DE10337733A1

DE10337733A1 - Verfahren zum Erfassen einer räumlichen Lage einer bekannten dreidimensionalen Struktur

Info

Publication number: DE10337733A1
Application number: DE2003137733
Authority: DE
Inventors: Ernst Osswald; Werner Straubinger; Stephan Mechel; Walter Moebus; Peter Schmid
Original assignee: Traub Drehmaschinen GmbH and Co KG
Current assignee: Traub Drehmaschinen GmbH and Co KG
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2023-08-12
Also published as: DE10337733B4

Abstract

Um bei einem Verfahren zum Erfassen einer räumlichen Lage einer bekannten dreidimensionalen Struktur eines in einer Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkstücks relativ zu einem Bezugspunkt der Werkzeugmaschine mittels einer Werkzeugmaschinensteuerung exakt zu erfassen, insbesondere möglichst so, daß dies nicht manuell zu erfolgen hat, sondern durch die Werkzeugmaschinensteuerung selbst erfolgen kann, wird vorgeschlagen, daß die Struktur durch Bewegen eines Tasters in einer ersten Dimension und durch Erfassen der Struktur mittels des Tasters in einer zweiten Dimension, quer zur ersten Dimension, abgetastet wird, daß die der zweiten Dimension entsprechenden Tastwerte zusammen mit Positionswerten der ersten Dimension als Datensatz aufgezeichnet werden und daß der Datensatz mit der bekannten Struktur verglichen wird und daraus die räumliche Lage der bekannten Struktur relativ zu dem Bezugspunkt ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen einer räumlichen Lage einer bekannten dreidimensionalen Struktur eines in einer Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkstücks relativ zu einem Bezugspunkt der Werkzeugmaschine mittels einer Werkzeugmaschinensteuerung.

Beim Nachbearbeiten bereits vorher bearbeiteter Werkstücke in einer Werkzeugmaschine besteht stets das Problem, ein durch Vorbearbeitung mit einer bekannten dreidimensionalen Struktur versehenes Werkstück in seiner Ausrichtung relativ zu einem Bezugspunkt der Werkzeugmaschine exakt zu erfassen, insbesondere möglichst so, daß dies nicht manuell zu erfolgen hat, sondern durch die Werkzeugmaschinensteuerung selbst erfolgen kann.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Struktur durch Bewegen eines Tasters in einer ersten Dimension und durch Erfassen der Struktur mittels des Tasters in einer zweiten Dimension, quer zur ersten Dimension, abgetastet wird, daß die der zweiten Dimension entsprechenden Tastwerte zusammen mit Positionswerten der ersten Dimension als Datensatz aufgezeichnet werden, und daß der Datensatz mit der bekannten Struktur verglichen wird und daraus die räumliche Lage der bekannten Struktur relativ zu dem Bezugspunkt ermittelt wird.

Dabei könnte beispielsweise für den Taster eine gesonderte Einrichtung zur Bewegung desselben über das mit der dreidimensionalen Struktur versehene Werkstück vorgesehen sein.

Besonders günstig ist es, wenn der Taster in einer Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine angeordnet und mittels der Werkzeugmaschinensteuerung bewegt wird. Damit werden konsequent die bereits vorhandenen Vorrichtungen der Werkzeugmaschine zur Bewegung des Tasters relativ zum Werkstück eingesetzt.

Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, daß die Werkzeugsteuerung die der zweiten Dimension entsprechenden Tastwerte erfasst und mit Positionswerten der ersten Dimension als Datensatz aufzeichnet.

Darüber hinaus ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die Werkzeugmaschinensteuerung des Datensatzes mit der bekannten Struktur vergleicht und daraus die Lage der Struktur relativ zum Bezugspunkt ermittelt.

Ein derartiger Vergleich kann unmittelbar bereits beim Aufzeichnen des Datensatzes erfolgen.

Eine andere vorteilhafte Lösung sieht vor, daß zuerst der gesamte Datensatz aufgezeichnet und dann der Vergleich mit der Struktur durchgeführt wird.

Hinsichtlich der Art der von dem Taster erzeugten Tastwertes sind die unterschiedlichsten Lösungsmöglichkeiten denkbar.

Eine Lösungsmöglichkeit sieht vor, daß von dem Taster in der zweiten Dimension zum Weg proportionale Wegsignale als Tastwerte erzeugt werden.

Derartige Tastwerte lassen sich dann gegebenenfalls dahingehend auswerten, daß mit dem Taster unterschiedliche Ausdehnungen der dreidimensionalen Struktur in Richtung der zweiten Dimension erfasst werden können.

Es ist aber auch denkbar, den Taster derart einzusetzen, daß lediglich ein Überschreiten des Schwellwertes in der zweiten Dimension erfasst wird.

Eine andere vorteilhafte Ausbildung des Tasters sieht vor, daß von dem Taster zum Anzeigen zweier Schaltzustände in der zweiten Dimension mindestens ein Schaltsignal als Tastwert erzeugt wird. Das heißt, daß keine wegproportionalen Tastwerte mehr erzeugt werden, sondern nur noch ein Anzeigen zweier Schaltzustände erfolgt.

Besonders einfach ist diese Lösung dann realisierbar, wenn von dem Taster in der zweiten Dimension bei Überschreiten eines Schaltpunktes ein Schaltsignal als Tastwert erzeugt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß die Ausdehnung der Struktur in der zweiten Dimension durch den aufgrund einer Berührung von Teilbereichen der Struktur durch die Tastspitze auftretenden Reibungswiderstand als Tastwert beim Bewegen des Tasters in der ersten Dimension erfasst wird. Mit dieser Lösung wird über den Taster nicht eine Bewegung der Tastspitze in der zweiten Dimension erfasst sondern nur der in der ersten Dimension an der Tastspitze in den Teilbereichen auftretende Reibungswiderstand, der sich in vielfältiger Weise erfassen läßt.

Beispielsweise läßt sich die Tastspitze dabei so bewegen, daß sie mit geringstmöglichem Untermaß streifend über die Struktur bewegt wird, so daß nur ein möglichst geringer Reibungswiderstand auftritt.

Um dieses geringstmögliche Untermaß zur streifenden Bewegung der Tastspitze zu ermitteln, wird der Taster vorzugsweise in mehreren Tastzyklen an das Werkstück herangeführt, wobei ausgehend von einem ersten nicht berührenden Tastzyklus mit einer Bewegung des Tasters in der ersten Dimension jeweils bei Beginn eines der weiteren Tastzyklen eine weitere Zustellung des Tasters in der zweiten Dimension in Richtung des Werkstücks erfolgt, bis in einem der Tastzyklen eine Berührung der Struktur durch die Tastspitze erfolgt.

Durch diese Lösung besteht die Möglichkeit, im Rahmen eines festgelegten automatisierbaren Verfahrens die Tastspitze soweit an das Werkstück anzunähern, bis die Tastspitze sich berührend über die Struktur bewegt.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung dieser Ausführungsform sieht vor, daß der Taster selbst keinen Tastwert erzeugt, sondern zum Erfassen der Struktur eine Tastspitze desselben die Struktur zumindest in Teilbereichen berührend bewegt wird.

Das heißt, daß in diesem Fall die Tastspitze selbst ein starrer oder gegebenenfalls auch elastischer Körper sein kann der jedoch kein elektrisches Signal erzeugt, sondern nur so bewegt wird, daß er in Teilbereichen die Struktur berührt.

Als Taster könnte beispielsweise ein spezieller Taster Verwendung finden. Eine besonders einfache Lösung sieht vor, daß als Taster ein Werkzeug verwendet wird, dessen Spitze die Tastspitze bildet.

Der Reibungswiderstand könnte prinzipiell dadurch erfasst werden, daß der Taster selbst aufgrund der Reibung deformiert wird.

Es besteht auch die Möglichkeit, eine durch die Berührung und den Reibungswiderstand ausgelöste Verlagerung der Tastspitze, beispielsweise durch ein Verformen des Tasters relativ zu seiner Aufnahme zu erfassen.

Eine besonders einfache Lösung zur Erfassung des Reibungswiderstandes beim Bewegen des Tasters in der ersten Dimension sieht eine positionsabhängige Erfassung einer auf einen zurückgelegten Weg in der ersten Dimension bezogenen Antriebsleistung zum Bewegen des Tasters in der ersten Dimension bestimmt wird.

Das heißt, daß die Antriebsleistung ermittelt wird, die erforderlich ist, um den Taster in der ersten Dimension zu bewegen, wobei die Antriebsleistung zwangsläufig bei erhöhtem Reibungswiderstand größer ist als beispielsweise bei nicht vorhandenem Reibungswiderstand.

Besonders günstig läßt sich diese Antriebsleistung dann erfassen, wenn es sich um die Antriebsleistung eines geschwindigkeitsgeregelten Antriebs handelt.

Im einfachsten Fall läßt sich dabei als Maß für die Antriebsleistung der dem geschwindigkeitsgeregelten Antrieb zugeführte Strom erfassen.

Besonders günstig läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dann ausführen, wenn die Struktur sich in der ersten Dimension und der zweiten Dimension wiederholende Strukturelemente aufweist und mehrere der Strukturelemente zur Ermittlung der räumlichen Lage der bekannten Struktur herangezogen werden.

Besonders günstig läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren dann durchführen, wenn die Struktur in regelmäßigen Abständen aufeinanderfolgende Strukturelemente aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine;
2 eine vergrößerte ausschnittsweise Darstellung eines Bereichs X in 1;
3 eine schematische Darstellung ähnlich 2 in eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
4 ein Diagramm mit zum Weg proportionalen Wegsignalen in der zweiten Dimension aufgetragen über die erste Dimension;
5 ein Ablaufschema zur Auswertung des Diagramms gemäß 4;
6 eine schematische Darstellung ähnlich 2 eines weiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
7 eine Darstellung ähnlich 4 von Schaltsignalen beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
8 ein Ablaufschema entsprechend 5 beim zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
9 eine schematische Darstellung ähnlich 2 eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens;
10 eine schematische Darstellung eines geschwindigkeitsgeregelten Antriebs beim dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens;
11 eine Darstellung ähnlich 4 eines einem geschwindigkeitsgeregelten Antrieb beim dritten Ausführungsbeispiel zugeführten Stroms über der ersten Dimension und
12 ein Ablaufschema ähnlich 5 beim dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Ein Ausführungsbeispiel einer Werkzeugmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Maschinengestell 10, welches ein Spindelgehäuse 12 trägt, in welchem eine Werkstückspindel 14 um eine Spindelachse 16 drehbar gelagert ist.
Die Werkstückspindel 14 umfaßt ihrerseits eine Werkstückaufnahme 18, beispielsweise in Form eines Spannfutters, mit welcher ein Werkstück W aufgenommen und koaxial zur Spindelachse 16 rotierend angetrieben werden kann.
Zur Bearbeitung des Werkstücks W umfaßt die Werkzeugmaschine einen parallel zur Spindelachse und somit in Z-Richtung verfahrbaren ersten Werkzeugschlitten 20, welcher an einer Z-Führung 22 des Maschinengestells 10 verschieblich geführt ist und seinerseits eine X-Führung 24 trägt, an welcher ein in einer X-Richtung quer zur Spindelachse 16 verfahrbarer X-Schlitten 26 verschiebbar geführt ist, so daß ein auf dem X-Schlitten 26 gehaltener Werkzeugträger 30 gegenüber dem Maschinengestell 10 und somit auch gegenüber dem in der Werkstückspindel 14 aufgenommenen Werkstück W sowohl in Z-Richtung als auch in X-Richtung verfahrbar ist.
Der Werkzeugträger 30 umfaßt vorzugsweise ein Revolvergehäuse 32, an welchem ein Relvolverkopf 34 um eine Revolverachse 36 drehbar gehalten ist, wobei der Revolverkopf 34 eine Vielzahl von Werkzeugaufnahmen 38 trägt, in die Werkzeuge 40 einsetzbar sind.
Sowohl ein Antrieb der Werkstückspindel 14 als auch die Bewegungen des Werkzeugträgers 30 in Z- und X-Richtung sowie die Drehungen des Revolverkopfs 34 relativ zum Revolvergehäuse 32 sind durch eine als Ganzes mit 50 bezeichnete Werkzeugmaschinensteuerung steuerbar.
Ein in der vorstehend beschriebenen Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Werkstück W ist beispielsweise vor dem Bearbeiten in der Werkzeugmaschine mit einer dreidimensionalen Struktur S versehen worden, wobei die Struktur S sich in den folgenden drei Dimensionen ausdehnt, nämlich einerseits in einer ersten Dimension D1 parallel zu einer Achse A, in einer zweiten Dimension D2 radial zur Achse A und in einer dritten Dimension D3 in Umfangsrichtung oder Azimutalrichtung zur Achse A. Dabei kann die Struktur S grundsätzlich eine beliebige Form aufweisen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt die Struktur S, welche einen Mantel des Werkstücks W bildet, einerseits zur Achse A Zylinderflächenbereiche ZF und andererseits eine um die Achse A im Mantel des Werkstücks W verlaufende wendelförmige Nut WN, wobei zwischen einzelnen aufeinanderfolgenden Windungen WI der wendelförmigen Nut WN die Zylinderflächenbereiche ZF liegen.
Ferner ist die dreidimensionale Struktur S noch stirnseitig des Werkstücks durch Stirnflächen SF1 und SF2 abgeschlossen, in welche die wendelförmige Nut WN mit einem Nutanfang NA einmündet.
Beim Einspannen eines derartigen Werkstücks W in die Werkstückaufnahme 18 der Werkstückspindel 14 besteht das Problem, die bekannte dreidimensionale Struktur S relativ zu einem feststehenden Bezugspunkt B, beispielsweise auf der Spindelachse 16, zu erfassen, und zwar in Richtung der ersten Dimension D1, der zweiten Dimension D2 und der dritten Dimension D3.
Hierzu wird das Werkstück W mit seiner Achse A koaxial zur Spindelachse 16 in die Werkstückaufnahme 18 der Spindel 14 aufgenommen, wobei beispielsweise das Werkstück W mit seiner rückwärtigen Stirnfläche SF2 gegen eine Anschlagfläche 52 der Werkstückaufnahme 18 anlegbar ist, so daß bereits eine Grobpositionierung des Werkstücks W in der ersten Dimension D1 möglich ist.
Ferner ist durch die zentrierte Aufnahme des Werkstücks W mit seiner Achse A konzentrisch zur Spindelachse 16 die Lage der Zylinderflächenbereiche ZF in der zweiten Dimension D2 durch Eingabe der Struktur S in die Werkzeugmaschinensteuerung 50 dieser bekannt, unbekannt ist jedoch der Verlauf der wendelförmigen Nut WN und somit auch die exakte Position der Zylinderflächenbereiche ZF in der ersten Dimension D1 und der dritten Dimension.
Zum Erfassen der Lage der Struktur S relativ zum Bezugspunkt B wird in eine der Werkzeugaufnahmen 38 ein Taster 60 eingesetzt, welcher mit einer Tastspitze 62 längs einer Bahn BA verfahrbar ist, die in Richtung der ersten Dimension D1 verläuft, wobei die Tastspitze 62 unter Erzeugung von zum Weg proportionalen Wegsignalen WS als Tastwerte in einer Richtung 64 quer zur Bahn BA bewegbar ist, die parallel zur zweiten Dimension D2 verläuft.
Durch das Bewegen der Tastspitze 62 entlang der Bahn BA, die streifend zur Struktur zur S verläuft, erfährt die Tastspitze 62, so lange sie sich ausgehend vom Punkt P1 auf der Bahn BA bewegt so lange keinen Widerstand, bis die Tastspitze 62 mit einem Rand RSF1 der ersten Stirnfläche SF1 in Berührung kommt. Dieser Punkt ist der Punkt P2. Ab dem Punkt P2 berührt die Tastspitze 62 den Zylinderflächenbereich ZF1, der sich von dem Rand RSF1 bis zu der ersten Windung WI1 der wendelförmigen Nut WN erstreckt, und wird unter Erzeugung eines zum Weg in Richtung 64 proportionalen Wegsignals WS als Tastwert in der Richtung 64 verschoben. Die erste Windung WI wird am Punkt P3 längs der Bahn BA erreicht.
So lange, solange sich die Tastspitze 62 ab dem Punkt P3 über die Breite der ersten Windung WI1 der wendelförmigen Nut hinwegbewegt, steht sie ebenfalls berührungslos frei im Raum. Erst ab dem Punkt P4, das heißt bei Erreichen eines Randes der ersten Windung WI1 der wendelförmigen Nut, hat die Tastspitze 62 wieder Berührung mit dem Zylinderflächenbereich ZF2, welcher sich in Richtung der Bahn BA von der ersten Windung WI1 der wendelförmigen Nut WN bis zur zweiten Windung WI2 derselben erstreckt. Die sich auf der Bahn BA bewegende Tastspitze 62 erreicht die zweite Windung WI2 der wendelförmigen Nut WN am Punkt P5.
Das heißt, daß die Tastspitze 62 auf ihrem Weg längs der Bahn BA entweder berührungslos frei im Raum steht oder die Zylinderflächenbereiche ZF zwischen den einzelnen Windungen WI der wendelförmigen Nut WN berührt und dadurch in Richtung 64 verschoben wird.
Wird nun die Bahn BA so gelegt, daß die Tastspitze 62 bei Berührung eines der Zylinderflächenbereiche ZF in der Richtung 64 vom Werkstück W weg verschoben wird, wie in 3 dargestellt, so ergibt sich bei Aufnahme der Bewegung der Tastspitze 62 in Richtung 64, welche ungefähr parallel zu der zweiten Dimension D2 verläuft, über der ersten Dimension ab dem Punkt P2 eine Verschiebung der Tastspitze 62 vom Werkstück W weg zwischen dem Punkt P2 und P3, das heißt zwischen den Punkten, zwischen denen die Tastspitze 62 auf dem Zylinderflächenbereich ZF1 aufliegt. Ab dem Punkt P3 bis zum Erreichen des Punktes P4 geht die Tastspitze 62 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück, da sie über die Breite der ersten Windung WI1 der wendelförmigen Nut WN hinwegläuft. Ab dem Punkt P4 berührt die Tastspitze 62 den Zylinderflächenbereich ZF2 so lange, bis die der nächsten Windung WI2 wendelförmigen Nut WN erreicht ist, und zwar an Punkt P5.
Zwischen dem Punkt P5 und P6 geht die Tastspitze 62 wieder in ihre Ausgangsstellung zurück und ab dem Punkt P6 bis P7 berührt die Tastspitze 62 den Zylinderflächenbereich ZF3, der zwischen der zweiten Windung WI2 und der dritten Windung WI3 liegt, so daß die Tastspitze 62 wiederum in Richtung 64 verschoben ist.
Da die einzelnen Windungen WI der wendelförmigen Nut WN gleiche Abstände voneinander aufweisen, ist die Erstreckung der Zylinderflächenbereiche ZF längs der Bahn BA zwischen unmittelbar aufeinanderfolgenden Windungen WI gleich groß und somit wiederholt sich die in 4 dargestellte Bewegung der Tastspitze 62 zwischen der Ausgangsstellung AU und Berührungsstellung BR in der beschriebenen Art und Weise so lange, so lange die Bahn BA mit Berührung zu der Struktur S, insbesondere im Bereich von dessen Zylinderflächenbereichen ZF, verläuft.
Der in 4 dargestellte Zusammenhang zwischen der Bewegung der Tastspitze 62 längs der Bahn BA parallel zur ersten Dimension D1 und der Auslenkung der Tastspitze 62 bei Berührung BR der Struktur S im Bereich der Zylinderflächenbereiche ZF läßt sich von der Maschinensteuerung 50 in einem Datensatz während des Verfahrens der Tastspitze 62 längs der Bahn BA ablegen und dann auswerten oder bereits beim Bewegen der Tastspitze 62 längs der Bahn BA auswerten.
Die Auswertung des erstellten Datensatzes erfolgt – wie in 5 dargestellt – beispielsweise folgendermaßen.
In einem Meßauswerteschritt MAO wird die Meßauswertung gestartet. Der Meßauswerteschritt MAO setzt dabei die Meßauswertung beim Punkt P1 in Gang.
Wenn beim Punkt PO die Meßauswertung beginnt, wird in einer Stufe MA1 eine sukzessive Veränderung der Position in der ersten Dimension D1 ausgelöst. Während dieses sukzessiven Fortschreitens der Position in der ersten Dimension D1 erfolgt parallel in einer Stufe MA2 eine Abfrage des Meßtasters 60 dahingehend, ob der vom Meßtaster 60 erfasste Meßwert einen Schwellwert überschritten hat. Dieser Vergleich findet in der Stufe MA3 statt. Ist der Vergleich negativ, so wird weiterhin der Meßwert des Meßtasters 60 abgefragt. Ist die Schwelle überschritten, das heißt das Ergebnis in der Stufe MA3 positiv, so wird in der Stufe MA4 die entsprechende Position in der ersten Dimension D1 gespeichert. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn in der ersten Dimension D1 der Punkt P2 erreicht ist, das heißt, daß die erste Stirnfläche SF1 eine Referenzfläche darstellt, ab welcher ein Überschreiten des Schwellwertes erkannt wird. Dieses Überschreiten des Schwellwertes wird dann bis zum Erreichen des Punktes P3 in 4 festgestellt.
Diese Positionen P2 bis P3 werden in der Stufe MA4 gespeichert und in der nächstfolgenden Stufe MA5 erfolgt eine Auswertung des Abstandes zwischen der Position P2 und der Position P3 und daraus wird in der Stufe MA6 unter Zugrundelegen der bekannten Struktur S die Lage der bekannten Struktur S relativ zum Bezugspunkt B errechnet und insbesondere errechnet, in welchem Abstand von der Bahn BA in Richtung der dritten Dimension D3 der Nutanfang NA liegt, so daß damit die Lage des Nutanfangs NA exakt bestimmt und beispielsweise kann dann auf diesen Nutanfang NA in der ersten Stirnfläche SF1 bezogen eine Nachbearbeitung der Struktur S durchgeführt werden.
Bei dem ersten Ausfühungsbeispiel ist dabei der Taster 60 als wegmessender Taster ausgebildet, der den Weg der Tastspitze 62 in der Richtung 64 erfasst, so wie in 4 dargestellt.
Alternativ dazu kann bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Taster 60' auch als ab einem bestimmten Schaltpunkt, das heißt einer bestimmten Verschiebung der Tastspitze 62' in der Richtung 64 schaltender Taster 60' ausgebildet sein, so daß ein derart schaltender Taster 60' ein Schaltsignal SS in Form von "AUS" oder "EIN" als Tastwert liefert, wobei der Taster 60' in diesem Fall so einzustellen ist, daß der Schaltpunkt dann überschritten ist, wenn die Tastspitze 62' einen der Zylinderflächenbereiche ZF berührt und der Schaltpunkt dann unterschritten ist, das heißt der Taster auf AUS ist, wenn die Tastspitze 62' über eine Windung WI der Nut WN hinwegläuft oder noch gar nicht in Berührung mit der Struktur S ist, das heißt berührungslos frei im Raum steht und somit in ihrer Ausgangsstellung ist.
Eine Auswertung des AUS- und EIN-Signals erfolgt, wie in 7 und 8 dargestellt analog dem ersten Ausführungsbeispiel wobei die Stufe MA3 entfällt, da das Signal EIN bereits dokumentiert, daß die Schwelle überschritten wurde.
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird in die entsprechende Werkzeugaufnahme 68 des Revolverkopfes 64 ein starrer Taster 60'' eingesetzt, welcher zwar eine Tastspitze 62'' aufweist, diese ist jedoch nicht in Richtung 64 beweglich, sondern in dieser Richtung 64 starr ausgebildet. Ferner verläuft die Bahn BA in gleicher Weise wie beim ersten und zweiten Ausführungsbeispiel mit geringer Berührung der Struktur S, wobei die Tastspitze 62'' in gleicher Weise wie bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen erläutert, entweder frei im Raum steht oder in den Zylinderflächenbereichen ZF die Struktur S oberflächlich mit Reibung berührt (9).
Dieses Berühren der Struktur S in den Zylinderflächenbereichen ZF führt zu einer Hemmung der Bewegung der Tastspitze 62'' längs der Bahn BA.
Wird nun, wie in 10 dargestellt, ein Antrieb 80 des Werkzeugträgers 30 zur Bewegung desselben in der Z-Richtung, das heißt parallel zur ersten Dimension D1 durch eine Geschwindigkeitsreglerstufe 82 geschwindigkeitsgeregelt angetrieben, das heißt über einen Sensor 84 dessen Drehzahl ermittelt und der Geschwindigkeitsreglerstufe 82 zurückgemeldet, so hat die Hemmung der Bewegung der Tastspitze 62'' beim Überfahren der Zylinderflächenbereiche ZF zur Folge, daß ein der Geschwindigkeitsreglerstufe 82 zugeordneter Stromregler 86 beim Auftreten der Hemmung der Bewegung des Werkzeugträgers 30 in Z-Richtung dem Antrieb 80 mehr Strom zuführt, so daß dieser in der Lage ist, die von einem Steuerungsrechner 90 vorgegebene Geschwindigkeit in der Z-Richtung trotz der auftretenden Hemmung der Bewegung einzuhalten.
Insbesondere wird der Stromregler 86 beim in Berührung kommen der Tastspitze 62'' mit einem der Zylinderflächenbereiche ZF den Strom für den Antrieb 80 ansteigen lassen und bei Beendigung der Berührung eines der Zylinderflächenbereiche ZF den Strom für den Antrieb 80 sehr stark reduzieren, da plötzlich die Hemmung der Bewegung in der ersten Dimension entfällt.
Somit tritt im Verlauf des Stromes, aufgezeichnet über der ersten Dimension D1, ein Wendepunkt dann auf, wenn die Hemmung beim Übergang der Tastspitze 62'' von einem der Zylinderflächenbereiche ZF zur Nut WN plötzlich entfällt, während beim Übergang auf die jeweilige Zylinderfläche ZF in den Punkten P2, P4, P6 des Stroms I langsam ansteigt
Dieses Verhalten des Stromreglers 86 ist in 11 dargestellt und läßt sich aufgrund der signifikanten Stromänderung beim Überfahren eines quer zur Bahn BA verlaufenden Randes eines der Zylinderflächenbereiche ZF in den Punkten P3, P5, P7 günstig auswerten, wobei vorzugsweise mehrere Wendepunkte erfasst und gemeinsam ausgewertet werden.
Die Auswertung des dem Stromreglers 86 zugeführten Stroms erfolgt, wie in 12 dargestellt, zunächst dadurch daß in der Stufe MA1 eine sukzessive Änderung der Position in der ersten Dimension D1 ausgelöst wird, wobei während des sukzessiven Fortschreitens der Positionen der ersten Dimension parallel in der Stufe MA2 eine Abfrage des Stroms erfolgt, wie er in 11 aufgezeichnet ist.
Die in der Stufe MA2 erfassten Werte des Stroms werden in der Stufe MA3 im Hinblick daraufhin überprüft, ob ein Wendepunkt vorliegt. Ein derartiger Wendepunkt läßt sich, wie in 11 erkennbar, beispielsweise dadurch feststellen, daß ein Nulldurchgang des Stroms an den Punkten P3, P5 und P7 auftritt.
Tritt ein derartiger Nulldurchgang auf, so wird in der Stufe MA4 die entsprechende Position in der ersten Dimension D1 gespeichert und in der nächstfolgenden Stufe MA5 erfolgt eine Auswertung des Abstandes beispielsweise zwischen aufeinanderfolgenden Wendepunkten und diese werden in Relation zur Stirnfläche SF1 gesetzt, so daß in der Stufe MA6 unter Zugrundelegen der bekannten Struktur die Lage dieser bekannten Struktur relativ zum Bezugspunkt B errechnet werden kann und insbesondere auch errechnet werden kann, in welchem Abstand von der Bahn BA in Richtung der dritten Dimension D3 der Nutanfang NA liegt. Die Ermittlung erfolgt in gleicher Weise wie bereits im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Da sich beim dritten Ausführungsbeispiel die Lage der Stirnfläche SF1 über die Erfassung des Stromes unpräzise erfassen läßt, ist eine separate Bestimmung der Lage der Stirnfläche SF1 erforderlich, um diese für die Maschinensteuerung 50 mit der notwendigen Präzision festzuhalten.
Diese Bestimmung der Lage der Stirnfläche SF1 in Richtung der ersten Dimension D1 kann entweder mit einem separaten Meßtaster erfolgen oder es ist vorgesehen, die Stirnfläche SF1 hinsichtlich ihrer Lage relativ zum Bezugspunkt B dadurch festzulegen, daß mit einem Werkzeug ein Überdrehen der Stirnfläche SF1 beim bereits in die Werkzeugspindel eingespanntem Werkstück W erfolgt, so daß die Werkzeugmaschinensteuerung 50 nach dem Überdrehen der Stirnfläche SF1 deren Position relativ zum Bezugspunkt B exakt kennt.

Claims

Verfahren zum Erfassen einer räumlichen Lage einer bekannten dreidimensionalen Struktur (S) eines in einer Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkstücks (W) relativ zu einem Bezugspunkt (B) der Werkzeugmaschine mittels einer Werkzeugmaschinensteuerung (50), dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (S) durch Bewegen eines Tasters (60) in einer ersten Dimension (D1) und durch Erfassen der Struktur (S) mittels des Tasters (60) in einer zweiten Dimension (D2), quer zur ersten Dimension (D1), abgetastet wird, daß die der zweiten Dimension (D2) entsprechenden Tastwerte zusammen mit Positionswerten der ersten Dimension als Datensatz aufgezeichnet werden und daß der Datensatz mit der bekannten Struktur (S) verglichen wird und daraus die räumliche Lage der bekannten Struktur (S) relativ zu dem Bezugspunkt (B) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (60) in einer Werkzeugaufnahme (38) der Werkzeugmaschine angeordnet und mittels der Werkzeugmaschinensteuerung (50) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschinensteuerung (50) die der zweiten Dimension (D2) entsprechenden Tastwerte erfasst und mit Positionswerten der ersten Dimension (D1) als Datensatz aufzeichnet.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeugmaschinensteuerung (50) den Datensatz mit der bekannten Struktur (S) vergleicht und daraus die Lage der Struktur (S) relativ zu dem Bezugspunkt (B) ermittelt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Taster (60) in der zweiten Dimension (D2) zum Weg proportionale Wegsignale (WS) als Tastwerte erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Taster (60') zum Anzeigen zweier Schaltzustände in der zweiten Dimension (D2) mindestens ein Schaltsignal (SS) als Tastwert erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Taster (60') in der zweiten Dimension (D2) bei Überschreiten eines Schaltpunktes ein Schaltsignal (SS) als Tastwert erzeugt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung der Struktur (S) in der zweiten Dimension (D2) durch den aufgrund einer Berührung von Teilbereichen (ZF) der Struktur (S) durch die Tastspitze (62'') auftretenden Reibungswiderstand als Tastwert beim Bewegen des Tasters (60'') in der ersten Dimension (D1) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tastspitze (62'') mit geringstmöglichem Untermaß streifend über die Struktur (S) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (60'') in mehreren Tastzyklen an das Werkstück (W) herangeführt wird, wobei ausgehend vom ersten nicht berührenden Tastzyklus mit einer Bewegung des Tasters (60'') in der ersten Dimension in weiteren Tastzyklen jeweils bei Beginn eines der weiteren Tastzyklen eine weitere Zustellung des Tasters (60'') in der zweiten Dimension (D2) in Richtung des Werkstücks W erfolgt, bis in einem der Tastzyklen eine Berührung von Teilbereichen (ZF) der Struktur (S) durch die Tastspitze (62'') erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Taster (60'') selbst keine Tastwerte erzeugt und zum Erfassen der Struktur (S) mit seiner Tastspitze (62'') die Struktur (S) zumindest in Teilbereichen (ZF) berührend bewegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Taster (60'') ein Werkzeug verwendet wird, dessen Spitze die Tastspitze (62'') bildet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Reibungswiderstand beim Bewegen des Tasters (60'') in der ersten Dimension (D1) durch eine positionsabhängige Erfassung einer auf einen zurückgelegten Weg in der ersten Dimension (D1) bezogenen Antriebsleistung zum Bewegen des Tasters (60'') in der ersten Dimension (D1) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsleistung eines geschwindigkeitsgeregelten Antriebs (80) erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsleistung durch den dem geschwindigkeitsgeregelten Antrieb (80) zugeführten Strom (I) erfasst wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (S) sich in der ersten Dimension (D1) und der zweiten Dimension (D2) wiederholende Strukturelemente (ZF) aufweist und mehrere der Strukturelemente zur Ermittlung der räumlichen Lage der bekannten Struktur (S) herangezogen werden.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur (S) in regelmäßigen Abständen aufeinanderfolgende Strukturelemente (ZF) aufweist.