Daten
oder mittels Bilderkennung. Wird das Werkzeug bewegt, wird die Hüllkurve
nachgeführt.
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Um
zu verhindern, dass ein verdrehtes Werkzeug zu falschen Messergebnissen
führt, kann das Verfahren bevorzugt die Schritte eines
Drehens des Werkzeugs, so dass zumindest zu einem Zeitpunkt eine
Schneide des Werkzeugs unter einem maximalen Abstand von einer Drehachse
des Werkzeugs erscheint, eines Aufnehmens eines Werkzeug-Bilds des
Werkzeugs zumindest auch in diesem Zustand und eines Ermittelns
der Hüllkurve aus dem Werkzeug-Bild oder den Werkzeugbildern
umfassen. Die Schneide ist in der Regel die am weitesten außen angeordnete
Komponente eines Werkzeugs. In dem Zustand, indem das Werkzeug seine
maximale Ausdehnung im Werkzeug-Bild hat, steht die Werkzeugschneide
senkrecht im Bild. Diese Lage entspricht der Stellung des Werkzeugs,
in der es das Profil des Werkstücks bearbeitet, und in
dieser Stellung wird die Hüllkurve bestimmt.
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Eine
besonders einfache Möglichkeit, das Werkzeug-Bild aufzunehmen,
umfasst die Schritte eines Anordnens der Kamera auf einem Referenzbauteil
und eines Bewegens des Referenzbauteils in die Profilbearbeitungsmaschine
und/oder eines Ver schiebens der Kamera relativ zum Referenzbauteil, bis
die Kamera an einem Anschlag der Profilbearbeitungsmaschine anschlägt.
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Unter
einem Referenzbauteil wird insbesondere ein Bauteil verstanden,
das ausgebildet ist, um von der Profilbearbeitungsmaschine wie ein
zu bearbeitendes Werkstück bewegt zu werden. Beispielsweise
wird das Referenzbauteil zunächst mit einem Vorschubantrieb
der Profilbearbeitungsmaschine grob vorpositioniert. Bei handelsüblichen
Profilbearbeitungsmaschinen liegt die Positioniergenauigkeit bei
einigen Zentimetern. Anschließend wird die Kamera, beispielsweise
in einer Längsführung des Referenzbauteils so
lange in Vorschubrichtung verschoben, bis sie an einem Anschlag
der Profilbearbeitungsmaschine anschlägt.
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Derartige
Anschläge können leicht auch an bestehenden Profilbearbeitungsmaschinen
nachgerüstet werden. Der Anschlag muss damit nur so ausgebildet
sein, dass eine präzise Justage in Vorschubrichtung möglich
ist. Diese präzise Justage ist wichtig, weil so eine maßstäbliche
Abbildung bei einem vorgegebenen Abstand von Objekt zu Objektiv
erhalten wird. Die Positionierung in einer Justierebene senkrecht
zur Vorschubrichtung wird bereits dadurch erreicht, dass das Referenzbauteil
auf der Vorschubeinrichtung der Profilbearbeitungsmaschine definiert befestigt
ist.
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Der
Anschlag wird bevorzugt an der Profilbearbeitungsmaschine befestigt,
indem anstelle des betreffenden Werkzeugs, das justiert werden soll, eine
Lehre mit einem vorbestimmten Abstandsmaß auf die Motorspindel
des Werkzeugs aufgesteckt wird. Anschließend wird an der
betreffenden Stelle der Anschlag am Maschinenbett der Profilbearbeitungsmaschine
befestigt, beispielsweise angeklebt oder angeschraubt.
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Das
Verfahren ist besonders genau automatisierbar, wenn es die zusätzlichen
Schritte eines Anordnens eines Kalibrierbolzens in einem vorgegebenen
Abstand zur Kamera im Referenzbauteil, eines Aufnehmens eines Kalibrierbolzen-Bilds
des Kalibrierbolzens mit der Kamera, eines Ermittelns eines Referenzpunkts
aus dem Kalibrierbolzen-Bild und eines Errechnens der Lageinformation
anhand des Referenzpunkts umfasst. Dieser Kalibriervorgang führt dazu,
dass mit der Kamera exakt ge messen werden kann. Ohne Kalibriervorgang
ist die Kamera nachteiligerweise nur zum Abgleichen zweier Objekte
geeignet.
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Da
die Position des Referenzbauteils in der Justierebene, das heißt,
senkrecht zur Vorschubrichtung, festgelegt ist, kann dann eine entozentrische Optik
verwendet werden, um den Sollage-Bezugspunkt für das Werkzeug
zu errechnen. Es ist nämlich die Lage des in einem späteren
Verfahren zu bearbeitenden Werkstücks relativ zur Vorschubeinheit
bekannt. Damit ist auch bekannt, in welcher Soll-Lage sich das Werkzeug
befinden soll. Diese Lage wird beispielsweise wie oben beschrieben
anhand des Werkstück-Bezugspunkts festgelegt.
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Ein
erfindungsgemäßes Justiersystem umfasst bevorzugt
eine Positioniervorrichtung in Form eines Referenzbauteils, das
ausgebildet ist, um von der Profilbearbeitungsmaschine transportiert
zu werden. Dabei kann die Kamera an einer Seitenkante dieses Referenzbauteils
angeordnet sein. Zum Anpeilen des Werkzeugs und zum Kalibrieren
einer Lage des Werkzeugs relativ zum Referenzbauteil ist bevorzugt
ein Kalibrierbolzen an der Seitenkante angeordnet. Um die Kamera
relativ zum Referenzbauteil zu bewegen, besitzt das Referenzbauteil
bevorzugt eine Linearführung.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Dabei zeigt
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Referenzbauteils zum Aufnehmen eines
Werkzeug-Bilds im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2 eine
Seitenansicht in Vorschubachse auf das Referenzbauteil gemäß 1 und
ein schematisch eingezeichnetes Werkzeug,
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3 eine
Darstellung einer Darstellung des Werkzeug-Bilds auf einem Anzeigegerät
mit eingezeichneter Hüllkurve,
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4 eine
schematische Ansicht der Längen, die zu einer Errechnung
der Lageinformation verwendet werden,
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5 eine
Ansicht gemäß 4 mit einem eingezeichneten
Soll-Werkstückprofil,
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6 die
Ansicht gemäß 5, bei der
das Werkzeug in seiner Soll-Lage angeordnet ist,
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7 eine
schematische Ansicht einer Darstellung auf einem Sichtgerät,
gemäß einer ersten Ausführungsform eines
erfindungsgemäßen Verfahrens,
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8 eine
schematische Ansicht auf dem Sichtgerät gemäß einer
zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens und
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9 eine
schematische Ansicht der Verfahrensschritte bei einem Einlernschritt
für ein erfindungsgemäßes Verfahren.
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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 bei einem 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 oder gegen eine Vorschubrichtung
RV befördert.
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Eine
derartige Profilbearbeitungsmaschine ist ausgebildet zur Bearbeitung
von geraden Bauteilen, beispielsweise aus Holz, Holzwerkstoffen
oder Kunststoffen und stellt eine Durchlaufmaschine dar. Die Profilbearbeitungsmaschine
ist ausgebildet, um an dem Bauteil ein Profil, beispielsweise an
einer oder mehreren Kanten herzustellen. Um ein komplexes Profil
herstellen zu können, umfasst die Profilbearbeitungsmaschine
eine Mehrzahl von Werkzeugen, die in Vorschubrichtung RV hintereinander
angeordnet sind. Die Werkzeuge sind ausgebildet, um jeweils Teile
des kompletten Profils am Bauteil auszubilden. Beispielsweise ist
die Profilbearbeitungsmaschine ausgebildet zur Bearbeitung von Paneelen oder
Postformingprofilen bei Möbelteilen.
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Senkrecht
zur Vorschubrichtung RV erstreckt sich eine
Justierebene E, die zugleich eine x-z-Ebene der Profilbearbeitungsmaschine
darstellt.
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Das
Referenzbauteil 10 wirkt mit Fixiernuten 24a, 24b in
der Vorschubeinrichtung 22 zusammen, um ein Verschieben
in der Justierebene E und insbesondere in x-Richtung zu unterbinden.
Es ist 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.
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Die
Kamera 14 ist über Passlöcher 28a, 28b und
in sie eingreifende Passstifte 32a, 32b an einer Aufnahme 30 der
Linearführung 18 befestigt. Im Folgenden bezeichnen Bezugszeichen
ohne Zählsuffix das Objekt jeweils als solches. Die Passstifte 32 und die
Passlöcher 28 Wechselwirken magnetisch miteinander
und sind beispielsweise 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 Beschädigung 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-Auflage.
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Das
Referenzbauteil 10 wirkt über Steckbolzen 34a, 34b,
die schematisch eingezeichnet sind, mit den Fixiernuten 24a, 24b zusammen.
Die Steckbolzen 34a, 34b definieren die Lage des
Referenzbauteils 10 in x-Richtung relativ zur Vorschubeinrichtung 22.
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2 zeigt
eine Ansicht gegen die Vorschubrichtung RV,
was gleichbedeutend ist mit der x-z-Ebene. 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 14 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 46 an seiner
Spitze. Die Koordinaten des Referenzbolzens relativ zum Referenzbauteil 10 sind
bekannt.
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Der
Kalibrierbolzen 16 dient der Objektiveinstellung der Optik 20 zur
maßstabgetreuen und lagerichtigen Abbildung auf einem schematisch
eingezeichneten Anzeigegerät 35. Zum Anzeigen
eines Bilds des Kalibrierbolzens 16 sendet die Kamera 14 digitale
Signale an das Anzeigegerät 35.
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Nach
dem Kalibriervorgang wird die Optik 20 fixiert, beispielsweise
mittels einer Madenschraube. Es handelt sich bei dem Kalibrieren
um einen einmaligen Vorgang, der nur wiederholt werden muss, wenn
Messungenauigkeiten festgestellt werden.
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2 zeigt
zudem schematisch ein Werkzeug 36 in Form eines Fräsers,
der ansonsten nicht eingezeichneten Profilbearbeitungsmaschine.
Das Werkzeug 36 ist so an der Profilbearbeitungsmaschine
gelagert, dass es in x-Richtung 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 RV. Das Werkzeug 36 ist um einen
Drehwinkel φ um eine Längsachse LW drehbar an
der Profilbearbeitungsmaschine befestigt.
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3 zeigt
ein Bild 38 des Werkzeugs 36, wie es auf dem Anzeigegerät 35 (2)
angezeigt wird. Es ist zudem schematisch ein Sollprofil 40 eines später
zu bearbeitenden Bauteils lagerichtig eingeblendet. Eine derartige
Einblendung erfolgt beim erfindungsgemäßen Verfahren
in der Regel nicht und dient hier nur zur Verdeutlichung, dass das
Werkzeug 36 im Moment falsch einjustiert ist und nicht
das Soll-Profil 40 fräsen würde. Durch
Bewegung des Werkzeugs in der x-z-Ebene, die mit der Zeichnungsebene
von 3 übereinstimmt, wird das Werkzeug 36 so
justiert, dass seine Profilschneide 42 (vgl. 2)
abschnittsweise dem Soll-Profil 40 entspricht.
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3 zeigt
zudem eine Hüllkurve 44, die aus einer Datenbank
ausgelesen wurde und so dem Werkzeug-Bild 38 des Werkzeugs 36 überlagert
wurde, dass sie dessen Kontur optimal wiedergibt. Dazu wurde mit
einem Bilderkennungsverfahren zunächst eine Kante im Werkzeug-Bild
ermittelt und danach die aus einer Datenbank ausgelesene Hüllkurve 44 so
positioniert, dass die höchstmögliche Übereinstimmung
mit der Kante erreicht wird.
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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.
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Dazu
wird zunächst ein Kalibriervorgang durchgeführt,
der nur einmal erfolgen muss und spezifisch für eine Kamera
auf dem Referenzbauteil ist. Der Kalibriervorgang kann außerhalb
der Profilbearbeitungsmaschine durchgeführt werden. Eine
Wieder holung ist nur dann erforderlich, wenn beim Justieren der
Werkzeuge in der Profilbearbeitungsmaschine Ungenauigkeiten festgestellt
werden.
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Zunächst
wird die Kamera 14 in einem vorgegebenen Abstand a relativ
zum Kalibrierbolzen 16 angeordnet, wie es dem Abstand zwischen
dem zu justierenden Werkzeug und dem zugehörigen Anschlag
der Profilbearbeitungsmaschine entspricht. Dieser Abstand a wurde
beim Anbringen des Anschlags an der Profilbearbeitungsmaschine vermessen.
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Danach
wird mit der Kamera 14 ein Bild des Kalibrierbolzens 16 aufgenommen
und auf dem Anzeigegerät 35 dargestellt. Durch
eine Nullpunktverschiebung des Kamerabilds wird das Bild dabei so dargestellt,
dass ein Tangentenpunkt T der Kugel 46 (2)
des Kalibrierbolzens 16 als Referenzpunkt genau zentrisch
im Bild dargestellt ist. Hierzu wird der Rand der Kugel 46 mit
Hilfe eines Randermittlungsalgorithmus erfasst und aus der Randkurve
der Tangentenpunkt T errechnet.
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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 (1) oder
die zweite Aufnahmebohrung 26b eingesteckt. Der Abstand
a zwischen der Arbeitsebene des zu vermessenden Werkzeugs und dem
entsprechenden Anschlag der Profilbearbeitungsmaschine wird beispielsweise
einer Datenbank entnommen. Der Abstand a ist vorgegeben (Objektiveinstellung)
und wird bei der Positionierung der Anschläge berücksichtigt.
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In
anderen Worden wird die Kamera 14 auf den Kalibrierbolzen 16 scharf
gestellt und diese Einstellung der Kamera fixiert. Dann wird ein
Bild des Kalibrierbolzens 16 im Abstand a mit der Kamera 14 aufgenommen.
Der Abbildungsmaßstab wird anhand des bekannten Kugeldurchmessers
der Kugel 46 des Kalibrierbolzens 16 ermittelt.
Es wird zudem der Nullpunkt (Referenzpunkt) bestimmt. Außerdem
wird die Winkellage ermittelt, unter der der Kalibrierbolzen 16 im
Bild erscheint. Die Winkellage des Kalibrierbolzens relativ zu der
Profilbearbeitungsmaschine ist bekannt und anhand der bekannten
Lage wird die Winkellage des Bilds kalibriert. Danach wird der Werk stückbezugspunkt
(Bezugszeichen 48, siehe unten), aus den Geometriedaten
des Referenzbauteils und dem bekannten Werkstücküberstand
XWST (vgl. 5) errechnet.
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Der
Kalibrierbolzen 16 besteht aus einem Zylinder und der Kugel 46.
Dabei definiert der Tangentenpunkt der Kugel den Koordinatennullpunkt
des Kamerabilds. Die Außenkante des Zylinders legt die Ausrichtung
des Koordinatensystems des Kamerabilds fest. Per definitionem verläuft
die x-Koordinate parallel zur Zylinderachse des Zylinders.
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Nach
dem Kalibrieren wird die Kamera 14 von ihrer Aufnahme 30 entfernt.
Anschließend wird das Referenzbauteil 10 wie in 1 gezeigt über
die Steckbolzen 34 in die Fixiernuten 24 der Vorschubeinrichtung 22 in
x-Richtung verschiebesicher fixiert und mittels eines nicht eingezeichneten
Antriebs der Vorschubeinrichtung 22 in die Profilbearbeitungsmaschine
eingefahren und vorpositioniert. Dann wird die Kamera 14 auf
die Aufnahme 30 aufgesteckt und ist so auf eine vorgegebene
Position relativ zu Profilbearbeitungsmaschine positioniert. Von
oben auf das Referenzbauteil 10 drückende, nicht
eingezeichnete Druckriemen fixieren das Referenzbauteil 10 in
x- und in z-Richtung mittels einer Festlegkraft F.
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Anschließend
wird die Kamera 14 aufgesteckt und so lange in Vorschubrichtung
RV oder entgegen der Vorschubrichtung in
der Linearführung 18 bewegt, bis sie an den vorgesehenen
Anschlag der Profilbearbeitungsmaschine anschlägt. Aufgrund
des oben beschriebenen Einstellvorgangs ist nun sichergestellt,
dass das Werkzeug 36 mit seiner Längsachse LW (2) in einer
Ebene liegt, in der auch eine Längsachse LB (1)
des Kalibrierbolzens 16 verlaufen würde, wenn
dieser noch in die Passbohrung 26 eingesteckt wäre.
In diesem Zustand ist die Kamera 14 entlang ihrer optischen
Achse A auf die Justierebene E fokussiert.
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Mit
der Kamera 14 wird nun ein Werkzeug-Bild des Werkzeugs 36 (2)
aufgenommen. Aus dem Werkzeug-Bild, wie es in 3 dargestellt ist,
wird nun die Hüllkurve 44 errechnet. Das kann beispielsweise
dadurch geschehen, dass über einen Bilderkennungsalgorithmus
eine das Werkzeug 36 begrenzende Kante ermittelt wird.
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Alternativ
oder additiv wird eine Werkzeugkennung des Werkzeugs 36 entweder
von einem Bediener eingegeben oder softwareseitig erkannt und aus
der Werkzeugkennung wird anhand einer Datenbank die zugehörige
Hüllkurve 44 ausgelesen. Die Hüllkurve 44 wird
dann so zum Werkzeug-Bild ausgerichtet, dass die Kontur des Werkzeugs 36 optimal beschrieben
wird.
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Anschließend
wird aus der Hüllkurve eine Lage des Werkzeugs errechnet.
Die Berechnung wird anhand von 4 näher
erläutert. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der Kalibrierbolzen 16 noch
auf dem Vorschubkörper 12 des Referenzbauteils 10 aufgesetzt
ist, ist eine Bolzenlänge XBolzen bekannt.
Es ist zudem ein erster Abstand X1 zwischen
einem Fußpunkt des Bolzens und einem Mittelpunkt des Steckbolzens 34a bekannt.
Der Steckbolzen 34a steckt in der Fixiernut 24a der
Vorschubeinrichtung 22, die Teil der Profilbearbeitungsmaschine
ist. Damit ist die Lage des Tangentenpunkts T relativ zur Profilbearbeitungsmaschine
bezüglich der x-Koordinate bekannt.
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Es
ist zudem eine Tangentenpunkthöhe zT bekannt,
um die der Tangentenpunkt T oberhalb der Vorschubeinrichtung 22 liegt.
Damit ist insgesamt der Tangentenpunkt T in Maschinenkoordinaten
der Profilbearbeitungsmaschine bekannt, da die Position in y-Richtung
aufgrund des Anschlags der Kamera eingestellt ist. 4 zeigt
zudem schematisch das Kamerasichtfenster.
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Es
wird zudem der Schwenkwinkel β berechnet, um den das Werkzeug 36 gegen
seine Soll-Lage verkippt ist. Dazu wird beispielsweise anhand der Hüllkurve
die Lage einer Schneide des Werkzeugs 36 bestimmt, deren
Ist-Neigung relativ zur Horizontalen bestimmt und mit der Soll-Neigung
verglichen. Die Differenz zwischen Soll-Neigung und Ist-Neigung wird
beispielsweise als Winkelangabe ausgegeben.
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5 zeigt
die Situation aus 4, bei der der Kalibrierbolzen 16 entfernt
ist. Eingezeichnet ist das Sollprofil 40 eines Werkstücks,
das mit der Profilbearbeitungsmaschine hergestellt werden soll.
Dem Sollprofil 40 ist ein – im Prinzip beliebig
wählbarer – Werkstück-Bezugspunkt 48 zugeordnet,
der bevorzugt als Eckpunkt an der Unterseite des fertig bearbeiteten
Werkstücks angeordnet ist.
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5 zeigt
zudem schematisch das Werkzeug 36 und dessen Hüllkurve 44.
Eingezeichnet ist zudem ein Werkzeug-Bezugspunkt 50, der
der Hüllkurve 44 zugeordnet ist. Der Werkzeug-Bezugspunkt 50 ist
so gewählt, dass dann, wenn er sich mit dem Werkstück-Bezugspunkt 48 deckt,
das Werkzeug 36 in seiner Soll-Lage ist. In seiner Soll-Lage
erzeugt das Werkzeug 36 einen Teil des Sollprofils 40.
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6 zeigt
das Werkzeug 36 in seiner Soll-Lage.
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7 zeigt
in einem Teilbild 7.1 eine Ansicht des Anzeigegeräts 35 für
eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In dieser Variante wird das Werkzeug-Bild des Werkzeugs 36 zusammen mit
der Hüllkurve 44 angezeigt, so dass ein Bediener die
korrekte Berechnung der Hüllkurve 44 kontrollieren
kann. Es wird zudem eine Soll-Hüllkurve 52 angezeigt.
Das Anzeigen der Soll-Hüllkurve 52 stellt eine
erste Lageinformation dar. Als zweite Lageinformation werden die
Wege angegeben, um die das Werkzeug 36 verfahren werden
muss. So muss im angegebenen Fall das Werkzeug 36 um einen
Weg 23,547 in x-Richtung und um 19,367 entgegen der z-Richtung gefahren
werden.
-
Ein
Maschinenbediener gibt diese entsprechenden Werte in eine Maschinensteuerung
der Profilbearbeitungsmaschine ein, so dass das Werkzeug 36 mit
seiner Hüllkurve 44 entsprechend verfahren wird,
oder er verstellt die Achsen manuell. Die Hüllkurve wird
einmalig in optischer Achse ermittelt und bleibt dann fix. Errechnet
wird dann die Lage des Werkzeugs relativ zum Werkzeug
-
In 7 ist
der Fall gezeigt, in dem der Schwenkwinkel β, um den die
Neigung des Werkzeugs 36 geändert werden muss,
gleich null ist und daher weggelassen wurde. Für den Fall,
dass der Schwenkwinkel β ungleich null ist, würde
der entsprechende Wert auf dem Anzeigegerät 35 angezeigt.
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8 zeigt
eine zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Dabei werden auf dem Anzeigegerät erneut das Werkzeug 36 und
die Hüllkurve 44 angezeigt. Zusätzlich
werden der Werkzeug-Bezugspunkt 50 und ein Solllage-Bezugspunkt 54 angegeben.
Beide sind als Fadenkreuze ausgebildet. Der Maschinenbediener be wegt
das Werkzeug 36 so, dass der Werkzeug-Bezugspunkt 50 und
der Solllage-Bezugspunkt 54 zusammenfallen und sich decken.
Dieser Zustand ist im Teilbild 8.2 gezeigt. Das Werkzeug 36 befindet
sich in seiner Soll-Lage.
-
Gemäß einer
dritten Variante werden lediglich das Werkzeug 36 und die
zugehörige Hüllkurve 44 angezeigt. Als
Lageinformation werden die Verfahrwege angegeben, die das Werkzeug
zurückzulegen hat, damit es in seine Soll-Lage gelangt.
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9 zeigt
schematisch den Ablauf eines Einlernschritts. Dabei wird auf einem
Sichtgerät, das von den oben beschriebenen Anzeigegeräten
unabhängig sein kann, beispielsweise ein CAD-Bild 56 des
Werkzeugs 36 eingeblendet (Schritt 1). Anschließend
wird in einem Schritt 2 ein für die Berechnung der
Hüllkurve 44 in ihrer korrekten Lage geeigneter Ausschnitt
aus dem Werkzeug 36 gewählt. Alternativ wird ein
Kamera-Bild des Werkzeugs eingeblendet und die Hüllkurve
per Bilderkennung errechnet.
-
In
einem Schritt 3 wird die Lage der Hüllkurve 44 berechnet.
Nachfolgend wird in einem Schritt 4 die Hüllkurve 44 zusammen
mit einem Sollprofil 40 eines zu erzeugenden Werkstücks
eingeblendet. Dem Sollprofil 40 ist wiederum der Werkstück-Bezugspunkt 48 zugeordnet.
Anschließend wird die Hüllkurve 44 in
einem Schritt 5 so mit dem Sollprofil 40 zur Deckung gebracht,
dass es zumindest abschnittsweise dem Sollprofil 40 entspricht.
-
In
einem Schritt 6 wird dann der Werkstück-Bezugspunkt 48 als
Werkzeug-Bezugspunkt 50 des Werkzeugs 36 in Bezug
auf das Sollprofil 40 festgelegt (Schritt 6).
Die Hüllkurve 44 mit dem zugehörigen
Werkzeug-Bezugspunkt 50 wird in einer Datenbank in einer
Datenverarbeitungseinheit abgelegt. Beim Durchführen eines
der oben beschriebenen Verfahren werden die Daten dann aus der Datenbank wieder
ausgelesen.
-
- 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
- 35
- Anzeigegerät
- 36
- Werkzeug
- 38
- Werkzeug-Bild
(Kamerabild des Werkzeugs in der Einstellebene)
- 40
- Sollprofil
- 42
- Profilschneide
- 44
- Hüllkurve
- 46
- Kugel
- 48
- Werkstück-Bezugspunkt
- 50
- Werkstück-Bezugspunkt
- 52
- Solllagen-Hüllkurve
- 54
- Solllage-Bezugspunkt
- 56
- CAD-Bild
- A
- optische
Achse
- LW
- Längsachse
- RV
- Vorschubrichtung
- T
- Tangentenpunkt
- XBolzen
- Bolzenlänge
- X1
- erster
Abstand
- XWST
- Überstand
zur Vorschubeinrichtung
- zT
- Tangentenpunkthöhe
- β
- Schwenkwinkel
- φ
- Drehwinkel
- E
- Justierebene
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102006054275
B3 [0002]