DE102014111240A1

DE102014111240A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Modellparameters eines virtuellen Werkzeugmodells eines Werkzeugs

Info

Publication number: DE102014111240A1
Application number: DE102014111240.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Meier; Oliver Wenke; Ulrich Brändle; Harry Rein
Original assignee: Walter Maschinenbau GmbH
Current assignee: Walter Maschinenbau GmbH
Priority date: 2014-08-07
Filing date: 2014-08-07
Publication date: 2016-02-11
Also published as: TW201616256A; WO2016020175A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von wenigstens einem Modellparameter (MP) in einem virtuellen Werkzeugmodell (MV). Zunächst wird hierfür das virtuelle Werkzeugmodell (MV) geladen, importiert oder erstellt. Zur Erstellung des virtuellen Werkzeugmodells (MV) wird ein 3D-Scanner (19) verwendet und anhand der Scandaten (SD) aus einer Punktwolke (PW) das virtuelle Werkzeugmodell (MV) bestimmt. Ein Messprogramm (PR) wird erstellt und/oder ausgewählt. Das Messprogramm (PR) gibt wenigstens eine Schnittebene (ES) durch das virtuelle Werkzeugmodell (MV) sowie wenigstens einen zu bestimmenden Modellparameter (MP) vor. Der Modellparameter (MP) wird unter Verwendung der Schnittkontur zwischen dem virtuellen Werkzeugmodell (MV) und der wenigstens einen Schnittebene (ES) ermittelt. Mit Hilfe des Verfahrens bzw. der Vorrichtung kann einfach und schnell wenigstens ein Modellparameter (MP) erfasst werden, über den sich das Werkzeug (17) beschreiben lässt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung wenigstens eines Modellparameters eines virtuellen Werkzeugmodells, wobei der Modellparameter einer Kenngröße eines Werkzeugs entspricht, die durch das virtuelle Werkzeugmodells abgebildet wird.
Das Vermessen von Werkzeugen ist bei der Herstellung von Werkzeugen oder bei der Nachbearbeitung von gebrauchten Werkzeugen wichtig. Beispielsweise können zur Qualitätskontrolle von Werkzeugen Messungen vorgenommen werden, um zu prüfen, ob die das Werkzeug beschreibenden Werkzeugparameter bzw. Kenngrößen des Werkzeugs den Vorgaben entsprechen. Welche Kenngrößen im Einzelnen geprüft werden, hängt von dem zu messenden Werkzeugtyp ab. Durch eine oder mehrere Kenngrößen werden für die Funktion des Werkzeugs und das mit dem Werkzeug erreichbare Arbeitsergebnis relevante Parameter angegeben. Beispielsweise kommen bei spanabhebenden, um ihre Längsachse rotierenden Werkzeugen als Kenngröße der Spanwinkel, der Freiwinkel, der Teilungswinkel zwischen in Umfangsrichtung um die Längsachse benachbarten Schneiden, die Länge des Werkzeugs, der Kerndurchmesser, der Drallwinkel oder die Drallsteigung in Betracht. Abhängig vom konkreten Fall, können diese Kenngrößen in beliebiger Kombination geprüft werden.
Bei modernen Messmaschinen ist es heutzutage Stand der Technik, Werkzeuge mit Hilfe von Durchlichtkamaras und/oder Auflichtkamaras und/oder Messtastern zu messen, um die gewünschten Kenngrößen zu ermitteln. Diese Messverfahren sind heute sehr aufwendig und benötigen eine entsprechend lange Messdauer, um die Vermessung eines Werkzeugs auszuführen. Die Anzahl der Messmaschinen in einer Produktionsstätte soll aber gering gehalten werden. Deswegen ist es in vielen Fällen nicht möglich, sämtliche hergestellten Werkzeuge zu prüfen, so dass eine Stichprobenmessung vorgenommen wird.
In DE 36 35 446 A1 wird ein Verfahren zum Messen verschiedener Parameter von Werkstücken vorgeschlagen. Hierzu wird ein Lasermessgerät verwendet, das ein Laserstrahlband erzeugt. Zur Messung wird das Werkstück mit einer konstanten Geschwindigkeit rechtwinklig zu der Laserstrahlbandebene durch das Laserstrahlband hindurchbewegt. Beim Hindurchbewegen wird das Werkstück vermessen. Zusätzlich kann dabei auch eine rotierende Bewegung des Werkstücks um seine Längsachse erfolgen. Mit diesem Verfahren sollen Durchmesser bzw. Rundheit eines Werkstücks einfach und schnell gemessen werden.
Aus DE 10 2007 016 056 B4 ist außerdem ein Verfahren zum Einmessen von Werkstücken in einer Bearbeitungsmaschine bekannt. Um eine exakte Bearbeitung eines eingespannten Werkstücks vornehmen zu können, wird beim Einmessen dessen Einspannlage ermittelt. Dies erfolgt mit einer Messeinrichtung, beispielsweise mit Hilfe eines Laserscanners. Dadurch wird eine Vielzahl von Oberflächenpunkten auf dem Werkstück ermittelt. Die Oberflächendaten eines idealen Werkstückes sind bekannt. Es wird eine translatorische und/oder rotatorische Relativbewegung zwischen den idealen Oberflächendaten und den erfassten Oberflächenpunkten des eingespannten Werkstücks durchgeführt. Bei einer bestmöglichen Übereinstimmung der erfassten Oberflächenpunkte mit den idealen Oberflächendaten, wird die translatorische und/oder rotatorische Abweichung zwischen dem ideal eingespannten Werkstück und dem real eingespannten Werkstück ermittelt. Diese Abweichung kann für die spätere Bearbeitung verwendet werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik kann es als Aufgabe der vorliegenden Erfindung angesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, mit der sich ein Werkzeugparameter eines zu messenden bzw. zu prüfenden Werkzeugs schnell und einfach erfassen lässt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 16 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt das Bestimmen der wenigstens einen Kenngröße in einer Verarbeitungseinrichtung anhand der Bestimmung eines der Kenngröße entsprechenden Modellparameters eines virtuellen Werkzeugmodells. Die Verarbeitungseinrichtung, die den wenigstens einen Modellparameter am Werkzeugmodell ermittelt, kann Bestandteil einer Messmaschine bzw. Messvorrichtung sein oder durch eine hierfür eingerichtete separate Recheneinheit gebildet sein.
Zunächst wird das dreidimensionale virtuelle Werkzeugmodell des Werkzeugs erstellt, aus einem Speicher geladen oder importiert. Wenn das Werkzeugmodell bereits vorliegt, kann es für das weitere Verfahren verwendet werden. Ansonsten wird das dreidimensionale virtuelle Werkzeugmodell zunächst erzeugt. Hierfür wird ein 3D-Scanner, beispielsweise ein Laserscanner, verwendet, der das Werkzeug aus mehreren Richtungen jeweils rechtwinklig oder parallel zu der Längsachse des Werkzeugs scannt und Scandaten erzeugt. Die Scandaten liegen in Form einer Punktwolke vor, die die Kanten und die Flächen des Werkzeugs beschreibt. Beim Scannen wird das Werkzeug aus mehreren Richtungen vorzugsweise aus mehreren Radialrichtungen und zusätzlich von oben entlang der Längsachse gescannt, so dass die Kanten und Flächen vollständig durch die Punktwolke beschrieben sind. Zur übersichtlichen Visualisierung der Punktwolke kann vorzugsweise durch Bildung von Maschen bzw. durch ein Gittermodel und durch Texturierung der Maschen bzw. des Gittermodells mit bekannten Algorithmen und mathematischen Verfahren ein dreidimensionales Werkzeugmodell aus der Punktwolke erzeugt werden. Alternativ dazu ist es auch möglich, unmittelbar mit der Punktwolke weiterzuarbeiten und die Punktwolke als Werkzeugmodell zu verwenden. Es ist ferner möglich, für die Visualisierung ein flächiges Werkezugmodell aus der Punktwolke zu erzeugen und ansonsten für die Modellparameterermittlung die Punktwolke zugrunde zu legen.
Die Punktwolke, die die Kanten und die Flächen des Werkzeugs beschreibt, kann zur Bildung des Werkzeugmodells bearbeitet werden. Beispielsweise können durch bekannte Algorithmen bzw. mathematische Verfahren nicht benötigte Punkte und/oder offensichtlich fehlerhafte Punkte eliminiert werden.
Nachdem das virtuelle Werkzeugmodell importiert oder erzeugt wurde, wird ein Messprogramm definiert und/oder aus einer bereits vorhandenen Anzahl von Messprogrammen ausgewählt. Jedes Messprogramm beschreibt eine oder mehrere Schnittebenen, die das virtuelle Werkzeugmodell schneiden. Jede Schnittebene ist gegenüber dem virtuellen Raum, in dem das virtuelle Werkzeugmodell erzeugt wird, ortsfest definiert. Beispielsweise kann eine Schnittebene rechtwinklig zu einer Bezugs-Koordinatenachse durch einen Längenwert entlang der Bezugs-Koordinatenachse definiert werden. Eine Schnittebene entlang der Bezugs-Koordinatenachse kann durch einen Drehwinkel in Umfangsrichtung um die Bezugs-Koordinatenachse definiert werden. Es ist ferner auch möglich, beliebig im Raum geneigte Schnittebenen zu definieren.
Das Messprogramm definiert außerdem den wenigstens einen zu bestimmenden Modellparameter. Als Modellparameter kann jeder Parameter verwendet werden, mittels dem eine Kenngröße des Werkzeugs beschrieben werden kann. Vorzugsweise werden stets mehrere Modellparameter in einem Messprogramm ermittelt, um das Werkzeug durch die Modellparameter ausreichend genau zu beschreiben.
Zur Bestimmung dieses wenigstens einen Modellparameters wird jeder Schnittebene wenigstens eine Messaufgabe zugeordnet. Die wenigstens eine Messaufgabe bestimmt in der Schnittebene an der dort erhaltenen Schnittkontur des Werkzeugmodells mit der Schnittebene einen Messpunkt und/oder einen Modellparameter. In einer Schnittebene kann ein oder können mehrere Modellparameter bestimmt werden. Beispielsweise können in einer Quer zur Längsachse des Werkzeugmodells verlaufenden Schnittebene Modellparameter wie Freiwinkel und/oder Spanwinkel und/oder Teilungswinkel und/oder ein Kerndurchmesser usw. bestimmt werden. Es ist zusätzlich oder alternativ auch möglich, in mehreren Schnittebenen jeweils einen Messpunkt an der Schnittkontur zu bestimmen und aus mehreren Messpunkten in unterschiedlichen Schnittebenen einen Modellparameter zu ermitteln. Zum Beispiel kann ein Bezugspunkt einer spiralförmigen Schneide als Messpunkt in mehreren jeweils entlang der Längsachse des Werkzeugmodells verlaufenden Schnittebene ermittelt werden, die relativ zueinander um einen bekannten Drehwinkel um die Längsachse gedreht sind. Aus dem in Längsrichtung vorhandenen Höhenunterschied und dem Drehwinkel kann ein Drallwinkel der spiralförmigen Schneide als Modellparameter ermittelt werden.
Nach dem Starten des Messprogramms wird der wenigstens eine Modellparameter anhand der wenigstens einen gebildeten Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells in der Schnittebene ermittelt, um das dem Werkzeugmodell zugrundeliegende Werkzeug bzw. dessen Kenngrößen zu beschreiben.
Durch die Verwendung eines virtuellen Werkzeugmodells lassen sich die Modellparameter sehr schnell und einfach ermitteln. Hierfür können auch Recheneinheiten verwendet werden, die unabhängig und parallel zu einer Messvorrichtung bzw. Messmaschine betrieben werden können, insbesondere herkömmliche Computer. Das Erzeugen eines virtuellen Werkzeugmodells anhand der Scandaten kann in einer Verarbeitungseinrichtung der Messvorrichtung oder auch in einer davon unabhängigen Recheneinheit erfolgen.
Wenn das virtuelle Werkzeugmodell bereits vorliegt, muss dieses lediglich aus einem Speicher geladen oder importiert und das anzuwendende Messprogramm erstellt oder ausgewählt werden. Solange ein virtuelles Werkzeugmodell zur Bestimmung des wenigstens einen Modellparameters vermessen wird, kann auf einer Messvorrichtung mit Hilfe eines 3D-Scanners bereits ein weiteres Werkzeug eingescannt werden, um die Scandaten zu erzeugen, die der Erstellung des virtuellen Werkzeugmodells zugrunde liegen.
Ein Messprogramm kann dadurch erstellt werden, dass die wenigstens eine Schnittebene gegenüber einem Werkzeugmodell definiert wird. Dabei wird festgelegt, an welcher Stelle bzw. unter welchem Winkel die jeweilige Schnittebene das Werkzeugmodell schneiden soll. Beispielsweise kann die wenigstens eine Schnittebene ortsfest im virtuellen Raum des Werkzeugmodells definiert und das Werkzeugmodell in eine vorgegebene Position und/oder Ausrichtung in dem virtuellen Raum gebracht werden. Es wird dadurch auch die genaue räumliche Relativlage der Schnittebene gegenüber dem Werkzeugmodell vorgegeben. Auf diese Weise lassen sich Messprogramme unabhängig von konkreten Werkzeugmodellen definieren.
Außerdem wird für jede Schnittebene eine Messaufgabe vorgegeben, mittels der anhand der sich dort ergebenden Schnittkontur zwischen dem Werkzeugmodell und der Schnittebene ein Messpunkts festgelegt und/oder ein Modellparameters bestimmt werden kann. Anhand von mehreren Messpunkten aus unterschiedlichen Schnittebenen oder anhand der Schnittkontur in einer einzigen Schnittebene kann dann der wenigstens eine Modellparameter ermittelt werden. Beispielsweise können – wie oben erläutert – in einer Querschnittsebene Modellparameter wie der Kerndurchmesser, der Teilungswinkel, der Spanwinkel, der oder die Freiwinkel usw. ermittelt werden. Durch Festlegung von Messpunkten in mehreren Schnittebenen entlang der Längsachse können auch Modellparameter wie der Drallwinkel oder die Drallsteigung ermittelt werden.
Bei einem vorteilhaften Verfahren ist es auch möglich, eine Abweichung der Längsachse des Werkzeugmodells gegenüber einer Bezugsachse im virtuellen Raum, in dem das dreidimensionale virtuelle Werkzeugmodell angeordnet ist, zu bestimmen und/oder zu kompensieren. Eine solche Abweichung kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass in einer rechtwinklig zur Längsachse des Werkzeugmodells verlaufenden Schnittebene der Mittelpunkt der Schnittkontur bestimmt und die Lageabweichung dieses Mittelpunkts zu der Bezugsachse im virtuellen Raum bestimmt wird. Diese Abweichung kann durch eine entsprechende Verschiebung des virtuellen Werkzeugmodells im virtuellen Raum kompensiert werden.
Durch Ermitteln und/oder Kompensieren einer solchen Abweichung in zwei entlang der Längsachse des Werkzeugmodells voneinander beabstandeten Schnittebenen, kann die Ausrichtung der Längsachse des Werkzeugmodells gegenüber der Bezugsachse im virtuellen Raum ermittelt und/oder eine deckungsgleiche Ausrichtung erreicht werden. Dabei kann eine translatorische Bewegung des Werkzeugmodells im virtuellen Raum und/oder eine rotatorische Bewegung des Werkzeugmodells im virtuellen Raum ausgeführt werden, um die Längsachse des Werkzeugmodells mit der Bezugsachse im virtuellen Raum in Übereinstimmung zu bringen.
Vorzugsweise entspricht die Bezugsachse im virtuellen Raum der Mittelachse einer Werkzeughalterung einer Messvorrichtung für das Messen des Werkzeugs bzw. beim Erzeugen der Scandaten. Wenn die Werkzeuglängsachse dabei nicht mit der Mittelachse der Werkzeughalterung übereinstimmt, entstehen Abweichungen vom Rundlauf bzw. ein Taumeln des Werkzeugs bei dessen Rotation um die Mittelachse einer Werkzeughalterung. Eine solche Abweichung kann daher anhand des Werkzeugmodells und der Lage der Längsachse des Werkzeugmodells gegenüber der betreffenden Bezugsachse im virtuellen Raum erkannt und vorzugsweise kompensiert werden. Das virtuelle Werkzeugmodell kann in eine für die Modellparameterbestimmung mit dem Messprogramm definierte Lage im virtuellen Raum gebracht werden.
Bei dem Definieren von Messprogrammen, die für eine Mehrzahl von gleichartigen Werkzeugen verwendet werden sollen, besteht die Möglichkeit, die Schnittebenen relativ zu dem Koordinatensystem des virtuellen Raums zu definieren. Beim Ausrichten des virtuellen Werkzeugmodells gegenüber dem Koordinatensystem des virtuellen Raums und insbesondere dem Positionieren der Längsachse des Werkzeugmodells entlang der Bezugsachse des Koordinatensystems im virtuellen Raum, kann die Bestimmung der Modellparameter im Werkzeugmodell bei allen Werkzeugmodellen, auf die das Messprogramm angewendet wird, mit derselben Genauigkeit erfolgen. Ungenauigkeiten aufgrund einer fehlerhaften Einspannung des Werkzeugs bzw. der Werkzeuge beim Erzeugen der Scandaten bleiben unberücksichtigt.
Es ist somit möglich, nach dem Ausrichten der Längsachse des Werkzeugmodells gegenüber der Bezugsachse den effektiven Rundlauf des Werkzeugmodells zu ermitteln bzw. eine Unwucht des Werkzeugs festzustellen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann zusätzlich zu der translatorischen und/oder rotatorischen Ausrichtung der Längsachse an der Bezugsachse des virtuellen Koordinatensystems auch eine Drehwinkelabweichung zwischen einer als Referenzebene dienenden Schnittebene durch das virtuelle Werkzeugmodell relativ zu einer Bezugsebene in dem virtuellen Raum bestimmt und/oder kompensiert werden. Beispielsweise kann eine Drehwinkelabweichung einer Längsmittelebene durch das Werkzeugmodell (Referenzebene) gegenüber einer Bezugsebene bestimmt bzw. kompensiert werden. Somit können nicht nur Rundlauf- bzw. Taumelabweichungen ermittelt oder kompensiert werden, sondern auch eine für die Messung des Werkzeugmodells mit dem Messprogramm definierte Drehwinkellage des Werkzeugmodells gegenüber dem Koordinatensystem im virtuellen Raum hergestellt werden.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn wenigstens ein Modellparameter ermittelt wird, der das im Werkstück entstehende Abtragsprofil beeinflusst. Zur Ermittlung eines derartigen Modellparameters kann das Werkzeugmodell in dem virtuellen Raum um eine virtuelle Drehachse gedreht werden und daraus eine virtuelle Hüllkurve erzeugt werden. Vorzugsweise entspricht die virtuelle Drehachse der Längsachse des Werkzeugmodells. Gegebenenfalls kann eine Abweichung der Längsachse von der virtuellen Drehsachse wie oben beschrieben kompensiert werden, um Rundlauf- und Taumelfehler bei der Bestimmung der virtuellen Hüllkurve zu vermeiden.
Vorzugsweise kann anhand der Hüllkurve wenigstens ein weiterer Modellparameter ermittelt werden, beispielsweise ein Stufenwinkel und/oder eine Stufenlänge eines Stufenwerkzeugs und/oder ein Schneidkantenradius.
Bei einem weiteren vorteilhaften Ausführungsbeispiel des Verfahrens werden zur Verbesserung der Genauigkeit des virtuellen Werkzeugmodells neben den Scandaten eines 3D-Scanners die Daten von zumindest einer weiteren Messeinrichtung, vorzugsweise einer Durchlichtkamera und/oder Auflichtkamera und/oder Tasteinrichtung verwendet. Insbesondere kann nach dem Definieren und/oder dem Auswählen eines Messprogramms und vor dem Starten des Messprogramms eine Messdatenerfassung mit Hilfe dieser zusätzlichen Messeinrichtung veranlasst werden. Die Messeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgewählt, dass diese gegenüber einem 3D-Scanner eine höhere Genauigkeit bei der Erfassung von Kanten aufweist. Ein als 3D-Scanner verwendeter Laserscanner, der auf dem Triangulationsprinzip beruht, ist häufig bei der Kantenerfassung nicht ausreichend genau, da das Laserlicht beim Auftreffen auf die Kante in unterschiedliche Richtungen reflektiert wird. Durch die Messdaten der zusätzlichen Messeinrichtung kann insbesondere im Bereich solcher Kanten das virtuelle Werkzeugmodell ergänzt und die Genauigkeit des Modells erhöht werden.
Vorzugsweise wird nach dem Auswählen eines Messprogramms zur Bestimmung der Modellparameter die zusätzliche Messeinrichtung nur in dem wenigstens einen Abschnitt des Werkstücks zur Messdatenerfassung eingesetzt, in dem sich im Werkzeugmodell die wenigstens eine Schnittebene des Messprogramms befindet. Dadurch kann eine komplette Vermessung des Werkzeugs mit einer zusätzlichen Messeinrichtung vermieden und die Messeinrichtung gezielt an den Stellen verwendet werden, an denen später die Modellparameter ermittelt werden. Beispielsweise kann die Messung mit der zusätzlichen Messeinrichtung auf die Bereiche des Werkzeugs beschränkt werden, in denen sich die wenigstens eine Schnittkontur zwischen dem Werkzeugmodell und der wenigstens einen Schnittebene befindet. In einer weiteren Ausgestaltung kann auch die Messung mit der zusätzlichen Messeinrichtung auf Teile der wenigstens einen Schnittkontur beschränkt werden, in denen ein Messpunkt und/oder ein Modellparameter bestimmt werden soll. Die zu messenden Bereiche des Werkzeugs ergeben sich durch das Messprogramm. Eine Erhöhung der Genauigkeit in anderen Bereichen des Werkzeugmodells ist nicht notwendig.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren ein für einen bestimmten Werkzeugtyp erstelltes, vorhandenes Messprogramm und/oder das ursprüngliche virtuelle Werkzeugmodell des Werkzeugs, das der Erstellung des Messprogramms zugrunde lag, als A-Priori-Wissen beim Scannen eines weiteren Werkzeugs des gleichen Werkzeugtyps mit dem 3D-Scanner verwendet wird. Es ist dabei vorteilhaft, wenn anhand dieses definierten oder ausgewählten Messprogramms das zu scannende Werkzeug durch den 3D-Scanner nur in dem wenigstens einen Abschnitt zumindest teilweise gescannt wird, in dem sich im Messprogramm bzw. im ursprünglichen virtuellen Werkzeugmodell, die wenigstens eine, durch das Messprogramm vorgegebene Schnittebene befindet und/oder in dem sich in der Schnittkontur des ursprünglichen virtuellen Werkzeugmodells mit der wenigstens einen Schnittebene eine Ecke oder Kante befindet. Dadurch kann beim Scannen mehrerer gleichartiger Werkzeuge desselben Werkzeugtyps die dafür notwendige Zeit reduziert werden, speziell bei großen und/oder langen Werkzeugen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bzw. der Messvorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung sowie der Zeichnung. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild eine Ausführungsbeispiels einer Messvorrichtung in einer Seitenansicht auf ein zu messendes Werkzeug,
2 das Ausführungsbeispiel nach 1 in einer Draufsicht auf das zu messende Werkzeug,
3 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Ablaufs eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 bis 9 jeweils unterschiedliche Ansichten einer Anzeigeeinheit bzw. einer Bedienoberfläche zur Steuerung des Verfahrensablaufs bzw. zur Steuerung der Messvorrichtung.
In den 1 und 2 ist schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 15 veranschaulicht. Die Messvorrichtung 15 hat eine Werkzeughalterung 16 zur Aufnahme eines zu messenden Werkzeugs 17. Die Werkzeughalterung 16 ist über einen Drehantrieb 18 um eine Drehachse D drehbar. Befindet sich das Werkzeug 17 in der Werkzeughalterung 16, erstreckt sich die Längsachs des Werkzeugs 17 im Idealfall entlang der Drehachse D. Liegt ein Einspannfehler vor, so ist die Längsachse des Werkzeugs 17 parallel zur Drehachse D verschoben und/oder in eine oder mehrere Raumrichtungen zur Drehachse D geneigt.
Die Messvorrichtung 15 weist außerdem einen 3D-Scanner 19 auf. Der 3D-Scanner 19 und/oder die Werkzeughalterung 16 können relativ zueinander in einem oder mehreren translatorischen und/oder rotatorischen Freiheitsgraden bewegbar sein. Der 3D-Scanner 19 ist beispielsgemäß als Laserscanner ausgeführt, der zumindest einen Laserstrahl 20 auf das zu messende Werkstück 17 richtet. Wie in 1 stark schematisiert veranschaulicht, kann der 3D-Scanner 19 in unterschiedliche Relativlagen zu der Werkzeugaufnahme 16 bzw. dem Werkzeug 17 gebracht werden. Das Werkzeug 17 kann insbesondere in Richtung rechtwinklig bzw. radial zur Drehachse D und/oder schräg von unten und/oder von oben unter verschiedenen Winkeln und/oder von oben parallel oder entlang der Drehachse D gescannt werden kann. Einige mögliche Lagen des 3D-Scanners 19 sind in 1 veranschaulicht.
Mit Hilfe des 3D-Scanners 19 werden Scandaten SD und insbesondere eine Punktwolke PW erzeugt und an eine Verarbeitungseinrichtung 21 übermittelt. Die Verarbeitungseinrichtung 21 kann Bestandteil der Messvorrichtung 15 sein. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Verarbeitungseinrichtung 21 durch eine Recheneinheit außerhalb der Messvorrichtung 15 gebildet ist. Die Messvorrichtung 15 könnte in diesem Fall lediglich eine entsprechende Schnittstelle zur Datenübertragung aufweisen.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Messvorrichtung 15 außerdem eine weitere Messeinrichtung 22 und beispielsgemäß eine Kamera 23 auf. Die Messeinrichtung 22 bzw. die Kamera 23 liefert Messdaten MD an die Verarbeitungseinrichtung 21. Die Kamera 23 kann als Zeilenkamera oder als Flächenkamera mit mehreren Zeilen ausgeführt sein. Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Durchlichtkamera. Deswegen ist beispielsgemäß auf der der Kamera 23 gegenüberliegenden Seite des Werkzeugs 17 eine Beleuchtungseinrichtung 24 vorhanden (2).
Beim Ausführungsbeispiel dient die Verarbeitungseinrichtung 21 auch zur Ansteuerung des 3D-Scanners 19, der Messeinrichtung 22, des Drehantriebs 18 sowie der Beleuchtungseinrichtung 24. Auch nicht dargestellte translatorische und/oder rotatorische Antriebe zur Relativbewegung des 3D-Scanners 19 gegenüber der Werkzeughalterung 16 können durch die Verarbeitungseinrichtung 21 angesteuert werden.
Die Verarbeitungseinrichtung 21 ist mit einer Bedienschnittstelle 25 verbunden. Zu der Bedienschnittstelle 25 gehört eine Anzeige bzw. Bedienoberfläche 26. Als Eingabemittel der Bedienschnittstelle 25 können alle bekannten Bedienmöglichkeiten verwendet werden, die auch bei herkömmlichen Computern eingesetzt werden, wie ein berührungsempfindlicher Bildschirm, eine Computermaus, eine Tastatur, ein Touchpad, eine Bewegungssteuerung über Neigungs- und/oder Beschleunigungssensoren usw.
Beim Ausführungsbeispiel weist die Verarbeitungseinrichtung 21 einen nicht-flüchtigen Speicher 27 auf. Es versteht sich, dass der nicht-flüchtige Speicher 27 auch extern außerhalb der Messeinrichtung 15 angeordnet und mit der Verarbeitungseinrichtung 21 verbunden sein kann.
In den 1 und 2 ist ferner die Möglichkeit veranschaulicht, die Verarbeitungseinrichtung 21 mit einer externen Recheneinheit 28 zu verbinden. Steuer- und Rechenaufgaben zur Steuerung der Messvorrichtung 15 bzw. zur Durchführung eines Verfahrens können zusätzlich oder alternativ mittels der externen Recheneinheit 28 ausgeführt werden.
In 3 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens V zur Bestimmung wenigstens eines Modellparameters MP veranschaulicht. Der Modellparameter MP wird anhand eines virtuellen Werkzeugmodells MV bestimmt und entspricht einer Kenngröße des Werkzeugs 17, das dem virtuellen Werkzeugmodells MV zugrunde liegt. Insbesondere unter Bezugnahme auf die 3 bis 9 wird dieses Verfahren V nachfolgend erläutert.
In einem ersten Verfahrensschritt V1 wird das Verfahren V gestartet. Im Anschluss daran wird in einem zweiten Verfahrensschritt V2 der 3D-Scanner 19 über die Verarbeitungseinrichtung 21 angesteuert und ein in der Werkzeughalterung 16 gehaltenes Werkzeug 17 wird gescannt. Während dieses Scannens kann das Werkzeug 17 kontinuierlich und/oder schrittweise um die Drehachse D gedreht werden, so dass der 3D-Scanner 19 das Werkzeug 17 aus mehreren Richtungen bzw. von mehreren Seiten erfassen kann. Zusätzlich wird beispielsgemäß der 3D-Scanner 19 in die in 1 gestrichelte Position relativ zum Werkzeug 17 gebracht, um das Werkzeug 17 entlang der Drehachse D von oben zu scannen.
Mit dem Ende des zweiten Verfahrensschrittes V2 liegt somit eine Punktwolke PW vor, die die Scandaten SD darstellt und die Oberfläche und die Kanten des Werkzeugs 17 beschreibt.
In einem dritten Verfahrensschritt V3 wird aus der Punktwolke PW durch Erzeugung eines Gittermodells und/oder durch Modellierung und/oder durch Texturierung ein virtuelles Werkzeugmodell MV in einem virtuellen Raum RV erzeugt. Ein beispielhaftes virtuelles Werkzeugmodell MV ist in 4 dargestellt. Der virtuelle Raum RV, in dem das virtuelle Werkzeugmodell MV angeordnet ist, ist durch die Koordinatenachsen XV, YV, ZV definiert. In diesem virtuellen Raum RV ist eine Bezugsachse BV definiert. Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel bildet eine der Koordinatenachsen XV, YV, ZV, beispielsgemäß die X-Achse XV des Koordinatensystems des virtuellen Raums RV, die Bezugsachse BV.
Die Längsachse des virtuellen Werkzeugmodells MV ist mit LM bezeichnet. Durch Einspannfehler während der Messung kann es vorkommen, dass die Längsachse des Werkzeugs 17 nicht mit der Drehachse D der Werkzeughalterung 16 übereinstimmt. Im virtuellen Raum RV entspricht die Bezugsachse BV der Lage der Drehachse D. Daher kann es durch Einspannfehler dazu kommen, dass die Längsachse LM des Werkezugmodells MV gegenüber der Bezugsachse BV verschoben und/oder in eine oder mehrere Raumrichtungen des virtuellen Raums RV geneigt ist. Eine solche Situation ist beispielhaft schematisch in 4 veranschaulicht.
Alternativ zur Ausführung des zweiten und dritten Verfahrensschrittes V2, V3 ist es auch möglich, ein bereits vorhandenes virtuelles Werkzeugmodell MV in einem vierten Verfahrensschritt V4 in die Verarbeitungseinrichtung 21 oder eine andere zur Durchführung des weiteren Verfahrens verwendete Recheneinheit 28 zu laden bzw. zu importieren. Diese Option ist in 3 gestrichelt veranschaulicht.
Bei einem weiteren abgewandelten Verfahrensablauf kann auch die Punktwolke PW als virtuelles Werkzeugmodell MV verwendet werden ohne ein Gittermodell oder Maschen oder Flächen zu erzeugen. Hierfür kann die zunächst als Scandaten SD vorliegenden Punktwolke auch bearbeitet werden. Beispielsweise können nicht benötige Punkte und/oder als fehlerhaft angeordnet erkannte Punkte der Punktwolke eliminiert werden. Die Verwendung der bearbeiteten oder unbearbeiteten Punktwolke PW als virtuelles Werkzeugmodell MV ist in den Verfahrensschritten V3 und V4 dadurch schematisch veranschaulicht, dass in Klammern hinter dem Bezugszeichen „MV“ für das virtuelle Werkzeugmodell das Bezugszeichen „PW“ für die Punktwolke angegeben ist.
An den dritten oder den vierten Verfahrensschritt V3, V4 schließt sich ein fünfter Verfahrensschritt V5 an, in dem ein Messprogramm PR (4) aus einer vorhandenen Bibliothek mit Messprogrammen ausgewählt oder neu erstellt oder ein vorhandenes Messprogramm PR verändert wird. Ein verändertes oder neu erstelltes Messprogramm PR kann im Anschluss gespeichert werden und steht für zukünftige gleichartige Messungen zur Verfügung. Für ein erstelltes und abgespeichertes Messprogramm können über die Bedienschnittstelle 25 Menüeinträge und/oder Icons erstellt werden, die zukünftig zur Auswahl eines Messprogramms PR verwendet werden können.
Das Erstellen eines Messprogramms PR ist stark schematisiert in 4 veranschaulicht. Jedes Messprogramm PR weist wenigstens eine Schnittebene ES im virtuellen Raum RV auf. In den 5 bis 7 sind verschiedene Schnittebenen ES veranschaulicht. Das in 4 lediglich beispielhaft schematisch veranschaulichte Messprogramm PR weist drei Schnittebenen ES auf. Zwei der Schnittebenen ES, eine erste Schnittebene ES1 und eine zweite Schnittebene ES2, sind rechtwinklig zur Bezugsachse BV bzw. zur Längsachse LM des virtuellen Werkzeugmodells MV ausgerichtet. Eine weitere, dritte Schnittebene ES3 (6) verläuft unter einem vorgegebenen Drehwinkel gegenüber einer durch die Bezugsachse BV und wenigstens eine weitere Achse oder Koordinatenachse YV, ZV definierten Bezugsebene EB (8) des virtuellen Raums RV.
Zusätzlich oder alternativ zu den Schnittebenen ES rechtwinklig zur Bezugsachse BV oder parallel oder entlang der Bezugsachse BV können außerdem beliebig im virtuellen Raum RV geneigt verlaufende Schnittebenen ES definiert werden.
Die in einem Messprogramm PR definierten Schnittebenen ES werden beim Ausführungsbeispiel in ihrer Position und Ausrichtung im virtuellen Raum RV und somit relativ zu den Koordinatenachsen XV, YV, ZV definiert und positioniert. Um eine korrekte Bestimmung des wenigstens einen Modellparameters MP zu ermöglichen, ist es beispielsgemäß vorgesehen, das virtuelle Werkzeugmodell MV in eine definierte Position im virtuellen Raum RV zu bringen. Dies kann als erster Schritt im Messprogram PR ausgeführt werden. Dadurch werden Einspannfehler des Werkzeugs 17 in der Werkzeughalterung 16 im virtuellen Raum RV kompensiert.
Eine solche Korrektur wird im ersten Schritt des Messprogramms PR durchgeführt und kann anhand von 4 und 7 schematisch erläutert werden. In 4 ist zu erkennen, dass die Längsachse LM des virtuellen Werkzeugmodells MV von der Bezugsachse BV abweicht. In 7 ist eine erste Abweichung A1 der Längsachse LM des virtuellen Werkzeugmodells MV gegenüber der Bezugsachse BV in der ersten Schnittebene ES1 veranschaulicht, die durch den Schaft des virtuellen Werkzeugmodells MV verläuft. Diese erste Abweichung A1 kann durch eine translatorische Verschiebung des virtuellen Werkzeugmodells MV im virtuellen Raum RV kompensiert werden. Eine solche Korrektur innerhalb einer Schnittebene ES kann ausreichen, wenn lediglich innerhalb dieser Schnittebene ES Modellparameter MP ermittelt werden sollen. Vorzugsweise wird in der zweiten Schnittebene ES2 eine zweite Abweichung ermittelt. Anschließend kann durch Kompensation beider Abweichungen eine Verschiebung und/oder Rotation des virtuellen Werkzeugmodells MV im virtuellen Raum RV erfolgen, so dass die Längsachse LM des virtuellen Werkzeugmodells MV mit der Bezugsachse BV übereinstimmt.
Bei einer optionalen Ausführung des Verfahrens V ist es zusätzlich zu dem Ausrichten der Längsachse LM des virtuellen Werkzeugmodells MV entlang der Bezugsachse BV auch möglich, die Drehlage des virtuellen Werkzeugmodells MV um seine Längsachse LM bzw. die Bezugsachse BV auszurichten.
Dies ist beispielhaft anhand von 8 dargestellt. Dort ist zu erkennen, dass eine Referenzebene ER entlang der Längsachse LM des virtuellen Werkzeugmodells MV gegenüber der Bezugsebene EB im virtuellen Raum RV um einen Drehwinkel φ gedreht ist. Dieser Drehwinkel φ kann vor der Bestimmung der Modellparameter MP eliminiert werden.
Bei dem hier veranschaulichten Messprogramm PR ist neben der ersten Schnittebene ES1, der zweiten Schnittebene ES2 eine dritte Schnittebene ES3 (6) vorgegeben, die im Unterschied zu den anderen beiden Schnittebenen ES1, ES2 nicht rechtwinklig zur Bezugsachse XV ausgerichtet ist, sondern sich entlang der Bezugsachse XV erstreckt. Der Winkel, den die dritte Schnittebene ES3 dabei mit der Bezugskoordinatenebene EB einschließt, kann beliebig definiert werden.
Es versteht sich, dass die Anzahl und die Orientierung der Schnittebenen ES in jedem Messprogramm PR variieren kann und davon abhängt, wie das Werkzeug 17 bzw. das daraus erstellte virtuelle Werkzeugmodell MV ausgestaltet ist. Bei rotationssymmetrischen Werkzeugen ohne geometrisch definierte Schneiden sind andere Parameter zu bestimmen als bei Werkzeugen mit einer oder mehreren geometrisch definierten Schneiden. Werkzeuge mit spiralig verlaufenden Schneiden werden wiederum andere Messprogramme erfordern, als Werkezeuge mit geraden Schneiden oder Werkzeuge mit Wendeschneidplatten. Für jeden Werkzeugtyp bzw. jedes gleichartige Werkzeug, das häufiger gemessen werden muss, kann ein Messprogramm definiert, gespeichert und bei Bedarf ausgewählt und gestartet werden.
In dem Messprogramm PR wird außerdem vorgegeben, welcher wenigstens eine Modellparameter MP im virtuellen Werkzeugmodell MV ermittelt werden soll. Dazu wird in einer Messaufgabe vorgegeben, wie jede Schnittkontur, die sich zwischen dem virtuellen Werkzeugmodell MV und der wenigstens einen Schnittebene ES ergibt, auszuwerten ist. In einer Schnittkontur kann ein Modellparameter MP und/oder ein Messpunkt ermittelt werden. Aus mehreren Messpunkten unterschiedlicher Schnittkonturen und mithin unterschiedlicher Schnittebenen kann alternativ oder zusätzlich wenigstens ein Modellparameter MP ermittelt werden.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden in der zweiten Schnittebene ES2 an jeder Schneide 35 des virtuellen Werkzeugmodells MV ein Spanwinkel αi und ein Freiwinkel βi ermittelt, sowie ein Kerndurchmesser KD und Teilungswinkel τi zwischen in Umfangsrichtung um die Bezugsachse XV benachbarten Schneiden 35. Der Index i gibt die Anzahl der Schneiden an (hier: i = 1 bis 4).
In der dritten Schnittebene ES3 kann beispielsweise eine Gesamtlänge LG oder eine Schaftlänge LS entlang der Bezugsachse BV ermittelt werden.
Es ist auch möglich, in einer Schnittebene, beispielsgemäß der dritten Schnittebene ES3, einen Messpunkt Q auf der Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells MV zu bestimmen. Gemeinsam mit anderen Messpunkten Q aus anderen Schnittebenen ES kann daraus ein Modellparameter MP und beispielsgemäß ein Drallwinkel δ einer der Schneiden 35 ermittelt werden. Der Messpunkt Q gibt in der Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells MV in der dritten Schnittebene ES3 einen Punkt auf einer Schneide 35 an. Wird beispielsweise in eine weiteren Schnittebene entlang der Bezugsachse BV, die gegenüber der dritten Schnittebene ES3 um einen Differenzwinkel gedreht ist, wieder ein Messpunkt Q auf der Schnittkontur an der betreffenden Schneide 35 bestimmt, kann über den Höhenunterschied DQ zwischen diesen beiden Messpunkten Q entlang der Bezugsachse BV und den bekannten Differenzwinkel zwischen den beiden Schnittebenen der Drallwinkel δ anhand eines Steigungsdreiecks ermittelt werden, was stark schematisiert in 6 veranschaulicht ist.
Es ist außerdem möglich, das oben beschriebene Verfahren zu vereinfachen, wenn ein Werkzeug 17 gescannt werden soll und für ein gleichartiges Werkzeug bereits ein Messprogramm PR erstellt wurde. In einem Auswahlschritt V1a nach dem Start des Verfahrens kann dann zunächst das für den zu scannenden Werkzeugtyp (gleichartiges Werkzeug) erstellte, vorhandenes Messprogramm PR ausgewählt werden. Dieses Messprogramm PR definiert bereits die Lagen der Schnittebenen ES im virtuellen Raum RV, was als A-Priori-Wissen beim Scannen des weiteren Werkzeugs 17 des gleichen Werkzeugtyps mit dem 3D-Scanner verwendet werden kann. Optional kann zusätzlich auch das ursprüngliche virtuelle Werkzeugmodell des Werkzeugs 17, das der Erstellung des ausgewählten Messprogramms zugrunde lag, berücksichtigt werden. Beispielsgemäß wird anhand dieses ausgewählten Messprogramms PR das zu scannende Werkzeug 17 durch den 3D-Scanner 19 nur in dem wenigstens einen Abschnitt zumindest teilweise gescannt, in dem sich im Messprogramm PR die wenigstens eine, durch das Messprogramm PR vorgegebene Schnittebene befindet. Dabei wird der Scanbereich nicht exakt auf eine Ebene beschränkt, sondern auf einen um diese Ebene herum definierten Abschnitt. Die Größe dieses Abschnitts kann variieren, wobei der Abschnitt kleiner ist als die Außenfläche des Werkzeugs 17. Sind mehrere Schnittebenen ES vorhanden ist der Gesamtbereich aller zu scannenden Abschnitte kleiner als die vollständige Außenfläche des Werkzeugs 17.
Es ist in einer weiteren Ausführung auch möglich, den zu scannenden Abschnitt auf den Bereich zu beschränken, in dem sich in der Schnittkontur des ursprünglichen virtuellen Werkzeugmodells mit der wenigstens einen Schnittebene eine Ecke oder Kante befindet.
Nach dem Definieren bzw. Auswählen eine Messprogrammes PR kann in einem sechsten Verfahrensschritt V6 die Messeinrichtung 22 und beispielsweise die Kamera 23 zur Erzeugung von Messdaten MD des Werkzeugs 17 eingesetzt werden. Insbesondere werden über die Kamera 23 nur solche Abschnitte des Werkzeugs 17 erfasst und gemessen, in denen das auszuführende Messprogramm PR eine Schnittebene ES aufweist. Es ist auch möglich, nicht jeweils die gesamte Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells MV mit einer der Schnittebenen am Werkzeug 17 nachzumessen, sondern die Messung mit der Messeinrichtung 22 auf die Stelle oder Stellen zu beschränken, an der ein Modellparameter MP und/oder ein Messpunkt Q an einer Schnittkontur bestimmt werden soll. Es ist daher nicht notwendig, die vollständige Kontur des Werkzeugs 17 mit der Kamera 23 zu erfassen. Die Erfassung kann sich auf solche Bereiche des Werkzeugs 17 beschränken, an denen zur Erhöhung der Genauigkeit Messdaten MD vorteilhaft sind, insbesondere in den Bereichen, in denen eine Schnittkontur zur Bestimmung eines Modellparameters MP oder Messpunktes Q genau erfasst werden soll. Dies ist insbesondere an den Stellen der Fall, an denen sich eine Schnittebene ES mit einer Kante des Werkzeugmodells MV schneidet. Denn die Kamera 23 liefert bei der Erfassung von Kanten genauere Daten als der 3D-Scanner 19. Es ist also zusätzlich oder alternativ auch möglich, die Messung mit der Messeinrichtung 22 auf die Kanten und/oder Schneiden 35 und/oder auf die Stellen zu beschränken, an denen sich die wenigstens eine Schnittebene ES mit einer Kanten und/oder Schneide 35 des virtuellen Werkezugmodells MV schneidet.
In einem siebten Verfahrensschritt V7 können die erfassten Messdaten MD der Kamera 23 zur Verbesserung des virtuellen Werkzeugmodells MV verwendet und ein ergänztes virtuelles Werkzeugmodell MV‘ unter Berücksichtigung der Messdaten MD erzeugt werden.
Der sechste und der siebte Verfahrensschritt V6, V7 sind optional und können entfallen, wenn die Genauigkeit des virtuellen Werkzeugmodells MV auf Basis der Scandaten SD des 3D-Scanners 19 ausreicht. Dies ist schematisch durch den gestrichelten Pfeil in 3 veranschaulicht, der den sechsten und siebten Verfahrensschritt V6, V7 sozusagen überbrückt.
In einem anschließenden achten Verfahrensschritt V8 werden durch das Messprogramm PR unter Verwendung der wenigstens einen Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells MV bzw. des ergänzten virtuellen Werkzeugmodells MV‘ mit der jeweils gegebenen Schnittebene ES der wenigstens eine Modellparameter MP ermittelt.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden unter Verwendung der zweiten Schnittebene ES2 – wie bereits erläutert – die Spanwinkel α1, die Freiwinkel βi und die Teilungswinkel τi (i = 1, 2, 3, 4) an bzw. zwischen den vier Schneiden 35 ermittelt (5). Außerdem wird der Kerndurchmesser KD ermittelt.
Unter Verwendung der Schnittkontur mit der dritten Schnittebene ES3 werden weitere Modellparameter MP wie beispielsweise die Gesamtlänge LG oder die Schaftlänge LS bestimmt. Optional kann ein Drallwinkel δ anhand der Dritten Schnittebene ES 3 und wenigstens einer weiteren Schnittebenen ES – wie vorstehend erläutert – bestimmt werden. Die Anzahl und die Art Modellparameter MP kann abhängig vom Werkzeugtyp und von der jeweiligen Prüfaufgabe variieren.
Nach dem Ermitteln der Modellparameter MP wird das Verfahren V im neunten Verfahrensschritt V9 beendet.
In 9 ist eine weitere optionale Möglichkeit veranschaulicht, die mit Hilfe des Verfahrens V bzw. eines Messprogrammes PR ausgeführt werden kann. Es ist möglich, eine virtuelle Hüllkurve HV des virtuellen Werkzeugmodells MV zu erzeugen, in dem das virtuelle Werkzeugmodell MV um eine virtuelle Drehachse und beispielsgemäß die Bezugsachse BV gedreht wird (9). Dabei entsteht eine virtuelle Hüllkurve HV. Anhand dieser virtuellen Hüllkurve HV können weitere Modellparameter MP ermittelt werden, die sich aus Schnittebenen ES nicht ohne weiteres ermitteln lassen. Beispielsweise ist es möglich, einen oder mehrere Stufenwinkel γi (i = 1, 2) eines Stufenwerkzeugs anhand der Hüllkurve HV zu bestimmen. Außerdem kann wenigstens ein Eckenradius CR an einer Schneide 35 oder einer sonstigen Kante mit Hilfe der virtuellen Hüllkurve HV ermittelt werden.
Es versteht sich, das die vorstehenden Ausführungen zur Bestimmung der Modellparameter MP anhand des virtuellen Werkzeugmodells MV bzw. die Ausrichtung des virtuellen Werkzeugmodells MV im virtuellen Raum RV entsprechend auf das ergänzte virtuelle Werkzeugmodell MV‘ angewandt werden können.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung von wenigstens einem Modellparameter MP in einem virtuellen Werkzeugmodell MV. Zunächst wird hierfür das virtuelle Werkzeugmodell MV geladen, importiert oder erstellt. Zur Erstellung des virtuellen Werkzeugmodells MV wird ein 3D-Scanner 19 verwendet und anhand der Scandaten SD aus einer Punktwolke PW das virtuelle Werkzeugmodell MV bestimmt. Ein Messprogramm PR wird erstellt und/oder ausgewählt. Das Messprogramm PR gibt wenigstens eine Schnittebene ES durch das virtuelle Werkzeugmodell MV sowie wenigstens einen zu bestimmenden Modellparameter MP vor. Der Modellparameter MP wird unter Verwendung der Schnittkontur zwischen dem virtuellen Werkzeugmodell MV und der wenigstens einen Schnittebene ES ermittelt. Mit Hilfe des Verfahrens bzw. der Vorrichtung kann einfach und schnell wenigstens ein Modellparameter MP erfasst werden, über den sich das Werkzeug 17 beschreiben lässt.
Bezugszeichenliste

15: Messvorrichtung
16: Werkzeughalterung
17: Werkzeug
18: Drehantrieb
19: 3D-Scanner
20: Laserstrahl
21: Verarbeitungseinrichtung
22: Messeinrichtung
23: Kamera
24: Beleuchtungseinrichtung
25: Bedienschnittstelle
26: Bedienoberfläche
27: Speicher
28: externe Recheneinheit
35: Schneide
α: Spanwinkel
β: Freiwinkel
γ: Stufenwinkel
δ: Drallwinkel
φ: Drehwinkel
τ: Teilungswinkel
A1: erste Abweichung
BV: Bezugsachse im virtuellen Raum
CR: Eckenradius
D: Drehachse
DQ: Höhenunterschied
EB: Bezugsebene
ER: Referenzebene
ES: Schnittebene
KD: Kerndurchmesser
LG: Gesamtlänge
LM: Längsachse des virtuellen Werkzeugmodells
LS: Schaftlänge
MD: Messdaten
MP: Modellparameter
MV: virtuelles Werkzeugmodell
MV‘: ergänztes virtuelles Werkzeugmodell
PR: Messprogramm
PW: Punktwolke
Q: Messpunkt
RV: virtueller Raum
SD: Scandaten
V: Verfahren
V1: erster Verfahrensschritt
V1a: Auswahlschritt
V2: zweiter Verfahrensschritt
V3: dritter Verfahrensschritt
V4: vierter Verfahrensschritt
V5: fünfter Verfahrensschritt
V6: sechster Verfahrensschritt
V7: siebter Verfahrensschritt
V8: achter Verfahrensschritt
V9: neunter Verfahrensschritt
XV: Bezugsachse des virtuellen Raums
YV: Y-Koordinatenachse des virtuellen Raums
ZV: Z-Koordinatenachse des virtuellen Raums

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 3635446 A1 [0004]
DE 102007016056 B4 [0005]

Claims

Verfahren (V) zur Bestimmung von wenigstens einem eine Kenngröße eines Werkzeugs (17) entsprechenden Modellparameter (MP) eines Werkzeugmodells (MV) des Werkzeugs (17), mit folgenden Schritten: – Importieren oder Laden oder Erstellen eines dreidimensionalen virtuellen Werkzeugmodells (MV) des Werkzeugs (17), – Erzeugen und/oder Auswählen eines Messprogramms (PR), wobei das Messprogramm (PR) wenigstens eine Schnittebene (ES) durch das virtuelle Werkzeugmodell (MV) und eine Messaufgabe vorgibt, mittels der der wenigstens einen Modellparameter (MP) anhand der wenigstens einen Schnittkontur zwischen dem virtuelle Werkzeugmodell (MV) und der wenigstens einen Schnittebene (ES) bestimmt werden kann, – Starten des Messprogramms (PR) und Ermitteln des wenigstens einen Modellparameters (MP) anhand der wenigstens einen Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells (MV) mit der wenigstens einen Schnittebene (ES).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Modellparameter (MP) ein Spanwinkel (α) und/oder ein Freiwinkel (β) und/oder ein Keilwinkel und/oder eine Schneideanzahl und/oder ein Teilungswinkel (τ) und/oder eine Länge (LG, LS) des Werkzeugs (17) und/oder einen Kerndurchmesser (KD) und/oder einen Drallwinkel (δ).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Erstellen des virtuellen Werkzeugmodells (MV) wie folgt durchgeführt wird: – Scannen des Werkzeugs (17) mittels eines 3D-Scanners (19) aus mehrere Richtungen und Erzeugen von Scandaten (SD) in Form einer Punktwolke (PW), – Erzeugen des dreidimensionalen virtuellen Werkzeugmodells (MV) des Werkzeugs (17) mit Kanten und/oder Flächen aus der Punktwolke (PW) oder Verwenden der bearbeiteten oder unbearbeiteten Punktwolke (PW) als virtuelles Werkzeugmodells (MV).
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Erstellung des virtuellen Werkzeugmodells (MV‘) zusätzlich zu den Scandaten (SD) weitere Messdaten (MD) verwendet werden, die durch eine zusätzlich zum 3D-Scanner (19) verwendete Messeinrichtung (22) erzeugt wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messprogramm (PR) dadurch erstellt werden kann, dass wenigstens eine das virtuelle Werkzeugmodell (MV) schneidende Schnittebene (ES) definiert wird und dieser wenigstens einen Schnittebene (ES) eine Messaufgabe zur Bestimmung des wenigstens einen Modellparameters (MP) anhand der wenigstens einen Schnittkontur zwischen dem virtuellen Werkzeugmodell (MV) und der wenigstens einen Schnittebene (ES) zugeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messaufgabe dazu eingerichtet ist, mehrere Messpunkte (Q) an jeweils einer Schnittkontur in unterschiedlichen Schnittebenen (ES) zu bestimmen und zur Ermittlung eines Modellparameters (MP) zu verwenden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schnittebene (ES) eines Messprogramms (PR) die Längsachse (LM) des virtuellen Werkzeugmodells (MV) in einem Punkt schneidet oder rechtwinkelig zu der Längsachse (LM) des virtuellen Werkzeugmodells (MV) oder einer Koordinatenachse (XV) im virtuellen Raum (RV) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung (A1) der Längsachse (LM) des virtuellen Werkzeugmodells (MV) gegenüber einer Bezugsachse (BV) in einem virtuellen Raum (RV) bestimmt und/oder kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Kompensation der Abweichung (A1) der Längsachse (LM) des virtuellen Werkzeugmodells (MV) gegenüber einer Bezugsachse (BV) in einem virtuellen Raum (RV) der effektive Rundlauf des Werkzeugmodells (MV) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schnittebene (ES) eines Messprogramms (PR) ohne Schnittpunkt mit der Längsachse (LM) des virtuellen Werkzeugmodells (MV) oder entlang oder parallel zu der Längsachse (LM) des virtuellen Werkzeugmodells (MV) ausgerichtet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkel (φ) einer als Referenzebene (ER) dienenden Schnittebene (ES) durch das virtuelle Werkzeugmodell (MV) gegenüber einer Bezugsebene (EB) in einem virtuellen Raum (RV) bestimmt und/oder kompensiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das virtuelle Werkzeugmodell (MV) um eine virtuelle Drehachse gedreht wird und daraus eine virtuelle Hüllkurve (HV) erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Hüllkurve (HV) wenigstens ein Modellparameter (MP) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand eines definierten oder ausgewählten Messprogramms (PR) das dem Werkzeugmodell (MV) zugrundeliegende Werkzeug (17) durch eine Messeinrichtung (22) in dem wenigstens einen Abschnitt zumindest teilweise gemessen wird, in dem sich im virtuellen Werkzeugmodell (MV) die wenigstens eine, durch das Messprogramm (PR) vorgegebene Schnittebene (ES) befindet oder in dem sich in der Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells (MV) mit der wenigstens einen Schnittebene (ES) eine Ecke oder Kante des befindet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst in einem Auswahlschritt (V1a) ein bereits erstelltes, abgespeichertes Messprogramm (PR) ausgewählt wird und dass im Anschluss daran zum Erstellen eines dreidimensionalen virtuellen Werkzeugmodells (MV) des Werkzeugs (17) folgende Schritte ausgeführt werden: – Scannen des Werkzeugs (17) mittels eines 3D-Scanners (19) und Erzeugen von Scandaten (SD) in Form einer Punktwolke (PW), wobei das Scannen nur in dem wenigstens einen Abschnitt zumindest teilweise ausgeführt wird, in dem sich die wenigstens eine, durch das ausgewählte Messprogramm (PR) vorgegebene Schnittebene (ES) befindet oder in dem sich in der Schnittkontur des ursprünglichen virtuellen Werkzeugmodells, das der Erstellung des ausgewählten Messprogramms (PR) zugrunde lag, mit der wenigstens einen Schnittebene (ES) eine Ecke oder Kante befindet, – Erzeugen des dreidimensionalen virtuellen Werkzeugmodells (MV) des Werkzeugs (17) mit Kanten und/oder Flächen aus der Punktwolke (PW) oder Verwenden der bearbeiteten oder unbearbeiteten Punktwolke (PW) als virtuelles Werkzeugmodells (MV).
Messvorrichtung (15) zur Bestimmung von wenigstens einem eine Kenngröße eines Werkzeugs (17) entsprechenden Modellparameter (MP) eines Werkzeugmodells (MV) des Werkzeugs (17), mit einem 3D-Scanner (19), mit einer Verarbeitungseinrichtung (21), die dazu eingerichtet ist folgende Schritte auszuführen: – Ansteuern des 3D-Scanners (19) zum Scannen des Werkzeugs (17) aus mehreren Richtungen und Erzeugen von Scandaten (SD) in Form einer Punktwolke (PW), – Erzeugen des dreidimensionalen virtuellen Werkzeugmodells (MV) mit Kanten und/oder Flächen des Werkzeugs (17) aus der Punktwolke(PW) oder Verwenden der bearbeiteten oder unbearbeiteten Punktwolke (PW) als virtuelles Werkzeugmodells (MV), – Erzeugen und/oder Auswählen eines Messprogramms (PR), wobei das Messprogramm (PR) wenigstens eine Schnittebene (ES) durch das virtuelle Werkzeugmodell (MV) und wenigstens einen zu bestimmenden Modellparameter (MP) vorgibt, – Ausführen des Messprogramms (PR) und Ermitteln des wenigstens einen Modellparameters (MP) anhand der wenigstens einen Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells (MV) mit der wenigstens einen Schnittebene (ES).
Messvorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Messeinrichtung (22) mit gegenüber dem 3D-Scanner (19) höherer Genauigkeit bei der Kantenerfassung vorhanden ist, wobei die Verarbeitungseinrichtung (21) dazu eingerichtet ist, nach dem Erzeugen und/oder Auswählen des Messprogramms (PR) eine weitere Werkzeugmessung unter Verwendung der weiteren Messeinrichtung (22) veranlasst, so dass zusätzliche Messdaten (MD) erzeugt werden, die zur Erhöhung der Genauigkeit des virtuellen Werkzeugmodells (MV) verwendet werden.
Messvorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung (21) dazu eingerichtet ist, die Messung mit der weiteren Messeinrichtung (22) zumindest oder ausschließlich in dem wenigstens einen Abschnitt des Werkzeugs (17) zu veranlassen, in dem sich im virtuellen Werkzeugmodell (MV) die wenigstens eine durch das Messprogramm (PR) vorgegebene Schnittebene (ES) befindet oder in dem sich in der Schnittkontur des virtuellen Werkzeugmodells (MV) mit der wenigstens einen Schnittebene (ES) eine Ecke oder Kante des befindet.