DE10239694A1

DE10239694A1 - A method for calibrating the position of a milling cutter has a spherical adaptor fitted to the cutter made to contact a calibration ball to establish the position coordinates

Info

Publication number: DE10239694A1
Application number: DE2002139694
Authority: DE
Inventors: Karl-Hermann Breyer; Jürgen Wahl; Manfred Gassner
Original assignee: Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik GmbH
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2004-03-11

Abstract

The milling machine head (13) has a point (E) and the origin of the coordinate system by which the position of the center (MA) of a spherical adaptor (18) of known radius (rA) and the center ((MK) of a reference body (12) of known radius (rK) from which vectors ((PS,PR,PK,PM) are established.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kalibrierung eines Fräsers. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Messgerät oder eine Werkzeugmaschine, mit der das entsprechende Kalibrierverfahren durchgeführt werden kann, sowie einen Kalibrieradapter, der zur Durchführung des Kalibrierverfahrens besonders geeignet ist. Bei dem zu kalibrierenden Fräser handelt es sich um einen Fräser, mit einer im wesentlichen kreissegmentartig ausgebildeten Stirn, wobei der Fräser entweder in einer Werkzeugmaschine oder vorzugsweise aber auch in einem Messgerät, wie insbesondere einem Koordinatenmessgerät aufgenommen sein kann.The invention relates to a method for calibration of a milling cutter. The invention further relates to a corresponding measuring device or a Machine tool with which the corresponding calibration procedure is carried out can, as well as a calibration adapter, which is used to carry out the Calibration method is particularly suitable. With the one to be calibrated milling cutter is it a milling cutter, with a forehead essentially shaped like a segment of a circle, being the router either in a machine tool or preferably also in a measuring device, how in particular a coordinate measuring machine can be recorded.

Zur Kalibrierung des Fräsers ist es hierbei notwendig, dass möglichst genau der Mittelpunkt der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn bestimmt wird, damit an Hand der jeweiligen, durch die Maschinenachsen der Messmaschine oder der Werkzeugmaschine eingestellten Position, der Mittelpunkt der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn bestimmt werden kann, so dass unter Berücksichtigung des vorbekannten Radius der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn jeweils genau die Bearbeitungspunkte an dem zu bearbeitenden Werkstück definiert werden können.To calibrate the router it is necessary that if possible exactly the center point of the milling cutter end designed like a segment of a circle is determined, based on the respective machine axes the position set on the measuring machine or machine tool, the center of the milling cutter's circular segment can be determined so that taking into account the known Radius of the milling cutter end designed like a segment of a circle exactly that Machining points defined on the workpiece to be machined can be.

Zur Kalibrierung eines derartigen Fräsers wurde in der Vergangenheit grob die Kontur der kreissegmentartigen Fräserstirn vermessen und hierüber der Mittelpunkt der kreissegmentförmigen Fräserstirn ermittelt. Dies ist im Prinzip eine gangbare Möglichkeit. Allerdings ist hierüber die Bestimmung des Mittelpunktes insbesondere für Anwendungen, in denen Werkstücke hochgenau gefräst werden sollen, nicht genau genug möglich, da die Stirn des Fräsers üblicherweise nur durch eine relativ schmale Schneide definiert ist.To calibrate such mill in the past, the contour of the segment of a circle was rough cutter end measured and over it the center of the circular segment-shaped cutter end is determined. This is basically a viable option. However, this is about the determination of the center point, in particular for applications in which workpieces are highly precise milled should not be possible precisely enough, since the face of the milling cutter is usually is only defined by a relatively narrow cutting edge.

Ausgehend hiervon liegt deshalb unserer Erfindung die Aufgabe zu Grunde ein Kalibrierverfahren für einen Fräser vorzuschlagen, mit dem der Mittelpunkt der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn möglichst genau bestimmt werden kann.Based on this, ours is therefore Invention the task of a calibration method for a milling cutter to propose with which the center of the circle segment-like trained cutter end preferably can be determined exactly.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruches 1 gelöst sowie durch ein entsprechendes Messgerät oder eine entsprechende Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 4, mit der das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Der unabhängige Anspruch 7 zeigt einen besonders geeigneten Kalibrieradapter, mit dem das Verfahren gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 besonders vorteilhaft ausgeführt werden kann.The task is accomplished through a process with the characteristics of the independent Claim 1 solved as well as a corresponding measuring device or a corresponding machine tool according to claim 4, with which the inventive method accomplished can be. The independent Claim 7 shows a particularly suitable calibration adapter, with which the method according to the independent claim 1 executed particularly advantageous can be.

Der gemeinsame Grundgedanke unserer Erfindung ist hierbei darin zu sehen, dass zur Kalibrierung des Fräsers ein kugelförmiger Aufsatz auf der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn aufgesetzt wird, so dass hierdurch eine einfache Kalibrierung, wie sie in der Koordinatenmesstechnik bereits seit längerem mit Taststiften durchgeführt wird, vorgenommen werden kann. Hierdurch lässt sich äußerst präzise die Lage des Mittelpunktes der betreffenden kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn bestimmen und mithin genau definieren, in welchen Punkten der Fräser das zu bearbeitende Werkstück bearbeitet.The common basic idea of our Invention is to be seen here in that the calibration of the mill a spherical Attachment on the milling cutter end designed like a segment of a circle is placed, so that a simple calibration, such as it has long been carried out in coordinate measuring technology with styli, can be made. This allows the location of the center point to be extremely precise the relevant milling cutter end in the form of a circular segment determine and therefore precisely define in which points the milling cutter workpiece to be machined processed.

Die Bezeichnung kreissegmentartige Fräserstirn bezieht sich hierbei auf die stirnseitige Form der Schneide bzw. der Schneiden des Fräsers. In einer bevorzugten Ausführungsform hat der Fräser hierbei nur ein einziges Kreissegment. Alternativ kann er jedoch genauso gut mehrere Kreissegmente aufweisen, die bezogen auf die Mittelachse des Fräsers jeweils um definierte Winkel gegeneinander verdreht angeordnet sind und deren Mittelpunkte jeweils in einem gemeinsamen Punkt auf der Mittelachse des Fräsers zusammenfallen. Derartige Fräser sind auch unter der Bezeichnung Kugelkopffräser bekannt.The name of a segment of a circle cutter end refers to the frontal shape of the cutting edge or the cutting of the router. In a preferred embodiment the router has only a single segment of a circle. Alternatively, he can just as well have multiple circle segments related to the Center axis of the milling cutter are each rotated against each other by defined angles and their centers in a common point on the central axis of the router coincide. Such cutters are also known under the name ball end mill.

Zur erfindungsgemäßen Kalibrierung eines Fräsers wird zunächst der kugelförmige Aufsatz, der vorzugsweise als Kalibrieradapter mit einer Aussparung zur Aufnahme der Stirn des zu kalibrierenden Fräsers ausgebildet ist, auf die Fräserstirn des Fräsers aufgesetzt und zwar derart, dass der Mittelpunkt des kugelförmigen Aufsatzes mit dem Mittelpunkt der zu kalibrierenden Fräserstirn zusammen fällt. In einem nächsten Schritt wird mit dem kugelförmig ausgebildeten Aufsatz ein Kalibrierkörper mit vorbekannter Geometrie und vorbekannter Position angetastet. Bei dem Kalibrierkörper kann es sich beispielsweise um eine Kugel oder einen Würfel oder einen Kegel handeln. Die Antastung des Kalibrierkörpers mit dem kugelförmigen Aufsatz wird, da der Fräser keine Antastung detektieren kann, vorzugsweise mit einem am Kalibrierkörper vorgesehenen Sensor erfasst. Beispielsweise könnte es sich hierbei um einen mit dem Kalibrierkörper verbundenen Piezzosensor handeln, der bei Berührung des Kalibrierkörpers ein elektrisches Signal abgibt. Beim Auftreten eines derartigen Signals werden dann die jeweiligen Maßstabspositionen der Maschinenachsen als Messwerte ausgelesen. In einem letzten Schritt werden aus den hierdurch ermittelten Messwerten Kalibrierparameter bestimmt, über die sich die Lage des Mittelpunktes des kugelförmigen Aufsatzes bestimmen lässt. Da der Mittelpunkt des kugelförmigen Aufsatzes mit dem Mittelpunkt der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn zusammenfällt, ist hierdurch auch gleichzeitig die Lage der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn im Maschinenkoordinatensystem bekannt. Hierdurch kann nunmehr jederzeit in Abhängigkeit von der Stellung der Maschinenachsen der Mittelpunkt der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn bezogen auf das Maschinenkoordinatensystem bestimmt werden. Über den vorbekannten Radius der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn kann damit sehr präzise der Bearbeitungspunkt eingestellt werden.For the calibration of a milling cutter according to the invention first the spherical Attachment, which is preferably used as a calibration adapter with a recess is designed to receive the forehead of the milling cutter to be calibrated cutter end of the router put on and in such a way that the center of the spherical attachment coincides with the center of the milling cutter end to be calibrated. In a next step becomes spherical with the trained essay a calibration body with known geometry and known position probed. The calibration body can it is, for example, a ball or a cube or to trade a cone. The probing of the calibration body with the spherical As the cutter cannot detect probing, preferably with a sensor provided on the calibration body detected. For example it is a piezosensor connected to the calibration body act on touch of the calibration body emits an electrical signal. When such occurs The respective scale positions of the machine axes are then signals read out as measured values. In a final step, the measurement values determined in this way determine calibration parameters via which determine the position of the center of the spherical attachment leaves. Because the center of the spherical Essay with the center of the circular segment-like cutter end coincides is thereby also the position of the circular segment-like cutter end known in the machine coordinate system. This can now at any time dependent on from the position of the machine axes to the center of the segment of a circle trained end mill based on the machine coordinate system. On the previously known radius of the milling cutter end designed like a segment of a circle can be very precise the machining point can be set.

Besonders vorteilhaft kann der Fräser hierbei an einer Dreheinrichtung befestigt sein, die wenigstens ein Drehgelenk aufweist. Alternativ kann die Dreheinrichtung auch als Dreh-Schwenkeinrichtung mit zwei zueinander senkrecht stehenden Drehachsen ausgeführt sein. Hierdurch kann die Ausrichtung des Fräsers beliebig im Raum verstellt werden. Eine solche Dreh-Schwenkeinrichtung ist beispielsweise aus unserem US-Patent US 4,888,877 oder aus unserer US-Patentanmeldung US 2001/0025427 A1 bekannt. Um die hierin beschriebenen Korrekturverfahren an der betreffenden Dreheinrichtung bzw. Dreh-Schwenkeinrichtung verwenden zu können, reicht es, den Fräser gemäß dem oben beschriebenen Verfahren in nur einer einzigen Stellung der Dreheinrichtung bzw. Dreh-Schwenkeinrichtung zu kalibrieren, um dann den Fräser in eine beliebige andere Drehstellung der Dreheinrichtung bzw. Dreh-Schwenkeinrichtung zu verstellen und in dieser betreffenden Stellung Fräsarbeiten vorzunehmen. Im Falle der Dreheinrichtung bzw. der Dreh-Schwenkeinrichtung werden die Kalibrierparameter hierbei derart bestimmt, dass die Lage des Mittelpunktes der kreissegmentartigen Stirnfläche gegenüber einem der Dreheinrichtung bzw. der Dreh-Schwenkeinrichtung zugeordneten Punkt ermittelt wird.In this case, the milling cutter can particularly advantageously be fastened to a rotary device which has at least one rotary joint. Alternatively, the rotary device can also be used as a rotary swivel device with two mutually perpendicular axes of rotation. In this way, the orientation of the router can be adjusted anywhere in the room. Such a rotary swivel device is for example from our US patent US 4,888,877 or from our US patent application US 2001/0025427 A1 known. In order to be able to use the correction methods described here on the relevant rotary device or rotary swivel device, it is sufficient to calibrate the milling cutter according to the method described above in only one single position of the rotary device or rotary swivel device, and then to mill the cutter in any desired position to adjust the other rotary position of the rotary device or rotary swivel device and to carry out milling work in this relevant position. In the case of the rotary device or the rotary swivel device, the calibration parameters are determined in such a way that the position of the center of the circular segment-like end face relative to a point assigned to the rotary device or the rotary swivel device is determined.

Die Dreheinrichtung bzw. die Dreh-Schwenkeinrichtung sollte wenigstens ein Drehgelenk aufweisen, das ein reproduzierbares Laufverhalten aufweist. Es kann sich hierbei um ein Drehgelenk handeln, das kontinuierlich verdreht werden kann, so dass das Drehgelenk dann in seinen verschiedenen Drehstellungen eine reproduzierbare Lage einnimmt. Alternativ kann es sich um ein sogenanntes rastendes Drehgelenk handeln, das nur diverse vorgegebene Raststellungen aufweist, wobei das Drehgelenk dann in seinen verschiedenen vorgegebenen Raststellungen jeweils eine reproduzierbare Lage einnimmt.The rotating device or the rotating swiveling device should have at least one swivel that is reproducible Has running behavior. It can be a swivel, which can be rotated continuously so that the swivel joint then reproducible in its various rotational positions Takes position. Alternatively, it can be a so-called locking Act swivel joint that only has various predetermined locking positions, the swivel joint then in its various predetermined locking positions each occupies a reproducible position.

Die Ausbildung des Kalibrieradapters sollte hierbei derart sein, dass dieser zumindest einen kugelförmigen Aufsatz umfasst, in dem eine Aussparung zur Aufnahme der Stirn des zu kalibrierenden Fräsers vorgesehen ist. Die Aussparung im kugelförmigen Aufsatz ist hierbei so vorgesehen , dass der Fräser definiert derart aufgenommen wird, dass sich die Lage des Mittelpunktes des kugelförmigen Aufsatzes mit der Lage des Mittelpunktes der kreissegmentförmigen Fräserstirn deckt.The formation of the calibration adapter should be such that it has at least one spherical attachment comprises in which a recess for receiving the forehead of the calibrated mill is provided. The recess in the spherical attachment is here provided that the router is defined in such a way that the position of the center of the spherical Attachment with the position of the center of the circular segment-shaped milling cutter end covers.

Um den kugelförmigen Aufsatz am Fräser befestigen zu können, sollte dieser an einer Befestigungsvorrichtung verbunden sein, die einen Klemmring umfasst, der vorzugsweise beabstandet vom kugelförmigen Aufsatz am Fräser befestigt werden kann. Um die Kräfte möglichst gleich verteilt auf die Oberfläche des Fräsers übertragen zu können sollte die Befestigungsvorrichtung ferner einen geschlitzten Schaft umfassen, der mit dem kugelförmigen Aufsatz verbunden ist und vom Klemmring zusammengepresst werden kann.Attach it to the cutter around the spherical attachment to be able should this be connected to a fastening device that comprises a clamping ring, which is preferably spaced from the spherical attachment on the router can be attached. To the forces preferably evenly distributed on the surface transferred to the router to be able to the fastener should also have a slotted shaft include the one with the spherical Attachment is connected and pressed together by the clamping ring can.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Hierin zeigen:Further advantages and further training the invention result from the following description of the figures. Show here:

1: Ein Koordinatenmessgerät mit einem an einer Dreh-Schwenkeinrichtung (13) befestigten Fräskopf (9) mit einem Fräser (14) 1 : A coordinate measuring machine with a rotary swivel device ( 13 ) attached milling head ( 9 ) with a milling cutter ( 14 )

2: Vergrößerte Darstellung des aus 1 gezeigten Fräskopfes (9), auf dessen Fräser (14) ein Kalibrieradapter (10) aufgesetzt ist; 2 : Enlarged view of the 1 shown milling head ( 9 ) on the cutter ( 14 ) a calibration adapter ( 10 ) is attached;

3: Schematische Darstellung der Kalibrierung des Fräsers (14) mit dem Kalibrieradapter (10), der eine Kalibrierkugel (12) antastet; 3 : Schematic representation of the calibration of the milling cutter ( 14 ) with the calibration adapter ( 10 ) which is a calibration ball ( 12 ) probes;

4: Schematische Darstellung des Kalibrieradapters (10) im Schnitt; und 4 : Schematic representation of the calibration adapter ( 10 ) on average; and

5: Schnitt des Kalibrieradapters (10) und des darin befestigten Fräsers (14) gemäß 4 entlang der Schnittlinie V-V. 5 : Section of the calibration adapter ( 10 ) and the milling cutter fastened in it ( 14 ) according to 4 along the section line VV.

6: Eine alternative Befestigung eines Fräskopfes (9) am Messarm (4) des koordinatenmessgerätes nach 1. 6 : An alternative attachment of a milling head ( 9 ) on the measuring arm ( 4 ) of the coordinate measuring machine 1 ,

1 zeigt ein Koordinatenmessgerät, das hier beispielhaft als sogenanntes Ständermessgerät ausgebildet ist, wobei hieran ein Fräskopf (9) mit einem Fräser (14) befestigt ist, mit dem ein hier nicht näher zu sehendes Werkstück bearbeitet werden kann. Das Koordinatenmessgerät weist hierbei eine Messauflage (1) auf, auf der das zu bearbeitende Werkstück gelagert werden kann, wobei entlang der beiden Führungen (25a, 25b) in der mit dem Pfeil (y) bezeichneten Richtung eine Ständermechanik (24) beweglich gelagert ist. Die Ständermechanik weist hierbei einen in vertikaler Richtung ausgerichteten Ständer (2) auf, an dem in der mit dem Pfeil (z) bezeichneten Richtung ein Kreuzschieber (3) beweglich gelagert ist. Der Kreuzschieber (3) wiederum lagert einen horizontal auskragenden Messarm (4) in der mit dem Pfeil (x) bezeichneten Richtung beweglich. Am Ende des Messarms (4) ist eine sogenannte Dreh-Schwenkeinheit (13) befestigt, die zwei hintereinander angeordnete Drehgelenke aufweist, deren Drehachsen hier beispielhaft senkrecht aufeinander ausgerichtet sind, so dass hierüber der hieran befestigte Fräskopf (9) in nahezu jede Ausrichtung bewegt werden kann. Zur Messung der Position des Ständers (2), des Kreuzschiebers (3) und des Messarms (4) sind hier nicht zu sehende Maßstäbe vorgesehen, deren Position über entsprechende Ableseköpfe erfasst und in der Steuer- und Auswerteeinheit (23), die hier beispielhaft aus einer Steuerung (22) und einem Auswerterechner (21) besteht, verarbeitet werden können. Zur Messung der Drehwinkelstellungen der beiden Drehgelenke der Dreh-Schwenkeinheit (13) sind ferner Drehwinkelgeber vorgesehen, über die sich die jeweiligen Drehwinkel ermitteln lassen. Die Drehwinkelwerte werden ebenfalls in der Steuer- und Auswerteeinheit (23) verarbeitet. 1 shows a coordinate measuring machine, which is designed here by way of example as a so-called pedestal measuring machine, with a milling head ( 9 ) with a milling cutter ( 14 ) with which a workpiece that cannot be seen here can be machined. The coordinate measuring machine has a measuring pad ( 1 ) on which the workpiece to be machined can be stored, along the two guides ( 25a . 25b ) in the direction indicated by the arrow (y) a stand mechanism ( 24 ) is movably supported. The stand mechanism has a stand aligned in the vertical direction ( 2 ) on which a cross slide (in the direction indicated by arrow (z)) 3 ) is movably supported. The cross slide ( 3 ) in turn supports a horizontally projecting measuring arm ( 4 ) movable in the direction indicated by the arrow (x). At the end of the measuring arm ( 4 ) is a so-called rotary swivel unit ( 13 ) attached, which has two rotary joints arranged one behind the other, the axes of rotation of which, for example, are aligned perpendicularly to one another, so that the milling head attached to them ( 9 ) can be moved in almost any orientation. To measure the position of the stand ( 2 ), the cross slide ( 3 ) and the measuring arm ( 4 ) there are scales that cannot be seen, the position of which is recorded by means of appropriate reading heads and in the control and evaluation unit ( 23 ), which here is an example from a controller ( 22 ) and an evaluation computer ( 21 ) exists, can be processed. To measure the angular positions of the two swivel joints of the rotary swivel unit ( 13 ) Rotation angle sensors are also provided, which can be used to determine the respective rotation angles. The angle of rotation values are also stored in the control and evaluation unit ( 23 ) processed.

Des weiteren sind hier ebenfalls nicht näher zu sehende Antriebe zur Bewegung des Ständers (2), des Kreuzschiebers (3), des Messarms (4), wie auch der beiden Drehgelenke der Dreh-Schwenkeinrichtung (13) vorgesehen, die ebenfalls über die aus dem Steuerschrank (22) und dem Rechner (23) bestehende Steuer- und Auswerteeinheit (23) ansteuerbar sind.Furthermore, drives for moving the stand (not to be seen in more detail here) 2 ), the cross slide ( 3 ), the measuring arm ( 4 ), as well as the two swivel joints of the rotary swivel device ( 13 ) is provided, which is also available from the control cabinet ( 22 ) and the calculator ( 23 ) existing tax and evaluation unit ( 23 ) can be controlled.

Natürlich ist das gezeigte Koordinatenmessgerät nur rein beispielhaft gezeigt. So könnte anstelle der gezeigten Ständermechanik jede beliebige andere Mechanik verwendet werden, über die der Fräskopf (9) relativ zum zu bearbeitenden Werkstück verfahren werden kann. Beispielsweise könnte die Mechanik anstelle von Linearführungen auch Drehgelenke aufweisen. Gleichfalls könnte auch die Messauflage (1) in einer oder mehreren Richtungen beweglich gelagert sein. Alternativ kann genauso gut auch eine Werkzeugmaschine verwendet werden, über die die Relativbewegung zwischen dem Werkstück und dem Fräskopf (9) erzeugt wird.Of course, the coordinate measuring machine shown is only shown as an example. So instead of the stand mechanism shown, any other mechanism could be used via which the milling head ( 9 ) can be moved relative to the workpiece to be machined. For example, the mechanics could also have rotary joints instead of linear guides. Likewise, the measurement pad ( 1 ) be movably supported in one or more directions. Alternatively, a machine tool can also be used just as well, via which the relative movement between the workpiece and the milling head ( 9 ) is produced.

Damit mit einem derartigen Fräskopf (9) durch Bewegung der Mechanik (24) der Fräskopf (9) dergestalt gesteuert werden kann, so dass hierdurch definiert die Oberfläche eines zu bearbeitenden Werkstückes gefräst werden kann, ist es zwingend erforderlich, die Position der Schneide des Fräsers (14) zu kennen. Da es sich bei dem betreffenden Fräser um einen Fräser mit einer im wesentlichen kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn handelt, wie dies im Vorgriff auf 4 an Hand des hier mit (14) bezeichneten Fräsers zu sehen ist, kann der genaue Bearbeitungspunkt der Fräserschneide (29) dann genau bestimmt werden, wenn der Mittelpunkt (M_F) der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn (29) bekannt ist.So that with such a milling head ( 9 ) by moving the mechanics ( 24 ) the milling head ( 9 ) can be controlled in such a way that the surface of a workpiece to be machined can be milled in this way, it is imperative that the position of the cutting edge of the milling cutter ( 14 ) to know. Since the milling cutter in question is a milling cutter with a milling cutter end face which is essentially in the form of a segment of a circle, as anticipated 4 on the basis of the milling cutter designated here with (14), the exact machining point of the milling cutter edge ( 29 ) can then be determined precisely when the center point (M _F ) of the milling cutter end shaped like a segment of a circle ( 29 ) is known.

Zur Bestimmung dieses Mittelpunktes (M_F) wird hierbei in erfindungsgemäßer Weise so vorgegangen, wie dies nachfolgend an Hand der 2 und 3 erläutert werden wird.In order to determine this center point (M _F ), the procedure according to the invention is as follows, using the 2 and 3 will be explained.

In 2 ist hierbei ein Ausschnitt des Koordinatenmessgerätes gemäß 1 zu sehen, wobei hierbei insbesondere hinsichtlich der Dreh-Schwenkeinheit (13) das erste Drehgelenk (6) zu sehen ist, das eine Drehung der Dreh-Schwenkeinrichtung (13) um die Drehachse (a_a) erlaubt, sowie das zweite Drehgelenk (7), das eine Rotation des Befestigungstellers (8) um die Drehachse (a_b) erlaubt, so dass die Längsachse (a_c) des hier nur grob dargestellten Fräskopfes (9) bzw. des hieran befestigten Fräsers (14) sowohl gedreht wie auch geschwenkt werden kann. Das Ende des Fräsers (14) ist somit auf einer Kugeloberfläche bewegbar. Der Fräser (14) ist hierbei an einer Antriebseinheit (15) des Fräskopfes (9) befestigt, die den Fräser (14) während eines Bearbeitungsvorgangs ähnlich einem Bohrer um seine Längsachse (a_c) dreht. Zur Kalibrierung des Fräsers ist hierbei auf den Fräser (14) ein im wesentlichen kugelförmiger Aufsatz (18) aufgesetzt, der zu einem Kalibrieradapter (10) gehört.In 2 is a section of the coordinate measuring machine according to 1 to be seen, with particular reference to the rotary-swivel unit ( 13 ) the first swivel ( 6 ) can be seen that a rotation of the rotary swivel device ( 13 ) around the axis of rotation (a _a ) and the second swivel joint ( 7 ), which is a rotation of the mounting plate ( 8th ) around the axis of rotation (a _b ), so that the longitudinal axis (a _c ) of the milling head shown here only roughly ( 9 ) or the cutter attached to it ( 14 ) can be rotated as well as swiveled. The end of the router ( 14 ) can thus be moved on a spherical surface. The router ( 14 ) is attached to a drive unit ( 15 ) of the milling head ( 9 ) attached to the router ( 14 ) rotates around its longitudinal axis (a _c ) during a machining operation similar to a drill. To calibrate the milling cutter, the milling cutter ( 14 ) an essentially spherical attachment ( 18 ) attached to a calibration adapter ( 10 ) belongs.

Der Kalibrieradapter (10) soll vorab anhand der 4 und 5 näher erläutert werden. 4 zeigt hierbei einen Schnitt des Kalibrieradapters (10) gemäß 2 entlang einer vertikalen Ebene, mit dem hierin eingespannten Fräser (14). 5 zeigt denselben Kalibrieradapter gemäß 4 im Schnitt entlang der Linie V-V.The calibration adapter ( 10 ) should be based on the 4 and 5 are explained in more detail. 4 shows a section of the calibration adapter ( 10 ) according to 2 along a vertical plane, with the cutter clamped here ( 14 ). 5 shows the same calibration adapter according to 4 on average along the line VV.

Der Kalibrieradapter umfasst hierbei einen kugelförmigen Aufsatz (18), der an dem zu kalibrierenden Fräser (14) über eine aus den Bauteilen (25), (16) und (17) umfassende Befestigungsvorrichtung befestigt werden kann. Der kugelförmige Aufsatz weist hierbei eine Bohrung (27) auf, in die der zu kalibrierende Fräser (14) eingeführt werden kann. Der zu kalibrierende Fräser (14) wird hierbei genau so tief eingeführt, dass der Mittelpunkt (M_A) des kugelförmigen Aufsatzes (18) exakt mit dem Mittelpunkt (M_F) der kreissegmentartig ausgebildeten Stirn (29) des Fräsers (14) zusammenfällt, die durch zwei Schneiden gebildet ist. Dazu ist im kugelförmigen Aufsatz (18) ein Justierstift (26) eingebracht, der mit einem entsprechenden Gewinde versehen ist und so tief eingeschraubt werden kann, bis der Mittelpunkt (M_A) des kugelförmigen Aufsatzes (18) und der Mittelpunkt (M_F) der kreissegmentförmigen Fräserstirn (29) übereinstimmen. Vorzugsweise wird der Justierstift (26) in der so eingerichteten Stellung festgeklebt.The calibration adapter includes a spherical attachment ( 18 ) on the milling cutter to be calibrated ( 14 ) via one of the components ( 25 ), ( 16 ) and ( 17 ) comprehensive fastening device can be attached. The spherical attachment has a hole ( 27 ) into which the milling cutter to be calibrated ( 14 ) can be introduced. The milling cutter to be calibrated ( 14 ) is inserted so deep that the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) exactly with the center point (M _F ) of the circular segment-like forehead ( 29 ) of the router ( 14 ) coincides, which is formed by two cutting edges. The spherical attachment ( 18 ) an adjustment pin ( 26 ), which is provided with a corresponding thread and can be screwed in until the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) and the center point (M _F ) of the segmental cutter end ( 29 ) to match. The adjusting pin ( 26 ) glued in the set up position.

Der kugelförmige Aufsatz (18) ist mit einer Befestigungsvorrichtung (16), (17), (25) verbunden, mit der dieser am zu kalibrierenden Fräser (14) befestigt werden kann. Diese Befestigungsvorrichtung (16), (17), (25) umfasst u.a. einen Klemmring (16), der über eine Schraube (25) gespannt werden kann. Der Klemmring (16) klemmt hierbei den darunter liegenden geschlitzten Schaft (17), die vier Schlitze (28a – 28d) aufweist, so dass sich eine symmetrische Kraftverteilung auf den Fräser (14) ergibt. Der geschlitzte Schaft (17) ist wiederum mit dem kugelförmigen Aufsatz (18) verbunden und weist zur besseren Beweglichkeit eine Verjüngungsnut (30) auf.The spherical attachment ( 18 ) is with a fastening device ( 16 ), ( 17 ), ( 25 ) connected to the milling cutter to be calibrated ( 14 ) can be attached. This fastening device ( 16 ), ( 17 ), ( 25 ) includes a clamping ring ( 16 ) with a screw ( 25 ) can be excited. The clamping ring ( 16 ) clamps the slotted shaft underneath ( 17 ), the four slots ( 28a - 28d ), so that there is a symmetrical distribution of force on the milling cutter ( 14 ) results. The slotted shaft ( 17 ) is again with the spherical attachment ( 18 ) and has a taper groove for better mobility ( 30 ) on.

Nach Befestigung des eben beschriebenen Kalibrieradapters (10) am zu kalibrierenden Fräser (14) wird nunmehr eine Kalibrierung durchgeführt, wie dies an Hand von 3 erläutert werden soll. Hierzu wird ferner ein Kalibrierkörper verwendet, der hier beispielhaft als Kalibrierkugel (12) ausgestaltet ist. Der Mittelpunkt (M_K) der Kalibrierkugel (12) ist bezogen auf das Maschinenkoordinatensystem (x_M, y_M, z_M) sehr genau bekannt und beispielsweise durch Einmessung mit einem Standardtaster ermittelt worden. Die Lage des Mittelpunktes (M_K) wird hierbei durch einen Vektor (p_K) beschrieben. Des weiteren ist hochgenau der Radius (r_K) der Kalibrierkugel (12) bekannt. Die Kalibrierkugel (12) selber ist über einen Piezosensor (19) auf einem Sockel (20) montiert, so dass bereits bei kleinen Berührungen der Kalibrierkugel (12) ein entsprechendes elektrisches Signal (U) am Piezosensor (19) abgegriffen werden kann. Des weiteren ist hochgenau die Lage eines der Dreh-Schwenkeinrichtung (13) zugeordneten Punktes (E) bekannt. Die Lage des Punktes (E) ist bezogen auf das Maschinenkoordinatensystem (x_M, Y_M, z_M) ebenfalls bekannt und wird durch den Vektor (p_M) beschrieben. Der Vektor (p_M) variiert mit der Stellung des Ständers (2), des Kreuzschiebers (3) und des Messarms (4). Zur Kalibrierung des Fräsers (14) wird nunmehr mit dem aufgesetzten Körper (18) des Kalibrieradapters (10) die Kalibrierkugel (12) an einer Vielzahl von Stellen berührt. Beim Berühren der Kalibrierkugel (12) wird durch den piezoelektrischen Sensor (19) ein Signal (U) ausgelöst, durch welches die Maßstabsposition des Ständers (2) in der mit dem Pfeil (y) bezeichneten Richtung, die Position des Kreuzschiebers (3) in der mit dem Pfeil (z) bezeichneten Richtung und die Position des Messarms (4) in der mit dem Pfeil (x) bezeichneten Richtung ausgelesen werden. Hieraus ergibt sich der aktuelle Vektor (p_M). Damit sind nach der Antastung nachfolgende Größen bekannt:
p_K : Ortsvektor zum Mittelpunkt (M_K) der Kalibrierkugel (12) bezogen auf das Maschinenkoordinatensystem (x_M, y_M, z_M)
p_M : Ortsvektor zum Punkt (E) der Dreh-Schwenkeinrichtung (13) bezogen auf das Maschinenkoordinatensystem (x_M, y_M, z_M)
r_K : Radius der Kalibrierkugel (12)
r_A : Radius des kugelförmigen Körpers (18) Damit sind lediglich die Vektoren (p_R) zwischen dem Mittelpunkt (M_A) des kugelförmigen Aufsatzes (18) und dem Mittelpunkt (M_K) der Kalibrierkugel (12), wie auch der Vektor (ps) zwischen dem Punkt (E) und dem Mittelpunkt (M_A) des kugelförmigen Aufsatzes (18) unbekannt. Da die Summe der gezeigten Vektoren (p_M, p_S, p_R), wie dies 3 verdeutlicht, den Mittelpunkt (M_K) der Kalibrierkugel (12) ergibt, der durch den Vektor (p_K) beschrieben ist, gilt folgende Beziehung: pK = pM + pS + pR Gleichung 1: Die Gleichung 1 etwas umgestellt lautet: pR = pK – pM – pS Gleichung 2: Bildet man nun Beträge von der Gleichung 2, so ergibt sich: ∣⁣pR∣⁣ = ∣⁣PK – pM – pS∣⁣ Gleichung 3: After attaching the calibration adapter just described ( 10 ) on the milling cutter to be calibrated ( 14 ) a calibration is now carried out, as is done using 3 to be explained. For this purpose, a calibration body is also used, which is used here as an example as a calibration ball ( 12 ) is designed. The center point (M _K ) of the calibration ball ( 12 ) is known very precisely in relation to the machine coordinate system (x _M , y _M , z _M ) and was determined, for example, by measurement using a standard button. The position of the center point (M _K ) is described by a vector (p _K ). Furthermore, the radius (r _K ) of the calibration ball ( 12 ) known. The calibration ball ( 12 ) itself is via a piezo sensor ( 19 ) on a base ( 20 ) mounted so that even with small touches of the calibration ball ( 12 ) a corresponding electrical signal (U) on the piezo sensor ( 19 ) can be tapped. Furthermore, the position of one of the rotary swivel devices ( 13 ) associated point (E) is known. The position of the point (E) is also known in relation to the machine coordinate system (x _M , Y _M , z _M ) and is described by the vector (p _M ). The vector (p _M ) varies with the position of the stand ( 2 ), the cross slide ( 3 ) and the measuring arm ( 4 ). To calibrate the router ( 14 ) is now with the attached body ( 18 ) of the calibration adapter ( 10 ) the calibration ball ( 12 ) touched in a variety of places. When touching the calibration ball ( 12 ) is supported by the piezoelectric sensor ( 19 ) triggered a signal (U) by which the scale position of the stand ( 2 ) in the direction indicated by arrow (y), the position of the cross slide ( 3 ) in the direction indicated by arrow (z) and the position of the measuring arm ( 4 ) are read out in the direction indicated by the arrow (x). This results in the current vector (p _M ). The following sizes are known after probing:
p _K : location vector to the center (M _K ) of the calibration sphere ( 12 ) related to the machine coordinate system (x _M , y _M , z _M )
p _M : location vector to point (E) of the rotary swivel device ( 13 ) related to the machine coordinate system (x _M , y _M , z _M )
r _K : radius of the calibration sphere ( 12 )
r _A : radius of the spherical body ( 18 ) This means that only the vectors (p _R ) between the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) and the center (M _K ) of the calibration ball ( 12 ), as well as the vector (ps) between the point (E) and the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) unknown. Since the sum of the vectors shown (p _M , p _S , p _R ) like this 3 clarifies the center point (M _K ) of the calibration ball ( 12 ), which is described by the vector (p _K ), the following relationship applies: p K = p M + p S + p R Equation 1: Equation 1 somewhat changed: p R = p K - p M - p S Equation 2: If one now forms amounts from equation 2, the result is: ∣⁣pR∣⁣ = ∣⁣P K - p M - p S ∣⁣ Equation 3:

Da die Länge des Vektors (p_R) durch die Summe des Radius (r_K) der Kalibrierkugel (12) und des Radius (r_A) des kugelförmigen Aufsatzes (18) bestimmt ist, kann Gleichung 3 auch wie folgt formuliert werden: rA + rK = ∣⁣pK – pM – PS∣⁣ Gleichung 4: Since the length of the vector (p _R ) is the sum of the radius (r _K ) of the calibration sphere ( 12 ) and the radius (r _A ) of the spherical attachment ( 18 ) is determined, Equation 3 can also be formulated as follows: r A + r K = ∣⁣p K - p M - P S ∣⁣ Equation 4:

Die gesuchten Parameter des Vektors (pk) können nunmehr relativ einfach bestimmt werden, indem die Kalibrierkugel (12) an einer einzelnen Position angetastet wird, und aus der Beziehung gemäß Gleichung 4 die drei unbekannten Komponenten des Vektors (p_K) berechnet werden. Soll der Vektor (p_K) genauer bestimmt werden, so wird die Kalibrierkugel (12) an einer Vielzahl von Stellen angetastet, wobei dann entsprechend der Anzahl (n) an Messpunkten ein Gleichungssystem mit (n) Gleichungen 4 entsteht. In diesem Fall sind die Komponenten des Vektors (p_K) so zu bestimmen, dass jede der n-Gleichungen möglichst gut stimmt. Definiert man die Abweichung (f_i) für einen
Messpunkt (i) bzw. den zugehörigen Vektor (p_Mi) wie folgt aus Gleichung 4: fi = ∣⁣pK – pMi – pS∣⁣ – rA + rK Gleichung 5:
so kann beispielsweise über das Gaußsche Verfahren der kleinsten Fehlerquadrate die Komponenten des Vektors (p_K) bestimmt werden:

The sought parameters of the vector (pk) can now be determined relatively easily by using the calibration sphere ( 12 ) is probed at a single position, and the three unknown components of the vector (p _K ) are calculated from the relationship according to equation 4. If the vector (p _K ) is to be determined more precisely, the calibration sphere ( 12 ) probed at a number of points, an equation system with (n) equations then corresponding to the number (n) of measurement points 4 arises. In this case, the components of the vector (p _K ) are to be determined in such a way that each of the n equations is as good as possible. Define the deviation (f _i ) for one
Measuring point (i) or the associated vector (p _Mi ) as follows from equation 4: f i = ∣⁣p K - p Wed. - p S ∣⁣ - r A + r K Equation 5:
For example, the components of the vector (p _K ) can be determined using the Gaussian method of least squares:

Die Lösung der Gleichung geschieht, wie üblich, indem die partiellen Ableitungen der Gleichung 5 gleich Null gesetzt werden und die Nullstellen über entsprechende mathematische Verfahren, wie beispielsweise Newton-Raphson bestimmt werden.The solution to the equation happens as usual, by setting the partial derivatives of Equation 5 to zero and the zeros over corresponding mathematical methods, such as Newton-Raphson be determined.

Da der Vektor (p_S ) den Vektor zwischen dem Punkt (E) und dem Mittelpunkt (M_A) des kugelförmigen Aufsatzes (18) darstellt und der Mittelpunkt (M_A) des kugelförmigen Absatzes (18) mit dem Mittelpunkt (M_F) der kreissegmentartigen Stirn (29) des Fräsers (14) (siehe 4) zusammenfällt, ist hierdurch gleichzeitig auch der Mittelpunkt (M_F) der kreissegmentartigen Stirn (29) des Fräsers (14) mitbestimmt worden.Since the vector (p _S ) is the vector between the point (E) and the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) and the center (M _A ) of the spherical shoulder ( 18 ) with the center (M _F ) of the circular segment-like forehead ( 29 ) of the router ( 14 ) (please refer 4 ) coincides, the center point (M _F ) of the segment-like forehead ( 29 ) of the router ( 14 ) have been co-determined.

Da bei dem Fräser (14) nunmehr die genaue Lage des Mittelpunktes (M_F), wie auch der genaue Radius (r_F) der kreissegmentartig ausgebildeten Fräserstirn (29) (siehe auch 4) bekannt ist, kann nunmehr hochgenau mit dem betreffenden Fräser (14) ein zu bearbeitendes Werkstück bearbeitet werden.Since the router ( 14 ) now the exact position of the center point (M _F ), as well as the exact radius (r _F ) of the milling cutter end designed like a segment of a circle ( 29 ) (see also 4 ) is known, can now be carried out with high precision using the milling cutter in question ( 14 ) a workpiece to be machined is machined.

6 zeigt abschließend eine alternative Ausführungsform, wie ein Fräskopf (9) am Messarm (4) des Koordinatenmessgerätes nach 1 befestigt sein kann. Wie hierin zu sehen, ist auf das Ende des Messarms (4) ein Adapter (32) befestigt, der an seinem vorderen Ende einen sogenannten Aufnehmerwürfel (33) aufweist, an dem unterschiedliche Mess- und Anreißwerkzeuge befestigt werden können. An dem Aufnehmerwürfel (33) ist ein Adapter (34) befestigt, der wiederum den Fräskopf (9) trägt. Wie hierin zu sehen kann der Vektor (p_S) vollkommen analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 und 3 bestimmt werden, wobei der Punkt (E) diesmal nicht auf eine Dreh-Schwenkeinheit (13) bezogen ist, sondern auf durch einen beliebigen, dem Messarm (4) oder dem Adapter (22) oder dem Aufnehmerwürfel (23) zugeordneten Punkt. 6 finally shows an alternative embodiment, such as a milling head ( 9 ) on the measuring arm ( 4 ) of Coordinate measuring machine 1 can be attached. As can be seen here, the end of the measuring arm ( 4 ) an adapter ( 32 ), which has a so-called pickup cube ( 33 ), to which different measuring and marking tools can be attached. On the sensor cube ( 33 ) is an adapter ( 34 ) attached, which in turn the milling head ( 9 ) wearing. As can be seen here, the vector (p _S ) can be completely analogous to the exemplary embodiment according to 2 and 3 can be determined, the point (E) not this time on a rotary swivel unit ( 13 ), but to any measuring arm ( 4 ) or the adapter ( 22 ) or the sensor cube ( 23 ) assigned point.

Claims

Procedure for calibrating a milling cutter ( 14 ) with a milling cutter end essentially shaped like a circular segment ( 29 ) in a measuring device or a machine tool, comprising the following process steps: - placing an essentially spherical attachment ( 18 ) on the milling cutter end ( 29 ) of the milling cutter to be calibrated ( 14 ) such that the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) with the center point (M _F ) of the milling cutter end to be calibrated ( 29 ) coincides - probing a calibration body ( 12 ) with a known geometry (r _K ) and a known position (p _K ) with the spherically shaped attachment ( 18 ) - Determine calibration parameters (p _S ) from the measured values, over which the position of the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) and thus the position of the center point (M _F ) of the milling cutter end designed like a segment of a circle ( 29 ) can be determined in the machine coordinate system (x _M , y _M , z _M ).

The method of claim 1, wherein the milling cutter on a rotating device ( 13 ) is attached, which has at least one swivel joint ( 6 . 7 ), characterized in that parameters (p _S ) are determined which describe the position of the center point (M _A ) relative to a point (E) assigned to the rotating device.

A method according to claim 2, characterized in that at least a swivel of the rotating device a reproducible running behavior having.

Comprehensive measuring device or machine tool - a mechanical system ( 24 ) with which a milling head ( 9 ) with a milling cutter ( 14 ) can be moved relative to a workpiece to be machined in the coordinate directions (x, y, z), the milling cutter having a milling cutter ( 29 ) - a control and evaluation unit ( 22 . 23 ) to control the mechanics ( 24 ) and for evaluating the position measurement values determined thereby, characterized in that the control and evaluation unit ( 23 ) can control the following sequence: - probing a calibration body ( 12 ) with a known geometry (r _K ) and a known position (p _K ) with an essentially spherical attachment ( 18 ) on the milling cutter end ( 29 ) of the milling cutter to be calibrated ( 14 ) is placed in such a way that the center (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) coincides with the center point (M _F ) of the end face of the cutter to be calibrated - determine calibration parameters (p _S ) from the measured values which determine the position of the center point (M _A ) of the spherical attachment ( 18 ) and thus the position of the center point (M _F ) of the milling cutter end designed like a segment of a circle ( 29 ) can be determined in the machine coordinate system (x _M , y _M , z _M ).

Coordinate measuring device or machine tool according to claim 4, wherein the milling cutter is connected to a rotating device ( 13 ) is attached, which has at least one swivel joint ( 6 . 7 ), characterized in that the control and evaluation unit determines parameters (p _S ) which describe the position of the center point (M _F ) relative to a point (E) assigned to the rotating device.

coordinate measuring machine or machine tool according to claim 5, characterized in that at least one hinge of the rotating device is a reproducible one Has running behavior.

Calibration adapter for calibrating a router ( 14 ) comprising a spherical attachment ( 18 ) with a recess ( 27 ) for the forehead ( 29 ) of a milling cutter to be calibrated ( 14 ).

Calibration adapter according to claim 7, characterized in that with the spherical attachment ( 18 ) a fastening device ( 16 . 17 . 25 ) with which the spherical attachment ( 18 ) on the milling cutter to be calibrated ( 14 ) can be attached.

Calibration adapter according to claim 8, characterized in that the fastening device Clamping ring ( 16 ) includes.

Calibration adapter according to claim 9, characterized in that the fastening device further comprises a slotted shaft ( 17 ) with the spherical attachment ( 18 ) is connected and by the clamping ring ( 16 ) can be pressed together.

Calibration adapter according to claim 10, characterized in that the shaft ( 17 ) in the area of the spherical attachment ( 18 ) a tapered groove ( 39 ) having.

Calibration adapter according to one of claims 7-11, characterized in that in the spherical attachment ( 18 ) an adjustment pin ( 26 ) is provided, which acts as a stop for the milling cutter end ( 29 ) of the milling cutter to be calibrated ( 14 ) serves.

Calibration adapter according to claim 12, characterized in that the adjusting pin ( 26 ) Movable via a thread in the spherical attachment ( 18 ) is screwed in.