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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung für eine Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Stand der Technik
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Manche Werkzeugmaschinen sind dazu ausgelegt, zwei oder mehr Werkstücke gleichzeitig zu bearbeiten. Neben einer höheren Produktionsrate kann dies auch in einer höheren erreichbaren Fertigungsgenauigkeit begründet sein. Beispielsweise können gleiche oder komplementäre Formen mit Werkzeugen hergestellt werden, die mit gemeinsamen Spindeln und Wellen entlang gleichen Raumachsen führen lassen.
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Im Gegensatz zur Bearbeitung, können die Messvorgänge jedoch häufig nicht simultan sondern nur nacheinander jeweils einzeln an jedem Werkstück durchgeführt werden, wodurch sich die Bearbeitungszeiten entsprechend verlängern.
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Die Erfindung stellt eine verbesserte Messvorrichtung für Werkzeugmaschinen vor.
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Aufgabe und Vorteile der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung zur Verfügung zu Stellen, mit der sich die Gesamtverweilzeit von Werkstücken in Werkzeugmaschinen verkürzen lässt.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung für eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte und vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die Erfindung geht von einer Messvorrichtung für eine Werkzeugmaschine aus, wobei die Messvorrichtung eine Erfassungseinrichtung und mindestens zwei Messtaster umfasst. Dabei sind die Erfassungseinrichtung und die Messtaster für eine kabellose Signalübertragung zumindest von jedem der Messtaster an die Erfassungseinrichtung ausgebildet.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, dass an der Erfassungseinrichtung Empfangsparameter vorgegeben sind, wobei die Empfangsparameter zur Vorgabe einer Folge von nicht überlappenden Zeitabschnitten vorgesehen sind, in der jedem Zeitabschnitt genau einer der Messtaster derart zugeordnet ist, dass ein in einem der Zeitabschnitte empfangenes Signal dem Messtaster des jeweiligen Zeitabschnitts zugewiesen wird, und dass jeder der Messtaster mit einer Elektronikeinheit ausgestattet ist, in der Sendeparameter vorgegeben oder einstellbar sind, mit denen die Elektronikeinheit ein Senden von Messwerten nur in solchen Zeitabschnitten zulässt, die einer Teilfolge der Folge von Zeitabschnitten zugeordnet sind, deren Zeitabschnitte dem jeweiligen Messtaster zugeordnet sind, wobei die jeweiligen Elektronikeinheiten der Messtaster zur Erfassung eines Synchronisationssignals ausgebildet sind, mit dem in jeder Elektronikeinheit die Teilfolge von Zeitabschnitten, in denen der jeweilige Messtaster sendet auf die Folge von Zeitabschnitten, in denen die Erfassungseinrichtung empfängt, abgestimmt wird.
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Dabei können die Zeitabschnitte in einer Folge unmittelbar aufeinanderfolgen. Zwischen Zeitabschnitten, beispielsweise immer zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten, kann ein zeitlicher Abstand vorgesehen sein. Dadurch sind vorteilhaft zeitliche Ungenauigkeiten zwischen der Erfassungseinrichtung und den Messtastern kompensierbar.
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In einem solchen zeitlichen Abstand kann z. B. eine Übertragung von jedem der Messtaster zur Erfassungseinheit unterbunden sein. Der zeitliche Abstand kann beispielsweise zur Signalübertragung von der Erfassungseinrichtung zu ein oder mehreren Messtastern von z. B. Statusinformationen und insbesondere von zusätzlichen Synchronisationsinformationen vorgesehen sein.
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In der Erfassungseinheit können z. B. eine Dauer der Zeitabschnitte und z. B. eine Anzahl der Messtaster als Empfangsparameter vorgegeben sein. Wenn die Zeitabschnitte für die einzelnen Messtaster nach dem Synchronisationssignal unmittelbar aufeinanderfolgen, ist durch eine Recheneinheit, mit der die Erfassungseinrichtung ausgestattet sein kann, aus der Dauer und der Anzahl für jeden einzelnen Zeitabschnitt eine Verzögerungszeit vergleichsweise einfach berechenbar. Daraus ergibt sich eine Folge von Zeitabschnitten, denen sich empfangene Messsignale derart zuweisen lassen, dass die Messsignale schließlich durch z. B. das Erfassungsgerät 2 den jeweiligen Messtastern 3, 4 zuordenbar sind.
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An den Messtastern kann in entsprechender Weise ein Sendeparameter für einen Rang in einer vorgegebenen Reihenfolge und ebenfalls eine Dauer eines Zeitabschnitts als Sendeparameter vorgegeben oder auch einstellbar sein. Hierdurch kann die Elektronikeinheit jedes Messtasters aus dem jeweiligen Zeitrang und der Dauer den Zeitabschnitt, in dem gesendete Messdaten dem jeweiligen Messtaster zugeordnet sind, berechnen und ein Senden innerhalb dieses Zeitabschnitts nach einem Synchronisationssignal zulassen. Die Folge kann durch ein erneut bereitgestelltes, z. B. periodisch auftretendes, Synchronisationssignal wiederholbar sein.
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Des Weiteren kann eine Folge von Zeitabschnitten derart vorgegeben sein, dass von jedem Messtaster Signale mehrfach insbesondere zyklisch nach einem Synchronisationssignal empfangbar sind. Ein weiterer Empfangsparameter kann daher z. B. eine Anzahl von Zeitabschnitten sein, die einer vorgegebenen Reihenfolge der Messtaster für zyklische Wiederholungen entspricht. Dadurch können nach dem Synchronisationssignal für jeden Messtaster jeweils mehrere Zeitabschnitte zur Signalübertragung zugelassen sein. Zum Auslösen eines Empfangs- und Sendebetriebs ist das Synchronisationssignal vorgesehen, mit dessen Erkennung ein gemeinsamer Startzeitpunkt für die Folge von Zeitabschnitten in der Erfassungseinrichtung und die Teilfolgen von Zeitabschnitten in den Messtastern bestimmbar ist.
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Durch die in der Erfassungseinrichtung vorgegebenen Empfangsparameter der Folge von Zeitabschnitten und durch die Zuordnung der Zeitabschnitte zu jeweils einem der Messtaster, ergeben sich aus einer eingestellten Folge von Zeitabschnitten mehrere Teilfolgen, von denen jede jeweils nur Zeitabschnitte des zugeordneten Messtasters umfasst. Durch Vorgabe oder auch durch Einstellen der Sendeparameter des jeweiligen Messtasters auf die Werte der Empfangsparameter der entsprechenden Teilfolge an der Erfassungseinrichtung, lässt sich jeder der Messtaster auf die Erfassungseinrichtung abstimmen. Dadurch kann jeder Messtaster genau in dem Zeitabschnitt oder in den Zeitabschnitten ein oder mehrere Messereignisse senden, in dem oder in denen die Erfassungseinrichtung nach dem Synchronisationssignal eine Übertragung vom jeweils zugeordneten Messtaster erwartet.
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Das Synchronisationssignal kann beispielsweise von außerhalb der erfindungsgemäßen Messvorrichtung empfangbar und beispielsweise durch eine Werkzeugmaschine bereitgestellt sein. In einer bevorzugten Ausführung. der Erfindung ist die Erfassungseinrichtung zur Bereitstellung des Synchronisationssignals ausgebildet. Dadurch kann die Erfassungseinrichtung im Zuge einer Signalisierung des Synchronisationssignals auch Sendeparameter für die Messtaster an diese übertragen.
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Vorzugsweise sind die Messtaster und gegebenenfalls auch die Erfassungseinrichtung mit jeweils einer eigenen Energieversorgung, insbesondere mit einem eigenen Energiespeicher wie z. B. einer Batterie oder auch z. B. einem Akkumulator, ausgestattet, so dass auch deren Energieversorgung vorteilhaft nicht durch elektrische Kabelverbindungen und Kontakte hinsichtlich einer bewegbaren Anbringung und in ihrer Zuverlässigkeit eingeschränkt sind.
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Mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung können mehrere Messtaster gleichzeitig zur Prüfung geometrischer Abmessungen betrieben werden. Dabei sind vorteilhaft gegenseitige Störungen der Messtaster bei der kabellosen Übertragung von Messdaten vermeidbar, weil sich durch die Einstellbarkeit der Sende- und Empfangsparameter jedem Messtaster jeweils ein exklusiv nutzbarer Zeitabschnitt zuweisen lässt, in welchem bei geeigneter Einstellung keiner der anderen Messtaster senden und dadurch stören kann. An den Messtastern kann dabei der Messvorgang bei einem Tastereignis von der Übertragung des Messereignisses entkoppelt sein, wodurch mehrere, unabhängig von einander messende Messtaster vorteilhaft gleichzeitig an einer Werkzeugmaschine einsetzbar sind.
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Durch die Auslösbarkeit des Sendebetriebs der Messtaster und des Empfangsbetriebs der Erfassungseinrichtung lässt sich bei geeigneter Einstellung der Sende- und Empfangsparameter gewährleisten, dass bei der Übertragung von Messsignalen an die Erfassungseinrichtung kein Zeitversatz zwischen zwei oder mehreren Messtastern auftritt. Dadurch ist während eines Messbetriebs eine Überlappung von Zeitabschnitten verschiedener Messtaster vermeidbar, in welchem zwei oder mehr Messtaster gleichzeitig senden und sich gegenseitig stören können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Empfangsmittel der Erfassungseinrichtung vergleichsweise einfach aufgebaut sein können.
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An den Messtastern können die Sendeparameter der Elektronikeinheit z. B. elektronisch oder z. B. mechanisch einstellbar sein. Für eine manuelle Einstellung durch einen Benutzer können ein oder mehrere der Messtaster z. B. mechanische Einstellelemente wie z. B. einen Drehschalter oder z. B. DIP-Schalter aufweisen. Um ein versehentliches verstellen zu vermeiden, können ein oder mehrere Einstellelemente z. B. derart ausgebildet sein, dass sie nur mit Hilfe eines Werkzeugs, z. B. eines Schraubendrehers, erreichbar bzw. einstellbar sind. Für eine elektronische Einstellbarkeit können die Messtaster beispielsweise zur Aufnahme einer elektronischen Speicherkarte ausgebildet sein, wobei Werte der Sendeparameter mit einem elektronischen Rechnersystem, z. B. einem Personal Computer oder z. B. einem Notebook-Rechner, erstellbar und auf der Speicherkarte abspeicherbar sind.
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An der Erfassungseinrichtung sind die Empfangsparameter insbesondere werksseitig vorgegeben, wodurch sich eine Inbetriebnahme der Messvorrichtung vereinfachen lässt. Wegen der vergleichsweise geringen Störanfälligkeit ist es bevorzugt, dass die Messtaster und die Erfassungseinheit für eine kabellose Signalübertragung mit Infrarotlicht ausgebildet sind. Für eine kabellose Verbindung können die Messtaster und die Erfassungseinheit aber auch für eine Signalübertragung mit Funkwellen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise sind Signale, mit denen die Messtaster Messereignisse senden, digital kodierte Signalverläufe. Dadurch ist eine vergleichsweise zuverlässige Übertragung von Messdaten möglich. Mit einem durch einen der Messtaster erfassbaren Messereignis können mehrere unterschiedliche Daten verbunden sein, die zusammen einen Datensatz bilden. Daher ist es bevorzugt, wenn an den Messtastern und an der Erfassungseinrichtung eine Dauer von Zeitabschnitten und eine Übertragungsrate für den Sende- und Empfangsbetrieb derart aufeinander abstimmbar sind, dass in einem Zeitabschnitt zumindest ein Datensatz vollständig übertragbar ist. Gegebenenfalls kann am Messtaster auch die Datenmenge eines Datensatzes einstellbar sein.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass Sendeparameter der Messtaster und Empfangsparameter der Erfassungseinrichtung an Kontrollparameter einer Bewegungssteuerung einer Werkzeugmaschine anpassbar sind. Ein Beispiel für einen solchen Kontrollparameter ist die Zykluszeit eines Kontrollzyklus einer Bewegungssteuerung. Aktuell liegen Werte der Zykluszeit für Werkzeugmaschinen häufig im Bereich zwischen 10 Millisekunden und 100 Mikrosekunden. Für einen sicheren Betrieb einer Werkzeugmaschine ist es bevorzugt, dass zwischen einem Tastereignis und dessen Verfügbarkeit in einer Bewegungssteuerung nur vergleichsweise wenige Kontrollzyklen vergehen. Hierfür können in der Erfassungseinrichtung und in den Elektronikeinheiten der Messtaster Zeitabschnitte beispielsweise auf maximal eine Millisekunde begrenzt sein.
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Vorzugsweise sind die Messtaster und die Erfassungseinheit für eine kabellose Signalübertragung von der Erfassungseinheit an die Messtaster ausgebildet. So können in den Messtastern und in der Erfassungseinrichtung z. B. Transceiver für eine bidirektionale, insbesondere digitale Infrarotübertragung eingebaut sein. Dadurch ist die Übertragungsstrecke in beiden Richtungen nutzbar und der Aufwand für einen zusätzlichen Übertragungsweg verzichtbar.
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Eine solche Ausführung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Erfassungseinheit zur Erzeugung des Synchronisationssignals ausgebildet ist. Hierfür kann die Erfassungseinrichtung mit einem Referenzzeitgeber mit vorgegebener zeitlicher Genauigkeit ausgestattet sein. Dementsprechend sind die Messtaster vorzugsweise zum kabellosen Empfang des Synchronisationssignals von der Erfassungseinrichtung ausgebildet. Dies ermöglicht eine Ausstattung der Messtaster mit vergleichsweise einfacheren Zeitgebern. Mit einer einstellbaren Häufigkeit des Sendens des Synchronisationssignals von der Erfassungseinrichtung ist dabei eine Genauigkeit der Synchronisation der Messtaster und der Erfassungseinrichtung an eine Anwendung der Messvorrichtung anpassbar. Zudem lässt sich die gesamte erfindungsgemäße Messvorrichtung mit einem Referenzzeitgeber in der Erfassungseinrichtung vergleichsweise leichter mit einer Werkzeugmaschine synchronisieren.
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Für eine Zuordnung von Tastereignissen zu anderen Betriebsereignissen, insbesondere zu erfassten Sensorwerten an einer Werkzeugmaschine, sind die Messtaster jeweils mit einem Zeitgeber ausgestattet sind, wobei bei einem Tastereignis die Elektronikeinheit des jeweiligen Messtasters dazu ausgebildet ist, den Zeitgeber auszulesen und den Wert an die Erfassungseinheit zu senden. Dadurch können die Tastereignisse beispielsweise Positionsdaten von ein oder mehreren Bewegungsachsen einer Werkzeugmaschine mit Hilfe der Zeitangaben zugeordnet werden, wodurch eine Übereinstimmung von Ist- und Sollwerten einer Geometrie z. B. eines Werkzeugs oder z. B. eines Werkstücks überprüfbar ist.
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Die Erfassungseinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein in einem Zeitabschnitt empfangener Messwert der jeweiligen Zuordnung zu einem Messtaster entsprechend an eine Werkzeugmaschine übertragbar ist. Hierfür kann die Erfassungseinrichtung mehrere Signalausgänge aufweisen, wobei in der Erfassungseinrichtung jedem der Signalausgänge ein Messtaster zuordenbar ist. Eine entsprechende Zuordnung kann z. B. für eine schnelle Übertragung fest vorgegeben sein. Gegebenenfalls kann eine entsprechende Zuordnung von Signalausgängen auch konfigurierbar ausgelegt sein. Dadurch ist die erfindungsgemäße Messvorrichtung auch in Fertigungsbereichen einsetzbar, in denen Flexibilität eine Rolle spielt.
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Des Weiteren ist es bevorzugt, dass die Erfassungseinrichtung eine insbesondere digitale Kommunikationsschnittstelle aufweist, die zum Datenaustausch mit einer Werkzeugmaschine ausgebildet ist. Die Kommunikationsschnittstelle kann z. B. eine industrielle Feldbusschnittstelle oder ein LAN-Anschluss, insbesondere für Ethernet-Netzwerke, sein. Dies erleichtert vorteilhaft eine Integration der erfindungsgemäßen Messvorrichtung insbesondere in eine Werkzeugmaschine.
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Nachfolgend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit Hilfe von Zeichnungen erläutert, wobei weitere Vorteile aufgeführt werden.
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Es zeigen:
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1 eine schematische, perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Messsystems mit zwei Messtastern und einem Empfänger,
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2a eine schematische Seitenansicht einer vertikalen Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Erfassungsgeräts,
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2b eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Messtasters,
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2c eine schematische Aufsicht einer Elektronikeinheit eines Messtasters,
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3 eine schematische, perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Messsystem,
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4 ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Signalübertragungsbetriebs eines erfindungsgemäßen Messsystems,
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5 ein Diagramm zur schematischen Darstellung einer Signalübertragungsbetriebs eines erfindungsgemäßen Messsystems.
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Die 1, 2a, 2b und 2c zeigen ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Messsystems 1 in einer Konfiguration mit einem Erfassungsgerät 2 und zwei Messtastern 2 und 3. Dabei ist das Erfassungsgerät 2 zur Erfassung von Signalen der Messtaster 3, 4 vorgesehen, wobei das Erfassungsgerät 2 zur Bereitstellung von Daten, insbesondere Messdaten der Messtaster 3, 4 an Werkzeugmaschinen ausgebildet ist. Das Erfassungsgerät 2 ist vorteilhaft auch in Konfigurationen mit z. B. nur einem Messtaster und z. B. auch mit drei oder mehr Messtastern betreibbar.
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Der Messtaster 3 ist gemäß 2b mit einem Aufnahmekegel 5 versehen, der zum Einspannen des Messtasters 3 in einer Werkzeugaufnahme 18 einer Werkzeugmaschine 11, wie sie in 3 gezeigt ist, vorgesehen ist
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Der Messtaster 3 ist mit einer Elektronikeinheit 6 ausgestattet. Mit einem Einstellelement 34 am Gehäuse des Messtasters 3 sind Sendeparameter in der Elektronikeinheit 6 einstellbar. Die Elektronikeinheit 6 ist zur Erkennung von Tastereignissen ausgebildet, bei denen beispielsweise ein Taststift 15 des Messtasters 3 ausgelenkt ist, wenn ein Tastkörper 16 mit einer vorgegebenen Geometrie, z. B. einer Kugel, eine Oberfläche (nicht gezeigt) berührt. Hierfür weist der Messtaster einen Sensor 14 auf, auf den der Taststift 15 bei Auslenkungen einwirkt. Der Sensor 14 kann z. B. ein Schalter (nicht gezeigt), insbesondere ein Unterbrechungsschalter (nicht gezeigt) sein. Der Sensor 14 ist an die Elektronikeinheit 6 angeschlossen und dazu vorgesehen, bei jeder Auslenkung des Taststifts 15 ein Signal an die Elektronikeinheit 6 zu übermitteln.
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Die Elektronikeinheit 6 umfasst, wie in 2c gezeigt, einen Zeitgeber 12 und ist derart ausgelegt, dass zumindest in einem Zustand eines aktivierbaren Messbetriebs bei jedem Empfang eines Signals vom Sensor 14 vom Zeitgeber 12 ein Zeitwert abrufbar ist. Der Zeitwert kann der einzige Wert sein, der als Messwert zur Signalisierung eines Messereignisses vom Messtaster 3 an das Erfassungsgerät 2 vorgesehen ist. Die Elektronikeinheit 6 ist dazu ausgebildet, auf. den Beginn eines z. B. nächsten zugeordneten Zeitabschnitts 28 zu warten, um in diesem Zeitabschnitt 28 das Signal des Sensors 14 zusammen mit dem Zeitwert des Zeitgebers 12 an das Erfassungsgerät 2 zu übertragen.
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Für die Bereitstellung von Kommunikations- und Messfunktionen wie z. B. den zuvor genannten ist die Elektronikeinheit 6 vorzugsweise mit ein oder mehreren elektronischen Verarbeitungseinheiten (nicht gezeigt), z. B. einem Mikroprozessor oder auch z. B. einem digitalen Signalprozessor oder auch z. B. einem programmierbaren Logikelement wie z. B. einem FPGA, ausgestattet. Die vergleichsweise hohe Integrationsdichte solcher Verarbeitungseinheiten ermöglicht einen raum- und energiesparenden Aufbau der Elektronikeinheit 6 innerhalb des Messtasters 3.
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Vorzugsweise ist der Messtaster 4 genau gleich wie der Messtaster 3 ausgebildet, wodurch das Messsystem 1 insbesondere für eine Überwachung einer gleichzeitigen Herstellung baugleicher Bauteile an einer Werkzeugmaschine 18 geeignet ist, wie sie beispielsweise in 3 gezeigt ist.
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Das Messsystem 1 ist für eine Signalübertragung mit Infrarotlicht ausgebildet. Zum Empfang von IR-Signalen ist das Erfassungsgerät 2 mit einem für Infrarotlicht empfindlichen Empfangselement 8 ausgestattet, das z. B. eine Photodiode oder z. B. ein Phototransistor sein kann. Die Messtaster 3, 4 verfügen jeweils über ein Infrarotlicht abstrahlendes Sendeelement 7, z. B. über eine Infrarotlicht emittierende Leuchtdiode (IR-LED). Eine Signalübertragung mit Infrarotlicht bietet den Vorteil einer vergleichsweise geringen Störbarkeit, wenn ein Lichtweg zwischen beteiligten Sende- und Empfangselementen, z. B. eine direkte Sichtverbindung, nicht unterbrochen ist. Vorzugsweise sind das Erfassungsgerät 2 und die Messtaster 3, 4 zur Signalübertragung gemäß einem digitalen Datenprotokoll ausgebildet, wodurch sich die Störanfälligkeit weiter verringern lässt.
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Des Weiteren kann das Erfassungsgerät 2 ein Sendeelement 10 und jeder Messtaster 3, 4 ein Empfangselement 11 besitzen, wodurch vorteilhaft eine bidirektionale Kommunikation zwischen den Messtastern 3, 4 und dem Erfassungsgerät 2 möglich ist.
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Ein Kommunikationsablauf mit einer Folge von Zeitabschnitten 31 und 32 ist in 1 schematisch als ein horizontaler Balken abgebildet. Dabei ist die Zeit nach rechts fortschreitend anzunehmen, während das pfeilartige linke Ende des Balkens die Übertragungsrichtung für Messsignale von den Messtastern 3 und 4 zum Erfassungsgerät 2 beschreibt.
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Den Messtastern 3 und 4 sind jeweils Zeitabschnitte 31 und 32 zugeordnet, wobei beispielsweise dem Messtaster 3 die Teilfolge der Zeitabschnitte 31 und dem Messtaster 4 die Teilfolge der Zeitabschnitte 32 zugewiesen sein kann, in denen die Messtaster 3 und 4 jeweils berechtigt sind, Signale an das Erfassungsgerät 2 zu senden. Dabei können die Zeitabschnitte 31 und 32 jeweils abwechselnd z. B. unmittelbar aufeinanderfolgen. Eine derartige Zuordnung von Zeitabschnitten kann im Erfassungsgerät z. B. werksseitig fest vorgegeben sein. Die Zeitabschnitte können eine fest vorgegebene Dauer, z. B. von einer Millisekunde, aufweisen. Eine oder mehrere Dauern von Zeitabschnitten 31, 32 können am Erfassungsgerät 2 und an den Messtastern 3 und 4 jedoch auch einstellbar bzw. konfigurierbar sein.
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Die Elektronikeinheit 6 der Messtaster 3, 4 ist dazu ausgebildet, dem jeweiligen Messtaster 3, 4 eine Signalisierung nur während der zugeordneten Zeitabschnitte 31 oder 32 zu ermöglichen und außerhalb solcher Zeitabschnitte 31 oder 32 eine Signalübertragung zu blockieren.
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Das Messsystem kann beispielsweise derart ausgelegt sein, dass das Erfassungsgerät 2 nur mit einer Anzahl von Messtastern kommunizieren kann, die höchstens einer vorgegebenen maximalen Anzahl, z. B. von sechs Messtastern, entspricht. Dementsprechend kann am Erfassungsgerät 2 mit einem Einstellelement 33, z. B. einem Drehwählschalter, eine Anzahl tatsächlich eingesetzter Messtaster, z. B. zwei Messtaster, einstellbar sein. Dadurch kann das Erfassungsgerät derart eingerichtet sein, dass aufeinanderfolgende Zeitabschnitte von vorgegebener Dauer abwechselnd jeweils einem der beispielsweise zwei Messtaster 3 oder 4 zugeordnet sind. Die 1 zeigt einen entsprechenden Signalübertragungsablauf, bei dem den Messtastern 3 und 4 Zeitabschnitte 31 und 32 für eine Übertragung an das Erfassungsgerät 2 zyklisch abwechselnd zugeordnet sind.
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Die Wirkung der zuvor beschriebene Einstellung am Erfassungsgerät 2 kann darauf beschränkt sein, dass das Erfassungsgerät 2 beim Empfangsbetrieb z. B. die Zeitabschnitte 31 und 32 in der Weise voneinander unterscheidet, dass in den jeweiligen Teilfolgen von z. B. Zeitabschnitten 31 oder 32 empfangene Signale unterschiedlich behandelt werden. Für die Zuordnung z. B. der Messtaster 3 und 4 kann an diesen jeweils das Einstellelement 34 vorgesehen sein, mit dem eine der Teilfolgen z. B. von Zeitabschnitten 31 oder 32 auswählbar ist. Allerdings kann eine entsprechende Einstellung der Messtaster 3 und 4 auch werksseitig erfolgen und für einen Endanwender festgelegt sein.
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Wenn vom Beispiel abweichend mehr als zwei genutzte Messtaster (nicht gezeigt) am Erfassungsgerät eingestellt sind, kann eine Zuordnung nacheinander von einem der angegebenen Messtaster zum nächsten erfolgen, bis jedem Messtaster jeweils ein Zeitabschnitt zugeordnet wurde und für nachfolgende Zeitabschnitte eine neue Zuordnung z. B. wieder beim ersten Messtaster beginnen kann.
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Um eine Kommunikation mit den Sende- und Empfangsparametern, die beispielsweise mit den Einstellelementen 34 und 33 einstellbar sind, zu beginnen, müssen die Geräte, das Empfangsgerät 2 und die Messtaster 3 und 4, auf einen gemeinsamen Startzeitpunkt und auf ein gemeinsames Zeitmaß abstimmbar sein. Das Zeitmaß kann z. B. eine einheitliche Dauer von Zeitabschnitten 31 und 32 oder z. B. von Bruchteilen einer solchen Dauer sein, das in den Zeitgebern 12 sowohl der Messtaster 3, 4 als auch des Erfassungsgeräts 2 z. B. fest vorgegeben sein kann. Gegebenenfalls können die Messtaster 3, 4 und das Erfassungsgerät jeweils ein z. B. zusätzliches Einstellelement (nicht gezeigt) umfassen, mit dem ein Zeitmaß als Sende- bzw. Empfangsparameter einstellbar ist.
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Beispielsweise kann ein Zeitgeber 12 einer Kommunikationseinheit 7 des Erfassungsgeräts 6 als ein Referenzzeitgeber vorgesehen sein, mit dem ein Aussenden eines Synchronisationssignals von einem Sendeelement 10 des Erfassungsgeräts 2 auslösbar ist. Ein Beginn einer Signalübertragung ist in 4 für die in 1 gezeigten Zeitabschnittsfolge dargestellt, wobei der untere nach links gepfeilte Balken jenem der 1 entspricht. Der obere Balken zeigt zusätzlich einen zeitlichen Synchronisationsabschnitt, während dem das Erfassungsgerät ein Synchronisationssignal aussendet, das von allen entsprechend eingestellten Messtastern 3 und 4 gleichzeitig empfangbar ist.
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Der Zeitgeber 12 ist in der Kommunikationseinheit vorzugsweise auch zur Überwachung des Empfangsbetriebs gemäß einer Folge von Zeitabschnitten 31, 32, insbesondere zur Kontrolle der Zuordnung und Weiterverarbeitung empfangener Signale einsetzbar.
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Die Kommunikationseinheit 7 des Erfassungsgeräts 2 ist insbesondere mit einer Schnittstelle 17 ausgestattet, mit der Signale, insbesondere digitale Datensignale vorzugsweise an eine Werkzeugmaschine übertragbar sind. Die Schnittstelle 17 kann mehrere getrennte Kanäle, insbesondere mehrere getrennte Signalanschlüsse (nicht gezeigt) aufweisen, die jeweils einem der Messtaster 3, 4 zuordenbar sind, um Signale des jeweils zugeordneten Messtasters 3, 4 für eine vergleichsweise schnell Verarbeitung getrennt bereitzustellen.
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Die 3 zeigt ein Beispiel einer Werkzeugmaschine 18, in der ein erfindungsgemäßes Messsystem 1, z. B. das zuvor beschriebene, eingesetzt ist. Die Werkzeugmaschine 18 ist für eine gleichzeitige Bearbeitung von zwei insbesondere baugleichen Werkstücken (nicht gezeigt) ausgebildet, die an zwei Bearbeitungsplätzen 20a und 20b einspannbar sind. Für eine gleichzeitige Bearbeitung ist die Werkzeugmaschine 18 zudem mit zwei Werkzeugspindeln 24 ausgestattet.
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Die Bearbeitungsplätze 20a, 20b befinden sich an einer Oberseite eines Schwenktisches 21, mit dem die Bearbeitungsplätze gemeinsam um eine horizontale Achse schwenkbar angeordnet sind. Die Bearbeitungsplätze 20a und 20b können einzeln drehbar angetrieben sein, wobei Drehbewegungen der beiden Bearbeitungsplätze 20a, 20b vorzugsweise synchronisierbar sind.
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Der Schwenktisch 21 ist an zwei Säulen 22a und 22b schwenkbar gelagert und über die Säulen 22a, 22b mit einem Grundgestell 19 der Werkzeugmaschine 18 verbunden. Die Säulen 22a, 22b sind am Grundgestell 19 vertikal verschiebbar gelagert und sind motorisch insbesondere synchron angetrieben, wodurch eine Höhe der Bearbeitungsplätze 20a, 20b als weitere gemeinsame Bewegungsachse veränderbar ist.
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Auf dem tischartigen Grundgestell 19 sind eine Fahrbrücke 24 und ein Schlitten 23 in einer horizontalen Ebene mit mehreren Antrieben (nicht gezeigt) verschiebbar. Die Fahrbrücke 24 ist dabei am Grundgestell 19 in einer Richtung geführt, in der Abstand der Fahrbrücke 24 zu den Bearbeitungsplätzen 20a, 20b veränderbar ist. Der Schlitten 23 ist an der Fahrbrücke 24 verschiebbar geführt. Dabei lässt sich der Schlitten 23 an der Fahrbrücke 24 rechtwinklig zu Fahrrichtungen der Fahrbrücke 24 in der horizontalen Ebene des Grundgestells 19 verschieben.
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Auf dem Schlitten 23 sind die zwei Werkzeugspindeln 25a und 25 25b angebracht. Daher bilden die geführten Bewegungsrichtungen der Fahrbrücke 24 und des Schlittens 23 gekoppelte gemeinsame Bewegungsachsen zur Bearbeitung von Werkstücken an den Bearbeitungsplätzen 20a und 20b. Die Werkzeugspindeln 25a und 25b sind auf dem Schlitten jedoch getrennt verschiebbar geführt und angetrieben, wobei die Führungsrichtungen der Werkzeugspindeln 25a, 25b auf dem Schlitten parallel zu Fahrbewegungen der Fahrbrücke 24 ausgerichtet sind. Dadurch ist jede der Werkzeugspindeln 25a, 25b unabhängig von der anderen an einen jeweiligen Bearbeitungsplatz 20a, 20b heranfahrbar, um beispielsweise alleine nachträgliche Bearbeitungen z. B. zur Korrektur einer Werkstückform vornehmen zu können.
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Die 3 zeigt die Werkzeugmaschine 18 im Einsatz mit den Messtastern 3 und 4, die in Werkzeugaufnahmen 26 der Werkzeugspindeln 25a und 25b montiert sind. Das Erfassungsgerät 2 ist mit einem Gestänge 30 oberhalb der Bearbeitungsplätze 20a und 20b derart angebracht, dass eine Signalübertragung auf kürzesten Lichtwegen von den Messtastern 3 und 4 an das Erfassungsgerät 2 möglich ist. Die Schnittstelle 17 (2a) der Kommunikationsschnittstelle ist dazu vorgesehen, von den Messtastern 3 und 4 erfasste Signale an eine Kontrolleinrichtung (nicht gezeigt) der Werkzeugmaschine 18 weiterzuleiten. Signale der Messtaster 3 und 4 werden in der Kontrolleinrichtung vorzugsweise zur Kontrolle, insbesondere Begrenzung des Antriebs von Bewegungsachsen der Werkzeugmaschine 18 eingesetzt. Des Weiteren erlauben die Zeitangaben von Tastereignissen der Messtaster 3 und 4 eine Zuordnung zu Sensordaten der Bewegungssteuerung der Werkzeugmaschine 18, aus denen gemessene Positionsdaten ermittelbar sind. Solche Positionsdaten sind z. B. als Ist-Werte mit Soll-Werten vergleichbar, die beispielsweise durch ein CAD-Modell vorgegeben sein können, wodurch die Einhaltung von Fertigungstoleranzmaßen eines Werkstücks und hier insbesondere eine Übereinstimmung von zwei gleichen Werkstücken überprüfbar ist.
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In 5 ist ein weiterer Signalübertragungsablauf gezeigt, für den das Messsystem 1 einstellbar sein kann. Dabei entspricht die Folge von Zeitabschnitten 31, 32 und 36 einer Konfiguration mit den Messtastern 3 und 4 sowie einem dritten nicht gezeigten Messtaster. Dabei ist das Empfangsgerät dazu vorgesehen, jede Folge von Zeitabschnitten 31, 32, 36, bei der jeder Messtaster einmal zum Senden berechtigt ist, mit dem Senden eines Synchronisationssignals in einem Synchronisationsabschnitt 35 auszulösen. Dadurch lassen sich die Zeitgeber 12 insbesondere der Messtaster regelmäßig synchronisieren, um ein Überlappen von Zeitabschnitten bei einem längeren Messbetrieb zu vermeiden. Eine weitere Möglichkeit überlappende Zeitabschnitte zu vermeiden, besteht darin, dass zwischen den Zeitabschnitten 31, 32 und 36 sind Pausenabschnitte 37 eingefügt sind. Durch diese Maßnahmen sind in den Messtastern auch günstige Zeitgeber 12, z. B. Schwingquarzkristalle, einsetzbar ohne die Qualität der Signalübertragung oder von Messwerten zu beeinträchtigen.
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In einer nicht gezeigten Ausführung der Erfindung umfasst ein Messtaster ein Speicherelement, mit dem Sendeparameter einstellbar sind. Vorzugsweise ist der Messtaster für ein wiederholbares Entnehmen des Speicherelements ausgebildet, wobei das Speicherelement z. B. eine persistent speichernde Speicherkarte sein kann. Beispielsweise kann der Messtaster zum wiederholbaren Entnehmen aufschraubbar sein, wodurch sich der Messtaster gegen Umwelteinflüsse vorteilhaft dicht verschließbar ausbilden lässt. Auf der Speicherkarte lassen sich für jeden der eingesetzten Messtaster entsprechende Sendeparameter abspeichern, die zum Beispiel mit einem Computerprogramm für einen verwendeten Satz von Messtaster aufeinander und auf ein zugehöriges Erfassunggerät abstimmen lassen. Weil sich auf einer Speicherkarte vergleichsweise viele Daten speichern lassen, ist dadurch eine größere Zahl von Sende- und Empfangsparametern einstellbar, mit denen sich die Signalübertragung vorteilhaft auf Umgebungseinflüsse abstimmen lässt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messsystem
- 2
- Erfassungsgerät
- 3
- Messtaster
- 4
- Messtaster
- 5
- Aufnahmekegel
- 6
- Elektronikeinheit
- 7
- Kommunikationseinheit
- 8
- Sendeelement
- 9
- Empfangselement
- 10
- Sendeelement
- 11
- Empfangselement
- 12
- Zeitgeber
- 13
- Batterie
- 14
- Sensor
- 15
- Taststift
- 16
- Tastkörper
- 17
- Schnittstelle
- 18
- Werkzeugmaschine
- 19
- Werkzeugtisch
- 20a
- Bearbeitungsplatz
- 20b
- Bearbeitungsplatz
- 21
- Schwenkrahmen
- 22a
- Hubsäule
- 22b
- Hubsäule
- 23
- Schlitten
- 24
- Fahrbrücke
- 25a
- Werkzeugspindel
- 25b
- Werkzeugspindel
- 26
- Werkzeugaufnahme
- 27
- Werkzeugmagazin
- 28
- Werkzeugwechsler
- 29
- Greifer
- 30
- Gestänge
- 31
- Zeitabschnitt
- 32
- Zeitabschnitt
- 33
- Einstellelement
- 34
- Einstellelement
- 35
- Synchronisationsabschnitt
- 36
- Zeitabschnitt
- 37
- Pausenabschnitt
