DE102009003504A1

DE102009003504A1 - Method for measuring plane surface of stationary workpiece with respect to reference plane during surface facing process, involves determining distance value of surface of workpiece to reference plane from measured distances

Info

Publication number: DE102009003504A1
Application number: DE200910003504
Authority: DE
Original assignee: STATUS PRO MASCHINENMESSTECHNI; STATUS PRO MASCHINENMESSTECHNIK GmbH
Current assignee: STATUS PRO MASCHINENMESSTECHNI; STATUS PRO MASCHINENMESSTECHNIK GmbH
Priority date: 2009-02-18
Filing date: 2009-02-18
Publication date: 2010-08-19

Abstract

The method involves measuring distance (Y1) of a support (3) to a plane surface (2) of a stationary workpiece (1) at different locations on the surface using an optical measurement device (4), where the locations are spaced from each other. Distance (Y2) of the support to a reference plane (8) is measured using another optical measurement device (6), where the plane is formed by rotative laser beam (5). A distance value (H) of the surface to the plane is determined from the measured distances. The measurement devices are arranged perpendicular to each other based on the surface. An independent claim is also included for a device for implementing a method for facing a surface of a stationary workpiece with respect to a reference plane.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche in Bezug auf eine Referenzebene, mit einem entlang der Oberfläche verfahrbaren Träger, wobei an einer Vielzahl von einander beabstandeten Orten auf der Oberfläche mittels einer ersten insbesondere optischen Messeinrichtung des Trägers ein erster Abstand des Trägers zur Oberfläche bemessen wird.The The invention relates to a method for measuring a surface in relation on a reference plane, with a traversable along the surface Carrier, being at a plurality of spaced apart locations on the surface by means of a first, in particular optical, measuring device of the carrier first distance of the carrier to the surface is measured.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren zum Planbearbeiten einer Oberfläche in Bezug auf eine Referenzebene mit einem einem Träger zugeordneten, in einer sich im Wesentlichen in Richtung der Flächennormalen der Oberfläche sich erstreckenden Zustellrichtung zustellbaren Bearbeitungswerkzeug insbesondere einem Fräskopf, welches Bearbeitungswerkzeug in einer Vorschubrichtung im Wesentlichen parallel zur Referenzebene vorgeschoben wird, wobei mittels einer ersten insbesondere optischen Messeinrichtung des Trägers ein erster Abstand gemessen wird. Das Bearbeitungswerkzeug wird dabei in Zustellrichtung auf eine Bearbeitungshöhe gebracht und in dieser Arbeitshöhe parallel zur Flächenerstreckung der Referenzebene vorgeschoben, wobei es während des Vorschubs Material von dem zu bearbeitenden Werkstück, bei dem es sich insbesondere um einen Metallkörper handelt, abträgt. Hierzu ist das Bearbeitungswerkzeug bevorzugt als Fräskopf ausgebildet, mit dem das Werkstück planbearbeitet wird.The Invention relates to this In addition, a method for planarizing a surface with respect on a reference plane with a carrier associated, in one essentially in the direction of the surface normals of the surface itself extending delivery direction undeliverable machining tool in particular a milling head, which machining tool in a feed direction substantially is advanced parallel to the reference plane, wherein by means of a first particular optical measuring device of the carrier a first Distance is measured. The machining tool is doing in the delivery direction to a processing height brought and at this working height parallel to the surface extension advanced the reference plane, wherein it during the feed Material from the workpiece to be machined, which is in particular a metal body, removes. For this the machining tool is preferably designed as a milling head with which the workpiece is being planned.

Die Erfindung betrifft ferner Vorrichtungen zur Durchführung der beiden Verfahren.The The invention further relates to devices for carrying out the both procedures.

Bei einem bekannten Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche wird ein Träger verwendet, der eine optische Messeinrichtung trägt, mit der der Abstand des Trägers zu der zu vermessenden Oberfläche gemessen werden kann. Der Träger ist entlang der Oberfläche verfahrbar. Der Träger wird dabei in einer Referenzebene verfahren, die vom Träger selbst gebildet ist. Dies erfordert eine hohe Steifigkeit des Trägers und eine exakte Führung des Trägers an einem ortsfesten Maschinengestell. Bei großen zu vermessenden Flächen sind lange Träger erforderlich, die sich setzen und biegen können. Dies führt zu Messungenauigkeiten bzw. führt wegen des hohen Materialaufwandes bei der Herstellung der Träger zu hohen Kosten.at a known method for measuring a surface A carrier used, which carries an optical measuring device, with the distance of the carrier to the surface to be measured can be measured. The carrier is along the surface traversable. The carrier is thereby traversed in a reference plane, the carrier itself is formed. This requires a high rigidity of the carrier and an exact guide of the carrier on a stationary machine frame. For large surfaces to be measured are long carrier required, which can sit down and bend. This leads to measurement inaccuracies or leads because of the high cost of materials in the production of the carrier too high Costs.

Bei dem gattungsgemäßen Verfahren zum Planbearbeiten einer Oberfläche sitzt zusätzlich zur optischen Messeinrichtung ein Bearbeitungswerkzeug am Träger, welches zusammen mit dem Träger in einer Vorschubrichtung im Wesentlichen parallel zur zu bearbeitenden Oberfläche vorgeschoben wird. Auch hier wird die Referenzebene von der Bewegungsebene des Trägers gebildet.at the generic method to plan a surface sits in addition to the optical measuring device, a machining tool on the carrier, which together with the wearer in a feed direction substantially parallel to be processed surface is advanced. Again, the reference plane is from the plane of motion of the carrier educated.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren zum Vermessen einer Oberfläche bzw. das gattungsgemäße Verfahren zum Planbearbeiten einer Oberfläche hinsichtlich der Messgenauigkeit bzw. Bearbeitungsgenauigkeit auch für große Flächen zu verbessern und eine hierzu geeignete Vorrichtung anzugeben.Of the Invention is based on the object, the generic method for measuring a surface or the generic method for Plan a surface in terms of measurement accuracy and machining accuracy, too for large areas too improve and specify a device suitable for this purpose.

Gelöst wird die Aufgabe durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung, wobei die Unteransprüche nicht nur vorteilhafte Weiterbildungen der nebengeordneten Ansprüche sind, sondern auch eigenständige Lösungen der Aufgabe darstellen. Zunächst und im Wesentlichen wird die Verwendung einer zweiten optischen Messeinrichtung des Trägers vorgeschlagen, mit der ein zweiter Abstand des Trägers zu der insbesondere von einem rotierenden Laserstrahl gebildeten Referenzebene gemessen wird. Der rotierende Laserstrahl wird dabei in bekannter Weise von einer hierzu geeigneten nivellierten Einrichtung erzeugt. Die Strahlebene bildet eine nur minimal gestörte Referenzebene. Zwischen Referenzebene und zu bearbeitender Oberfläche befindet sich der die beiden Messeinrichtungen tragende Träger. Aus den beiden Messwerten und der bekannten Lage der Messeinrichtungen zueinander wird ein Abstandswert der Oberfläche zur Referenzebene ermittelt. Dabei wird der Träger mit einer geeigneten Vorrichtung entlang der zu vermessenden bzw. der zu bearbeitenden Oberfläche verfahren. Es ist dabei nicht einmal erforderlich, dass sich der Träger an einem ortsfesten Maschinengestell abstützt. Der Träger kann sich auf dem zu bearbeitenden Werkstück selbst abstützen, da seine Höhenlage in Bezug auf die Flächennormalen der zu vermessenden oder zu bearbeitenden Oberfläche variieren kann. Bevorzugt liegen die beiden Messeinrichtung bezogen auf die Flächennormalen der zu bearbeitenden Oberfläche senkrecht übereinander. In einer Variante ist vorgesehen, dass zwei im Wesentlichen parallel und mit Abstand zueinander verlaufende Flächen vermessen werden. Die von dem rotierenden Laserstrahl gebildete Referenzebene wird hierzu zwischen die beiden aufeinander zu weisenden Flächen gelegt. Mit einer dritten optischen Messeinrichtung wird ein dritter Abstand der zweiten Oberfläche zum Träger gemessen. Auch hier wird der die drei optischen Messeinrichtungen tragende Träger entlang der beiden zu vermessenden Oberflächen verlagert, so dass Punkt für Punkt die ortsabhängigen Abstände der beiden Oberflächen von der Referenzebene gemessen werden können. Auch hier ist die Höhenlage des Trägers zwischen den beiden Oberflächen variabel. Sie kann sogar während der Messung verändert werden. Der Träger braucht bei seiner Messung somit keinen körperlichen Kontakt zum Maschinengestell zu haben. Er kann sich auf einer der beiden Oberflächen abstützen. Er kann sogar manuell verschoben werden.Is solved the object by the invention specified in the claims, the dependent claims not only advantageous developments of the independent claims are, but also independent solutions pose the task. First and in essence, the use of a second optical Measuring device of the carrier proposed, with a second distance of the carrier to the particular of Measured reference plane formed a rotating laser beam becomes. The rotating laser beam is in a known manner of a suitable leveled device generates this. The Strahlebene forms a minimal disturbed Reference plane. Located between the reference plane and the surface to be machined the carrier carrying the two measuring devices. Out the two measured values and the known position of the measuring devices To each other, a distance value of the surface is determined to the reference plane. This is the carrier with a suitable device along the to be measured or the surface to be processed method. It is not even necessary that the carrier supported on a stationary machine frame. The wearer can work on the Workpiece itself support, because its altitude with respect to the surface normals the surface to be measured or machined can vary. Preferably lie the two measuring device based on the surface normals of the processed Surface vertically above each other. In a variant it is provided that two are substantially parallel and spaced areas are measured. The The reference plane formed by the rotating laser beam becomes this placed between the two facing surfaces. With a third optical measuring device is a third distance of the second surface to carrier measured. Again, the three optical measuring devices carrying beams moved along the two surfaces to be measured, so point for point the location-dependent distances the two surfaces can be measured from the reference plane. Again, the altitude is between the carrier the two surfaces variable. She can even while changed the measurement become. The carrier thus needs no physical contact with the machine frame during its measurement to have. It can be supported on one of the two surfaces. He can even be moved manually.

Bei dem Planbearbeitungsverfahren sitzt auf dem Träger zusätzlich ein Bearbeitungswerkzeug insbesondere in Form eines Fräskopfes. Letzterer kann in Richtung der Flächennormalen der zu bearbeitenden Oberfläche zugestellt werden. Mit der ersten und der zweiten optischen Messeinrichtung wird der Abstand der Oberfläche zur Referenzebene bestimmt bzw. der Abstand des Trägers zur zu bearbeitenden Oberfläche. Aus diesen Werten ermittelt ein Steuerrechner einen Wert für die Zustellung des Bearbeitungswerkzeuges. Auch hier ist es von Vorteil, wenn die beiden optischen Messeinrichtungen entlang einer Parallelen, zur Zustellrichtung angeordnet sind. Wird bspw. eine Horizontalebene bearbeitet, so liegen die beiden optischen Messeinrichtungen senkrecht übereinander. Die Referenzebene ist dann ebenfalls eine Horizontalebene. Mit den beiden optischen Messeinrichtung wird über die aktuelle Relativlage des Trägers zur Referenzebene bzw. zur Oberfläche des Werkstücks der Abstand des Bearbeitungswerkzeuges von der Referenzebene, also dessen Zustellung berechnet. Der Vorschub unter gleichzeitiger spanabhebender Bearbeitung der zu bearbeitenden Oberfläche erfolgt dann parallel zur Referenzebene, wobei der Abstand des Bearbeitungswerkzeuges zur Referenzebene durch die Regelung konstant gehalten wird. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist der Träger eine dritte optische Messeinrichtung auf, die bezogen auf die Zustellrichtung axial oberhalb des Bearbeitungswerkzeuges angeordnet ist. Mit der dritten und der zweiten optischen Messeinrichtung kann die Position des Trägers an der Stelle der ersten optischen Messeinrichtung und an der Stelle des Bearbeitungswerkzeuges relativ zur Referenzebene bestimmt werden. Hierzu weisen die zweite optische Messeinrichtung und die dritte optische Messeinrichtung jeweils ein Sensorfeld auf, auf welches der rotierende Laserstrahl eines Rotationslasers trifft. Aus den von den optischen Messeinrichtungen gemessenen Messwerten wird der Abstand des Bearbeitungswerkzeuges von der ggf. gestörten Referenzebene bestimmt. Der rotierende Laserstrahl bildet eine reale Referenzebene aus. Diese muss nicht zwingend mit der idealen Referenzebene übereinstimmen. Durch Umwelteinflüsse kann der tatsächliche Strahlverlauf von der idealen Referenzebene geringfügig abweichen. Um diese Abweichungen hochgenau ermitteln zu können, kann die Vorrichtung auch eine ortsfeste Messeinrichtung aufweisen, die ebenfalls ein Sensorfeld trägt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste optische Messeinrichtung in Vorschubrichtung des Bearbeitungswerkzeuges dem Bear beitungswerkzeug nachgeordnet angeordnet ist. Mit dieser optischen Messeinrichtung und der mit ihr korrespondierenden zweiten optischen Messeinrichtung, die ebenfalls in Vorschubrichtung dem Bearbeitungswerkzeug nachgeordnet ist, lässt sich der Abstand der Referenzebene zu der bereits bearbeiteten Oberfläche ermitteln. Wird der Laserstrahl gestört, so dass er eine Höhenabweichung zur idealen Referenzebene besitzt, wird diese als Verminderung des aus den Werten der ersten und zweiten optischen Messeinrichtung ermittelten Abstandes der bearbeiteten Oberfläche zur Umlaufebene des Laserstrahles ermittelt. Anhand des Sollwertes des Abstandes von der bearbeiteten Oberfläche zur idealen Referenzebene kann dann korrigierend eingegriffen werden, wozu der Wert für die Zustellung des Bearbeitungswerkzeuges aus dem Abstand des Trägers zur Umlaufebene des Laserstrahles, welcher mit der dritten optischen Messeinrichtung gemessen wird, verwendet wird. In einer Weiterbildung des Verfahrens befindet sich in Vorschubrichtung vor dem Bearbeitungswerkzeug eine weitere optische Messeinrichtung, mit der der Abstand der zu bearbeitenden Oberfläche vom Träger gemessen wird. Auch dieser optischen Messeinrichtung kann eine weitere optische Messeinrichtung zugeordnet sein, die an der Stelle vor dem Bearbeitungswerkzeug auch den Abstand des Trägers zur Referenzebene ermittelt. Mittels diesen vierten und fünften optischen Messeinrichtungen lässt sich der Abstand der zu bearbeitenden Oberfläche unmittelbar in Vorschubrichtung vor dem Bearbeitungswerkzeug zur Referenzebene ermitteln und damit auch die Höhe des Materialabtrages. Die Schnittgeschwindigkeit bzw. die Vorschubgeschwindigkeit des Bearbeitungswerkzeuges kann damit beeinflusst werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich große Flächen bzw. ringförmige Flächen wie Flanschflächen mit einem großen Durchmesser vermessen bzw. bearbeiten. Die Referenzebene wird erfindungsgemäß nicht von der Umlaufebene oder Verlagerungsebene des Trägers, sondern von der Umlaufebene eines Laserstrahles bzw. eines aufgefächerten Laserstrahls definiert. Der die optischen Messeinrichtungen bzw. das Bearbeitungswerkzeug, also den Fräskopf tragen de Träger kann im Wesentlichen drehmomentfrei drehgelagert werden, da er sich an der zu bearbeitenden Oberfläche abstützen kann. Es wird als besonders vorteilhaft angesehen, dass durch die Ermittlung des Abstandes eines Abschnittes der bearbeiteten Oberfläche zur realen Referenzebene, also bspw. zur Umlaufebene des Laserstrahles, dessen Abweichung von der idealen Referenzebene bestimmbar ist und diese Abweichung bei der Zustellung des Bearbeitungswerkzeuges berücksichtigt werden.The planing procedure sits on the carrier additionally a machining tool, in particular in the form of a milling head. The latter can be delivered in the direction of the surface normal of the surface to be processed. With the first and the second optical measuring device, the distance of the surface is determined to the reference plane or the distance of the carrier to the surface to be machined. From these values, a control computer determines a value for the delivery of the machining tool. Again, it is advantageous if the two optical measuring devices are arranged along a parallel to the feed direction. If, for example, a horizontal plane is being processed, then the two optical measuring devices lie vertically one above the other. The reference plane is then also a horizontal plane. With the two optical measuring device, the distance of the machining tool from the reference plane, ie its delivery, is calculated via the current relative position of the carrier to the reference plane or to the surface of the workpiece. The feed with simultaneous machining of the surface to be machined is then carried out parallel to the reference plane, wherein the distance of the machining tool is kept constant to the reference plane by the control. In a preferred embodiment of the invention, the carrier has a third optical measuring device, which is arranged axially above the machining tool with respect to the feed direction. With the third and the second optical measuring device, the position of the carrier at the location of the first optical measuring device and at the location of the machining tool relative to the reference plane can be determined. For this purpose, the second optical measuring device and the third optical measuring device each have a sensor field, which is hit by the rotating laser beam of a rotary laser. From the measured values measured by the optical measuring devices, the distance of the machining tool from the possibly disturbed reference plane is determined. The rotating laser beam forms a real reference plane. This does not necessarily have to match the ideal reference plane. Due to environmental influences, the actual beam path may deviate slightly from the ideal reference plane. In order to be able to determine these deviations with high precision, the device can also have a stationary measuring device, which likewise carries a sensor field. In a further development of the invention, it is provided that the first optical measuring device is arranged downstream of the machining tool in the feed direction of the machining tool. With this optical measuring device and the corresponding with her second optical measuring device, which is also downstream of the processing tool in the feed direction, the distance of the reference plane to the already processed surface can be determined. If the laser beam is disturbed so that it has a height deviation from the ideal reference plane, this is determined as a reduction of the distance, determined from the values of the first and second optical measuring devices, of the machined surface to the orbital plane of the laser beam. Based on the desired value of the distance from the machined surface to the ideal reference plane can then be intervened corrective, including the value for the delivery of the machining tool from the distance of the carrier to the orbital plane of the laser beam, which is measured with the third optical measuring device is used. In a development of the method, in the feed direction in front of the machining tool, there is another optical measuring device with which the distance of the surface to be machined from the carrier is measured. This optical measuring device can also be assigned a further optical measuring device, which also determines the distance of the carrier to the reference plane at the location in front of the machining tool. By means of these fourth and fifth optical measuring devices, the distance of the surface to be machined can be determined directly in the feed direction in front of the machining tool to the reference plane and thus also the amount of material removal. The cutting speed or the feed rate of the machining tool can be influenced. With the method according to the invention or with the device according to the invention, large surfaces or annular surfaces such as flange surfaces with a large diameter can be measured or machined. According to the invention, the reference plane is not defined by the orbital plane or displacement plane of the carrier but by the orbital plane of a laser beam or a fanned-out laser beam. The wear the optical measuring devices or the machining tool, so the milling head de carrier can be substantially rotatably mounted without rotation, since it can be supported on the surface to be machined. It is considered to be particularly advantageous that by determining the distance of a section of the machined surface to the real reference plane, so for example. To the orbital plane of the laser beam whose deviation from the ideal reference plane can be determined and this deviation are considered in the delivery of the machining tool.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand beigefügter Zeichnungen erläutert: Es zeigen:embodiments The invention will be explained with reference to the accompanying drawings: Es demonstrate:

1 in schematischer Darstellung eine Seitenansicht auf eine Planflächenvermessungseinrichtung, 1 a schematic representation of a side view of a plane surface measuring device,

2 eine Draufsicht auf die Planflächenvermessungseinrichtung gemäß 1, 2 a plan view of the plane surface measuring device according to 1 .

3 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Planflächenvermessungseinrichtung, 3 a side view of a second embodiment of a plane measuring device,

4 eine Seitenansicht auf eine Planflächenbearbeitungseinrichtung, 4 a side view of a plane surface processing device,

5 eine Draufsicht auf die Planflächenbearbeitungsvorrichtung gemäß 4 und 5 a plan view of the plane surface processing device according to 4 and

6 eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Planflächenbearbeitungseinrichtung. 6 a side view of another embodiment of a plane surface processing device.

Die in den 1 und 2 groß schematisch dargestellte Flächenvermessungseinrichtung besitzt einen Träger 3, der um ein ortsfestes Lager um eine Dreh achse 10 drehbar und in Radialrichtung 11 verschieblich ist. Am freien Ende des Trägers 3 befindet sich auf dessen Unterseite eine erste optische Messeinrichtung 4, die mit einem Laserstrahl 5 den Abstand Y1 des Trägers 3 zu der sich in Horizontalrichtung erstreckenden Oberfläche 2 eines ortsfest gelagerten Werkstücks 1 misst. Vertikal oberhalb der ersten optischen Messeinrichtung 4 befindet sich eine zweite optische Messeinrichtung 6 mit einem Sensorfeld 7. An irgendeiner Stelle, die auch im Drehzentrum 10 des Trägers 3 liegen kann, befindet sich ein Rotationslaser 9, der in bekannter Weise einen in einer Horizontalebene umlaufenden Laserstrahl 8 oder einen aufgefächerten Laserstrahl 8 erzeugt. Die Umlaufebene des Laserstrahles 8 definiert eine reale Referenzebene. Der umlaufende Laserstrahl 8 trifft auf das Sensorfeld 7, so dass damit der Abstand Y2 des Trägers 3 von der Referenzebene 8 bestimmt werden kann.The in the 1 and 2 large scale surface measuring device shown schematically has a carrier 3 , which is about a fixed bearing about a rotation axis 10 rotatable and in the radial direction 11 is displaceable. At the free end of the carrier 3 is located on the bottom of a first optical measuring device 4 that with a laser beam 5 the distance Y1 of the carrier 3 to the horizontally extending surface 2 a stationary mounted workpiece 1 measures. Vertical above the first optical measuring device 4 there is a second optical measuring device 6 with a sensor field 7 , At some point, also in the turning center 10 of the carrier 3 can lie, there is a rotating laser 9 , which in known manner a circulating in a horizontal plane laser beam 8th or a fanned-out laser beam 8th generated. The orbital plane of the laser beam 8th defines a real reference plane. The revolving laser beam 8th meets the sensor field 7 so that thereby the distance Y2 of the carrier 3 from the reference plane 8th can be determined.

Mit den Abständen Y1 und Y2 lassen sich unter Berücksichtigung der Dicke des Trägers 3 der Abstand H zwischen der Oberfläche 2 und der Referenzebene 8 ermitteln. Es lassen sich dabei ortsabhängige Werte für den Abstand H ermitteln. Durch die Verlagerung des Trägers 3, die in Drehrichtung 10 bzw. in Radialrichtung 11 erfolgen kann, kann Punkt für Punkt an voneinander beabstandeten Orten der jeweilige Abstand H der Oberfläche 2 von der Referenzebene 8 bestimmt werden. Die Vertikallage des Trägers 3 kann dabei in Vertikalrichtung 12 variieren. Der Träger 3 kann deshalb bspw. an der in 1 mit 3' bezeichneten Stelle gestützt werden, wobei sich der Träger 3 an der Stelle 3' bspw. mit einem Laufrad auf der Oberfläche 2 abstützen kann. Dies entlastet das Drehlager.With the distances Y1 and Y2 can be calculated taking into account the thickness of the carrier 3 the distance H between the surface 2 and the reference plane 8th determine. It is possible to determine location-dependent values for the distance H. By the relocation of the carrier 3 in the direction of rotation 10 or in the radial direction 11 can be done point by point at spaced locations of the respective distance H of the surface 2 from the reference plane 8th be determined. The vertical position of the carrier 3 can in the vertical direction 12 vary. The carrier 3 can therefore, for example, at the in 1 With 3 ' be designated body, wherein the carrier 3 at the point 3 ' For example, with an impeller on the surface 2 can support. This relieves the pivot bearing.

Bei dem in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine ringförmig ein Zentrum umgebende Oberfläche 2 bspw. eines Flansches 1 vermessen. Der Laserstrahl 8 rotiert dabei in Richtung des mit 9' bezeichneten Pfeils um den Rotationslaser 9, der im Ausführungsbeispiels innerhalb des ringförmigen Werkzeuges angeordnet ist. Der Rotationslaser 9 kann aber auch au ßerhalb des ringförmigen Werkstücks 1 angeordnet sein. Der Träger muss auch nicht um eine Achse drehen. Der Träger kann auch kreuztischartig linear verlagerbar sein.In the in the 1 and 2 illustrated embodiment is a ring surrounding a center surface 2 For example, a flange 1 measured. The laser beam 8th rotates in the direction of with 9 ' designated arrow around the rotating laser 9 which is arranged in the embodiment within the annular tool. The rotating laser 9 but can also au outside the annular workpiece 1 be arranged. The carrier does not have to rotate about an axis either. The carrier may also be linearly displaceable like a cross table.

Die das zweite Ausführungsbeispiel darstellende 3 zeigt lediglich den Träger 3 zwischen zwei stark übertrieben von der Planheit abweichenden Oberflächen 2, 13. Die Haltemittel, mit denen der Träger 3 zwischen den beiden Oberflächen 2, 13 gehalten ist, können weitestgehend beliebig gestaltet sein. Wesentlich ist aber, dass der Träger 3 in ausreichendem Maße lagestabilisiert ist, so dass die übereinander angeordneten Messeinrichtungen 4, 6 bzw. eine dritte Messeinrichtung 14 entlang einer Achse liegen, die senkrecht zur Referenzebene 8 verläuft.The representative of the second embodiment 3 shows only the carrier 3 between two surfaces which are greatly exaggerated by the flatness 2 . 13 , The holding means with which the carrier 3 between the two surfaces 2 . 13 held, can be designed largely as desired. It is essential, however, that the carrier 3 is sufficiently stabilized in position, so that the superimposed measuring devices 4 . 6 or a third measuring device 14 lie along an axis perpendicular to the reference plane 8th runs.

Mit der in 3 dargestellten Messeinrichtung kann mit einem Laserstrahl 19, welcher von der dritten Messeinrichtung 14 erzeugt wird, auch der Abstand Y3 der zweiten Oberfläche 13, die im Wesentlichen parallel zur ersten Oberfläche 2 verläuft, zum Träger gemessen werden. Aus diesem Messwert Y3 und aus den Messwerten Y1 und Y2, die wie oben betreffend das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde ermittelt werden, wird der Abstand H1 der Oberfläche 2 zur Referenzebene 8 ermittelt. Mit den Abständen Y2 und Y3 wird der Abstand H2 der zweiten Oberfläche 13 zur Referenzebene 8 ermittelt. Durch Verlagern des Trägers 3 insbesondere in Richtung des mit 11 bezeichneten Pfeils und senkrecht zur Papierebene kann der gesamte Zwischenraum zwischen den beiden Oberflächen 2 und 13 abgefahren werden. Es ist aber unerheblich, ob sich der Träger 3 in Querrichtung 12 dazu verlagert. Es wird als vorteilhaft angesehen, dass mit dieser Vorrichtung nicht nur der Abstand der beiden Oberflächen 2, 13 voneinander Punkt für Punkt bestimmt werden kann, was der Summe der Werte H1 und H2 entspricht, sondern auch der individuelle Abstand jedes Oberflächenpunktes der Oberflächen 2 und 13 jeweils von der Referenzebene 8.With the in 3 shown measuring device can with a laser beam 19 , which from the third measuring device 14 is generated, and the distance Y3 of the second surface 13 that are essentially parallel to the first surface 2 runs, to be measured to the carrier. From this measured value Y3 and from the measured values Y1 and Y2 determined as described above regarding the first embodiment, the distance H1 of the surface becomes 2 to the reference level 8th determined. With distances Y2 and Y3, the distance H2 of the second surface becomes 13 to the reference level 8th determined. By moving the carrier 3 especially in the direction of the arrow designated 11 and perpendicular to the plane of the paper, the entire space between the two surfaces 2 and 13 be driven off. But it does not matter if the carrier 3 in the transverse direction 12 shifted to it. It is considered advantageous that not only the distance of the two surfaces with this device 2 . 13 can be determined point by point, which is the sum of the values H1 and H2, but also the individual distance of each surface point of the surfaces 2 and 13 each from the reference plane 8th ,

Das in den 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel betrifft eine Oberflächenbearbeitungsvorrichtung. Auch diese Vorrichtung wird am Beispiel einer Vorrichtung zum Planbearbeiten eines Ringflansches beschrieben. Ein Arm 15 ist um ein Drehzentrum 10 drehbar gelagert und kann zusätzlich an einer geeigneten Stelle am ortsfest gelagerten Werkstück 1 abgestützt werden. Auf dem Arm 15 befindet sich ein Träger 3, der in Radialrichtung entlang des Armes 15 verfahren werden kann. Der Träger 3 trägt die oben bereits erwähnten optischen Messeinrichtungen 4, 6 zur Ermittlung von Abständen Y1 bzw. Y2 des Trägers 3 einerseits zur Oberfläche 2 und andererseits zur Referenzebene 8. Zusätzlich befindet sich an der Unterseite des Trägers 3 ein Fräskopf 16, der mit einer Antriebswelle 17 drehangetrieben werden kann und der im Wesentlichen in Richtung der Flächennormalen zur Oberfläche 2 in Richtung des Doppelpfeils 18 zugestellt werden kann. Die Bearbeitungswerkzeug-Position C, also der Abstand des Fräskopfes 16 von der Referenzebene 8 wird unter Verwendung der mit den Messeinrichtungen 4 und 6 gewonnen Messwerten gesteuert. Auch hierbei werden Verlagerungen des Trägers 3 quer zur Vorschubrichtung, also parallel zur Zustellrichtung 18 von einer nicht dargestellten Steuerelektronik kompensiert. Die Bearbeitung der Oberfläche 2 erfolgt parallel zur Referenzebene 8 ohne dass sich der Träger 3 in einer exakten Parallelebene zur Referenzebene 8 bewegen muss. Die Vorrichtung erlaubt somit die Verwendung eines sich bei der Bearbeitung verbiegenden Armes 15. Der Materialaufwand bei der Fertigung der Vorrichtung ist somit gegenüber herkömmlichen Planbearbeitungsvorrichtungen vermindert.That in the 4 and 5 illustrated third embodiment relates to a surface treatment device. This device is also described using the example of a device for machining a ring flange. An arm 15 is a turning center 10 rotatably mounted and can additionally at a suitable location on the stationary mounted workpiece 1 be supported. On the arm 15 there is a carrier 3 moving in radial direction along the arm 15 can be moved. The carrier 3 carries the optical measuring devices already mentioned above 4 . 6 for determining distances Y1 or Y2 of the carrier 3 on the one hand to the surface 2 and on the other hand to the reference plane 8th , In addition, located at the bottom of the carrier 3 a milling head 16 that with a drive shaft 17 Rotary driven who can and essentially in the direction of the surface normal to the surface 2 in the direction of the double arrow 18 can be delivered. The machining tool position C, ie the distance of the milling head 16 from the reference plane 8th is using the with the measuring equipment 4 and 6 controlled measured values. Again, these are displacements of the carrier 3 transverse to the feed direction, ie parallel to the feed direction 18 compensated by an unillustrated control electronics. The processing of the surface 2 takes place parallel to the reference plane 8th without the carrier 3 in an exact parallel plane to the reference plane 8th has to move. The device thus allows the use of a bending during processing arm 15 , The cost of materials in the manufacture of the device is thus reduced compared to conventional plan processing devices.

Der Vorschub erfolgt parallel zur Referenzebene 8, wobei der Fräskopf 16 in einem festen Abstand zur Referenzebene 8 gehalten wird. Während des Vorschubs erfolgt ein Materialabtrag, so dass eine Oberfläche 2 gefertigt wird, die exakt parallel zur Referenzebene 8 verläuft.The feed takes place parallel to the reference plane 8th , where the milling head 16 at a fixed distance to the reference plane 8th is held. During the feed a material removal takes place, so that a surface 2 is manufactured, which is exactly parallel to the reference plane 8th runs.

Die 6 zeigt grobschematisch ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei der Träger 3 in Richtung des Pfeils 20 von links nach rechts vorgeschoben wird. Die erste optische Messeinrichtung 4 und die oberhalb dazu angeordnete zweite optische Messeinrichtung 6 ist bezogen auf die Vorschubrichtung 20 rückwertig des Fräskopfes 16 angeordnet. Das Maß Y1, welches mit dem Laserstrahl 5 der ersten Messeinrichtung 4 gemessen wird, entspricht somit dem Abstand des Trägers 3 von der bereits bearbeiteten Oberfläche 2'. Am Ort der bearbeiteten Oberfläche 2' wird auch der Messwert Y2, der dem Abstand des Trägers 3 von der Referenzebene 8 entspricht, gemessen. Mit der ersten Messeinrichtung 4 und der zweiten Messeinrichtung 6 werden somit Messwerte Y1, Y2 gemessen, aus denen der Abstand H der Umlaufebene des Laserstrahls 8 zur bearbeiteten Oberfläche 2'' ermittelbar ist. Der Abstand der bearbeiteten Oberfläche 2'' zur Referenzebene ist ein Sollwert. Geht man davon aus, dass dieser mit einer erforderlichen Genauigkeit gefertigt worden ist, so lässt sich aus einer Abweichung des gemessenen Wertes H vom Sollwert eine Störung der Lage der Umlaufebene des Laserstrahles 8 von der idealen Referenzebene ermitteln. Derartige Störungen sind umweltbedingt und nicht zu vermeiden und können zusätzlich mit der ortsfesten Messeinrichtung 27 und deren Sensorfeld 28 ermittelt werden.The 6 shows a rough schematic of a fourth embodiment of the invention, wherein the carrier 3 in the direction of the arrow 20 is advanced from left to right. The first optical measuring device 4 and the second optical measuring device arranged above it 6 is related to the feed direction 20 backward of the milling head 16 arranged. The dimension Y1, which with the laser beam 5 the first measuring device 4 is measured, thus corresponds to the distance of the carrier 3 from the already edited surface 2 ' , At the place of the worked surface 2 ' is also the reading Y2, the distance of the carrier 3 from the reference plane 8th corresponds, measured. With the first measuring device 4 and the second measuring device 6 Thus, measured values Y1, Y2 are measured, from which the distance H of the orbital plane of the laser beam 8th to the machined surface 2 '' can be determined. The distance of the machined surface 2 '' to the reference plane is a setpoint. If it is assumed that this has been produced with a required accuracy, a deviation of the measured value H from the desired value can disturb the position of the orbital plane of the laser beam 8th from the ideal reference plane. Such disturbances are environmental and unavoidable and may additionally with the stationary measuring device 27 and their sensor field 28 be determined.

Vertikal oberhalb des Fräskopfes 16 befindet sich eine dritte Messeinrichtung 21 mit einem Sensorfeld 22, mit der ein Abstand Y3 der Umlaufebene des Laserstrahles 8 zum Träger 3 gemessen werden kann. Wird mit den Messeinrichtungen 4, 6 eine Störung ermittelt, so kann diese Störung bei der Ermittlung der Vertikalposition C des Fräskopfes 16 berücksichtigt werden.Vertical above the milling head 16 there is a third measuring device 21 with a sensor field 22 , with a distance Y3 of the orbital plane of the laser beam 8th to the carrier 3 can be measured. Used with the measuring equipment 4 . 6 determines a fault, this fault can in the determination of the vertical position C of the milling head 16 be taken into account.

Die in 6 dargestellte Vorrichtung besitzt noch eine vierte Messeinrichtung 23 und eine fünfte Messeinrichtung 25. Diese beiden Messeinrichtungen 23, 25 sind ebenfalls vertikal übereinander angeordnet. Mit einem Laserstrahl 26 tastet die fünfte optische Messeinrichtung 25 den Bereich in Vorschubrich tung 20 unmittelbar vor dem Fräskopf 16 der zu bearbeitenden Oberfläche 2' ab. Es wird ein Abstand Y5 gemessen. Mit Hilfe des Sensorfeldes 24 der vierten Messeinrichtung 23 wird der Abstand Y4 des Trägers 3 von der Umlaufebene 8 des Laserstrahles bestimmt. Mit Hilfe der Abstände Y4 und Y5 kann ein Wert K ermittelt werden, der dem Abstand der zu bearbeitenden Oberfläche 2' von der idealen Referenzebene bzw. der Umlaufebene des Laserstrahles 8 entspricht. Die Differenz der Werte K und H entspricht der Materialstärke, die vom Fräskopf 16 abgetragen werden muss. Die Vorschubgeschwindigkeit 20 bzw. die Drehzahl des Fräsers 16 kann abhängig von dieser ermittelten Materialstärke gesteuert werden.In the 6 The device shown still has a fourth measuring device 23 and a fifth measuring device 25 , These two measuring devices 23 . 25 are also arranged vertically one above the other. With a laser beam 26 gropes the fifth optical measuring device 25 the area in feed direction 20 immediately in front of the milling head 16 the surface to be processed 2 ' from. A distance Y5 is measured. With the help of the sensor field 24 the fourth measuring device 23 becomes the distance Y4 of the carrier 3 from the orbital plane 8th of the laser beam. With the help of the distances Y4 and Y5, a value K can be determined, which is the distance of the surface to be machined 2 ' from the ideal reference plane or the orbital plane of the laser beam 8th equivalent. The difference between the values K and H corresponds to the material thickness of the milling head 16 must be removed. The feed speed 20 or the speed of the milling cutter 16 can be controlled depending on this determined material thickness.

Die nicht dargestellte Steuerelektronik ermittelt somit nicht nur einen Wert für die Position C des Fräskopfes 16 in Bezug auf die reale Referenzebene unter Verwendung der Messwerte Y1 und Y2. Die Steuerelektronik ist auch in der Lage unter zusätzlicher Verwendung des Messwertes Y3, einen Wert für die Position C des Fräskopfes 16 in Bezug auf die ideale Referenzebene zu ermitteln. Unter zusätzlicher Verwendung der Messwerte Y4 und Y5 kann auch die Schnittgeschwindigkeit bzw. die Vorschubgeschwindigkeit gesteuert werden, da aus diesen Messwerten die abzutragende Materialstärke bestimmbar ist. Das Gesamtsystem ist dadurch robust gegenüber Störungen und benötigt nur leichte, dünne und somit kostengünstig zu fertigende mechanische Bauteile.The control electronics, not shown, thus not only determines a value for the position C of the milling head 16 with respect to the real reference plane using the measured values Y1 and Y2. The control electronics are also capable of additionally using the measured value Y3, a value for the position C of the milling head 16 with respect to the ideal reference plane. By additionally using the measured values Y4 and Y5, it is also possible to control the cutting speed or the feed rate, since the material thickness to be removed can be determined from these measured values. The entire system is thus robust against disturbances and requires only light, thin and therefore inexpensive to manufacture mechanical components.

Auch bei der in 6 dargestellten Vorrichtung kann sich die Lage des Trägers 3 in Vertikalrichtung verändern, ohne dass die Position C des Fräskopfes 16 gestört wird. Die mechanischen Maßnahmen zur Horizontalführung des Trägers 3 können somit auf ein Minimum beschränkt werden, ohne dass die Bearbeitungsgenauigkeit dadurch beeinträchtigt wird.Also at the in 6 The device shown may be the location of the wearer 3 change in the vertical direction, without the position C of the milling head 16 is disturbed. The mechanical measures for horizontal guidance of the wearer 3 can thus be kept to a minimum without affecting the machining accuracy.

Die Ausführungsbeispiele wurden anhand eines in einer Ebene umlaufenden Laserstrahls 8 beschrieben. Es ist jedoch auch möglich, die Referenzebene durch stationäre Laserstrahlen oder durch einen aufgefächerten Laserstrahl zu realisieren. Darüber hinaus ist es möglich, anstelle der optischen Messeinrichtungen 4, 25 mechanische Taster oder einen „scannin line laser” zu verwenden.The embodiments were based on a circulating in a plane laser beam 8th described. However, it is also possible to realize the reference plane by stationary laser beams or by a fanned laser beam. In addition, it is possible to replace the optical measuring equipment 4 . 25 mechanical buttons or a "scannin line laser" to use.

Alle offenbarten Merkmale sind (für sich) erfindungswesentlich. In die Offenbarung der Anmeldung wird hiermit auch der Offenbarungsinhalt der zugehörigen/beigefügten Prioritätsunterlagen (Abschrift der Voranmeldung) vollinhaltlich mit einbezogen, auch zu dem Zweck, Merkmale dieser Unterlagen in Ansprüche vorliegender Anmeldung mit aufzunehmen.All disclosed features are (for itself) essential to the invention. In the disclosure of the application will hereby also the disclosure content of the associated / attached priority documents (Copy of the advance notice) fully included, too for the purpose, features of these documents in claims present Registration with.

11: Werkstückworkpiece
22: Oberflächesurface
33: Trägercarrier
44: erste optische Messeinrichtungfirst optical measuring device
55: Laserstrahllaser beam
66: zweite optische Messeinrichtungsecond optical measuring device
77: Sensorfeldsensor field
88th: Referenzebene, umlaufender LaserstrahlReference plane, circulating laser beam
99: Rotationslaserrotating laser
1010: Verfahrrichtung vertikaltraversing vertical
1111: Verfahrrichtung radialtraversing radial
1212: QuerbewegungsrichtungTransverse movement direction
1313: zweite Oberflächesecond surface
1414: dritte optische Messeinrichtungthird optical measuring device
1515: Armpoor
1616: Fräskopfmilling head
1717: Antriebswelledrive shaft
1818: Zustellrichtunginfeed
1919: Laserstrahllaser beam
2020: Vorschubrichtungfeed direction
2121: dritte Messeinrichtungthird measuring device
2222: Sensorfeldsensor field
2323: vierte Messeinrichtungfourth measuring device
2424: Sensorfeldsensor field
2525: fünfte Messeinrichtungfifth measuring device
2626: Laserstrahllaser beam
2727: ortsfeste Messeinrichtungstationary measuring device
2828: Sensorfeldsensor field

Claims

Method for measuring a surface ( 2 ) with respect to a reference plane ( 8th ), with one along the surface ( 2 ) movable carrier ( 3 ), wherein at a plurality of spaced-apart locations on the surface ( 2 ) by means of a first, in particular optical, measuring device ( 4 ) of the carrier ( 3 ) a first distance (Y1) of the carrier ( 3 ) to the surface ( 2 ), characterized in that by means of a second optical measuring device ( 6 ) of the carrier ( 1 ) a second distance (Y2) of the carrier ( 3 ) to the reference plane formed in particular by a rotating laser beam (US Pat. 8th ) and from the first and the second distance (Y1, Y2) a distance value (H) of the surface ( 2 ) to the reference plane ( 8th ) is determined.

Method according to claim 1 or in particular according thereto, characterized in that with a third optical measuring device ( 14 ) of the carrier ( 3 ) a third distance (Y3) to a second, in particular substantially parallel to the first surface ( 2 ) running surface ( 13 ) is measured.

Method for planning a surface ( 2 ) with respect to a reference plane ( 8th ) with a carrier ( 3 ), in a substantially in the direction of the surface normal of the surface ( 2 ) extending delivery direction ( 18 ) deliverable processing tool ( 16 ), in particular a milling head, which machining tool ( 16 ) in a feed direction ( 20 ) is advanced substantially parallel to the reference plane, wherein by means of a first particular optical measuring device ( 4 ) of the carrier ( 3 ) a first distance (Y1) is measured, characterized in that by means of the first measuring device ( 4 ) the distance (Y1) of the surface ( 2 ) to the carrier ( 3 ) and with a second optical measuring device ( 6 ) of the carrier ( 3 ) a second distance (Y2) of the carrier ( 3 ) to the reference plane formed in particular by a rotating laser beam (US Pat. 8th ) is measured and from the first and second distance (Y1, Y2) a value for controlling the delivery (C) of the machining tool ( 16 ) is determined.

Method according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the first and second measuring devices ( 4 . 6 ) relative to the surface ( 2 ) are arranged substantially vertically one above the other.

Method according to one or more of claims 3 to 4 or in particular according thereto, characterized in that with a particular with respect to the surface ( 2 ) substantially vertically above the machining tool ( 16 ) arranged third optical measuring device ( 21 ) a third distance (Y3) of the carrier ( 3 ) to the reference plane ( 8th ) is measured to control the distance (C) of the machining tool ( 16 ) of the possibly disturbed reference plane ( 8th ).

Method according to one or more of claims 3 to 5 or in particular according thereto, characterized in that with the first in the feed direction ( 20 ) the machining tool ( 16 ) downstream optical measuring device ( 4 ) the distance (H) of the machined surface ( 2 '' ) to the reference plane ( 8th ) is measured.

Method according to one or more of claims 3 to 6 or in particular according thereto, characterized in that by means of a feed direction ( 20 ) the machining tool ( 16 ) upstream fourth and fifth in particular optical measuring device ( 23 . 25 ) the distance (K) to be working surface ( 2 ' ) is measured, in particular for influencing the feed rate.

Method according to one or more of claims 3 to 7 or in particular according thereto, characterized in that the machining tool ( 16 ) upstream fourth measuring device ( 23 ) a distance (Y4) of the carrier ( 3 ) from the reference plane ( 8th ) and in the editing tool ( 16 ) in the feed direction ( 20 ) upstream fifth measuring device ( 25 ) a distance (Y5) of the carrier ( 3 ) of the surface to be processed ( 2 ' ) measures.

Device for carrying out the measuring method, in particular according to one of claims 1 or 2, characterized by a surface to be measured along a surface ( 2 ) movable carrier ( 3 ), a rotating laser ( 9 ) for generating a reference plane ( 8th ), one on the carrier ( 3 ), in the direction of the surface ( 2 ) acting first in particular optical measuring device ( 4 ) in the form of a distance measuring device and one on the carrier ( 3 ), one with the beam ( 8th ) of the rotary laser ( 9 ) cooperating sensor field ( 7 ) having second optical measuring device ( 6 ).

Apparatus according to claim 9 or in particular according thereto, characterized in that the two measuring devices ( 4 . 6 ) are arranged vertically above one another.

Device according to one or more of claims 9, 10 or in particular according thereto, characterized by a relative to the rotary laser ( 9 ) fixed measuring device ( 27 ) for determining interference of the reference plane ( 8th ).

Device according to one or more of claims 9 to 11 or in particular according thereto, characterized in that the carrier ( 3 ) about a turning center ( 10 ) is rotatable arm or in one direction ( 11 ) displaceably on one about a rotation axis ( 10 ) rotatable arm ( 15 ) is arranged.

Device for carrying out the processing method, in particular according to one or more of claims 3 to 12, characterized by a surface ( 2 ' ) movable carrier ( 3 ), a rotating laser ( 9 ) for generating a reference plane ( 8th ), one on the carrier ( 3 ), in the direction of the surface ( 2 ) acting first in particular optical measuring device ( 4 ) in the form of a distance measuring device, one on the carrier ( 3 ), one with the beam ( 8th ) of the rotary laser ( 9 ) cooperating sensor field ( 7 ) having second optical measuring device ( 6 ) and one on the carrier ( 3 ), parallel to the measuring direction of the first measuring device ( 4 ) deliverable processing tool ( 16 ) in particular in the form of a milling head.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the first in particular optical measuring device ( 4 ) and the second optical measuring device ( 6 ) are arranged one behind the other on a straight line which is parallel to the feed direction ( 18 ) of the machining tool ( 16 ) and the first optical measuring device ( 4 ) in the feed direction ( 20 ) of the machining tool ( 16 ) is arranged.

Device according to one or more of claims 13, 14 or in particular according thereto, characterized by a reference to the direction of delivery ( 18 ) vertically above the machining tool ( 16 ), one with the beam ( 8th ) of the rotary laser ( 9 ) cooperating sensor field ( 22 ) third measuring device ( 21 ).

Device according to one or more of claims 13 to 15 or in particular according thereto, characterized by a fourth or fifth, in the feed direction ( 20 ) the machining tool ( 16 ) upstream especially optical measuring device ( 23 . 25 ) for determining a distance (K) of the surface to be processed ( 2 ' ) from the reference plane ( 8th ).

Device according to one or more of the preceding claims or in particular according thereto, characterized in that the fourth measuring device ( 23 ) one with the beam ( 8th ) of the rotary laser ( 9 ) cooperating sensor field ( 24 ) and the fifth measuring device ( 25 ) a distance (Y5) of the surface to be processed ( 2 ' ) to the carrier ( 3 ) measures.