DE102022129843A1

DE102022129843A1 - Messeinrichtung zur Aufnahme eines Messwertes an einer Objektoberfläche sowie Messsystem mit einer solchen Messeinrichtung

Info

Publication number: DE102022129843A1
Application number: DE102022129843.4A
Authority: DE
Inventors: Clemens Sulz
Original assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Current assignee: Carl Mahr Holding GmbH
Priority date: 2022-11-11
Filing date: 2022-11-11
Publication date: 2024-05-16
Also published as: JP2024070839A; CN118024016A; US20240159509A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung (10) sowie ein Messsystem (42) aufweisend eine Messeinrichtung (10) und eine Werkzeugmaschine (12). Die Messeinrichtung (10) hat einen Träger (16) und einen am Träger angeordneten Verbindungskörper (15) als Schnittstelle zu einer maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung (11) der Werkzeugmaschine (12). Am Träger (16) ist eine Messeinheit (21) angeordnet aufweisend eine Tastspitze (22), eine Linearantriebseinheit (23) zur Bewegung der Tastspitze (22) in eine Bewegungsrichtung (B), eine Sensoreinheit (25) zur Erfassung der Position der Tastspitze (22) in einer Tastrichtung (T) sowie eine mit der Linearantriebseinheit (23) und der Sensoreinheit (25) kommunikationsverbundene Messsteuereinheit (24). Die Messeinheit (21) weist vorzugsweise außerdem eine eigene elektrische Energieversorgung, insbesondere Akkumulator (30), auf. Die Messsteuereinheit (24) ist zur drahtlosen Kommunikation mit einer Maschinensteuereinrichtung (27) der Werkzeugmaschine eingerichtet. Auf diese Weise können die Messsteuereinheit (24) und die Maschinensteuereinrichtung (27) zusammenarbeiten, um den Messablauf zu steuern.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Aufnahme eines Messwertes an einer Objektoberfläche eines Objekts, die zum Einsatz in einer herkömmlichen Werkzeugmaschine eingerichtet ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Messsystem aufweisend eine Messeinrichtung sowie eine weitere Steuerung, wobei das Messsystem beispielsweise zum Einsatz in einer Werkzeugmaschine eingerichtet ist.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, wenigstens einen die Rauheit der Objektoberfläche beschreibenden Messwert aufzunehmen.
Rauheitsmessgeräte sind bekannt. Beispielsweise bietet die Firma Mahr GmbH Rauheitsmessgeräte an, wie etwa das Gerät MarSurf SD26. Das Rauheitsmessgerät hat einen Tastarm mit magnetischer Halterung, der an einer Tastarmhalterung eines Vorschubgeräts angeordnet ist. Mittels des Vorschubgeräts kann der Tastarm linear bewegt werden. An dem Tastarm ist eine Tastspitze angeordnet, mittels der Rauheitsmesswerte aufgenommen werden können.
Eine Rauheitsmesseinrichtung mit Prüfnormal ist in DE 103 34 219 B3 beschrieben. Das Prüfnormal ist dabei in einer Aufnahmeeinrichtung für ein Vorschubgerät integriert und in Reichweite der Tastspitze des Tastarms angeordnet.
Die Firma Blum-Novotest GmbH bietet ein Rauheitsmessgerät TC 63-RG Single an, das eine maschinenintegrierte Qualitätsüberwachung von geraden Oberflächen ermöglicht. Das Rauheitsmessgerät hat eine Funkschnittstelle zur Übertragung von erfassten Messwerten.
Weitere Rauheitsmessgeräte sind beispielsweise aus folgenden Druckschriften bekannt: DD 204 542A1 , DE 10 2005 035 786 B3 , DE 10 2017 105 814 B3 , DE 20 2014 101 900 U1 , WO 2015/036299 A1 oder WO 2018/150178 A1 bekannt.
EP 3 229 088 B1 beschreibt ein Verfahren zum Überwachen der Maschinengeometrie einer verzahnungsbearbeitenden Maschine sowie eine Messeinrichtung und ein geeignetes Softwaremodul zu diesem Zweck.
Aus EP 1 627 203 B1 ist ein Verfahren zur Messwerterfassung an einem Werkstück mittels eines Koordinatenmessgeräts bekannt. Eine Auslenkung eines Taststifts wird von einem Tastkopf erfasst und in ein Koordinatensystem des Koordinatenmessgeräts transformiert. Dabei wird eine Taststiftauslenkung berücksichtigt, die Tangential zur Werkstückoberfläche stattfindet.
DE 10 2018 109 880 A1 offenbart ein Sensormodul für eine Werkzeugmaschine, das System- oder Betriebszustände während der Bearbeitung eines Werkstücks erfassen und an eine Auswerteeinheit übertragen kann.
Ein Verfahren zum räumlichen Messen von Objekten mit einem Messtaster ist in DE 10 2007 020 172 A1 beschrieben. Über einen Kalibrierkörper kann an mehreren Kalibrierpunkten jeweils ein Korrekturwert ermittelt und für die Korrektur von Messwerten verwendet werden. Aus DE 10 2005 018 239 B3 ist eine Messeinrichtung mit optischem bzw. interferometrische Messprinzip bekannt, bei der die Messsicherheit erhöht werden soll. Hierzu stützt sich die Messeinrichtung mittels eines Stützstabes an einem zu messenden Objekt oder einem Objektträger ab.
Ein Verfahren und ein System zur Erfassung einer Werkstückkontur und zur Korrektur eines Sollpfades für die Bearbeitung eines Werkstücks in einer Werkzeugmaschine sind in DE 10 2015 006 636 A1 beschrieben. Ein Messtaster mit einem Taststift erzeugt hierfür kontinuierlich Ausgangsdaten, die eine Soll-Ist-Abweichung der herzustellenden Kontur beschreiben. Diese werden in einer Steuerung der Werkzeugmaschine in Maschinenkoordinaten transformiert und gegebenenfalls wird ein Pfad korrigiert, entlang dem das Werkstück bearbeitet wird.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache Messeinrichtung zur Aufnahme eines Messwertes, die insbesondere die Rauheit einer Objektoberfläche beschreibt, zu schaffen, die bei einfachem Aufbau für den Einsatz in unterschiedlichen Werkzeugmaschinen geeignet ist und die insbesondere eine Standardschnittstelle der Werkzeugmaschine nutzen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Messeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Die Erfindung betrifft auch ein Messsystem aufweisend eine Werkzeugmaschine und eine erfindungsgemäße Messeinrichtung gemäß Patentanspruch 19.
Die erfindungsgemäße Messeinrichtung ist zur Aufnahme eines Messwertes an einer Objektoberfläche eines Objekts eingerichtet. Sie weist einen Träger auf, an dem ein Verbindungskörper angeordnet ist. Der Verbindungskörper stellt eine Schnittstelle zu einer maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung einer Werkzeugmaschine dar. Die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung kann beispielsweise ein Spannfutter, ein Revolver oder eine Spindel sein, an der der Verbindungskörper angeordnet bzw. gespannt werden kann. Die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung ist als die Schnittstelle an der Werkzeugmaschine zum Anordnen des Werkzeugs mittels des Verbindungskörpers.
Der Verbindungskörper kann Bestandteil des Trägers sein oder nach Art eines Werkzeughalters mit dem Träger verbindbar sein. Mittels des Verbindungskörpers kann die Messeinrichtung in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung der Werkzeugmaschine eingewechselt und ausgewechselt werden. Das Ein- und Auswechseln kann manuell oder automatisiert erfolgen, beispielsweise mittels eines Roboters, eines Greifers oder eines anderen Manipulators.
Der Verbindungskörper kann beispielsweise eine standardisierte Schnittstelle bilden, wie z.B. einen Steilkegel (SK) entsprechend DIN ISO 7388 oder einen Hohlschaftkegel (HSK) gemäß DIN 69893.
Die Werkzeugmaschine ist insbesondere eine Bearbeitungsmaschine, mittels der die Form bzw. die Geometrie des Objekts bzw. Werkstücks bearbeitet und verändert wird. Z.B. kann die Werkzeugmaschine eine Schleifmaschine, eine Fräsmaschine, eine Laserbearbeitungsmaschine, eine Drehmaschine, eine Umformmaschine oder eine beliebige Kombination davon sein.
Die Messeinrichtung hat eine in einer Tastrichtung bewegbar gelagerte Tastspitze. Die Bewegung der Tastspitze kann eine Schwenkbewegung mit einer Bewegungskomponente in Tastrichtung oder eine lineare Bewegung in Tastrichtung sein. In jedem Fall kann die Tastspitze zumindest eine Bewegung mit einer Richtungskomponente in Tastrichtung ausführen. Die Tastspitze ist dazu eingerichtet, zur Aufnahme des Messwertes mit der Objektoberfläche in Kontakt gebracht zu werden, so dass sie an einem Messort an der Objektoberfläche anliegt. Der Messwert wird während der Messung durch die Position oder Positionsänderung der Tastspitze in Tastrichtung definiert.
Die Messeinrichtung hat eine Messsteuereinheit. Zur Erfassung eines Messwertes weist die Messeinrichtung außerdem eine mit der Messsteuereinheit kommunikationsverbundene Sensoreinheit auf. Mittels der Sensoreinheit wird die Position der Tastspitze in Tastrichtung erfasst, der durch einen Sensorwert der Sensoreinheit beschrieben wird. Der Sensorwert wird der Messsteuereinheit bereitgestellt. Der Sensorwert kann in der Messsteuereinheit weiterverarbeitet werden und/oder direkt an die Maschinensteuereinrichtung übermittelt werden. Im einfachsten Fall kann der Sensorwert als Messwert verwendet werden. Es ist aber auch möglich, aus wenigstens einem Sensorwert einen Messwert zu ermitteln bzw. zu berechnen.
Die Messeinrichtung weist ferner eine Linearantriebseinheit auf, die dazu eingerichtet ist, die Tastspitze während der Messung in einer Bewegungsrichtung linear zu bewegen. Die Bewegungsrichtung ist rechtwinklig zur Tastrichtung ausgerichtet.
Die Messsteuereinheit der Messeinrichtung hat eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle, die zur drahtlosen Kommunikation mit einer weiteren Steuerung eingerichtet ist. Beispielsweise können über die Kommunikationsschnittstelle drahtlos erfasste Messwerte an die weitere Steuerung übermittelt werden.
Die Tastspitze, die zugeordnete Sensoreinheit, die Linearantriebseinheit sowie die Messsteuereinheit sind mittelbar oder unmittelbar am Träger der Messeinrichtung angeordnet und bilden eine Messeinheit. Die Messeinheit ist daher als Ganzes handhabbar und kann beispielsweise mittels des Verbindungskörpers und der dadurch bereitgestellten Schnittstelle in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung eingewechselt und ausgewechselt werden.
Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit außerdem einen wiederaufladbaren Akkumulator zur Energieversorgung aufweist, der vorzugsweise mittelbar oder unmittelbar am Träger angeordnet ist. Dadurch kann die Messeinrichtung ohne Versorgungskabel zu einer Energiequelle mit elektrischer Energie versorgt werden. Die elektrische Energie wird sämtlichen elektrisch betriebenen Komponenten der Messeinrichtung oder der Messeinheit bereitgestellt, beispielsweise der Linearantriebseinheit, der Messsteuereinheit und der Sensoreinheit.
Die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit kann einen Adapter zur elektrischen Verbindung des Akkumulators mit einem Ladegerät aufweisen. Der Adapter kann fester Bestandteil der Messeinrichtung oder der Messeinheit sein und mithin mittelbar oder unmittelbar am Träger angeordnet sein. Alternativ dazu kann der Adapter auch lösbar mittelbar oder unmittelbar am Träger angeordnet werden. Das Ladegerät kann zur Ablage der Messeinrichtung dienen, wenn die Messeinrichtung in der Werkzeugmaschine nicht zur Messung verwendet wird, beispielsweise während der Bearbeitung des Objekts. Das Ladegerät kann auch einen Ablageplatz für die Messeinrichtung in einem Werkzeugmagazin zugeordnet und beispielsweise Bestandteil des Werkzeugmagazins sein. In dem Werkzeugmagazin können neben der Messeinrichtung auch weitere Ablageplätze für Bearbeitungswerkzeuge der Werkzeugmaschine vorhanden sein. Der Adapter kann dazu eingerichtet sein, eine drahtgebundene und/oder eine drahtlose Verbindung (beispielsweise induktive Verbindung) zwischen der Messeinheit bzw. dem Akkumulator einerseits und dem Ladegerät andererseits herzustellen.
Die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit kann außerdem zusätzlich zu der Linearantriebseinheit wenigstens einen weiteren rotatorischen oder translatorischen Zusatzantrieb aufweisen. Mittels des wenigstens einen Zusatzantriebs kann die Tastspitze linear oder drehend bzw. schwenkend bewegt werden. Die Tastspitze wird dabei relativ zum Verbindungskörper und/oder Träger der Messeinrichtung bewegt.
Für jeden Bewegungsfreiheitsgrad der Tastspitze relativ zum Verbindungskörper bzw. Träger kann ein entsprechender Positionssensor vorhanden sein, der den jeweils erfassten Positionswert an die Messsteuereinheit übermittelt.
Vorzugsweise kann einer der optionalen Zusatzantriebe dazu eingerichtet sein, die Tastspitze zwischen mehreren der nachfolgenden Positionen zu bewegen: einer für die Messung der Objektoberfläche vorgesehenen Messposition, einer von der Messposition entfernten Ruheposition und einer für die Durchführung eines Kalibrierverfahrens vorgesehenen Kalibrierposition. Einer der optional vorhandenen Zusatzantriebe kann beispielsweise dazu eingerichtet sein, die Tastspitze zwischen der Messposition und der Ruheposition zu bewegen. Die Tastspitze kann somit zwei oder drei unterschiedliche Positionen einnehmen.
In der optionalen Kalibrierposition ist die Tastspitze einem Normal zugeordnet und liegt an einer Oberfläche des Normals an. Das Normal kann Bestandteil der Messeinrichtung sein und beispielsweise mittelbar oder unmittelbar am Träger angeordnet sein. In der Kalibrierposition kann die Tastspitze entlang der Oberfläche des Normals bewegt werden, um ein Kalibrierverfahren der Messeinrichtung durchzuführen.
Die Messposition und die Kalibrierposition können voneinander verschiedene Positionen sein oder die Messposition stellt auch die Kalibrierposition dar.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung hat die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit ein Schutzgehäuse, um die Messeinrichtung und insbesondere die Tastspitze und/oder ein optional vorhandenes Normal vor äu-ßeren Einflüssen zu schützen. Das Schutzgehäuse kann eine Öffnung aufweisen, durch die die Tastspitze aus dem Schutzgehäuse herausragen kann, zumindest wenn sich die Tastspitze in der Messposition befindet. Die Öffnung kann mittels einer manuell oder automatisch bewegbaren Abdeckung geöffnet und geschlossen werden. Insbesondere kann die Messeinrichtung dazu eingerichtet sein, ein Bewegen der Tastspitze in die Messposition zu verhindern, solange die Abdeckung die Öffnung schließt.
Es ist vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit wenigstens einen Stützkörper oder auch mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Stützkörper aufweist. Jeder vorhandene Stützkörper ist dazu eingerichtet, die Messeinrichtung in einer Arbeitsposition der Messeinrichtung benachbart zu einem Messort an der Objektoberfläche abzustützen. Dabei kann der Stützkörper beispielsweise unmittelbar am Objekt oder einem Objekthalter anliegen. Der wenigstens eine Stützkörper kann am Träger oder am Schutzgehäuse oder an einer anderen geeigneten Komponente der Messeinrichtung angeordnet sein. Der wenigstens eine Stützkörper kann auch dazu eingerichtet sein, wahlweise an mehreren unterschiedlichen Stellen am Träger, an einem Gehäuse (beispielsweise Schutzgehäuse) der Messeinrichtung angeordnet zu werden.
Der wenigstens eine Stützkörper kann elastisch verformbar sein. In der Arbeitsposition erfüllt der Stützkörper dabei eine Dämpfungsfunktion, so dass Vibrationen oder Schwingungen nicht von dem Objekt oder einer Objekthalterung auf die Messeinrichtung übertragen werden oder zumindest ausreichend gedämpft werden. Der wenigstens eine Stützkörper ist vorzugsweise gegenüber seiner Ausgangsform verformt, wenn sich die Messeinrichtung in der Arbeitsposition befindet. Der wenigstens eine Stützkörper kann ein elastisch verformbares ringförmiges (beispielsweise kreisförmiges oder elliptisches oder ovales) Element aufweisen.
Unter einem elastisch verformbaren Stützkörper ist hier ein Stützkörper zu verstehen, der sich bei den üblicherweise auftretenden Kräften zwischen der Messeinrichtung und dem Objekt elastisch verformen kann.
Es ist bevorzugt, wenn die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit einen Positionssensor aufweist, der mit der Messsteuereinheit kommunikationsverbunden ist. Der Positionssensor ist dazu eingerichtet, das Erreichen der Arbeitsposition relativ zur Objektoberfläche bzw. zum Objekt zu erfassen und ein entsprechendes Positionssignal bereitzustellen. Der Positionssensor kann ein schaltender Sensor oder ein kontinuierlich messender Sensor sein. Beispielsweise kann der Positionssensor ein Positionssignal erzeugen und für die Messsteuereinheit bereitstellen, das den Abstand zur Objektoberfläche beschreibt und zumindest den Abstand anzeigt, der die Arbeitsposition definiert.
Alternativ zu der Erfassung der Arbeitsposition mittels der Messeinrichtung, kann die Positionsüberwachung der Messeinrichtung auch mittels der Maschinensteuereinrichtung erfolgen und - falls erforderlich oder gewünscht - von der Maschinensteuereinrichtung an die Messsteuereinheit der Messeinrichtung übermittelt werden.
Der optional vorhandene Positionssensor der Messeinrichtung kann dem wenigstens einen Stützkörper zugeordnet sein und zum Beispiel eine auf den Stützkörper einwirkende Kraft mittelbar oder unmittelbar erfassen. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Positionssensor ein Dehnungsmessstreifen sein, mittels dem eine elastische Verformung des Stützkörpers erfasst werden kann.
Die Messsteuereinheit kann dazu eingerichtet sein, das Erreichen der Arbeitsposition an die Maschinensteuereinrichtung zu übermitteln.
Es ist vorteilhaft, wenn die Messsteuereinheit dazu eingerichtet ist, nach dem Erreichen der Arbeitsposition einen der optional vorhandenen Zusatzantriebe anzusteuern, um die Tastspitze in die Messposition an der Objektoberfläche zu bewegen. Mittels dieses Zusatzantriebs kann auch die Andrückkraft zwischen der Tastspitze und der Objektoberfläche gesteuert oder geregelt werden. Hierfür kann eine entsprechende Krafterzeugungseinheit des Zusatzantriebs vorhanden sein, die mechanisch und/oder magnetisch und/oder elektromagnetisch arbeiten kann.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Tastspitze automatisch die Messposition einnimmt, wenn die Messeinrichtung die Arbeitsposition erreicht. Bei dieser Ausführungsform kann auf den Zusatzantrieb verzichtet werden, wobei dennoch eine Krafterzeugungseinheit zum Einstellen der Andrückkraft zwischen Tastspitze und Objektoberfläche vorhanden sein kann, wie es vorstehend erläutert wurde.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit eine Reinigungseinheit aufweisen. Alternativ dazu kann die Reinigungseinheit auch separat von der Messeinrichtung vorhanden sein und Bestandteil eines Messsystems sein, zu dem die Messeinrichtung gehört. Die Reinigungseinheit ist dazu eingerichtet, den Messort auf der Objektoberfläche vor der Messung zu reinigen, insbesondere durch Erzeugen eines Gasstromes, vorzugsweise eines Luftstroms. Die Reinigungseinheit kann beispielsweise ein von einem Elektromotor antreibbares Gebläse und/oder eine mit einer Druckquelle verbundene oder verbindbare Fluiddüse, insbesondere Luftdüse, aufweisen. In diesem Fall hat die Messeinrichtung eine Medienschnittstelle, die bei in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung der Werkzeugmaschine eingesetzter Messeinrichtung eine Fluidverbindung zu einer Fluidquelle herstellt, um der Fluiddüse das Reinigungsfluid zuzuführen.
Es ist vorteilhaft, wenn die Anordnung der Fluiddüse relativ zur Tastspitze bzw. deren beweglicher Lagerung derart ausgestaltet ist, dass der Fluidstrom der Fluiddüse, insbesondere Luftstrom, einem möglichen Eintritt von Verunreinigungen, z.B. Partikeln und/oder Flüssigkeiten in die Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit im Bereich der Tastspitze entgegenwirkt.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Messeinheit, insbesondere Tastspitze und ihre bewegliche Lagerung, durch eine geeignete Maßnahme vor dem Fluidstrom und vor durch den Fluidstrom aufgewirbelte und/oder im Fluidstrom mitgeführte Verschmutzungen (z.B. Partikel und/oder Flüssigkeiten) geschützt werden, zumindest während einer Reinigungsphase, während der eine Reinigung durchgeführt wird. Eine optionale Maßnahme kann beispielsweise eine geeignete Positionierung der Messeinheit und/oder Tastspitze während einer Reinigungsphase in einem Bereich sein, der nicht vom Fluidstrom und hierdurch resultierend aufgewirbelte oder mitgeführte Verschmutzung betroffen ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Messeinheit und/oder Tastspitze mittels einer Schutzvorrichtung während einer Reinigungsphase abgeschirmt und/oder umschlossen und/oder abgekapselt werden. Beispielsweise kann ein die Tastspitze und/oder ihre bewegliche Lagerung umgebendes Gehäuseteil mit einer Öffnung vorhanden sein. Dieser Öffnung kann eine ansteuerbare, bewegbare Abdeckung (z.B. Klappe, Schieber, Blende, ...) der Schutzvorrichtung zugeordnet sein und die Öffnung in einer Schließstellung abdecken und in einer Offenstellung offen halten. In der Offenstellung kann die Tastspitze zur Messung durch die Öffnung herausragen. In der Schließstellung sind die Öffnung und die Tastspitze durch die Abdeckung von außen unzugänglich abgedeckt.
Es ist außerdem vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung eine Dämpfungseinrichtung aufweist. Mittels der Dämpfungseinrichtung kann eine Dämpfung von Vibrationen und Schwingungen erfolgen, die über die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung in die Messeinrichtung eingeleitet werden könnten. Die Dämpfungseinrichtung dient somit zur Entkopplung der Messeinrichtung von der Werkzeugmaschine. Die Dämpfungseinrichtung ist insbesondere in der mechanischen Verbindung zwischen dem Verbindungskörper und der Tastspitze bzw. der Lineareinheit angeordnet. Beispielsweise kann die Dämpfungseinrichtung zwischen dem Verbindungskörper und dem Träger oder zwischen einem ersten Trägerteil und einem zweiten Trägerteil angeordnet sein.
Wie vorstehend erläutert, kann die Messeinrichtung Bestandteil eines erfindungsgemäßen Messsystems sein. Die Messeinrichtung ist hierbei manuell oder automatisch in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung der Werkzeugmaschine einwechselbar und auswechselbar. Die Maschinensteuereinrichtung der Werkzeugmaschine und die Messsteuereinheit der Messeinrichtung können aufgrund der drahtlosen Kommunikationsverbindung zusammenarbeiten, um den Messablauf zur Erfassung des Messwerts zu steuern.
Zur Kalibrierung der Messeinrichtung kann ein Normal vorhanden sein, das an einer geeigneten Stelle in der Werkzeugmaschine angeordnet ist oder optional Bestandteil der Messeinrichtung und insbesondere die Messeinheit ist, wie es vorstehend bereits erläutert wurde. Das Normal ist vorzugsweise ein Rauheitsnormal.
Bei einer Ausführungsform kann das Normal mittels einer Befestigungseinrichtung lösbar in einem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine angebracht werden. Der Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine ist der Bereich, den ein in der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung angeordnetes Werkzeug oder die in der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung angeordnete Messeinrichtung bei der Bewegung der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung relativ zu einer Maschinenbasis erreichen kann. In diesem Arbeitsbereich kann das Normal geschützt angeordnet sein, beispielsweise in einer Kammer, die gegenüber dem übrigen Arbeitsbereich geöffnet und geschlossen werden kann, um das Normal vor Einflüssen während der Bearbeitung eines Objekts oder Werkstücks zu schützen. Das Normal kann beispielsweise über eine magnetische Befestigungseinrichtung oder auf andere Weise lösbar in oder an der Werkzeugmaschine anbringbar sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen:

1 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Messeinrichtung,
2 eine schematische blockschaltbildähnliche Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Messsystems aufweisend eine Werkzeugmaschine und eine Messeinrichtung nach 1,
3 und 4 jeweils eine schematische Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels der Messeinrichtung mit wenigstens einem Zusatzantrieb, um eine Tastspitze der Messeinrichtung zwischen mehreren Positionen bewegen zu können, wobei der Verbindungskörper der Messeinrichtung nicht dargestellt ist,
5 ein Blockschaltbild, das eine Messsteuereinheit der Messeinrichtung sowie eine Maschinensteuereinrichtung der Werkzeugmaschine zeigt,
6 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Messeinrichtung mit einem Schutzgehäuse sowie einer Reinigungseinheit und
7 ein Ausführungsbeispiel einer Messeinrichtung aufweisend eine Dämpfungseinrichtung und
8 ein Flussdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Messung eines Objekts unter Verwendung der Messeinrichtung in einer Werkzeugmaschine.

1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Messeinrichtung 10. Die Messeinrichtung 10 ist dazu eingerichtet, mittels einer definierten Schnittstelle in einer maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 eine Werkzeugmaschine 12 angeordnet zu werden (2). Wie es ebenfalls aus 2 ersichtlich ist, ist die Messeinrichtung 10 zur Aufnahme eines Messwertes an einer Objektoberfläche 13 eines Objekts 14 eingerichtet. Beispielsweise können die Messwerte eine Rauheit der Objektoberfläche 13 beschreiben.
Als Schnittstelle zur maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 weist die Messeinrichtung 10 einen Verbindungskörper 15. Der Verbindungskörper 15 kann beispielsweise einen Hohlschaftkegel (HSK) oder einen Steilkegel (SK) aufweisen bzw. sein. Der Verbindungskörper 15 ist fest oder lösbar mit einem Träger 16 der Messeinrichtung 10 verbunden. Der Verbindungskörper 15 kann beispielsweise an einem Werkzeughalter vorhanden sein, an dem der Träger 16 lösbar befestigt werden kann. Beim Ausführungsbeispiel weist der Träger 16 eine Verbindungseinrichtung 17 (z.B. einen Verbindungsstift) auf, die an einer Anbringungseinrichtung 18 (z.B. einer Anbringungsaussparung) am Verbindungskörper 15 lösbar angebracht werden kann , beispielsweise mittels einer formschlüssigen und/oder kraftschlüssigen Verbindung. Beispielsweise kann der Verbindungsstift in die Anbringungsaussparung eingesteckt und dort fixiert werden, insbesondere unter Verwendung einer Sicherungsschraube. Somit können auch mehrere unterschiedliche Verbindungskörper 15 mit dem Träger 16 lösbar verbunden werden, um die Messeinrichtung 10 an die Ausgestaltung der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 anzupassen.
Am Träger 16 sitzt eine Messeinheit 21. Zu der Messeinheit gehört eine in einer Tastrichtung T bewegbare Tastspitze 22, eine Linearantriebseinheit 23, eine Messsteuereinheit 24 sowie eine Sensoreinheit 25 (5). Die genannten Einheiten 23, 24, 25 können in einem Gehäuse der Messeinheit 21 angeordnet sein.
Die bewegbare Lagerung der Tastspitze 22 in Tastrichtung T kann derart ausgestaltet sein, dass die Tastspitze 22 linear in Tastrichtung T bewegbar ist. Die Bewegung in Tastrichtung T kann jedoch auch lediglich eine Bewegungskomponente der bewegbaren Tastspitze 22 sein, die beispielsweise um eine rechtwinklig zur Tastrichtung ausgerichtete Achse schwenkbar gelagert sein kann.
Mittels der Linearantriebseinheit 23 kann die Tastspitze 22 in einer Bewegungsrichtung B linear bewegt werden. Die Bewegungsrichtung B ist rechtwinklig zur Tastrichtung T ausgerichtet und erstreckt sich beispielsgemäß parallel zu einer Längsachse L. Entlang der Längsachse L erstreckt sich der Träger 16 ausgehend von seinen den Verbindungskörper 15 zugeordneten Ende bis zu einem freien Ende, an den die Messeinheit 21 angeordnet ist.
Die Tastspitze 22 ist beispielsgemäß dazu eingerichtet, einen punktförmigen oder möglichst punktförmigen Kontakt mit der Objektoberfläche 13 herzustellen, wenn sich die Tastspitze 22 in einer Messposition M (2, 3 und 7). Insbesondere weist die Messeinheit 21 zusätzlich zu der Tastspitze 22 keine weiteren Antastelemente auf, wie beispielsweise eine Kufe oder dergleichen, die sich gemeinsam mit der Tastspitze 22 während der Messung in Bewegungsrichtung B bewegt.
Die Sensoreinheit 25 und die Messsteuereinheit 24 sind kommunikationsverbunden. Die Sensoreinheit 25 ist dazu eingerichtet, einen Sensorwert W zu erzeugen und der Messsteuereinheit 24 bereitzustellen, der die Position oder Positionsänderung der Tastspitze 22 in Tastrichtung T beschreibt.
Die Messsteuereinheit 24 ist zur mittelbaren oder unmittelbaren Kommunikation mit einer Steuerung 28 eingerichtet. Dazu hat die Messsteuereinheit 24 eine Kommunikationsschnittstelle 26, die beim Ausführungsbeispiel zur drahtlosen Kommunikation eingerichtet ist. Die Steuerung 28 kann Bestandteil einer Maschinensteuereinrichtung 27 sein oder zur drahtlosen und/oder drahtgebundenen Kommunikation mit der Maschinensteuereinrichtung 27 eingerichtet sein. Die Steuerung 28 hat beispielsgemäß ebenfalls eine Kommunikationsschnittstelle 26, die zur drahtlosen Kommunikation eingerichtet ist. Über die Kommunikationsschnittstellen 26 können die Messsteuereinheit 24 und die Steuerung 28 miteinander drahtlos kommunizieren. Die Kommunikation entspricht dabei vorzugsweise einem standardisierten Kommunikationsprotokoll, beispielsweise dem „Bluetooth“-Standard oder dem „Bluetooth Low Energy“-Standard. Auch irgendein anderes zur drahtlosen Kommunikation eingerichtetes Kommunikationsprotokoll kann verwendet werden. Über eine weitere Kommunikationsverbindung können beim Ausführungsbeispiel die Steuerung 28 und die Maschinensteuerung 27 miteinander kommunizieren. Die Steuerung 28 kann dazu eingerichtet sein, Messwerte von der Messsteuereinheit 24 zu empfangen und optional zu verarbeiten. Sie kann optional auch dazu eingerichtet sein, basierend auf den empfangenen und/oder verarbeiteten Messwerten ein Auswerteinformationen und/oder Steuerinformationen an die Maschinensteuerung 27 zu übermitteln.
Wie es aus 5 weiter ersichtlich ist, kann die Messeinheit 21 außerdem einen wiederaufladbaren Akkumulator 30 zur Energieversorgung der Messeinheit 21 aufweisen. Mittels des Akkumulators 30 können insbesondere die Messsteuereinheit 24, die Linearantriebseinheit 23 sowie die Sensoreinheit 25 entweder mittelbar oder unmittelbar mit elektrischer Energie versorgt werden. Vorzugsweise versorgt der Akkumulator 30 sämtliche elektrisch betriebene Einheiten und Komponenten der am Träger 16 angeordneten Messeinheit 21 mit der benötigten elektrischen Energie.
Am Akkumulator 30 oder einer anderen geeigneten Stelle der Messeinheit 21 kann ein von außen zugänglicher Adapter 31 mit elektrischen Kontakten 32 vorhanden sein. Mittels des Adapters 31 kann eine elektrische Verbindung mit einem nicht veranschaulichten Ladegerät hergestellt werden, beispielsweise wenn die Messeinrichtung 10 in einem Werkzeugmagazin 37 der Werkzeugmaschine 12 abgelegt ist. Wird die Messeinrichtung 10 nicht benötigt, kann der Akkumulator 30 über das Ladegerät mit elektrischer Energie aufgeladen werden. Über die elektrischen Kontakte 32 kann eine elektrische Verbindung zum Ladegerät hergestellt werden.
In Abwandlung zu dem in 5 schematisch dargestellten Adapter 31 kann die Messeinheit 21 und/oder der Adapter 31 zusätzlich oder alternativ eine Schnittstelle zum induktiven Laden des Akkumulators 30 aufweisen.
Der Adapter 31 kann ein abnehmbarer oder ein nicht abnehmbarer Bestandteil der Messeinheit 21 sein.
Anhand der 3-5 ist schematisch dargestellt, dass die Messeinheit 21 zusätzlich zum Linearantriebseinheit 23 wenigstens einen Zusatzantrieb 33 aufweisen kann. Der wenigstens eine Zusatzantrieb 33 kann dazu eingerichtet sein, die Tastspitze 22 zusätzlich zur linearen Bewegung in Bewegungsrichtung B in wenigstens einem weiteren translatorischen und/oder rotatorischen Freiheitsgrad zu bewegen, beispielsweise in Tastrichtung T und/oder um eine Schwenkachse S, die parallel zur Bewegungsrichtung B ausgerichtet ist. Die Anzahl der optional vorhandenen Zusatzantriebe 33 ist beliebig. Es können beispielsweise bis zu zwei zusätzliche lineare Zusatzantriebe 33 und bis zu drei rotatorische Zusatzantriebe 33 vorhanden sein.
Bei den in den 3, 4 und 5 schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen ist jeweils ein linearer Zusatzantrieb 33 sowie ein rotatorischer Zusatzantrieb 33 vorhanden, so dass die Tastspitze 22 um die Schwenkachse S geschwenkt und in Tastrichtung T linear bewegt werden kann. Der Zusatzantrieb 33 zur Bewegung der Tastspitze 22 in Tastrichtung T kann gleichzeitig als Krafterzeugungseinheit dienen, um eine Andrückkraft zwischen der Tastspitze 22 und der Objektoberfläche 13 einzustellen. Ist ein solcher Zusatzantrieb 33 nicht vorhanden, kann die Krafterzeugungseinheit auch separat ausgebildet sein. Die Krafterzeugungseinheit kann mechanisch, magnetisch oder elektromagnetisch arbeiten, um die Andrückkraft zu erzeugen.
Bei Ausführungsbeispielen, die wenigstens einen Zusatzantrieb 33 aufweisen, kann die Tastspitze 22 zwischen wenigstens zwei der folgenden Positionen bewegt werden: Der Messposition M, einer Ruheposition R (6) und einer Kalibrierposition K. In diesen weiteren Positionen ist die Tastspitze 22 nicht dazu eingerichtet an der Objektoberfläche 13 anzuliegen. Beispielsweise kann die Tastspitze 22 in einer Ruheposition R innerhalb eines optional vorhandenen Schutzgehäuses 34 der Messeinrichtung 10 angeordnet sein und sich in der Ruheposition R insbesondere vollständig innerhalb des Innenraums des Schutzgehäuses 34 befinden ( 6). Das Schutzgehäuse 34 kann benachbart zur Messeinheit 21 bzw. Tastspitze 22 eine durch eine Abdeckung 35 verschließbare Öffnung 36 aufweisen. Die Abdeckung 35 kann zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung bewegt werden, entweder manuell oder automatisch. In der Schließstellung deckt sie die Öffnung 36 ab, so dass der Innenraum des Schutzgehäuses 34 nicht zugänglich ist. Die Schließstellung ist in 6 dargestellt. In der Offenstellung gibt die Abdeckung 35 die Öffnung 36 frei, so dass die Tastspitze 22 aus ihrer Ruheposition R in die Messposition M bewegt werden kann, in der sie durch die Öffnung 36 hindurch nach außen ragt.
Die 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung 10, bei der ein Normal 41 am Träger 16 angeordnet ist. Das Normal 41 ist beispielsgemäß ein Rauheitsnormal. In der Kalibrierposition K (4) liegt die Tastspitze 22 am Normal 41 an und kann mittels der Linearantriebseinheit 23 in Bewegungsrichtung B entlang der Oberfläche des Normals 41 bewegt werden. Auf diese Weise kann die Messeinrichtung 10 kalibriert werden.
Alternativ kann das Normal 41 außerhalb der Messeinrichtung 10 angeordnet und Bestandteil des in 2 schematisch dargestellten Messsystems 42 sein, das die erfindungsgemäße Messeinrichtung 10 sowie die Werkzeugmaschine 12 umfasst. Das Normal 41 kann mittels einer Befestigungseinrichtung 40, beispielsweise einem Befestigungsmagneten, an einer geeigneten Stelle im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 12 angeordnet werden, so dass es durch die Tastspitze 22 zur Durchführung der Kalibrierung erreichbar ist. Die Bewegung zwischen dem Normal 41 und der Messeinrichtung 10 erfolgt insbesondere ausschließlich mittels der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 der Werkzeugmaschine 12. Zusätzlich oder alternativ könnte auch eine Maschinenachse zur Bewegung des Normals 41 relativ zur Maschinenbasis bzw. zur maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 vorhanden sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Normal 41 auch fest im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 12 angebracht sein, beispielsweise am Werkzeugmagazin 37.
Zum Einwechseln oder Auswechseln der Messeinrichtung 10 in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 kann das Messsystem 42 bzw. die Werkzeugmaschine 12 einen Manipulator 43 aufweisen, beispielsweise einen Roboterarm mit einer Greifeinrichtung. Optional kann mittels des Manipulators 43 das Normal 41 an einer geeigneten Stelle im Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine 12 bzw. im Bewegungsbereich der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 positioniert werden. Beispielsweise kann das Normal 41 zur Kalibrierung aus dem Werkzeugmagazin 37 entnommen und an einer geeigneten Stelle platziert und nach Abschluss des Kalibriervorgangs wieder im Werkzeugmagazin 37 abgelegt werden. Das Normal 41 und/oder das gesamte Werkzeugmagazin 37 kann in einer separaten Kammer und/oder innerhalb des Arbeitsraums durch eine Abtrennung 44 geschützt werden, um während der Bearbeitung eines Objekts 14 Beschädigungen und/oder Verschmutzungen des Normals 41 oder im Werkzeugmagazin 37 abgelegter Werkzeuge zu verhindern. Zum Werkzeugwechsel oder um das am Werkzeugmagazin 37 angeordnete Normal 41 mittels der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 und der eingesetzten Messeinrichtung 10 erreichen zu können, kann die Abtrennung 44 geöffnet werden.
In den 2 und 5 ist auch erkennbar, dass die Werkzeugmaschine 12 eine oder mehrere Maschinenachsen 45, eine Bedienschnittstelle 46 und einen Objekthalter 47 aufweist. Die Anzahl und Ausführung der Maschinenachsen 45 sowie des Objekthalters 47 hängt von der Ausführung der Werkzeugmaschine 12 ab. Der Objekthalter 47 kann beispielsweise ein Spannfutter für ein stabförmiges und/oder rotationssymmetrisches Objekt 14 sein.
Mittels der wenigstens einen Maschinenachse 45 können die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 und/oder der Objekthalter 47 relativ zueinander bzw. relativ zu einer Maschinenbasis bewegt werden. Eine Maschinenachse 45 kann dabei als lineare Maschinenachse oder als rotatorische Maschinenachse ausgebildet sein, wie es schematisiert in 2 und 5 durch gerade Pfeile oder bogenförmige Pfeile symbolisiert ist. Es können bis zu drei lineare Maschinenachsen und bis zu drei rotatorische Maschinenachsen vorhanden sein. Die Position der jeweiligen Maschinenachse 45 kann durch einen Sensor einer Sensoranordnung 48 erfasst und an die Maschinensteuerung 27 übermittelt werden ( 5) .
Die Messeinrichtung 10 kann einen Stützkörper 51 aufweisen (2 und 5). Der Stützkörper 51 kann mittelbar oder unmittelbar am Träger 16 angeordnet sein, beispielsweise an einem Gehäuse der Messeinheit 21. Vorzugsweise befindet er sich in der Nähe des Messortes auf der Objektoberfläche 13 und somit benachbart zur Tastspitze 22, wenn diese sich in der Messposition M befindet. Der Stützkörper 51 ist dazu eingerichtet, an der Objektoberfläche 13 und/oder dem Objekthalter 47 anzuliegen, wenn sich die Messeinrichtung 10 in einer Arbeitsposition A befindet. Die Arbeitsposition A ist in 2 schematisch dargestellt. Über den Stützkörper 51 wird die Stabilität der Relativposition zwischen der Messeinrichtung 10 und dem zu messenden Objekt 14 verbessert. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn aufgrund der Ausgestaltung der Werkzeugmaschine 12 auch während der Messung eine motorische Ansteuerung der wenigstens einen Maschinenachse 45 erfolgt, um die Relativposition und Relativorientierung zwischen der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 und dem Objekthalter 47 aufrecht zu erhalten. Diese aktive Ansteuerung der wenigstens einen Maschinenachse 45 kann zu minimalen Schwingungen, Vibrationen oder Bewegungen führen, die über den Stützkörper 51 abgestützt bzw. gedämpft werden können.
Zu diesem Zweck ist der Stützkörper 51 beim Ausführungsbeispiel als elastisch verformbarer Stützkörper ausgeführt. Bei den üblicherweise in der Arbeitsposition A auf den Stützkörper 51 einwirkenden Kräften ist der Stützkörper 51 elastisch verformt bzw. verformbar. Er kann beispielsweise ringförmig mit einer kreisförmigen, elliptischen oder ovalen Kontur in seinem nicht verformten Ausgangszustand ausgeführt sein.
In Abwandlung zum dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, mehrere Stützkörper 51 an unterschiedlichen Stellen der Messeinrichtung 10 und insbesondere des Gehäuses der Messeinheit 21 und/oder des Trägers 16 anzuordnen.
Die Messeinheit 21 der Messeinrichtung 10 kann einen Positionssensor 52 aufweisen, der mit der Messsteuereinheit 24 kommunikationsverbunden ist (5). Der Positionssensor 52 stellt für die Messsteuereinheit 24 ein Positionssignal P bereit. Das Positionssignal P gibt beispielsgemäß zumindest das Erreichen der Arbeitsposition A an. Zusätzlich kann das Positionssignal P auch andere Positionen relativ zum Objekt 14 erfassen und ein diese Relativposition anzeigendes Positionssignal P erzeugen. Der Positionssensor 52 kann dazu beispielsweise als Abstandssensor ausgebildet sein.
Bei dem hier veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Positionssensor 52 dem Stützkörper 51 zugeordnet und erfasst einen in der Messposition M auf den Stützkörper 51 einwirkende Kraft. Beispielsweise kann der Positionssensor 52 eine Verformung des Stützkörpers 51 in der Arbeitsposition A der Messeinrichtung 10 ermitteln und dadurch mittelbar den Abstand zwischen der Messeinrichtung 10 und der Objektoberfläche 13 beschreiben. Beispielsweise kann der Positionssensor 52 als Dehnungsmessstreifen ausgebildet sein, der am Stützkörper 51 angeordnet ist.
Bei Erreichen der Arbeitsposition A kann die Tastspitze 22 automatisch in der Messposition M sein und mit der erforderlichen Andrückkraft gegen die Objektoberfläche 13 gedrückt werden. Hierzu kann die Messeinheit 21 - wie vorstehend erläutert - eine Krafterzeugungseinheit aufweisen. Alternativ hierzu ist es auch möglich, die Tastspitze 22 mittels eines optional vorhandenen Zusatzantriebs 33 nach dem Erreichen der Arbeitsposition A der Messeinrichtung 10 in die Messposition M zu bewegen (lineare Bewegung oder Schwenkbewegung).
Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Messeinrichtung 10 ist beispielhaft in 6 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung 10 zusätzlich eine Reinigungseinheit 53 auf. Die Reinigungseinheit 53 ist dazu eingerichtet, den Messort auf der Objektoberfläche 13 vor der Messung zu reinigen, insbesondere bevor die Tastspitze 22 in die Messposition M bewegt wird. Die Reinigungseinheit 53 kann beispielsweise eine mittelbar oder unmittelbar am Träger 16 (beispielsgemäß am Schutzgehäuse 34) angeordnete Fluiddüse 54 aufweisen. Mittels der Fluiddüse 54 kann ein Fluid, insbesondere ein Gas und beispielsweise Luft, auf die Objektoberfläche 13 ausgestoßen und der Messort von Schmutzpartikeln gereinigt werden. Zu diesem Zweck ist die Fluiddüse 54 mit einem Fluidanschluss 55 fluidisch verbunden. Der Fluidanschluss 55 ist mittelbar oder unmittelbar am Träger 16 angeordnet und so positioniert, dass er eine Fluidverbindung mit einem maschinenseitigen Anschluss 56 herstellt, wenn die Messeinrichtung 10 in der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 angeordnet ist. Der maschinenseitige Anschluss 56 ist mit einer Fluidquelle 57 verbunden bzw. verbindbar, um das Reinigungsfluid bei hergestellter Verbindung über die Fluiddüse 54 auf die Objektoberfläche 13 auszustoßen. Bei dem Fluid handelt es sich insbesondere um Druckluft.
Zusätzlich oder alternativ kann die Reinigungseinheit auch ein elektromotorisch antreibbares Gebläse aufweisen. Dieses Gebläse kann Bestandteil der Messeinrichtung 10 oder alternativ des Messsystems 42 sein. Beispielsweise kann das Gebläse in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 einsetzbar sein. Wenn die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 beispielsweise als Spindel ausgebildet und um eine Drehachse drehend antreibbar ist, kann anstelle eines vollständigen Gebläses auch lediglich eine Schaufelanordnung zur Erzeugung der Luftströmung in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 eingesetzt werden.
Der Ausstoß des Fluids und/oder das Erzeugen eines Luftstroms kann gesteuert mittels der Messsteuereinheit 24 und/oder der Maschinensteuereinrichtung 27 erfolgen, beispielsweise über ein oder mehrere ansteuerbare Ventile im Fluidweg zwischen der Fluidquelle 57 und der Fluiddüse 54 bzw. über einen ansteuerbaren Antrieb, beispielsweise des Gebläses.
In 7 ist eine Ausführungsform der Messeinrichtung 10 veranschaulicht, bei der zusätzlich eine Dämpfungseinrichtung 60 vorhanden ist. Die Dämpfungseinrichtung 60 ist zwischen dem Verbindungskörper 15 und der Messeinheit 21 angeordnet und dient dazu, von der Werkzeugmaschine 12 bzw. der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 auf den Verbindungskörper 15 übertragene Schwingungen und/oder Vibrationen zu eliminieren oder zumindest zu reduzieren. Somit wird die Messeinheit 21 durch die Dämpfungseinrichtung 60 vom Verbindungskörper 15 entkoppelt. Die Dämpfungseinrichtung 60 kann hierfür beispielsweise einen elastisch verformbaren Körper aufweisen.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele können beliebig miteinander kombiniert werden. Beispielsweise können sämtliche Ausführungsbeispiele der Messeinrichtung 10 ein Normal 41 aufweisen (3 und 4) und/oder wenigstens einen Stützkörper 51 (2) und/oder eine Reinigungseinheit 53 (6) und/oder eine Dämpfungseinrichtung 60 (7). Das Messsystem 42 gemäß 2 kann irgendein Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung 10 aufweisen.
Die Messeinrichtung 10 wird zur Durchführung einer Messung verwendet, wie es beispielhaft nachfolgend anhand des Flussdiagrams gemäß 8 erläutert wird:
In einem ersten Schritt V1 wird das Durchführen einer Messung angefordert. Diese Anforderung kann durch ein Messprogramm der Werkzeugmaschine 12 mittels der Maschinensteuereinrichtung 27 ausgelöst werden und/oder durch eine Bedienperson über die Bedienschnittstelle 46. Nach dem Anfordern einer Messung wird in einem zweiten Schritt V2 die Messeinrichtung 10 in der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 aufgenommen. Dies kann beispielsweise automatisiert erfolgen, indem die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 und das Werkzeugmagazin 37 derart relativ zueinander positioniert werden, dass die Messeinrichtung 10 aus dem Werkzeugmagazin 37 direkt von der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 entnommen werden kann. Alternativ ist es möglich, die Messeinrichtung 10 mittels des Manipulators 43 aus dem Werkzeugmagazin 37 zu entnehmen und in die maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung 11 einzusetzen. Gegebenenfalls muss ein vorher in der maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 vorhandenes Werkzeug zunächst entnommen und im Werkzeugmagazin 37 abgelegt werden.
In einem dritten Schritt V3 wird geprüft, ob eine gültige Kalibrierung vorliegt und falls nein (Verzweigung NOK aus dem dritten Schritt V3) wird die Messeinrichtung in einem zusätzlichen vierten Schritt V4 kalibriert. Andernfalls (Verzweigung OK aus dem dritten Schritt V3) kann das Verfahren direkt in einem fünften Schritt V5 fortgesetzt werden.
Im fünften Schritt V5 wird die Messeinrichtung 10 anschließend in Arbeitsposition A benachbart zum Objekt 14 bewegt. Sobald die Arbeitsposition A erreicht ist, kann sich die Tastspitze 22 entweder bereits in der Messposition M befinden oder wird anschließend durch einen optional vorhandenen Zusatzantrieb 33 in die Messposition M bewegt (optionaler siebter Schritt V7).
In einem weiteren optionalen Reinigungsschritt kann der Messort vor dem Positionieren der Tastspitze 22 in der Messposition M gereinigt werden, wobei der Reinigungsschritt beim Ausführungsbeispiel als ein sechster Schritt V6 dargestellt ist, zeitlich aber auch vor dem fünften Schritt V5 stattfinden könnte.
Im Anschluss daran wird in einem achten Schritt V8 die Messung durchgeführt. Dazu wird die Linearantriebseinheit 23 angesteuert, um die Tastspitze 22 in Bewegungsrichtung B entlang der Objektoberfläche 13 zu bewegen, während die Sensoreinheit 25 einen Sensorwert W detektiert, der die Position der Tastspitze 22 in Tastrichtung T beschreibt. Aus mehreren Sensorwerten W kann anschließend in der Messsteuereinheit 24 bzw. der Maschinensteuereinrichtung 27 ein Rauheitswert ermittelt und beispielsweise über die Bedienschnittstelle 46 ausgegeben werden.
Optional kann in einem neunten Schritt V9 die Plausibilität der Messung überprüft werden. Hierzu kann beispielsweise der zeitliche Verlauf der Sensorwerte W überprüft werden, beispielsweise im Hinblick auf eine Änderungsfrequenz des Sensorwertes W (z.B. Änderungsfrequenz, zeitlicher Gradient, Maximalwert, Minimalwert, usw.). Eine solche Plausibilitätsprüfung im neunten Schritt V9 kann beispielsweise möglich sein, wenn Apriori-Wissen über das Objekt 14 bzw. die Objektoberfläche 13 vorhanden ist.
Die Plausibilitätsprüfung im neunten Schritt V9 kann alternativ oder zusätzlich anhand einer Prüf- oder Kalibrierungsmessung prüfen, ob Messeinheit 21 noch korrekt misst oder nicht. Eine nicht korrekte Messung kann z.B. aus einer Tastspitzenbeschädigung resultieren, die durch das Bewegen in die Messposition verursacht worden sein kann. Die Plausibilitätsprüfung durch eine Prüf- oder Kalibrierungsmessung benötigt kein Apriori-Wissen über das Objekt.
Ergibt die optionale Plausibilitätsprüfung im neunten Schritt V9, dass die Messung plausibel ist (Verzweigung OK aus dem neunten Schritt V9) kann das Messverfahren beendet und die Messeinrichtung 10 in einem zehnten Schritt V10 wieder im Werkzeugmagazin 37 abgelegt werden. Andernfalls (Verzweigung NOK aus dem neunten Schritt V9) kann die Tastspitze 22 wieder in eine Ausgangsposition zurückbewegt werden (elfter Schritt V11). Anschließend kann erneut im achten Schritt V8 eine Messung durchgeführt werden. Es ist möglich, das Messverfahren abzubrechen, wenn auch nach einer vorgegebenen Anzahl von Messungen keine plausiblen Messergebnisse erreicht werden können. Dann kann eine Fehlermeldung über die Bedienschnittstelle 46 ausgegeben werden.
Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung 10 sowie ein Messsystem 42 aufweisend eine Messeinrichtung 10 und eine Werkzeugmaschine 12. Die Messeinrichtung 10 hat einen Träger 16 und einen am Träger angeordneten Verbindungskörper 15 als Schnittstelle zu einer maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung 11 der Werkzeugmaschine 12. Am Träger 16 ist eine Messeinheit 21 angeordnet aufweisend eine Tastspitze 22, eine Linearantriebseinheit 23 zur Bewegung der Tastspitze 22 in eine Bewegungsrichtung B, eine Sensoreinheit 25 zur Erfassung der Position der Tastspitze 22 in einer Tastrichtung T sowie eine mit der Linearantriebseinheit 23 und der Sensoreinheit 25 kommunikationsverbundene Messsteuereinheit 24. Die Messeinheit 21 weist vorzugsweise außerdem eine eigene elektrische Energieversorgung, insbesondere Akkumulator 30, auf. Die Messsteuereinheit 24 ist zur drahtlosen Kommunikation mit einer Maschinensteuereinrichtung 27 der Werkzeugmaschine eingerichtet. Auf diese Weise können die Messsteuereinheit 24 und die Maschinensteuereinrichtung 27 zusammenarbeiten, um den Messablauf zu steuern.
Bezugszeichenliste:

10: Messeinrichtung
11: maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung
12: Werkzeugmaschine
13: Objektoberfläche
14: Objekt
15: Verbindungskörper
16: Träger
17: Verbindungseinrichtung
18: Anbringungseinrichtung
21: Messeinheit
22: Tastspitze
23: Linearantriebseinheit
24: Messsteuereinheit
25: Sensoreinheit
26: Kommunikationsschnittstelle
27: Maschinensteuereinrichtung
28: Steuerung
30: Akkumulator
31: Adapter
32: elektrischer Kontakt
33: Zusatzantrieb
34: Schutzgehäuse
35: Abdeckung
36: Öffnung
37: Werkzeugmagazin
40: Befestigungseinrichtung
41: Normal
42: Messsystem
43: Manipulator
44: Abtrennung
45: Maschinenachse
46: Bedienschnittstelle
47: Objekthalter
51: Stützkörper
52: Positionssensor
53: Reinigungseinheit
54: Fluiddüse
55: Fluidanschluss
56: maschinenseitiger Anschluss
57: Fluidquelle
60: Dämpfungseinrichtung
A: Arbeitsposition
B: Bewegungsrichtung
K: Kalibrierposition
L: Längsachse
M: Messposition
P: Positionssignal
R: Ruheposition
S: Schwenkachse
T: Tastrichtung
V1: erster Schritt
V2: zweiter Schritt
V3: dritter Schritt
V4: vierter Schritt
V5: fünfter Schritt
V6: sechster Schritt
V7: siebter Schritt
V8: achter Schritt
V9: neunter Schritt
V10: zehnter Schritt
V11: elfter Schritt
W: Sensorwert

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10334219 B3 [0004]
DD 204542 A1 [0006]
DE 102005035786 B3 [0006]
DE 102017105814 B3 [0006]
DE 202014101900 U1 [0006]
WO 2015/036299 A1 [0006]
WO 2018/150178 A1 [0006]
EP 3229088 B1 [0007]
EP 1627203 B1 [0008]
DE 102018109880 A1 [0009]
DE 102007020172 A1 [0010]
DE 102005018239 B3 [0010]
DE 102015006636 A1 [0011]

Claims

Messeinrichtung (10) zur Aufnahme eines Messwertes an einer Objektoberfläche (13) eines Objekts (04), aufweisend: - einen an einem Träger (16) angeordneten Verbindungskörper (15), der dazu eingerichtet ist, in einer maschinenseitigen Aufnahmeeinrichtung (11) einer Werkzeugmaschine (12) auswechselbar angeordnet zu werden, - eine in Tastrichtung (T) bewegbar gelagerte Tastspitze (22), die dazu eingerichtet ist, mit der Objektoberfläche (13) in Kontakt gebracht zu werden, - eine Linearantriebseinheit (23), die dazu eingerichtet ist, die Tastspitze (22) während der Messung in einer rechtwinkelig zur Tastrichtung (T) ausgerichteten Bewegungsrichtung (B) linear zu bewegen, - eine Messsteuereinheit (24) aufweisend eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle (26), die dazu eingerichtet ist, eine drahtlose Kommunikationsverbindung mit einer Maschinensteuereinrichtung (27) herzustellen, - eine mit der Messsteuereinheit (24) kommunikationsverbundene Sensoreinheit (25), die dazu eingerichtet ist, einen die Position der Tastspitze (22) in Tastrichtung (T) beschreibenden Sensorwert (W) zu erfassen und der Messsteuereinheit (24) bereitzustellen.
Messeinrichtung nach Anspruch 1, aufweisend einen wiederaufladbaren Akkumulator (30) zur Energieversorgung der Messeinrichtung (10).
Messeinrichtung nach Anspruch 2, aufweisend einen Adapter (31) zur elektrischen Verbindung des Akkumulators (30) mit einem Ladegerät.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens einen rotatorischen oder translatorischen Zusatzantrieb (33), der dazu eingerichtet ist, die Tastspitze (22) relativ zum Verbindungskörper (15) zu bewegen.
Messeinrichtung nach Anspruch 4, wobei einer der Zusatzantriebe (33) dazu eingerichtet ist, die Tastspitze (22) zwischen einer für die Messung der Objektoberfläche (13) vorgesehenen Messposition (M) und wenigstens einer weiteren Position (R, K) zu bewegen.
Messeinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, wobei einer der Zusatzantriebe (33) dazu eingerichtet ist, die Tastspitze (22) zwischen der Messposition (M) und einer Kalibrierposition (K) und/oder zwischen der Messposition (M) und einer Ruheposition (R)zu bewegen.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein Schutzgehäuse (34) mit einer Öffnung (35), durch die die Tastspitze (22) zumindest in einer Messposition (M) aus dem Schutzgehäuse (34) herausragt.
Messeinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Öffnung (35) des Schutzgehäuses (34) über eine bewegbare Abdeckung (36) geöffnet und geschlossen werden kann.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens einen Stützkörper (51), der in einer Arbeitsposition (A) der Messeinrichtung (10) benachbart zu einem Messort an der Objektoberfläche (13) oder einem Objekthalter (47) anliegt.
Messeinrichtung nach Anspruch 9, wobei der wenigstens eine Stützkörper (51) elastisch verformbar ist.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen Positionssensor (52), der mit der Messsteuereinheit (24) kommunikationsverbunden und dazu eingerichtet ist, das Erreichen einer Arbeitsposition (A) relativ zur Objektoberfläche (13) zu erfassen und ein Positionssignal (P) für die Messsteuereinheit (24) bereitzustellen.
Messeinrichtung nach Anspruch 9 oder 10 und nach Anspruch 11, wobei der Positionssensor (52) dem wenigstens einen Stützkörper (51) zugeordnet ist und eine auf den Stützkörper (51) einwirkende Kraft erfasst.
Messeinrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Messsteuereinheit (24) dazu eingerichtet ist, das Erreichen der Arbeitsposition (A) an die Maschinensteuereinrichtung (27) zu melden.
Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13 und nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Messsteuereinheit (24) dazu eingerichtet ist, nach dem Erreichen der Arbeitsposition (A) einen der Zusatzantriebe (33) anzusteuern, um die Tastspitze (22) in die Messposition (M) an der Objektoberfläche (13) zu bewegen.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine mittels der Messsteuereinheit (24) ansteuerbare Reinigungseinheit (53), die dazu eingerichtet ist, den Messort auf der Objektoberfläche (13) vor der Messung zu reinigen.
Messeinrichtung nach Anspruch 15, wobei die Reinigungseinheit (53) ein elektrischen antreibbares Gebläse und/oder eine Fluiddüse (54) aufweist.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Dämpfungseinrichtung (60), die in der mechanischen Verbindung zwischen dem Verbindungskörper (15) und der Tastspitze (22) bzw. der Linearantriebseinheit (23) angeordnet ist.
Messeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend ein am Träger (16) angeordnetes Normal (41) zur Durchführung einer Kalibrierverfahrens.
Messsystem (42) aufweisend eine Messeinrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und eine weitere Steuerung (28), eingerichtet zur Anwendung in einer Werkzeugmaschine (12) aufweisend eine maschinenseitige Aufnahmeeinrichtung (11).
Messsystem nach Anspruch 19, wobei die weitere Steuerung (28) und die Messsteuereinheit (24) und optional eine Maschinensteuereinrichtung (27) der Werkzeugmaschine (12) zusammenarbeiten, um einen Messablauf zu steuern.
Messsystem nach Anspruch 19 oder 20, aufweisend ein Normal (41) zur Durchführung einer Kalibrierverfahrens.
Messsystem nach Anspruch 21, wobei das Normal (41) mittels einer Befestigungseinrichtung (40) lösbar in einem Arbeitsbereich der Werkzeugmaschine (12) anbringbar ist.