DE102010013880A1 - Measurement device for use in e.g. laser light barrier arrangement, for measuring change of measuring beam detected by machine tool, has control unit transferring measuring beam change as measurement signal to signal output for controller - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Sensoranordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Sensoranordnung.The invention relates to a measuring device for a sensor arrangement according to the preamble of
Stand der Technik:State of the art:
Bei der Bearbeitung von Werkstücken in Werkzeugmaschinen kommt regelmäßig Kühlschmiermittel zum Einsatz, das sich nicht nur an der Bearbeitungsstelle verteilt, sondern auch in Bereichen, in welchen das Kühlschmiermittel und insbesondere Kühlschmiermitteltropfen unerwünscht sind.When machining workpieces in machine tools, cooling lubricant is used regularly, which is not only distributed at the processing point, but also in areas in which the cooling lubricant and in particular coolant drops are undesirable.
Kühlschmiermitteltropfen können beispielsweise einen Vermessungsvorgang eines Werkzeugs mit einer Laserlichtschrankenanordnung stören, indem ein den Laserstrahl durchfallender Tropfen ein Fehlsignal erzeugt.Coolant drops can, for example, interfere with a measuring process of a tool with a laser light barrier arrangement in that a drop that falls through the laser beam generates a false signal.
Um Fehlmessungen zu vermeiden, ist es bekannt, an der Werkzeugmaschinensteuerung entsprechende Vorkehrungen zu treffen. Regelmäßig läuft ein Messvorgang wie folgt ab:
Erhält eine Werkzeugmaschine ein Messsignal der Laserlichtschrankenanordnung bei einer Bewegung eines Werkzeugs in Richtung Laserstrahl ist vorgesehen, die Werkzeugmaschine zu stoppen. Daraufhin wird geprüft, ob das Messsignal nur kurzfristig oder andauernd vorhanden war. Im Fall eines lediglich kurzfristigen Messsignals wird bei der Werkzeugmaschinensteuerung von einem Fehlsignal durch zum Beispiel einen Kühlschmiermitteltropfen ausgegangen. Daraufhin wird der Bewegungsvorgang des Werkzeugs in Richtung Laserstrahl fortgesetzt. Diese Prozedur wird so lange durchgeführt, bis die Werkzeugmaschinensteuerung ein ausreichend anhaltend anliegendes Messsignal erfasst. Dann wird davon ausgegangen, dass die Unterbrechung durch das zu messende Werkzeug verursacht ist.In order to avoid incorrect measurements, it is known to take appropriate measures at the machine tool control. Regularly, a measuring process takes place as follows:
If a machine tool receives a measuring signal of the laser light barrier arrangement during a movement of a tool in the direction of the laser beam, it is provided to stop the machine tool. It is then checked whether the measurement signal was only short-term or permanent. In the case of a merely short-term measuring signal, a false signal is assumed in the machine tool control by, for example, a coolant lubricant drop. Then the movement of the tool in the direction of the laser beam is continued. This procedure is carried out until the machine tool control system detects a sufficiently persistent measurement signal. Then it is assumed that the interruption is caused by the tool to be measured.
Ein derartiger Messprozess ist zeitintensiv.Such a measuring process is time-consuming.
Aufgabe und Vorteile der Erfindung:Object and advantages of the invention:
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gleich bleibender Messsicherheit Messzeiten zu verbessern.The object of the invention is to improve measurement times while maintaining the same measurement reliability.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bzw. 8 und 9 gelöst.This object is solved by the features of
In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen angegeben.In the dependent claims advantageous embodiments and developments are given.
Die Erfindung geht von einer Messvorrichtung für eine Sensoranordnung aus, bei welcher eine Änderung eines Messstrahls durch ein Objekt, zum Beispiel ein Werkzeug erfasst wird, mit einer Kontrolleinheit, die zur Weitergabe einer Änderung des Messstrahls als Messsignal an einen Signalausgang für eine Maschinensteuerung ausgelegt ist. Der Kern der Erfindung liegt nun darin, dass die Kontrolleinheit derart ausgebildet ist, nicht jede Änderung des Messstrahls als Messsignal an einen Signalausgang für eine übergeordnete Maschinensteuerung zur Verfügung zu stellen, sondern nur eine Änderung des Messstrahls, die einem vordefinierten Zeitverlauf folgt. Durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass Änderungen des Messstrahls, die nicht von einem zu messenden Werkzeug verursacht sind, keinen Stopp einer Werkzeugmaschinensteuerung zur Folge haben, da eine solche Änderung als Messsignal an eine Werkzeugmaschinensteuerung erst gar nicht weiter geleitet wird. Vielmehr kann von einer Werkzeugmaschinensteuerung der Messvorgang so weiterlaufen, wie wenn die Änderung des Messstrahls, die nicht die vordefinierten Eigenschaften besitzt, nicht aufgetreten wäre. Dadurch wird durch Fehlmessung die eigentliche Messprozedur nicht aufgehalten.The invention is based on a measuring device for a sensor arrangement, in which a change of a measuring beam is detected by an object, for example a tool, with a control unit which is designed to pass on a change of the measuring beam as a measuring signal to a signal output for a machine control. The essence of the invention lies in the fact that the control unit is designed such that it does not make every change of the measuring beam available as a measuring signal to a signal output for a higher-level machine control, but only a change of the measuring beam which follows a predefined time course. By means of this measure it can be achieved that changes of the measuring beam, which are not caused by a tool to be measured, do not result in a stop of a machine tool control, since such a change will not be transmitted further as a measuring signal to a machine tool control. Rather, the measuring process can continue to run from a machine tool control, as if the change in the measuring beam, which does not have the predefined properties, would not have occurred. As a result, the actual measurement procedure is not stopped by incorrect measurement.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontrolleinheit dazu ausgelegt, ein Messsignal zur Weiterleitung zu generieren, wenn die Änderung des Messstrahls länger ist als seine Zeitspanne, für welche ein den Messstrahl durchfallender Tropfen sich im Messstrahl befindet und damit eine Messstrahländerung herbeiführt. Durch eine solche Vorgehensweise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass umherfliegende Tropfen von Kühlschmiermittel an einer Werkzeugmaschine einen Messstrahl, zum Beispiel eine Laserlichtschranke lediglich für eine vorgegebene charakteristische Dauer stören. Ein Messsignal wird dann als Messsignal gewertet und an eine Maschinensteuerung weitergegeben, wenn es zumindest für die vorgegebene Zeitspanne erfasst werden kann.In a preferred embodiment of the invention, the control unit is designed to generate a measurement signal for forwarding if the change in the measurement beam is longer than its time span, for which a droplet that falls through the measurement beam is located in the measurement beam and thus causes a measurement beam change. Such a procedure takes into account the fact that flying drops of cooling lubricant on a machine tool disturb a measuring beam, for example a laser light barrier, only for a given characteristic duration. A measurement signal is then evaluated as a measurement signal and passed on to a machine control, if it can be detected at least for the predetermined period of time.
Zum Beispiel wird eine Messstrahländerung von kleiner 100 ms als Fehlsignal interpretiert, wohingegen bei einem Signal, das 100 ms oder länger anliegt von einem Messsignal ausgegangen wird. Als Schwelle können jedoch auch 200 oder 300 ms angenommen werden. Eine charakteristische Tropfenunterbrechung ist regelmäßig kürzer als 20 ms. Kommen mehrere Tropfen zusammen, die den Messstrahl unterbrechen, ist es denkbar, dass sich die Unterbrechnungszeit zum Beispiel auf 60 ms addiert, womit die Schwelle von 100 ms noch ausreichend weit für eine Entscheidung zwischen Fehlsignal und Messsignal entfernt ist.For example, a measurement beam change of less than 100 ms is interpreted as a false signal, whereas for a signal lasting 100 ms or longer, a measurement signal is assumed. However, 200 or 300 ms can be assumed as the threshold. A characteristic drop interruption is regularly shorter than 20 ms. If several drops intersect, which interrupt the measuring beam, it is conceivable that the interruption time adds up, for example, to 60 ms, whereby the threshold of 100 ms is still sufficiently far away for a decision between false signal and measuring signal.
Vorzugsweise wird ein Messsignal dann ausgegeben, wenn die Änderung des Messstrahls länger andauert als eine Zeitspanne TMess.Preferably, a measurement signal is output when the change in the measurement beam lasts longer than a time period T meas .
In einer überdies bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Kontrolleinheit ausgebildet, ein Messsignal zur Weiterleitung zu erzeugen, wenn eine periodische Änderung des Messstrahls erfasst wird. Insbesondere bei der Vermessung von rotierenden Werkzeugen an einer Werkzeugmaschine kann der Fall auftreten, dass Unterbrechungen eines Messstrahls, die deutlich kleiner sind als durch Tropfen verursachte Unterbrechungen dennoch von einem Werkzeug herrühren und damit keine Fehlmessung darstellen. In a further preferred embodiment of the invention, the control unit is designed to generate a measurement signal for forwarding, if a periodic change of the measuring beam is detected. In particular, in the measurement of rotating tools on a machine tool, the case may arise that interruptions of a measuring beam, which are significantly smaller than interruptions caused by droplets still originate from a tool and thus do not constitute a false measurement.
Solche Messsignale können von einer sich drehenden Schneide intermittierend auftreten. Im Unterschied zu einer zum Beispiel Tropfenstörung ist jedoch eine derartige Änderung des Messstrahls periodisch. Dementsprechend kann eine periodische Änderung des Messstrahls einem Messsignal zur Weiterleitung an eine Werkzeugmaschine zugeordnet werden. Vorzugsweise wird jedoch nur von einem Messsignal ausgegangen, wenn die Periode zwischen vorgegebenen Grenzwerten liegt.Such measurement signals may occur intermittently from a rotating blade. However, unlike, for example, a drop disturbance, such a change in the measuring beam is periodic. Accordingly, a periodic change of the measuring beam can be assigned to a measuring signal for transmission to a machine tool. Preferably, however, only one measurement signal is assumed if the period lies between predefined limit values.
Zur Vereinfachung der Messprozedur wird im Weiteren vorgeschlagen, dass die Kontrolleinheit derart konfiguriert ist, jeden von der Messvorrichtung erfassten Messpuls aufgrund einer Änderung des Messstrahls um eine vorgegebene Zeitspanne ΔT zu verlängern. Das hat zur Folge, dass ein periodisches Signal mit einer Periodendauer, die kleiner ist als ungefähr die zweifache Zeitspanne ΔT als konstantes Messsignal wahrgenommen wird. Denn zweimal in jeder Periode wird ein Messimpuls erfasst, der jeweils um die Zeitspanne ΔT verlängert wird, womit die Lücken zwischen den Messimpulsen gerade zum konstanten Messsignal aufgefüllt werden. Damit erscheinen periodische Signale mit der diskutierten Periodendauer wie ein konstant anliegendes Signal, jedenfalls ein Signal, das länger anliegt, als zum Beispiel eine Zeitspanne TMess. Bei einer solchen Ausführungsform kann dann auch unter Berücksichtigung von periodischen Signalen eine Entscheidung auf Vorhandensein eines Fehlsignals oder Messsignals darauf beschränkt werden, ob ein Signal länger als die vorgegebene Zeitspanne TMess anliegt. Das macht die Messvorrichtung robust und einfach.In order to simplify the measuring procedure, it is further proposed that the control unit be configured to extend each measuring pulse detected by the measuring device due to a change in the measuring beam by a predetermined period ΔT. This has the consequence that a periodic signal with a period shorter than about twice the time .DELTA.T is perceived as a constant measurement signal. Because twice in each period, a measuring pulse is detected, which is extended by the time .DELTA.T, so that the gaps between the measuring pulses are just filled to the constant measurement signal. Thus, periodic signals with the period under discussion appear as a constantly applied signal, in any case a signal that is applied longer than, for example, a time period T Mess . In such an embodiment, taking into account periodic signals, a decision as to whether or not a false signal or measurement signal is present can then be limited to whether a signal is applied for longer than the predetermined time period T Mess . This makes the measuring device robust and easy.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Messvorrichtung als separate Baueinheit ausgebildet. Durch diese Maßnahme wird es möglich, zum Beispiel eine bestehende Laserlichtschrankenanordnung nachzurüsten, um den Zeitaufwand für eine Messung an einer Werkzeugmaschine zu optimieren.In a preferred embodiment of the invention, the measuring device is designed as a separate structural unit. This measure makes it possible, for example, to retrofit an existing laser light barrier arrangement in order to optimize the time required for a measurement on a machine tool.
Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung kann jedoch auch bereits in eine Sensoranordnung, zum Beispiel eine Laserlichtschrankenanordnung integriert sein.However, a measuring device according to the invention can also already be integrated into a sensor arrangement, for example a laser light barrier arrangement.
Anstelle einer Laserlichtschranke sind auch Sensoren mit einem Messstrahl denkbar, bei welchen eine Reflektion des Messstrahls, zum Beispiel an einem Werkzeug ausgewertet wird. Möglich ist auch ein anderes Frequenzspektrum als Licht.Instead of a laser light barrier, sensors with a measuring beam are also conceivable in which a reflection of the measuring beam, for example on a tool, is evaluated. Also possible is a different frequency spectrum than light.
Ein weiterer wesentlicher Aspekt der Erfindung betrifft eine Sensoranordnung, bei welcher eine Änderung eines Messstrahls durch ein Objekt, zum Beispiel durch ein Werkzeug erfasst wird, und bei welcher Düsenmittel vorgesehen sind, mit denen im Bereich des Messstrahls eine Gasströmung erzeugbar ist. Zum Beispiel sind Düsenmittel in einer Weise vorhanden, dass entlang des kompletten Messstrahls eine Gasströmung, zum Beispiel eine Druckluftströmung auftritt. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Vielzahl von Düsen unterhalb des Messstrahls angeordnet sind, welche mit Blasluft beaufschlagbar sind.Another essential aspect of the invention relates to a sensor arrangement in which a change in a measuring beam is detected by an object, for example by a tool, and in which nozzle means are provided with which a gas flow can be generated in the region of the measuring beam. For example, nozzle means are provided in such a way that a gas flow, for example a flow of compressed air, occurs along the entire measuring jet. This can be achieved in that a plurality of nozzles are arranged below the measuring beam, which can be acted upon with blown air.
Der Gasstrom soll verhindern, dass es gar nicht dazu kommt, dass Tropfen in den Messstrahl fallen können, da sie vorher von der Gasströmung auf eine andere Bahn gelenkt werden, die den Messstrahl nicht schneidet.The gas flow is to prevent that it does not come at all, that drops can fall into the measuring beam, as they are previously steered by the gas flow to another track that does not cut the measuring beam.
Zeichnungen:Drawings:
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden unter Angabe weiterer Vorteile und Einzelheiten nachstehend näher erläutert. Es zeigen:Several embodiments of the invention are illustrated in the drawings and will be explained in more detail below, indicating further advantages and details. Show it:
Figur in schematischer Darstellung ein von einer Sensoranordnung aufgenommenes Signal und ein auf dieser Grundlage an eine Maschinensteuerung weiter geleitetes Messsignal undFIG. 1 shows a schematic representation of a signal recorded by a sensor arrangement and a measurement signal forwarded on this basis to a machine control system, and FIG
Beschreibung der Ausführungsbeispiele:Description of the embodiments:
In
Um dies zu vermeiden, ist eine elektrische Schaltung in der Lichtschrankenanordnung vorgesehen, die Änderungen im Laserstrahl
Zum Beispiel wird wie in
Bevor jedoch das Werkzeug
Bei einer bekannten Ausführungsform aus dem Stand der Technik hätte eine erste Unterbrechung zum Zeitpunkt T0 zur Folge, dass die Werkzeugbewegung gestoppt wird. Daraufhin würde die Länge der Unterbrechung TTropfen erfasst, und bei einer Feststellung, dass es sich lediglich um eine ”Tropfen-Unterbrechung” handelt, der Bewegungsvorgang des Werkzeugs in Richtung Laserstrahl fortgesetzt. Weitere Unterbrechungen durch Tropfen zu den Zeitpunkten T1 und T2 hätten ebenfalls den Stopp der Spindel mit Auswertung der Länge der Unterbrechung und anschließendem Fortsetzen der Werkzeugbewegung als Folge.In a known embodiment of the prior art, a first interruption at time T 0 would cause the tool movement to be stopped. Thereupon, the length of the interruption T drops would be detected, and upon determining that it is merely a "drop break", the movement of the tool continues in the direction of the laser beam. Further interruptions by drops at the times T 1 and T 2 would also have the stop of the spindle with evaluation of the length of the interruption and then continuing the tool movement as a result.
Durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung werden zwar auch die Unterbrechungen zu den Zeitpunkten T0, T1 und T2 erfasst. Die Tropfenunterbrechungen verursachen jedoch keinen Stopp der Werkzeugbewegung, weil durch diese Unterbrechungen die Messvorrichtung kein Messsignal an eine Werkzeugzeugmaschinensteuerung der Werkzeugmaschine ausgibt. Die Pulse
Zum Zeitpunkt T3 unterbricht schließlich das Werkzeug
Eine weitere Möglichkeit einen Zeitverlust zu vermeiden, ist aus
Unterhalb des Laserstrahls
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- LaserlichtschrankenanordnungLaser light barrier arrangement
- 22
- Grundkörperbody
- 33
- U-SchenkelU-leg
- 44
- U-SchenkelU-leg
- 55
- Laserstrahllaser beam
- 66
- WerkzeugTool
- 77
- Spindelspindle
- 88th
- Düsejet
- 99
- PulsPulse
- 1010
- PulsPulse
- 1111
- PulsPulse
- 1212
- Signalverlaufwaveform
- 1313
- Signalverlaufwaveform
- 1414
- Laserstrahllaser beam
- 1515
- DruckluftdüsenanordnungCompressed air nozzle assembly
- 1616
- Düsejet
- 1717
- Strömungskegelflow cone
- 1818
- LaserlichtschrankenanordnungLaser light barrier arrangement
Claims (9)
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