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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vermessung eines Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Da bei der Bearbeitung von Werkstücken in einer Werkzeugmaschine eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit erforderlich ist, ist es nötig, die Lage des Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine möglichst genau zu bestimmen.
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Aus der
DE 10 2010 002 816 B4 ist ein Verfahren zur Ermittlung der Position einer Werkzeugeinspannvorrichtung einer Werkzeugmaschine bekannt. Die Position und Ausrichtung des Werkstücks wird in Bezug auf das Maschinenkoordinatensystem der Werkzeugmaschine ermittelt. Hierzu wird ein Messtaster verwendet. Der Messvorgang erfolgt in zwei Messschritten. Nachdem der Bediener den Messtaster in die Werkzeugaufnahmevorrichtung der Werkzeugmaschine eingespannt hat, bewegt der Bediener den Messtaster über die Werkzeugmaschine im Tippbetrieb oder Handradbetrieb in die Nähe der vorgesehenen Messstellen. An jeder Messstelle wird von der Werkzeugmaschine eine automatische Messbewegung des Messtasters durchgeführt und die Position und Ausrichtung des Werkzeugs ermittelt. Ähnlich kann auch die Position des Schneidwerkzeugs der Werkzeugmaschine ermittelt werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vermessung eines Schneidwerkzeugs einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, wodurch eine schnelle und genauere Ermittlung der Position des Schneidwerkzeugs möglich ist.
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Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem die Position der Schneide des Schneidwerkzeugs mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann. Diese Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungen der Erfindung.
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Das Verfahren zur Vermessung eines Schneidwerkzeugs in einer Werkzeugmaschine kann bevorzugt als Verfahren zur Bestimmung der Position eines Zahns eines eingespannten Wälzschälwerkzeugs (oder Schruppwerkzeug, Schlichtwerkzeug) ausgebildet sein.
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Für eine Abstandsmessung zu einem projizierten Messpunkt kann ein Messgerät vorgesehen sein, und das Schneidwerkzeug kann in einer beweglichen Spindel aufgenommen sein.
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Das Verfahren kann insbesondere die folgenden Schritte umfassen: Positionierung eines Endbereichs des in der Spindel aufgenommenen Schneidwerkzeugs, in dem ein Zahn des Schneidwerkzeugs vorliegt in einem Bildbereich des Messgeräts, in dem der Messpunkt vorliegen kann. Rotation der Spindel und des darin eingespannten Schneidwerkzeugs um die Spindelachse, so dass der Zahn des Schneidwerkzeugs durch das Bildfeld des Messgeräts, in dem der Messpunkt vorliegt, bewegt werden kann.
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In einem weiteren Schritt kann eine erste Position ermittelt werden und zudem kann der Messpunkt an der ersten Position positioniert werden. Über eine Translation der Spindel und des darin eingespannten Schneidwerkzeugs entlang der Spindelachse kann eine zweite Position erreicht werden. In der ersten Position kann der Messpunkt auf einer Schneidkopffläche des Zahns des Schneidwerkzeugs vorliegen. In einer zweiten Position kann der Messpunkt an einem Ende der Schneidkopffläche vorliegen. Durch dieses Verfahren ist es möglich, eine schnelle und genau Positionsbestimmung der Schneide eines Zahns eines Schneidwerkzeugs, welches bereits in der Werkzeugmaschine eingespannt ist, durchzuführen.
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Da in einem ersten Schritt die Schneidkopffläche des Zahns ermittelt wird und in den weiteren Schritten entlang der Schneidkopffläche das Ende dieser Schneidkopffläche ermittelt wird, ist es möglich, den Endpunkt der Schneide des Zahns zu ermitteln und somit den Eingreifpunkt, über welchen das Schneidwerkzeug in das zu bearbeitende Werkstück eingreifen wird. Dadurch wird eine besonders hohe Genauigkeit bei der Bearbeitung eines Werkstücks ermöglicht.
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Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren bei der Anwendung auf einen Zahn eines Wälzschälwerkzeugs. Über ein solches Wälzschälwerkzeug können Zahnräder hergestellt werden, wobei die Zähne des Wälzschälwerkzeugs in die Zahnlücken des zu bearbeitenden Werkstücks eingreifen. Da dabei eine sehr hohe Genauigkeit erforderlich ist, ist es durch Einsatz des vorliegenden Verfahrens möglich, besonders genaue Zahnräder herzustellen. Somit kann das Verfahren ohne Messtaster durchgeführt werden.
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In einem ersten Schritt kann das Schneidwerkzeug in die Werkzeugspindel eingespannt werden. Danach kann die Spindel derart verfahren werden, dass der Messpunkt im Bereich der Schneide (Schneidkante) des Schneidwerkzeugs vorliegt. Der Laser zeigt dabei bevorzugt radial auf die Spindelachse.
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In einem nächsten Schritt wird das Schneidwerkzeug durch Drehung der Spindel gedreht, so dass der Messpunkt über die Schneide bewegt wird. Dabei wird der Abstand zum Messpunkt gemessen.
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Im nächsten Schritt wird bevorzugt die Mitte der Schneide ermittelt (bspw. höchster Punkt, d.h. geringster gemessener Abstand oder Halbierung der gemessenen Länge der Schneide). Der Messpunkt wird auf diese Mitte positioniert (nur durch Bewegung der Spindel). In einem weiteren Schritt verfährt die Spindel in axialer Richtung bei gleichzeitiger Drehung, so dass der Messpunkt entlang der (äußersten Fläche) Schneide bewegt wird bis zum Erreichen des Endes der Schneide.
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Es kann auch der höchste Punkt der Schneide gesucht werden durch kontinuierliche Abstandsmessung und Verfahren der Spindel in axialer Richtung und eventuell Drehung der Spindel. Dadurch kann der Punkt der Schneide ermittelt werden, an dem der Durchmesser des Schneidwerkzeugs maximal ist, und die axiale Position der Schneide entlang der Spindelachse kann vermessen werden.
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Besonders vorteilhaft ist dieses Verfahren auch für die Anwendung auf Schneidwerkzeuge, bei welchen die Zähne des Schneidwerkzeugs relativ zur Drehachse, um welche sich das Schneidwerkzeug dreht und welche mit der Spindelachse übereinstimmt, eine Neigung aufweisen (Verdrehung des Zahns relativ zur Spindel).
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Die erste Position kann im Wesentlichen auf einer Mittellinie der Schneidkopffläche des Zahns des Schneidwerkzeugs sein. Durch Ermittlung der ersten Position und Positionierung des Messpunkts an dieser ersten Position ist somit die Mitte der Schneidkopffläche des Zahns bestimmt, wodurch eine möglichst genaue Vermessung ermöglicht wird.
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In der zweiten Position kann der beim Messpunkt ermittelte Abstand einen Minimalwert annehmen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der projizierte Messpunkt, welcher von der ersten Position zur zweiten Position bewegt wird, entlang des Rückens eines Zahns des Schneidwerkzeugs bewegt wird und der Rücken des Zahns eine Steigung aufweist. Das Ende ist dabei das Ende, das der Spindel abgewandt ist und beim Bearbeitungsvorgang als erster in Eingriff mit einem Werkstück gelangt. Somit ist durch die Ermittlung der zweiten Position als Minimalwert des Abstands die genaue Position des Zahnendes der Schneide bekannt.
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Der Messpunkt wird beispielsweise über einen Laser erzeugt, wobei der Abstand zum Messpunkt über eine Abstandsmessung ermittelt werden kann. Dies kann vorteilhaft stetig während der Bewegung der Spindel (und des eingespannten Schneidwerkzeugs) erfolgen, so dass die Kontur des Zahns ermittelt werden kann.
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Bei der Bewegung von der ersten Position zur zweiten Position kann die Spindel translatorisch und rotatorisch bewegt werden. Diese Bewegungen können sequenziell oder vorteilhaft auch gleichzeitig erfolgen. Somit können insbesondere auch Zähne vermessen werden, welche eine Neigung gegenüber der Spindelachse aufweisen und somit schräg angeordnet sind. Beispielsweise kann sich somit der Zahnrücken entlang der Achse erstrecken, welche schräg zur Drehachse verläuft.
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Bei der Bewegung von der ersten Position zur zweiten Position kann der Messpunkt (relativ zum Schneidwerkzeug) im Wesentlichen entlang einer Mittellinie der Schneidkopffläche bewegt werden. Durch eine solche Ansteuerung ist es möglich, den Messpunkt entlang des Rückens des Zahns zu verfahren und somit einen Höhenverlauf des Zahns entlang des Zahnrückens zu ermitteln. Die Höhe ist dabei ein Wert, der angibt, wie weit ein Zahn vom Schneidwerkzeug hervorsteht. Der Abstand wird dabei zwischen dem Messpunkt M und dem Messgerät ermittelt. Desto weiter der Zahn vom Schneidwerkzeug hervorsteht, desto geringer wird der gemessene Abstand zum Messgerät. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit, kann das Messgerät orthogonal auf die Spindelachse einen Laserstrahl erzeugen, welcher als Messpunkt auf dem Schneidwerkzeug erkennbar ist.
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Zur Ermittlung der ersten Position kann das Schneidwerkzeug um die Spindelachse gedreht werden (durch Ansteuerung der Spindel), so dass sich der Messpunkt entlang der Flanke des Zahns zur Schneidkopffläche bewegt bis zum Erreichen der gegenüberliegenden Flanke des Zahns. Somit wird der Höhenverlauf eines Zahns an einem Querschnitt ermittelt und durch Ermitteln des geringsten Abstands wird die Schneidkopffläche (und deren Verlauf), welche zwischen einer ersten und zweiten Flanke liegt, ermittelt. Somit kann der gesamte Höhenverlauf des Zahns an einem bestimmten Querschnitt (an einer bestimmten Längsposition des Schneidwerkzeugs) ermittelt werden und als erste Position kann beispielweise die höchste ermittelte Position (also geringster gemessener Abstand der bei der Messung an einer Längsposition vorliegt) eingestellt werden.
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Die höchste ermittelte Position ist beispielsweise auch eine Position auf einer Mittellinie des Zahns (bzw. Mittellinie der Schneidkopffläche des Zahns). Die Position der Mittellinie der Schneidkopffläche kann über den zurückgelegten Verdrehwinkel (der Spindel) und/oder den zurückgelegten Weg des Schneidwerkzeugs ermittelt werden.
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Nach Einstellung des höchsten Punkts in einem Querschnitt als erste Position, ist es somit möglich einen Punkt auf einer Mittellinie auf der Schneidkopffläche zu ermitteln, wobei beim Verfahren des Messpunkts von der ersten Position zur zweiten Position dieser entlang des Rückens des Zahns verfahren werden kann, sofern der Verlauf des Zahns bekannt ist. Dadurch ist es möglich, auch von schrägen Zähnen, deren Verlauf bekannt ist, durch Ermittlung der ersten Position, das gesamte Höhenprofil des Rückens des Zahns zu ermitteln.
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Das Erreichen der zweiten Position kann dadurch detektiert werden, dass beim Verfahren des Messpunkts von der ersten Position in Richtung der zweiten Position der gemessene Abstand zum Messpunkt stets abnimmt und kurz nach Erreichen der zweiten Messposition der Abstand schlagartig wieder zunimmt. Somit kann einerseits das Höhenprofil der Schneide des Zahns (Zahnrücken) ermittelt werden und andererseits auch das Ende des Zahns (Stirnfläche des Zahns) an sich. Abhängig von der Form des Zahns kann die Mitte der Schneidkopffläche auch durch Halbierung des gemessenen Abstands von einer Flanke des Zahns zur zweiten Flanke des Zahns ermittelt werden.
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Durch das Verfahren kann somit zumindest teilweise ein Konturverlauf des Zahns (und insbesondere der Schneide des Zahns) des Schneidwerkzeugs ermittelt werden, wobei der Konturverlauf durch die Abstandsmessung zum Messpunkt bei der Rotation der Spindel ermittelt wird.
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Der Messpunkt kann über einen Laserstrahl, welcher auf die zu messende Fläche projiziert wird, erzeugt werden und der Laserstrahl kann zudem in radialer Richtung zur Spindeldrehachse und besonders bevorzugt orthogonal auf die Spindelachse ausgerichtet sein, um ein besonders vorteilhaftes und genaues Messergebnis zu erzielen.
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Zur Ermittlung des Konturverlaufs kann die Spindel gedreht werden, so dass der Zahn des Schneidwerkzeugs durch das Bildfeld des Messgeräts, in dem der Messpunkt vorliegt, bewegt wird und durch Abstandsmessung zum Messpunkt kann der Konturverlauf erfasst werden. Ein gleichmäßig erzeugter Messpunkt kann somit entlang des Schneidwerkzeugs bewegt werden (durch Drehung der Spindel indem das Schneidwerkzeug eingespannt ist).
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Das Messgerät hingegen ist vorzugsweise fest mit der Werkzeugmaschine verbunden und muss nicht bewegt werden. In einer Alternative steht das Schneidwerkzeug still und das Messgerät mit dem Lagerstrahl bewegt sich um die Spindelachse.
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Die zweite Position kann ein axiales Ende des Schneidwerkzeugs sein. Durch Ermitteln der zweiten Position als axiales Ende des Schneidwerkzeugs ist es möglich einen Eingriffspunkt des Schneidwerkzeugs zu ermitteln, um somit eine genaue Bearbeitung des Werkstücks zu ermöglichen.
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Der Verlauf des Zahns kann bekannt sein und nach Erreichen der ersten Position des Messpunkts kann dieser entlang des Verlaufs des Rückens des Zahns verfahren werden bis zum Erreichen der zweiten Position, in der das Ende des Zahns in axialer Richtung erreicht ist. Der Messpunkt kann entlang der Mittellinie der Schneidkopffläche verfahren werden bis zum Erreichen des Zahnendes. Somit kann das Höhenprofil des Zahns entlang der Spindelachse (bzw. auch entlang des Verlaufs des Zahnrückens) ermittelt werden.
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Zur Bestimmung der Position der Schneide des Zahns, kann das in der Werkzeugmaschine eingespannte Schneidwerkzeug derart bewegt werden, dass das Ende des Zahns ermittelt werden kann.
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Basierend auf dem ermittelten Abstand zum Messpunkt in der zweiten Position können die maximale Breite und die Längsposition des eingespannten Schneidwerkzeugs bestimmt werden.
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Aus der ermittelten zweiten Position und einer Soll-Lage des Schneidwerkzeugs kann ein Korrekturwert ermittelt werden zum Kompensieren einer Ist-Lage mit einer Soll-Lage des Schneidwerkzeugs. Dadurch ist es möglich bei der Bearbeitung des Werkstücks die Genauigkeit zu erhöhen, und Einspannungsfehler zu kompensieren.
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Das Verfahren kann auch als Verfahren zur Bestimmung der Position einer Schneide eines wenigstens mit einem Zahn ausgebildeten Wälzschälwerkzeugs ausgebildet sein.
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Die Positionsbestimmung kann vorteilhaft berührungslos durch Verwendung eines Lasermessgeräts erreicht werden.
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Zur Bestimmung der Position des Schneidwerkzeugs kann die zweite Position an zumindest zwei Zähnen des Schneidwerkzeugs ermittelt werden. Durch die Ermittlung an mehr als einem Zahn, ist es möglich einen gemittelten Wert zu erhalten und somit die Position des Schneidwerkzeugs noch genauer zu bestimmen.
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Das Verfahren kann ein Verfahren zum Steuern einer Werkzeugmaschine für die Bearbeitung von Werkstücken sein, wobei die Ist-Position eines Schneidwerkzeugs der Werkzeugmaschine über einen Korrekturwert, welcher basierend auf der tatsächlichen Position und einer Soll-Position des Schneidwerkzeugs ermittelt werden kann, korrigiert werden kann.
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Die Korrektur der Ist-Position kann zudem automatisch durchgeführt werden. Dies ermöglicht ein besonders einfaches Bearbeiten von Werkstücken bei gleichzeitig hoher Bearbeitungsgenauigkeit.
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Eine Vorrichtung zur Vermessung eines Schneidwerkzeugs in einer Werkzeugmaschine kann eine Spindel mit einer Spindelachse zur Aufnahme eines Schneidwerkzeugs aufweisen. Zudem kann die Vorrichtung ein Messgerät zum Erzeugen eines Messpunkts auf dem Schneidwerkzeugs durch Aussendung elektromagnetischer Wellen aufweisen. Das Messgerät kann zudem die Positionierung des Messpunkts, und insbesondere deren Abstand zum Messpunkt, erfassen. Die Spindel kann dabei rotatorisch um die Spindelachse und translatorisch entlang der Spindelachse bewegt werden. Dadurch kann der auf das Schneidwerkzeug gerichtete Strahl des Messgeräts der als Messpunkt am Schneidwerkzeug vorliegt, entlang der Kontur des Schneidwerkzeugs bewegt werden. Die Position des Messpunkts auf dem in der Spindel eingespannten Schneidwerkzeug kann durch Bewegen der Spindel veränderbar sein.
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Zur Durchführung der Abstandsmessung zum Messpunkt kann eine Laserentfernungsmessung verwendet werden.
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Durch das vorliegende Verfahren ist es zudem möglich die axiale Länge der Schneidkopffläche des Zahns zu ermitteln und durch Messung des Abstands zwischen den Flanken (erste Flanke und zweite Flanke des Zahns, welche die Schneidkopffläche umgeben) an verschiedenen Querschnitten (entlang der Längsrichtung des Schneidwerkzeugs) die Verdrehung des Zahns relativ zu Spindelsachse zu ermitteln.
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In einem Schritt vor Durchführung des oben genannten Verfahrens, kann eine Grobvermessung des Schneidwerkzeugs durchgeführt werden. Dazu kann das Schneidwerkzeug in eine Werkzeug-Vermessungseinrichtung eingespannt werden und die Schneide (Zahn) des Schneidwerkzeugs vermessen werden. Insbesondere kann der Durchmesser im Bereich der Schneide ermittelt werden und die axiale Länge der Schneide.
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Das Messgerät kann vorteilhaft eine Kamera umfassen, zum genauen Bestimmen des Abstands.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und weitere Details der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand verschiedener Ausführungsbeispiele mit Bezug auf schematische Figuren beschrieben. In den schematischen Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
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1: zeigt eine Ansicht des Schneidwerkzeugs und der Spindel;
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2: zeigt eine weitere Ansicht des Schneidwerkzeugs und der Zähne des Schneidwerkzeugs;
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3: zeigt eine Schnittansicht des Schneidwerkzeugs;
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4: zeigt eine Ansicht eines Zahns eines Schneidwerkzeugs.
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5: zeigt ein gemessenes Signal eines Abstands zum Zahn über den Verdrehwinkel der Spindel.
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6: zeigt einen Anfangsbereich des gemessenen Signals.
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Im Folgenden werden Beispiele bzw. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.
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Es sei hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung jedoch in keinster Weise auf die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt ist, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfasst, insbesondere diejenigen, die durch Modifikationen der Merkmale der beschriebenen Beispiele bzw. durch Kombination einzelner oder mehrerer der Merkmale der beschriebenen Beispiele im Rahmen des Schutzumfanges der unabhängigen Ansprüche umfasst sind.
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An einer Werkzeugmaschine ist beispielhaft eine Messeinrichtung vorgesehen, durch welche eine Laserabstandsmessung durchgeführt werden kann. Zudem ist beispielhaft eine Messsteuereinheit vorgesehen, welche die Werkzeugmaschine und die Laserabstandsmesseinrichtung zur Ausführung des Messvorgangs ansteuern kann. Die Messsteuereinheit kann zudem einen Kalibrierungsabschnitt umfassen. Nach Aktivierung der Laserabstandsmesseinrichtung kann die Steuereinheit eine Kalibrierung mit Hilfe des Kalibrierungsabschnitts ausführen.
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In der 1 ist beispielhaft ein Schneidwerkzeug 5 mit einem Bearbeitungsbereich 1 dargestellt, welches an einer Stirnseite eine Vielzahl von Schneidzähnen Z aufweist. Das Schneidwerkzeug 5 ist ein Wälzschälwerkzeug und die Zähne Z des Schneidwerkzeugs weisen einen Neigungswinkel gegenüber der Spindelachse SA auf.
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Das Schneidwerkzeug 5 wird in die Spindel 6 entlang der Spindelachse SA aufgenommen. Über den Eingriffsbereich 2 wird die Drehbewegung von der Werkzeugmaschine bzw. der Spindel der Werkzeugmaschine an das Schneidwerkzeug 5 weitergegeben. Die Spindel 6 ermöglicht einerseits eine Drehung um die Spindelachse SA sowie eine translatorische Bewegung entlang der Spindelachse SA.
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In 1 weist das Wälzschälwerkzeug zudem beispielhaft einen zylindrischen Hauptkörper 3 auf, an dessen unteren Ende in einem Bearbeitungsbereich 1 die Zähne Z mit der Schneide S angeordnet sind.
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Schematisch ist in 1 auch ein Laserstrahl L1 eingezeichnet, welcher beispielhaft im Endbereich des Schneidwerkzeugs, im Bereich der Schneidzähne Z auftrifft. An der Stirnseite der Zähne Z, befindet sich jeweils eine Schneidplatte S, welche mit dem Schneidwerkzeug 5 verschraubt ist.
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In 2 ist das Wälzschälwerkzeug in einer Frontansicht dargestellt. Im Zentrum befindet sich die Spindelachse SA, um welches sich das Wälzschälwerkzeug drehen kann. Das in der Spindel eingespannte Wälzschälwerkzeug weist zudem die Schneidplatte S der Zähne Z auf.
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Das Laserabstandsmessgerät L erzeugt beispielhaft einen Laserstrahl L1, welcher auf einen Zahn Z des Wälzschälwerkzeugs auftrifft, so dass der Abstand zu dem Auftreffpunkt (= Messpunkt) gemessen werden kann. Durch Drehung des in der Spindel S eingespannten Wälzschälwerkzeugs ist es somit möglich, an einem Querschnitt des Wälzschälwerkzeugs die verschiedenen Höhenverläufe des Zahns Z zu ermitteln, und somit die genaue Position des eingespannte Schneidwerkzeugs, relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine.
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Beispielhaft ist die Spindelachse SA der Spindel 6 senkrecht zu dem Laserstrahl L1 ausgerichtet, bzw. der Laserstrahl L1 ist vorzugsweise radial zu der Spindelachse SA der Spindel 6 orientiert.
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In 3 ist beispielhaft eine Schnittdarstellung des Endbereichs des Wälzschälwerkzeugs dargestellt. Ein schematisch eingezeichneter Messpunkt M liegt in dieser 3 beispielhaft auf einer Flanke b des dargestellten Zahns Z vor.
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Die Schneidkopffläche a ist eine Stirnfläche des Zahns Z, welche sich entlang des Rückens des Zahns Z erstreckt. Der Zahn Z weist zudem die Schneidplatte S auf, welche stirnseitig an dem Schneidwerkzeug befestigt ist. Der Zahnrücken 4 des Zahns Z erstreckt sich dabei von der Schneidplatte S mit der Schneidkopffläche a bis hin zum gegenüberliegenden Ende des Zahns Z.
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Zur Vermessung der Position des in der Spindel eingespannten Wälzschälwerkzeugs wird zunächst der Messpunkt M im Bereich der Zähne Z des Wälzschälwerkzeugs positioniert. Der Messpunkt M liegt dann beispielsweise in einer Zahnlücke oder an einer Flanke b eines Zahns Z vor.
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In einem ersten Schritt erfolgt dann eine kontinuierliche Abstandsmessung bei gleichzeitiger Drehung des Wälzschälwerkzeugs um die Spindelachse SA. Durch diese kontinuierliche Abstandsmessung ist es möglich an einem Querschnitt des Wälzschälwerkzeugs ein Höhenprofil eines Zahns Z zu erstellen. Der ermittelte Abstand ist der Abstand zwischen dem Messgerät und der Position des Messpunkts M am Zahn Z oder der Zahnlücke des Wälzschälwerkzeugs.
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Nach Ermittlung des Höhenprofils eines Zahns des Wälzschälwerkzeugs kann somit ermittelt werden, an welcher Drehposition des Wälzschälwerkzeugs eine Flanke b des Zahns Z und an welcher Drehposition die Schneidkopffläche a vorliegt. Der gemessene Abstand vom Messpunkt M zum Abstandsmessgerät ist am größten in der Zahnlücke und nimmt entlang der Flanke b ab.
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Bei Erreichen der Schneidkopffläche a ist ein minimaler Abstand zu messen. Dieser minimale Abstand nimmt dann bei Erreichen der gegenüberliegenden Flanke b' wiederum zu. Durch diese Vorgehensweise ist es möglich in Abhängigkeit des Drehwinkels des eingespannten Wälzschälwerkzeugs in der Spindel 6 die genaue Höhe des Zahns Z an einem Querschnitt zu ermitteln und somit eine Länge der Schneidkopffläche a zu ermitteln.
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Nach Erstellung des ersten Höhenprofils an einem Querschnitt des Schneidwerkzeugs 5 wird eine erste Position definiert. Die erste Position ist die geometrische Mitte der gemessenen Länge der Schneidkopffläche a am gemessenen Querschnitt. Dieser Punkt der ersten Position liegt somit an einer Mittellinie, welche in der Schneidkopffläche a vorliegt. Diese Mittellinie liegt bevorzugt genau zwischen der Flanke b und der gegenüberliegenden Flanke b'.
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Da der Verlauf des Zahns Z bzw. insbesondere eine Schrägstellung des Zahns Z bzw. des Rückens 4 des Zahns Z relativ zu der Werkzeug- bzw. Spindelachse SA bevorzugt bekannt ist, ist es in einem weiteren Schritt nun möglich, ausgehend von der ersten Position, welche bevorzugt an der Mittellinie der Schneidkopffläche a vorliegt, entlang des Rückens 4 des Zahns Z zu verfahren, um das Ende des Zahns Z zu ermitteln und somit den Eingriffsbereich des Wälzschälwerkzeugs zu vermessen.
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Beim Verfahren von der ersten Position zur zweiten Position kann das Wälzschälwerkzeug bevorzugt translatorisch und rotatorisch bewegt werden, insbesondere auf Basis des bekannten Verlaufs des Zahn Z (bzw. dessen Schrägstellung), so dass der Messpunkt M stets entlang der Schneidkopffläche a am Rücken 4 des Zahns Z entlangbewegt werden kann.
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Somit ist der Messpunkt M bei dieser Bewegung stets in einem Bereich eines minimalen Abstands zum Messgerät und liegt somit nicht an den Flanken b und b'. Somit kann der Messpunkt M bevorzugt entlang der Mittellinie der Schneidkopffläche a bewegt werden durch entsprechende Bewegung der Spindel. Insbesondere wird hierbei der Messpunkt M bevorzugt durch gleichzeitige translatorische und rotatorische Verfahrbewegung der Spindel auf Basis des bekannten Verlaufs des Zahn Z (bzw. dessen Schrägstellung) entlang des Rückens 4 des Zahns Z entlang bewegt.
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Die Spindel wird somit derart angesteuert, dass der Messpunkt M wird von der ersten Position zur zweiten Position verfahren wird. Das Erreichen der zweiten Position wird dadurch erkannt, dass bei Überschreiten der zweiten Position der gemessene Abstand sprungartig wieder ansteigt, da das Ende des Zahns Z erreicht ist.
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Der Messpunkt M verfährt somit von der ersten Position entlang der Mittellinie am Rücken 4 des Zahns Z bis zum untersten Ende des Zahns Z entlang der Schneidkopffläche a. Durch stetige Abstandsmessung zum Messpunkt M ist es möglich das Höhenprofil entlang des Rückens 4 des Zahns Z zu ermitteln. Somit ist der Abstand von der Schneidkopffläche a entlang des Rückens 4 des Zahns Z zum Messgerät bekannt und da durch die Messung von der ersten Position zur zweiten Position die gesamte Schneide des Zahns Z vermessen werden kann, ist somit der exakte Höhenverlauf des Zahns Z des Wälzschälwerkzeugs bekannt.
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Durch Ermitteln der zweiten Position kann der höchste Punkt des Zahns des Wälzschälwerkzeugs ermittelt werden, wodurch auch die Breite, also der (maximale) äußere Umfang der Schneidzähne des Schneidwerkzeugs 5 ermittelt werden kann.
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Dadurch ist es zudem weiterhin möglich die genaue Drehposition der jeweiligen Zähne im Vergleich zur Verdrehposition, welche an der Spindel eingestellt ist, zu erfassen.
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Insbesondere beim Einspannen des Wälzschälwerkzeugs in die Spindel 6 kommt es häufig zu kleineren Fehlern, so dass die Ist-Lage von der Soll-Lage (bspw. Lage des Verdrehwinkels) des eingespannten Wälzschälwerkzeugs in der Praxis abweichen kann. Zur Ermittlung dieser Abweichung kann das oben genannte Verfahren verwendet werden, wodurch die tatsächliche Position der einzelnen Zähne der Schneiden des Schneidwerkzeugs 5 ermittelt werden kann.
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Das genannte Verfahren kann somit auch zum Kompensieren von Einspannungsfehlern des Wälzschälwerkzeugs in der Spindel 6 verwendet werden. Beispielsweise kann vor Beginn eines Bearbeitungsvorgangs eines Werkstücks der oben genannte Messvorgang zur Vermessung der Schneiden (bzw. Zahn; Schneidzahn) des Schneidwerkzeugs 5 durchgeführt werden und über den ermittelten Kompensationswert, also der Differenz zwischen der Ist-Lage und der Soll-Lage, kann dieser bei der Bearbeitung des Werkstücks berücksichtigt werden, so dass eine sehr hohe Bearbeitungsgenauigkeit erzielt werden kann. Dieses Messverfahren kann zudem automatisch vor dem Bearbeitungsverfahren durchgeführt werden, wenn der Laser fest mit der Werkzeugmaschine verbunden ist.
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Durch die Vermessung der Position nicht nur eines Zahns, sondern mehrerer Zähne, ist es zudem möglich einen Mittelwert zu erhalten, über den die tatsächliche Position des Wälzschälwerkzeugs noch genauer erfasst werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, Positionen von Zähnen zu vermessen, welche unter einem Winkel von rund 90° zueinander beabstandet sind.
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In der 4 ist eine weitere beispielhafte Ansicht eines Zahns Z des Wälzschälwerkzeugs gezeigt. An der höchsten Position des Zahns Z liegt die Schneidkopffläche A vor. Die Schneidkopffläche A wird beiderseitig von Flanken B begrenzt. Die Flanken B wiederum werden von einer Fußfläche C des Zahns Z begrenzt. Die untere Seitenfläche D ist eine Fläche, über welche die Schneide des Zahns Z mit dem Körper des Wälzschälwerkzeugs angepasst wird, um eine genaue Ausgestaltung des Zahns Z zu ermöglichen.
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In 5 ist beispielhaft der gemessene Abstand zum Zahn in Abhängigkeit des Verdrehwinkels des eingespannten Schneidwerkzeugs dargestellt. Bei Änderung des Verdrehwinkels der Spindel ändert sich der gemessenen Abstand zum Messpunkt M, welcher auf einen Zahn auftrifft. Im mittleren Bereich des Diagramms liegt die Schneidkopffläche a des Zahns Z vor, wobei der gemessene Abstand in diesem Bereich minimal ist. Somit lässt sich eine theoretische Mitte der Schneidkopffläche a des Zahns ermitteln, durch Halbierung des gemessenen Winkelbereichs der Schneidkopffläche a (= erste Position).
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Beidseitig von der Schneidkopffläche a liegt die erste Flanke b und zweite Flanke b', bei welchen der Abstand wieder stark zunimmt. Das gemessene Signal gemäß 5 ist ein Signal, welches sich somit bei Bewegung des Messpunkts von einer Flanke b zur anderen Flanke b' ergibt.
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Die Längsposition an der Spindelachse SA ist dabei beispielhaft konstant, da für die Bewegung des Messpunkts M von der ersten Flanke b zur zweiten Flanke b' lediglich die Spindel um die Spindelachse SA gedreht wird. Dadurch wird das eingespannte Schneidwerkzeug 5 gedreht und der Messpunkt bewegt sich relativ zum Schneidwerkzeug.
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In 6 ist nochmals ein beispielhaftes Messergebnis, ähnlich zur 5 dargestellt. Zum Erkennen des Anfangs (der Schneidkopffläche a) wird das Lasersignal entprellt. Es wird somit ein gültiges Signal erst ab Unterschreitung einer Änderung des gemessenen Abstands von einem bestimmten Wert (bevorzugt 1,8 mm) angenommen.
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Vorliegende Merkmale, Komponenten und spezifische Details können ausgetauscht und/oder kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen zu erstellen in Abhängigkeit des geforderten Verwendungszwecks. Etwaige Modifikationen, die in dem Bereich des Wissens des Fachmanns liegen, werden mit der vorliegenden Beschreibung implizit offenbart.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010002816 B4 [0003]
