DE10345993B4 - Method and apparatus for measuring and fine points of a tool in a tool holder and method for measuring a working force - Google Patents

Method and apparatus for measuring and fine points of a tool in a tool holder and method for measuring a working force

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DE10345993B4
DE10345993B4 DE2003145993 DE10345993A DE10345993B4 DE 10345993 B4 DE10345993 B4 DE 10345993B4 DE 2003145993 DE2003145993 DE 2003145993 DE 10345993 A DE10345993 A DE 10345993A DE 10345993 B4 DE10345993 B4 DE 10345993B4
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Abstract

Verfahren zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges (8) in einem Werkzeughalter (1) mit den Schritten: A method for measuring and fine points of a tool (8) in a tool holder (1) comprising the steps of:
A- Definieren einer Werkzeuggeometrie und Festlegen oder Korrigieren einer Referenzkoordinate (TCP) des Werkzeuges (8) in einer Werkzeugmaschinensteuerung (16), A defining a tool geometry and setting or correcting a reference coordinate (TCP) of the tool (8) in a machine tool control (16),
B- Annähern des in dem Werkzeughalter (1) in einer Soll-Position eingespannten Werkzeuges (8) an ein Werkstück und Erkennen einer Kontaktstelle zwischen Werkzeug (8) und Werkstück, und B- approximating the in the tool holder (1) in a desired position the clamped tool (8) on a workpiece and detecting a point of contact between tool (8) and the workpiece, and
C- Bestimmen der Ist-Position des Werkzeuges relativ zu einem Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2) aus der erkannten Kontaktstelle, gekennzeichnet durch die Schritte C- determining the actual position of the tool relative to a coordinate system of the machine tool (2) of the detected contact point, characterized by the steps
D- Berechnen und Korrektur der statischen Werkzeuglage D- calculating and correcting static tool position
E- Messen einer Bearbeitungskraft (F s ) an dem Werkzeug (8), und E- measuring a working force (F s) on the tool (8), and
F- Berechnen und Korrektur der dynamischen Werkzeuglage relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine (2) durch Feinstellen des Werkzeuges im Werkzeughalter (1). F- calculating and correcting dynamic tool position relative to the coordinate system of the machine tool (2) by fine points of the tool in the tool holder (1).

Description

  • [0001]
    Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter nach den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 16. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Messen einer an einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug anliegenden Bearbeitungskraft nach dem Oberbegriff des Anspruches 10. The invention relates to a method and apparatus for measuring and fine points of a tool in a tool holder according to the preambles of claims 1 and 16. In addition, the invention relates to a method for measuring a voltage applied to a clamped in a tool holder tool machining force according to the preamble of claim 10th
  • [0002]
    Insbesondere betrifft die Erfindung hierbei Mess-, Positionier- und Bearbeitungsvorgänge mit Werkzeugen im Mikrobereich. In particular, the invention relates to this measurement, positioning and machining operations with tools in the micro range. So werden beispielsweise gegenwärtig Mikrospanwerkzeuge zum Bohren und Fräsen an Werkzeugmaschinen verlangt, die mit Kopfmessern < 200 μm zur Herstellung von Mikrostrukturen an Werkstücken bis zu 10 μm Größe eingesetzt werden können. So micro clamping tools are required for drilling and milling machine tools, for example, currently, the <200 microns for the production of microstructures on workpieces up to 10 microns in size can be used with head diameters. Die Erfindung soll jedoch auch für Werkzeuggrößen jeder Art geeignet sein. However, the invention should also be suitable for tool sizes of any kind.
  • [0003]
    Positioniergenauigkeiten formschlüssiger Vorrichtungen für den Fertigungsprozess von solchen Mikrowerkstücken werden mit ±2 μm erreicht, wobei jedoch Aufspannfehler des Werkstückes auftreten können, die gegenwärtig mit einem in die Werkzeugaufnahme einzuwechselnden Messtaster mit ±1 μm festgestellt und korrigiert werden können. Positioning accuracies form-fitting apparatuses for the manufacturing process of such a micro workpieces can be achieved with ± 2 micrometers, but may occur chucking errors of the workpiece which can be currently found with a to be loaded into the tool holder probe with ± 1 microns and corrected.
  • [0004]
    Zum Einsatz solcher Fühler sind gegenwärtig unterschiedliche Systeme bekannt. For use of such probes different systems are currently known. So werden Druck-Messtaster mit Piezoresonatoren und ebensolche Bewegungstaster eingesetzt, wofür insbesondere Messtastkugeln zum Einsatz gelangen. So pressure gauges are used with piezoelectric resonators and just such a movement button, for which particular Messtastkugeln be employed.
  • [0005]
    Für die Messungen an Kleinstproben im μ-Bereich ist jedoch der Durchmesser einer Messkugel zu groß, da die Kontaktfläche der Messkugel mit dem Prüfling oder Werkstück einen Messfleck mit einem Durchmesser von einigen 1/100tel Millimetern beträgt, so dass Messfehler unter 1 μm nicht feststellbar sind. However, the diameter of a measuring ball is too large for the measurements on very small samples in the μ range, because the contact surface of the measuring ball with the specimen or workpiece is a measurement spot with a diameter of a few 1 / 100th of a millimeter, so that measurement error of less than 1 microns are not detectable ,
  • [0006]
    Ein weiterer Nachteil der Messtastkugel ist auch, dass ihre Formabweichungen über die Oberfläche im Bereich von 0,3 μm und darüber liegt, so dass Ergebnisse unter 1 μm auch aus diesem Grund nicht zuverlässig zu gewinnen sind. Another disadvantage of Messtastkugel also that their shape deviations above the surface in the range of 0.3 microns and higher, so that results below 1 micron for this reason are not reliable to win. Schließlich liegen auch die Tastkräfte herkömmlicher Messtaster in einem Bereich von 0,1 Newton und 1 Newton am Prüfling, so dass hierdurch die zu prüfende Oberfläche des Werkstückes beschädigt (z. B. angeritzt oder eingedrückt) werden kann und nicht korrigierbare Messfehler auftreten können. Finally, the probing forces conventional probe lie in a range of 0.1 Newton and 1 Newton on the test specimen, can be so that in this way the test surface of the workpiece is damaged (eg. B. scored or pushed in) and can uncorrectable measurement errors occur.
  • [0007]
    Als Weiterentwicklung eines Druckmesstasters mit einer Messkugel ist in der As a further development of a pressure measuring probe with a measuring ball is in the DE 42 43 284 A1 DE 42 43 284 A1 ein 3D-Messtaster für Koordinatenmesssysteme beschrieben, der mehrere auf Piezoresonatoren mit einer Länge von 100 μm befestigte 4 μm lange Mikrotastnadeln mit polygonartigen Diamanttastern besitzt und eine laterale Auflösung von < 10 nm erreicht. a 3D probe for coordinate measuring systems described, a plurality of piezoelectric resonators having a length of 100 microns fortified 4 microns long Mikrotastnadeln with polygonal diamond has buttons and reaches a lateral resolution of <10 nm. Um jedoch die Mikrotastnadeln gefahrlos an die Oberfläche eines zu messenden Werkstückes heranfahren zu können, ist ein optisches oder akustisches Vorwarnsystem erforderlich. However, in order to Mikrotastnadeln can drive up to the surface of a workpiece to be measured safely, a visual or audible warning system is required. Messfehler durch Umspannen sind unvermeidbar. Measurement error by re-clamping are inevitable.
  • [0008]
    In der In the WO 89/00672 A1 WO 89/00672 A1 ist weiterhin ein Berührungsdetektor in Form eines Stabresonators gezeigt, dessen Tastspitze bei Kontakt mit einer Messoberfläche auftretende Frequenz- oder Amplitudenveränderungen des Resonators als Signal ausgibt, um so ein Oberflächenprofil ermitteln zu können. is further shown in the form of a Stabresonators whose outputs probe tip in contact with a measurement surface occurring frequency or amplitude changes in the resonator as a signal to determine a surface profile as a touch detector. Nachteil dieser Anordnung ist, dass der Stabresonator hohe Messkräfte bewirkt und niedrige Resonanzfrequenzen aufweist, so dass die Messoberfläche verletzt werden kann und nur geringe Messgeschwindigkeiten erzielbar sind. The disadvantage of this arrangement is that the rod resonator causes high measuring forces and having low resonance frequencies, so that the measurement surface can be breached and only low measuring speeds are attainable. Auch hier ist ein von der Werkstückbearbeitung getrenntes Messgerät erforderlich. Again, a separate from the workpiece processing instrument is required.
  • [0009]
    Ein weiteres bekanntes Tastschrittgerät arbeitet nach einem Impulstastverfahren, bei dem eine Tastnadel impulsförmig von der Oberfläche des Messobjektes angehoben und wieder abgesenkt wird. Another known Tastschrittgerät operates according to a Impulstastverfahren in which a stylus is pulsively raised from the surface of the measuring object and then lowered again. Das Gerät arbeitet quasi statisch. The device operates quasi-static. Das Anheben der Tastnadel dient der Verminderung von Reibkräften und Tangentialkräften in den Lagerstellen des Messwerkes (Lehmann, R.: „Leitfaden der Längenmesstechnik", VEB-Verlag Technik Berlin, 1960, Seite 277). Bei diesem Gerät ist es von Nachteil, dass die Impulsgeschwindigkeit gering ist und dass die Messkräfte zu hoch liegen. Außerdem ist auch hier ein von der Werkstückbearbeitung getrenntes Messgerät erforderlich. The lifting of the stylus is used to reduce frictional forces and tangential forces in the bearings of the measuring equipment (Lehmann, R .: "Guide to the length measurement technology", VEB-Verlag Technik Berlin, 1960, page 277). This device has the disadvantage that the pulse rate is low and that the measuring forces are too high. In addition, a separate from the workpiece processing instrument is required here.
  • [0010]
    Schließlich ist in der Finally, in the DE 40 35 076 A1 DE 40 35 076 A1 der of the DE 40 35 084 A1 DE 40 35 084 A1 ein auf einem Piezoresonator befestigter Tastkopf mit einer Mikrotastnadel bekannt, mit Hilfe dessen Mikrostrukturen mit lateralen Maßen in einem Profilometer durch Kontakt oder Kraftänderung detektiert werden können. a known piezo-resonator mounted on a probe head with a Mikrotastnadel, by means of which microstructures with lateral dimensions can be detected in a profilometer by contact or change in force. Auch dieses Gerät weist die oben bereits genannten Nachteile auf. This device also has the above already mentioned disadvantages.
  • [0011]
    Weiterhin sind kontaktfreie Messverfahren unter der Bezeichnung „Raster-Tunnelmikroskopie STM" oder „Atom-Kraft-Mikroskopie AFM" bekannt, wobei eine nanometerfeine Spitze aus Wolfram, Gold oder Diamant im Abstand von wenigen nm über die elektrisch leitende Prüfoberfläche eines Werkstückes geführt werden, so dass bei einer Spannung zwischen Spitze und Prüfling von wenigen mV ein Tunnelstrom von wenigen nA oder zwischenatomare Kräfte wirksam werden, die gemessen werden können und über einen Abstandsregler konstant gehalten werden. Further, non-contact measurement method are known as "scanning tunneling microscopy, STM," or "atomic force microscopy AFM" known, wherein a nano meter fine tip of tungsten, gold or diamond at a distance of a few nm are guided via the electrically conductive test surface of a workpiece, so that a tunnel current of a few nA or interatomic forces are effectively at a voltage between tip and specimen from a few mV, which can be measured and maintained constant over a distance regulator. Die zuletzt genannten berührungsfreien Messverfahren sind jedoch nur bei Werkstücken durchführbar, die leitende Oberflächen aufweisen. However, the non-contact measuring method latter can only be performed on workpieces which have conductive surfaces.
  • [0012]
    Bei den zuvor beschriebenen, mit einer Resonatoranordnung arbeitenden Messsystemen ist einerseits die Oberflächenbeanspruchung des zu messenden Werkstückes zu groß, andererseits die jeweils erzielbare Messgeschwindigkeit insbesondere dann zu gering, wenn voneinander unabhängige Punkte an einem Werkstück individuell messtechnisch erfasst werden sollen. In the above, operating with a resonator measuring systems, the surface stress of the measured workpiece is on the one hand too large, on the other hand each obtainable measurement speed in particular to low when to be recorded on a workpiece individually metrologically independent points.
  • [0013]
    Ein weiterer Nachteil aller zuvor genannten Messsysteme ist, dass entweder eine spezielle Messvorrichtung vorgesehen werden muss, oder während der Bearbeitung eines Werkstückes in einer Werkzeugmaschine ein Umspannen zwischen Werkzeug und Messfühler erfolgen muss, was zu weiteren Ungenauigkeiten in der Fertigung führen kann. Another disadvantage of all measuring systems mentioned above that either a special measuring device has to be provided, or a re-clamping between the tool and sensor must be carried out during the machining of a workpiece in a machine tool, which can lead to more inaccuracies in manufacturing. Auch ist keine Messmöglichkeit während der Bearbeitung möglich. Also, no measured way possible during processing. Ebenso wenig können Beanspruchung und Verschleiß am Werkzeug unmittelbar festgestellt werden, noch können exakte Korrekturmaßnahmen vorgenommen werden. As little stress and wear on the tool can be detected immediately, yet can be made exact corrective action.
  • [0014]
    Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen und Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter zu schaffen, mit dem ein Mess-, Positionier- und/oder Bearbeitungsvorgang effektiv und genau durchgeführt werden kann. The invention is therefore based on the object to provide a method and an apparatus for measuring and fine points of a tool in a tool holder, with which a measurement, positioning and / or machining operation can be effectively and accurately performed.
  • [0015]
    Des Weiteren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft an einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug zu schaffen. Furthermore, the invention is based on the object to provide a method for measuring a working force of a clamped tool in a tool holder.
  • [0016]
    Bezüglich eines Verfahrens zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter der eingangs genannten Art wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1, das ua die Schritte aufweist: With respect to a method for measuring and fine points of a tool in a tool holder of the type mentioned, the object is achieved by a method having the features of claim 1, comprising inter alia the steps of:
    • – Berechnen und Korrektur der statischen Werkzeuglage, - calculating and correcting static tool position,
    • – Messen einer Bearbeitungskraft an dem Werkzeug, und - measuring a working force to the tool, and
    • – Berechnen und Korrektur der dynamischen Werkzeuglage relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine durch Feinstellen des Werkzeuges im Werkzeughalter. - calculating and correcting dynamic tool position relative to the coordinate system of the machine tool by the fine points of the tool in the tool holder.
  • [0017]
    Bezüglich einer Vorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter, mit den Merkmalen des Anspruches 16, die ua ein Trägerbauteil und einen um definierte Freiheitsgrade verstellbaren Führungskörper, an dem eine Spannvorrichtung zur Aufnahme eines Werkzeuges vorgesehen ist, aufweist, wobei zwischen dem Trägerbauteil und dem Führungskörper mindestens ein Verstellglied angeordnet ist, und wobei zumindest ein Sensorelement zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges vorgesehen ist. With respect to a device, the object is inventively achieved by a device for measuring and fine points of a tool in a tool holder, with the features of claim 16, which, inter alia, a support member and an adjustable to defined degrees of freedom guide body to which a clamping device for receiving a tool provided is, said at least one adjustment member disposed between the support member and the guide body, and wherein at least one sensor element is provided for determining the position of the tool.
  • [0018]
    Bezüglich des weiteren Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft an einem in einem Werkzeughalter eingespannten Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruches 10, ua mit den Schritten: With respect to the other method, the object is achieved by a method for measuring a working force of a clamped tool in a tool holder with the features of claim 10, including the steps of:
    • – Aktivieren einer Betriebsart „Kraftmessung" in einer Steuer-/Regelungseinheit einer Werkzeugmaschine, - activating an operating mode "force measurement" in a control / regulating unit of a machine tool,
    • – Berechnen eines Vektors der Bearbeitungskraft zum Werkzeughalter und - computing a vector of the machining force to the tool holder and
    • – Berechnen einer Koordinatentransformation des Vektors der Bearbeitungskraft zur Kinematik der Kraftmessung im Werkzeughalter. - calculating a coordinate transformation of the vector of the machining force to the kinematics of the force measurement in the tool holder.
  • [0019]
    Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es möglich, ein Werkstück, insbesondere seine Oberfläche, effektiver und genauer als bisher zu erfassen und zu bearbeiten. Using the methods of the invention and the apparatus of the invention, it is possible a workpiece, in particular more effectively and accurately than ever before to capture and edit its surface. Insbesondere kann dadurch ein Werkzeug effektiv und genau relativ zu dem Werkstück ausgerichtet und positioniert werden, so dass die Bearbeitungsgenauigkeit erhöht wird. In particular, a tool can be characterized effectively and accurately oriented relative to the workpiece and positioned so that the machining accuracy is increased.
  • [0020]
    Hierbei ist es möglich, das Werkzeug selbst als Messfühler zu verwenden, so dass ein zeitraubendes und für die Messgenauigkeit nachteiliges Umspannen zwischen Werkzeug und Messfühler entfällt. It is possible to use the tool itself as a probe so that a time-consuming and detrimental for the accuracy chucking between the tool and probe is not necessary.
  • [0021]
    Vorzugsweise werden die erfindungsgemäßen Verfahren sowie die erfindungsgemäße Vorrichtung im Bereich von Mikrobearbeitungen eingesetzt, wobei es sich bei den zum Einsatz kommenden Werkzeugen um Mikrowerkzeuge bzw. Mikrotastelemente, insbesondere der eingangs genannten Art und/oder Größe, handelt, mit denen feinste Mikrostrukturen eines zu untersuchenden bzw. zu bearbeitenden Werkstückes erkannt und/oder bearbeitet werden können. Preferably, the process as well as the present invention, the inventive apparatus used in the field of micro-machining, wherein the coming for use tools to micro tools or microsensing elements, in particular of the type mentioned and / or size, is, with which or finest microstructures of a to be examined can be detected workpiece to be machined. and / or edited.
  • [0022]
    Insbesondere können Mikrostrukturen mit dem Mikrowerkzeug angefahren, festgestellt und/oder bearbeitet werden, wobei die relative Lagegenauigkeit < 1 μm beträgt. In particular microstructures can be approached with the microtool found and / or processed, whereby the relative position accuracy is <1 micron. Ist eine Bearbeitung an dem Werkstück mittels eines Werkzeuges nicht erforderlich, können die erfindungsgemäßen Verfahren bzw. Vorrichtung auch lediglich einen Messfühler aufweisen. Is a machining on the workpiece by means of a tool not needed, the inventive methods and device can also have only one sensor. Auch ist eine Ausführungsvariante denkbar, bei der Messfühler und Werkzeuge an einer Aufnahmevorrichtung vorgesehen sind. Also a variant is conceivable, are provided in the probe and tools to a receiving device.
  • [0023]
    Weiterhin können die auf das Werkzeug, z. Furthermore, on the tool, such can. B. einen Mikrofräser, einwirkenden Kräfte, insbesondere Zerspankräfte während der Bearbeitung des Werkstückes gemessen werden. B. a micro-cutter, the forces acting, in particular cutting forces are measured during the machining of the workpiece. Hierbei kann die Messung der Bearbeitungskräfte insbesondere zwischen angetriebenem Werkzeug und Werkstück, z. Here, the measurement of the machining forces in particular between a driven tool and the workpiece, z. B. während des Fräsvorganges, erfolgen. As during the milling done.
  • [0024]
    Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass während der Bearbeitung auftretende Verschleißerscheinungen an dem Werkzeug noch während der Bearbeitung aufgrund einer Veränderung der auftretenden Bearbeitungs- bzw. Spankräfte erkannt werden können, und das Werkzeug entsprechend nachjustiert werden kann, um den Verschleiß aus zugleichen bzw. von Anfang an gering zu halten, indem rechtzeitig Vorschubeinstellungen angepasst werden. A further advantage of the invention that can be detected during the processing due to a change in processing or clamping forces which occur during machining even wear that might occur on the tool, and the tool can be adjusted according to the wear of zugleichen or from to keep the outset low by feed settings are adjusted in time.
  • [0025]
    Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie einem erfindungsgemäßen Verfahren, bei dessen Durchführung eine derartige Vorrichtung Anwendung findet, ist es daher möglich, feinste Abstufungen oder Strukturen an der Oberfläche eines zu bearbeitenden Bauteils zu erkennen. With the device according to the invention and a method according to the invention, such a device is used for its implementation, it is therefore possible to detect fine grades or structures on the surface of a component to be machined.
  • [0026]
    Auch können Zerspankräfte zwischen dem Werkstück und dem spanenden Werkzeug gemessen werden. Also cutting forces between the workpiece and the cutting tool can be measured. Dies kann erfindungsgemäß insbesondere während der Bearbeitung erfolgen, so dass theoretisch letztendlich jeder einzelne spanabhebende Vorgang kräftemäßig erfasst werden kann. This can be done according to the invention in particular during processing, so that theoretically each machining operation can be recorded in terms of force eventually. Hierbei können sowohl Kräfte in Vorschubrichtung wie auch seitlich dazu durch unterschiedliche Sensorelemente erfasst werden. Here, both forces in the feed direction as detected sideways to by different sensor elements.
  • [0027]
    Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass diese zum statischen und dynamischen Messen und auch zum Bearbeiten eines Werkstückes verwendet werden kann, wobei kein Umspannvorgang zwischen einem Mikrowerkzeug und einem speziellen Messfühler mehr nötig ist, da das Mikrowerkzeug selbst als Messfühler verwendet werden kann. A great advantage of the inventive arrangement is that it can be used for static and dynamic measurement and also for machining a workpiece with no clamping as between a micro-mold and a special measuring sensor is more necessary because the micro tool itself may be used as a probe.
  • [0028]
    Durch Verwendung von Mikroaktoren, insbesondere piezoelektrischer Aktoren und mit diesen gekoppelter hochpräziser Sensoren kann jedes beliebige Werkzeug, das in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingespannt ist, als Messfühler dienen, ohne dass es hierzu einer weiteren Schaltmechanik oder Elektronik bedürfte. By using micro-actuators, especially piezoelectric actuators and this coupled with high-precision sensors, can serve as a probe, any tool which is clamped in the inventive device, without it for this purpose would require a further control mechanism or electronics.
  • [0029]
    Hierdurch können insbesondere Verzögerungen oder Messungenauigkeiten von Lagerstellen sowie Schaltträgheiten vermieden werden. In this way, delays or inaccurate measurements of bearings and switching inertia can be avoided in particular. Auch sind Ein- oder Umspannfehler ausgeschlossen, da zwischen Bearbeiten und Messen keine Umspannung, insbesondere aber auch keine Umpositionierung oder Umschwenkung von Werkzeug zu Messfühler erfolgen muss. Also on or re-clamping are excluded, as must take place between machining and measuring no lashing, but in particular no repositioning or Umschwenkung from tool to probe. Die Lagepositionierung des Werkzeuges bezüglich einer Referenzkoordinate TCP (Tool Center Point) kann in einer Werkzeughalterung durch die Werkzeugmaschinensteuerung vorgenommen werden. The location positioning of the tool relative to a reference coordinate TCP (tool center point) can be made in a tool holder by the machine tool control. Zur Korrektur zwischen Ist- und Soll-Position des Werkzeuges oder Werkstückes relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine kommt vorzugsweise Koordinatentransformation zum Einsatz. For the correction between the actual and desired position of the tool or the workpiece relative to the coordinate system of the machine tool preferably coordinate transformation is used.
  • [0030]
    Durch die Beeinflussung der an den Mikroaktoren anliegenden elektrischen Spannung oder eines Magnetfeldes oder eines Temperaturverlaufes lassen sich einerseits auf jeweils auf eine Bearbeitungsaufgabe abgestimmte Steifigkeiten in der Werkzeugspannung erzielen, andererseits kann damit die Lage des Mikrowerkzeuges direkt an der Einspannstelle beeinflusst werden. By influencing the voltage applied to the micro-actuators electrical voltage or a magnetic field or a temperature variation can be on the one hand in each case tuned to a processing task stiffnesses in the tool clamping achieve, on the other hand so that the position of the microtool can be influenced directly at the clamping point. So kann beispielsweise ein Werkzeug noch während der Bearbeitung, insbesondere während eines andauernden Bearbeitungsvorganges beim Erkennen von Verschleiß oder Wärmeausdehnung soweit nachgestellt werden, dass die Bearbeitungsgenauigkeit beibehalten wird. For example, a tool even during the machining, in particular during an ongoing processing operation upon detection of wear or thermal expansion are adjusted so far that the machining accuracy is maintained.
  • [0031]
    Durch die Verwendung adaptiver Mikroaktoren, die auch als Sensor nutzbar sind, beispielsweise mittels einer Sensorlage in einem Piezostapel, ist es daher vorteilhafter Weise möglich, in ein und demselben Bauelement Bewegungen und/oder Kraftwirkungen zu erzeugen und diese gleichzeitig zu messen. By using adaptive micro actuators, which are also usable as a sensor, for example by means of a sensor located in a piezoelectric stack, it is therefore advantageously possible, in one and to generate the same component motion and / or force effects and to measure them at the same time. So ist es, wie bereits beschrieben, möglich, die Kontur- oder spezielle Strukturen des Mikrowerkstückes bzw. -bauteiles direkt mit dem eingespannten Mikrowerkzeug zu ertasten, indem feinste Berührungen des Werkzeuges am Werkstück am Sensor in Form einer Spannungsänderung ΔU messbar sind. Thus, it is, as already described, it is possible to sense the contour or specific structures of the micro-workpiece or -bauteiles directly with the clamped micro tool by the slightest touch of the tool on the workpiece to the sensor in the form of a voltage variation .DELTA.U are measurable. Damit ist eine hoch präzise Lagezuordnung (< 1 μm) zwischen Werkzeugspitze und Werkstück realisierbar, Fehlereinflüsse durch Austausch eines Messtasters gegen das Werkzeug werden vermieden. Thus, a very precise map (<1 micron) between the tool tip and the workpiece can be realized, error influences by exchanging a measuring probe against the tool are avoided.
  • [0032]
    Da Formänderungen am Werkzeug z. As design changes to the tool z. B. durch Verschleiß, und vorhandene Einspannfehler in die Messung mit eingehen, kann auch hierfür automatisch eine Korrektur vorgenommen werden. As a result of wear, and existing Einspannfehler in the measurement received, can also be made automatically to correct this.
  • [0033]
    Alternativ kann durch die Anordnung eines kapazitiv oder induktiv wirkenden Sensors im Bereich der Werkzeugschneide eine berührungslose Lagebestimmung zwischen Werkzeug und Werkstück durchgeführt werden. Alternatively, a non-contact orientation between the tool and workpiece can be performed by the arrangement of a capacitively or inductively acting sensor in the region of the cutting edge. Das Anfahren des Werkstücks durch das Werkzeug erfolgt mit einer vorgegebenen Annäherungsgeschwindigkeit, wobei durch Auswerten von ΔU durch Δt der Abstand zwischen dem kapazitiven Sensor und dem Werkstück bestimmbar ist. The start of the workpiece by the tool takes place at a predetermined approach speed, which is determined by evaluating .DELTA.U .DELTA.t by the distance between the capacitive sensor and the workpiece.
  • [0034]
    Wie bereits beschrieben, können durch die in die Werkzeugspannvorrichtung integrierten adaptiven Mikrosensoren während des Zerspanungsprozesses Messsignale gewonnen werden, deren Auswertung eine Bestimmung der Prozesskräfte direkt am Werkzeug möglich macht. As described above, measurement signals can be obtained through the integrated into the tool chuck adaptive micro sensors during the machining process, the evaluation makes a determination of the process forces directly on the tool possible.
  • [0035]
    Durch die erfindungsgemäßen Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung ist es möglich, ein Werkstück zu messen und ein Werkzeug entsprechend zu positionieren und zu repositionieren, wobei das Werkstück nicht unbedingt leitfähig sein muss und keine Deformationen oder Messmarken auf der Oberfläche des Werkstücks entstehen. By methods of the invention and the inventive apparatus it is possible to measure a workpiece and to position a tool in accordance with and to reposition the workpiece not be conductive needs and there are no deformations or measuring marks on the surface of the workpiece.
  • [0036]
    Aus der Erfindung ergibt sich somit eine Möglichkeit zur Koordinatenmessung, wobei ein Mikrowerkzeug mit vordefinierter Geometrie und Form und/oder die Längenmesssysteme der Werkzeugmaschine selbst zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges im Werkstückkoordinatensystem verwendet werden. From the invention thus a possibility for coordinate measurement, wherein a micro-tool with a predefined geometry and shape and / or the length measuring systems of the machine tool itself can be used to determine the position of the tool in the workpiece coordinate system is obtained.
  • [0037]
    Hierbei kann die Bestimmung der Abweichung von Soli-Geometrie und Soll-Lage des Werkzeuges durch Antasten des Werkstückes mit dem Werkzeug selbst, insbesondere mit definierten Inkrementen einer Drehung des Werkzeuges durch die Werkzeugspindel erfolgen. Here, the determination of the deviation of Soli geometry and target position of the tool by touching the workpiece with the tool itself, in particular with defined increments of rotation of the tool by the tool spindle carried out. Während eines Bearbeitungsvorganges kann eine Prozesskraft zwischen Werkzeug und Werkstück kontinuierlich und intermittierend gemessen werden, da mehrere Mikroaktoren mit integrierten Sensorfunktionen oder separate Kraftsensoren im Werkzeughalter bzw. der Spannvorrichtung des Werkzeuges hierzu vorgesehen sind. During a machining process, a process force between the tool and workpiece may be continuously and intermittently measured, since a plurality of micro actuators are provided with integrated sensor functions or separate force sensors in the tool holder or the clamping device of the tool provided for this purpose.
  • [0038]
    Mit der erfindungsgemäßen Mess-, Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung kann ein Mikrowerkzeug definiert translatorisch und/oder rotatorisch gegenüber einer Aufnahmeeinrichtung verstellt bzw. eingespannt werden, wobei die Aufnahmeeinrichtung in eine herkömmliche Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine einsetzbar ist. The inventive measuring, positioning and / or processing device, a micro-tool can be adjusted relative to a receiving device or clamped defined translationally and / or rotationally, wherein said receiving means is used in a conventional tool spindle of a machine tool. Auch die Stei figkeit der Werkzeugspannung kann durch Krafterhöhung einwirkender Mikroaktoren definiert gesteuert werden. Also, the stiffness of the tool sti voltage can be controlled defined by force increase acting microactuators.
  • [0039]
    Auch ist es denkbar, das Mikrowerkzeug als ein Greif- oder Haltewerkzeug auszubilden, mit dem Miniaturbauteile, z. It is also conceivable to form the micro-tool as a gripping or holding tool, with the miniature components, z. B. SMD-Bauteile, mechanisch, elektrostatisch oder auf andere Weise aufgenommen, gehalten, positioniert und/oder abgegeben werden können. can be as SMD components, mechanically, electrostatically added in another manner or held, positioned and / or disposed of. Eine exakte Positionierung und kraftorientierte Aufnahme bzw. Abgabe derartiger Werkstücke ist somit mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung möglich. An exact positioning and force-oriented receptacle or delivery of such workpieces is thus possible with the aid of the method and apparatus of the invention.
  • [0040]
    In einer weiteren bevorzugen Ausführungsform sind die Mikrosensoren/-aktoren in kartesischen Achsrichtungen der Werkzeugmaschine angeordnet, um so ein einfaches programmgesteuertes Einrichten und Umstellen des gehaltenen Werkzeugs zu ermöglichen. In a further preferred embodiment, the micro-sensors / actuators in Cartesian axis directions of the machine tool are arranged to allow such an easy program-controlled setting and moving the tool held. Ein Kontakt zwischen Mikrowerkzeug und Werkstück bzw. ein entsprechender Abstand zwischen Werkzeughalter und Werkstück kann durch einen Spannungsunterschied oder eine kapazitive oder induktive Messung mittels eines Sensors festgestellt werden. A micro-contact between the tool and workpiece or a corresponding distance between the tool holder and workpiece can be determined by a voltage difference or a capacitive or inductive measurement by a sensor.
  • [0041]
    Es ergibt sich somit die Möglichkeit, lineare Abmessungen auf einer strukturierten Oberfläche eines Messobjektes oder -werkstückes mittels eines Werkzeuges mit vordefinierter Geometrie oder in einem Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine zu messen. Thus, there is the possibility of linear dimensions on a structured surface of a measurement object or -werkstückes means of a tool with a predefined geometry, or to measure in a tool holder of a machine tool.
  • [0042]
    Hierbei erfolgt die Übertragung der Messdaten und der zu messenden Energie und Steuerdaten vorzugsweise berührungslos zwischen einem feststehenden Statorteil und einem Rotorteil am Trägerteil bzw. Werkzeughalter. Here, the transmission of the measured data and the measured energy and control data preferably takes place without contact between a fixed stator part and a rotor part on the support part or tool holder. Anstelle der oben beschriebenen Piezostapelaktoren sind auch separate Kraftsensoren (Dehnmessstreifen) einsetzbar. Instead of the above-described piezo stack actuators also separate force sensors (strain gauges) are used.
  • [0043]
    Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Verfahren sowie der vorliegenden Vorrichtung sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche. Preferred embodiments of the present method and the present apparatus are the subject matter of the respective subclaims.
  • [0044]
    Im Folgenden wird die Erfindung anhand der nachfolgenden Zeichnung näher und mit weiteren Einzelheiten beschrieben. In the following the invention will be described with reference to the following drawings in more detail and with additional details. Darin zeigen: in which:
  • [0045]
    1 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter. a schematic representation of a preferred embodiment of a device for measuring and fine points of a tool in a tool holder.
  • [0046]
    2a 2a )–d) schematische Darstellungen von alternativen Ausführungsformen von Spannvorrichtungen als Teil der vorliegenden Vorrichtung, ) -d) are schematic illustrations of alternative embodiments of clamping devices as part of the present apparatus,
  • [0047]
    3a 3a )–c) alternative Anordnungsvarianten von Spanngliedern in einer Spannvorrichtung als Detail der vorliegenden Vorrichtung und ) -c) variants alternative arrangement of tension members in a jig as a detail of the present device and
  • [0048]
    4 4 eine Prinzipdarstellung beispielsweise zu erfassender Kräfte und Abweichungen an einem Werkzeug während eines Bearbeitungsvorgangs. a schematic diagram, for example, to be detected and deviations forces to a tool during a machining operation.
  • [0049]
    In In 1 1 ist ein schematischer Querschnitt einer bevorzugen Ausführungsform einer Mess-, Positionier- und/oder Bearbeitungsvorrichtung mit einer Aufnahmevorrichtung is a schematic cross section of a preferred embodiment of a measurement, positioning and / or machining device with a receiving device 1 1 und einem darin aufgenommenen Mikrofräser als Beispiel für ein Werkzeug, insbesondere ein Mikrowerkzeug and a micro cutters received therein as an example of a tool, in particular a micro-tool 8 8th , gezeigt. Is shown.
  • [0050]
    An einem Trägerbauteil To a carrier component 10 10 der Aufnahmevorrichtung in Form eines Werkzeughalters the receiving device in the form of a tool holder 1 1 , das über einen Flansch Which via a flange 11 11 an eine Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine a tool spindle of a machine tool 2a 2a koppelbar ist, ist auf der von Flansch can be coupled, is on the flange 11 11 abgewandten Seite eine Adapterbuchse A side facing away from adapter socket 20 20 angeordnet. arranged. Das Trägerbauteil The carrier component 10 10 ist vorzugsweise einstückig mit dem Flansch is preferably integral with the flange 11 11 ausgebildet und im Wesentlichen vorzugsweise symmetrisch zu einer Längsachse L 1 aufgebaut. designed and constructed basically preferably symmetrical to a longitudinal axis L1.
  • [0051]
    Die Längsachse L entspricht vorzugsweise einer Drehachse der Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine The longitudinal axis L preferably corresponds to a rotational axis of the tool spindle of the machine tool 2a 2a . , Über den Flansch Over the flange 11 11 kann ein von der Werkzeugspindel erzeugtes Drehmoment auf das Trägerbauteil may be a signal generated by the tool spindle torque to the supporting component 10 10 übertragen werden, so dass dies in eine Rotation bezüglich der Längsachse L 1 versetzt wird. are transmitted, so that it is caused to rotate with respect to the longitudinal axis L1. Die Adapterbuchse The adapter socket 20 20 , die vorzugsweise von dem Trägerbauteil abnehmbar als Komponente des Trägerbauteiles , Which is preferably removable from the support part as a component of the carrier component 10 10 ausgebildet ist, ist als einseitig beschlossener Hohlzylinder geformt, wobei die geschlossene Seite zum Trägerbauteil is formed, is formed as one side of agreed hollow cylinder with the closed side of the support member 10 10 hinzeigt. pointing. Im optimalen Fall entspricht die Längsachse L 1 der Mittelachse bzw. Drehachse L eines eingespannten Werkzeuges Optimally, the longitudinal axis L 1 corresponds to the central axis or axis of rotation L of the clamped tool 8 8th . ,
  • [0052]
    Des Weiteren ist ein speziell ausgebildeter Führungskörper Furthermore, a specially trained guide body 40 40 im Inneren der Adapterbuchse inside the adapter socket 20 20 vorgesehen, der gegenüber dieser in Längsrichtung, also in Richtung entlang der Längsachse L 1 , verschiebbar ist. which is provided opposite to this in the longitudinal direction, ie in the direction along the longitudinal axis L 1, displaceable. Ein Verstellglied an adjusting member 30 30 das in der in the in the in 1 1 dargestellten Ausführungsform als ein Stapel von Mikroaktoren Embodiment illustrated as a stack of microactuators 31 31 in Form eines Piezo-Stapelaktor dargestellt ist, ist zwischen einer inneren Stirnfläche der Adapterbuchse in the form of a piezo-stack actuator is shown, between an inner end face of the adapter bushing 20 20 und einer dieser gegenüberliegenden Stirnfläche des Führungskörpers and an opposite end face of the guide body 40 40 angeordnet. arranged.
  • [0053]
    Der Führungskörper The guide body 40 40 ist durch Aktivierung des Verstellgliedes is by activation of the adjusting 30 30 entlang der Längsachse L des Trägerbauteiles along the longitudinal axis L of the support component 10 10 bzw. der Aufnahmeeinrichtung and the receiving device 1 1 in Form eines Werkzeughalters in the form of a tool holder 1 1 verfahrbar. traversable. An der Stirnseite des offenen Endes der hohlzylinderförmigen Adapterbuchse On the front side of the open end of the hollow cylindrical adapter sleeve 20 20 ist ein einstellbarer Führungsring is an adjustable guide ring 21 21 mittels mehrerer lösbarer Befestigungselemente by a plurality of releasable fastening elements 44 44 an der Adapterbuchse to the adapter socket 20 20 angelenkt. hinged. Der Führungsring The guide ring 21 21 besitzt speziell ausgeprägte Führungsflächen zur Führung des Führungskörpers has especially pronounced guide surfaces for guiding the guide body 40 40 und kann aus einem oder mehreren Segmentringen and may consist of one or more segment rings 22 22 bestehen. consist.
  • [0054]
    In der In the 1 1 gezeigten Ausführungsform ist zwischen dem Führungsring Embodiment shown is provided between the guide ring 21 21 und dem Führungskörper and the guide body 40 40 eine in L 1 -Richtung wirkende, elastische Anordnung a 1 direction acting in L, resilient assembly 45 45 vorgesehen, die aus mehreren elastischen Einzelelementen bestehen kann. provided, which can consist of a plurality of elastic individual elements. Insbesondere können mehrere Federelemente In particular, more spring elements 46 46 als Einzelelemente entlang eines inneren Umfangs der Adapterbuchse as individual elements along an inner circumference of the adapter sleeve 20 20 zwischen dem Führungskörper between the guide body 40 40 und dem Führungsring and the guide ring 21 21 als Teil des Trägerbauteils as part of the support member 10 10 angeordnet sein. be disposed.
  • [0055]
    Das Verstellglied the adjusting 30 30 ist als eine Verstelleinrichtung vorzugsweise aus Mikroaktoren is provided as an adjusting device preferably of microactuators 31 31 , beispielsweise Piezostapelaktoren aufgebaut, die derart angeordnet sind, dass sie über speziell ausgebildete Übertragungs- und Stellelemente constructed, for example, piezo stack actuators which are arranged such that they have specially trained transmission and actuators 32 32 auf ein Werkzeug a tool 8 8th , insbesondere ein Mikrowerkzeug , In particular a micro-tool 8a 8a oder einen alternativ eingesetzten Messfühler or a sensor used as an alternative 8b 8b , einwirken können. can act. Anstelle von piezoelektrisch wirkenden Mikroaktoren sind z. Instead of acting piezoelectric microactuators z. B. magnetostriktiv, magnetorheologisch/elektrorheologisch wirkende Aktoren oder Mikroaktoren aus Form-Gedächtnis-Legierung einsetzbar. B. magnetostrictive magnetorheologically / electrorheologically acting actuators or micro-actuators of shape-memory alloy can be used.
  • [0056]
    Das in This in 1 1 dargestellte Werkzeug tool illustrated 8 8th , insbesondere ein Mikrowerkzeug , In particular a micro-tool 8a 8a bzw. alternativ hierzu ein Messfühler or alternatively, a sensor 8b 8b , wird in einer dünnwandigen vorzugsweise geschlitzten Spannhülse Is in a thin-walled preferably slotted clamping sleeve 55 55 durch segmentartig um diese Spannhülse angeordnete Anpresskeile by the manner of segments arranged around this clamping sleeve Anpresskeile 57 57 gespannt. curious; excited. Die erforderliche Spannkraft wird durch weitere Verstelleinrichtungen The required clamping force is by further adjustment 51 51 , die in dieser Ausführungsform wiederum Piezoaktoren Which in this embodiment again piezoelectric actuators 53 53 mit einer dazwischen gelagerten Sensorschicht with a sensor layer interposed therebetween 52 52 enthalten, erzeugt. containing generated.
  • [0057]
    Wie dargestellt, können die Verstelleinrichtungen As shown, the adjustment can 51 51 der Spannvorrichtung the tensioning device 50 50 mit ihren Bewegungsachsen B 1 , B 2 , B 3 , ... parallel zur Längsachse L 1 des Trägerbauteiles with their axes of movement B 1, B 2, B 3, ... parallel to the longitudinal axis L 1 of the support component 10 10 mit geringem Abstand zum Zentrum (Längsachse L 1 ) positioniert sein, um ein günstiges Wuchtverhalten zu erreichen, wenn die Vorrichtung z. at a small distance to the center (longitudinal axis L 1) to be positioned to achieve a favorable impact behavior when the device z. B. als Mikrofräse eingesetzt wird. B. is used as a micro-milling machine.
  • [0058]
    Jeweils ein Übertragungskeil Each one transmission key 56 56 überträgt die Kraft der Piezoaktoren transmits the force of the piezoelectric actuators 53 53 auf die Anpresskeile the Anpresskeile 57 57 . , Auf einer den Verstelleinrichtungen On a the adjustment 51 51 gegenüberliegenden Seite (werkzeugnahe Seite) der Übertragungskeile opposite side (near side of the tool) of the transmission keys 56 56 sind ein oder mehrere den Aktoren one or more actuators to 53 53 der Verstelleinrichtungen the adjustment 51 51 entgegengesetzt wirkende Kraftelemente bzw. Federbauteile Force elements or spring members acting in opposite directions 52 52 angeordnet. arranged.
  • [0059]
    Die Spannvorrichtung The tensioning device 50 50 ist, wie in , as in 1 1 dargestellt, mit all ihren Einzelelementen innerhalb des Führungskörpers shown, with all its individual elements within the guide body 40 40 angeordnet. arranged. Der Führungskörper The guide body 40 40 selbst ist wiederum als einseitig geschlossenes Hohlzylinderbauteil ausgeführt, das an der werkzeugnahen Seite, also der flanschabgewandten Seite, geöffnet ist und mit einem Führungskörperdeckel even hollow cylindrical member is in turn designed as a unilaterally closed, which is opened at the close to the tool side, ie the flanschabgewandten side and with a guide body lid 43 43 mittels weiterer Befestigungselemente by means of further fasteners 44 44 fest verschlossen ist. is firmly closed.
  • [0060]
    Der Führungskörperdeckel The guide body cover 43 43 besitzt in seiner Mitte eine Öffnung, deren Mittelpunkt auf der Längsachse L liegt, so dass das Werkzeug in its center, has an opening whose center lies on the longitudinal axis L so that the tool 8 8th , . 8a 8a bzw. der Messfühler and the probe 8b 8b mit seiner Mittelachse L in die mit der Mitte fluchtenden Spannhülse with its central axis L in the aligned with the center of the clamping sleeve 55 55 eingeführt werden kann. can be introduced. Weiterhin dient der Führungskörperdeckel als Abdeckung für die beweglichen Elemente der Spannvorrichtung Further, the guide body cover serves as a cover for the movable elements of the tensioning device 50 50 , um so ein Eindringen von Schmutz oder Spänen zu verhindern. So as to prevent ingress of dirt or swarf.
  • [0061]
    Wie bereits angedeutet, kann zwischen dem Piezoaktoren As already indicated, may between the piezoelectric actuators 53 53 der Verstelleinrichtungen the adjustment 51 51 eine Sensorlage bzw. Sensoren a sensor or sensors capable 52 52 angeordnet sein, mittels der sowohl die von den Piezoaktoren be arranged, by means of which both the piezoelectric actuators of the 53 53 erzeugte Haltekraft wie auch die während eines Bearbeitungsvorganges auf das Werkzeug, insbesondere auf die Werkzeugschneide Holding force generated as well as during a machining operation to the tool, in particular on the cutting edge 9 9 wirkenden seitlichen Bearbeitungs- bzw. Spankräfte festgestellt werden können. acting lateral processing or clamping forces can be detected.
  • [0062]
    Die Übertragung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung notwendiger elektrischer Energie sowie der erforderlichen Steuerungsdaten erfolgt über einen Datenkopf The transmission for operating the device according to the invention the necessary electrical energy and the required control data is carried out via a data head 15 15 zu einer an der Aufnahmeeinrichtung to on the receiving device 1 1 , vorzugsweise der Adapterbuchse , Preferably the adapter sleeve 20 20 angeordneten Signalübertragungseinheit disposed signal transmission unit 12 12 vorzugsweise berührungslos, insbesondere induktiv, optisch und/oder mit Funkwellen. preferably without contact, in particular inductive, optical and / or radio waves. Diese Signalübertragungseinheit This signal transmission unit 12 12 ist hierbei vorzugsweise als Bauteil ausgebildet, das eine ringförmig um die Adapterbuchse this case is preferably designed as a component which a ring around the adapter sleeve 20 20 an deren Außenseite umfassende Signalantenne und eine erforderliche Sende- und Empfangselektronik aufweist. comprises on the outside thereof comprehensive antenna signal and a required transmit and receive electronics.
  • [0063]
    Während sich die Signalübertragungseinheit While the signal transmission unit 12 12 rotatorisch um die Längsachse L 1 dreht, wenn die Mess- und Bearbeitungsvorrichtung im spanenden Einsatz ist, ist der Datenkopf rotationally around the longitudinal axis L 1 rotates when the measuring and processing device in the cutting insert, is the data head 15 15 feststehend mit einer Werkzeugmaschine fixed to a machine tool 2a 2a und/oder einer Messanordnung and / or a measuring arrangement 2b 2 B gekoppelt. coupled. Die Signalübertragungseinheit The signal transmission unit 12 12 kann somit Energie und Informationen vom Datenkopf thus energy and information from the header 15 15 empfangen, aber auch Messinformationen der Sensoren received but also the measurement information from the sensors 52 52 und des Sensorelementes and the sensor element 35 35 an den Datenkopf to the header, 15 15 übertragen. transfer.
  • [0064]
    Zur Ansteuerung der Piezoaktoren und zum Auswerten gewonnener Messsignale ist eine Steuer-/Regelungseinheit For driving the piezoelectric actuators and evaluating acquired measurement signals is a control / regulating unit 16 16 vorgesehen, die als ein eigenes Steuerungsmodul oder als Teil der elektronischen Steuerung der Werkzeugmaschine provided as a separate control module or as part of the electronic controller of the machine tool 2a 2a bzw. der Messanordnung or the measuring arrangement 2b 2 B in diese eingebunden ist. is involved in this.
  • [0065]
    In den In the 2a 2a ) bis ) to 2d 2d ) sind Varianten zur Kraftübertragung von den Piezoaktoren ) Variants are for transmitting power from the piezoelectric actuators 53 53 auf die Spannhülse on the clamping sleeve 55 55 , in der ein Werkzeug , In which a tool 8 8th , . 8a 8a oder ein Messfühler or a probe 8b 8b gehalten ist, dargestellt. is held, is shown.
  • [0066]
    In In 2a 2a ) ist ein Teil einer Spannvorrichtung ) Is a part of a tensioning device 50 50 als Prinzipskizze gezeigt, wie sie bereits zuvor anhand der shown as a schematic diagram as previously on the basis of 1 1 beschrieben wurde. described. Von den Piezoaktoren Of the piezoelectric actuators 53 53 der Verstelleinrichtung the adjustment device 51 51 wird eine Kraft auf den Übertragungskeil is a force on the transmission key 56 56 aufgebracht, die von den Sensoren applied from the sensors 52 52 in der Verstelleinrichtung in the adjusting device 51 51 gemessen wird. is measured. Die so aufgebrachte Kraft F 1 wirkt einer Federkraft F 2 entgegen, die durch die Federbauteile The thus-applied force F 1 acts against a spring force F 2, by the spring members 58 58 auf die Gegenseite des Übertragungskeils to the opposite side of the transmission wedge 56 56 einwirkt. acts. Beide Kräfte wirken parallel zur Längsachse L 1 der Mess- und Bearbeitungsvorrichtung Both forces act in parallel to the longitudinal axis L 1 of the measuring and processing device 1 1 bzw. zur Mittelachse L des Werkzeuges or to the central axis L of the tool 8 8th , . 8a 8a . ,
  • [0067]
    Durch die vorzugsweise sägezahnförmig ausgebildete schräg zur Längsachse L 1 verlaufende Berührfläche des Übertragungskeils The preferably saw-tooth shaped obliquely to the longitudinal axis L 1 extending contact surface of the transfer wedge 56 56 mit dem Anpresskeil with the Anpresskeil 57 57 wird die Kraft F 1 , zumindest ihr Anteil, der größer ist als die Federkraft F 2 bzw. die resultierende aus diesen beiden Kräften, an der Berührfläche umgelenkt, so dass eine Kraft F 3 entsteht, die senkrecht zur Längsachse L 1 wirkt und somit die Spannhülse , the force F 1, at least its portion that is greater than the spring force F2 and the resultant of these two forces, deflected at the contact surface, so that a force F 3 is created, which acts perpendicularly to the longitudinal axis L 1, and thus the clamping sleeve 55 55 zusammendrückt, um das Werkzeug compresses around the tool 8a 8a , . 8b 8b zu haltern. to hold. Umgekehrt werden auf die Werkzeugschneide Conversely, on the cutting edge 9 9 einwirkende Bearbeitungs- bzw. Spankräfte F s auf entgegengesetztem Wege umgelenkt und von den Sensoren s deflected machining or acting clamping forces F on the opposite way, and from the sensors 52 52 erfasst und über die Signalübertragungseinheit recorded and the signal transmission unit 12 12 und dem Datenkopf and the data head 15 15 der Steuer-/Reglungseinheit the control / regulation unit 16 16 der Werkzeugmaschine the machine tool 2a 2a oder der Messanordnung or the measuring arrangement 2b 2 B zugeführt (vgl. auch supplied (see. also 4 4 ). ).
  • [0068]
    In In 2b 2 B ist eine zweite Variante zur Kraftübertragung von den Verstelleinrichtungen A second variant for transmitting power from the adjustment 51 51 auf die Werkzeugspannhülse the tool clamping sleeve 55 55 dargestellt, bei der die Kraft mittels eines Festkörper-Drehgelenks shown, in which the force by means of a solid-swivel joint 59 59 übertragen wird, was vorteilhaft für kleine und präzise Bewegungen bzw. Kraftübertragungen ist. is transmitted, which is advantageous for small and precise movements and transmissions. Die von der Verstelleinrichtung Of the adjustment device 51 51 auf das Festkörper-Drehgelenk the solid-pivot 59 59 aufgebrachte Kraft F 1 wird um einen Drehpunkt D wiederum um 90° umgelenkt und wird somit als Kraft F 2 im Wesentlichen gleicher Größe jedoch anderer Orientierung auf die Spannhülse applied force F 1 is again deflected about a pivot point D by 90 ° and thus, expressed as force F 2 are substantially the same size but a different orientation on the clamping sleeve 55 55 seitlich ein. a laterally.
  • [0069]
    In der in In the in 2b 2 B dargestellten Schnittebene liegen die Bewegungsachse B 1 der Verstelleinrichtung -sectional plane shown are the movement axis of the adjusting device 1 B 51 51 sowie die Längsachse L 1 , die durch den Mittelpunkt der Spannhülse and the longitudinal axis L 1, through the center of the clamping sleeve 55 55 des Werkzeuges of the tool 8 8th geht; goes; wohingegen der Drehpunkt D der Schnittpunkt dieser Ebene mit einer senkrecht durch diese Ebene verlaufenden Drehachse D' ist. whereas the pivot point D 'is the intersection of this plane with a plane perpendicular to this plane through the axis of rotation D. Wiederum sind Sensoren Again, sensors 52 52 vorgesehen, die die Kraft F 1 sowie auf die Werkzeugschneide provided that the force F 1 as well as on the cutting edge 9 9 aufgebrachte Spankräfte F s zu messen vermögen. applied clamping forces F s able to be measured.
  • [0070]
    Bei der in When in 2c 2c gezeigten Variante wird die Kraft F 1 im Wesentlichen verlustfrei mittels eines fluidischen Elementes F um 90° umgelenkt, wobei jeweils erwünschte Fluideigenschaften unterschiedlicher Fluide ausgenutzt werden können (z. B. MRF). variant shown the force F 1 is substantially lossless deflected by 90 ° by means of a fluidic element F, in each case desired fluid properties of different fluids can be used (for. example, MRF). Ansonsten entspricht die Funktionsweise und der Aufbau der in Otherwise, the functioning and the structure of the equivalent in 2c 2c dargestellten Variante der in den zuvor beschriebenen. described variant shown in the above.
  • [0071]
    Schließlich ist in Finally, in 2d 2d eine Variante mit einer radialen direkten Anordnung der Verstelleinrichtungen a variant with a radial arrangement of the direct adjustment 51 51 dargestellt, wobei zwei Verstelleinrichtungen shown, wherein two adjustment 51a 51a , . 51b 51b jeweils eine Kraft F 1 , F 2 radial senkrecht auf die Spannhülse in each case a force F 1, F 2 radially perpendicular to the clamping sleeve 55 55 aufbringen, weshalb Kraftumlenkelemente, wie in den Anordnungen der applying why Kraftumlenkelemente, as in the arrangements of 2a 2a bis to 2c 2c beschrieben, entbehrlich sind. described are unnecessary. Diese Anordnung weist zwar eine ungünstigere Masseverteilung zur Drehachse des Werkzeughalters bzw. der Mess- und Bearbeitungsvorrichtung Although this arrangement has a favorable mass distribution to the rotational axis of the tool holder, or the measuring and processing device 1 1 auf, ermöglicht jedoch eine genauere Messung der auf die Werkzeugschneide However, on, allows a more accurate measurement of the on the cutting edge 9 9 auftreffenden Bearbeitungs- bzw. Spankräfte F s . impinging processing or clamping forces F s. Die Bewegungsachsen B 4 bzw. B 5 der Verstelleinrichtungen The axes of motion B 4 and B 5 of the adjusting 51a 51a bzw. or. 51b 51b liegen in der in are the in 2d 2d dargestellten Radialschnittebene, in der auch die Längsachse L liegt, jedoch jeweils in einer dazu senkrechten Schnittebene übereinander angeordnet. Radial section plane shown, in which also the longitudinal axis L, but in each case arranged in a perpendicular cutting plane one above the other.
  • [0072]
    Jede der anhand der Each of the reference to the 2a 2a bis to 2d 2d beschriebenen Varianten zur Kraftübertragung von den Verstelleinrichtungen auf die Werkzeugspannhülse ist einer Spannvorrichtung mehrfach ausgeführt, wobei die einzelnen dargestellten Komponenten radial zueinander, wie in den Variants described for transmitting force from the adjustment devices on the tool clamping sleeve is a tensioning device executed multiple times, the individual components shown radially to each other as in the 3a 3a bis to 3c 3c beispielsweise gezeigt, angeordnet sein können. shown, for example, may be disposed.
  • [0073]
    3a 3a bis to 3c 3c zeigt hierbei jeweils einen Querschnitt einer Ebene senkrecht zur Längsachse L. Die segmentartige Anordnung der Piezoaktoren here shows a cross-section of a plane perpendicular to the longitudinal axis L. The segment-like arrangement of the piezoelectric actuators 53 53 bzw. der Verstelleinrichtungen or of the adjusting 51 51 und die Werkzeugspannhülse and the tool clamping sleeve 55 55 ist hierbei am Beispiel eines Klemmkeil-Betriebs dargestellt, wie es den here is the example of a wedge-operation, as the 1 1 und and 2a 2a entspricht. equivalent. Hierbei ist prinzipiell eine zweifache (180°) Anordnung, wie in Here, a two-fold in principle (180 °) arrangement as shown in 3a 3a gezeigt, möglich, eine dreifache (120°) Anordnung, wie in shown, it is possible a threefold (120 °) arrangement as shown in 3c 3c gezeigt, oder eine vierfache Anordnung in einem Winkel von 90°, wie in shown, or a four-fold arrangement at an angle of 90 °, as in 3b 3b dargestellt. shown. In Abhängigkeit der Dimension der verwendeten Mikroaktoren und der Größe der Spannhülse ist hierbei jedoch auch eine n-fache Anordnung denkbar, wobei die Mikroaktoren in einem Winkelabstand von 360°/n angeordnet sind. Depending on the dimension of the micro-actuators used and the size of the clamping sleeve, however, an n-fold arrangement is conceivable in which the micro-actuators are arranged in an angular spacing of 360 ° / n. Die Anordnung der Verstelleinrichtungen The arrangement of the adjustment 51 51 mit den Piezoaktoren with the piezoelectric actuators 53 53 ist jeweils punktiert dargestellt. is shown in each punctured.
  • [0074]
    In In 4 4 ist eine alternative Ausführungsform einer Vorrichtung zum Messen und Feinstellen eines Werkzeuges in einem Werkzeughalter gezeigt, wobei einzelne Komponenten mit den zuvor beschriebenen Ausführungsformen kombinierbar sind. is an alternative embodiment of a device for measuring and fine points of a tool shown in a tool holder, whereby individual components can be combined with the previously described embodiments. 4 4 verdeutlicht hierbei als Prinzipdarstellung, die beispielsweise während eines Bearbeitungsvorganges auf das Werkzeug wirkenden Kräfte, die zu Abweichungen und Ungenauigkeiten führen können und somit zu erfassen und zu korrigieren sind. illustrated here as a schematic diagram, which must be recognized, for example, during a machining operation on the tool forces that can lead to discrepancies and inaccuracies and thus and correct.
  • [0075]
    In einer Werkzeugspindel einer Werkzeugmaschine In a tool spindle of a machine tool 2a 2a ist ein Werkzeughalter is a tool holder 1 1 mit einem Trägerbauteil a support member 10 10 aufgenommen, in dem ein um definierte Freiheitsgrade verstellbarer Führungskörper included in which an adjustable to defined degrees of freedom guide body 40 40 vorgesehen ist. is provided. Ebenfalls ist eine Spannvorrichtung is also a clamping device 50 50 gezeigt, in dem ein Werkzeug shown, in which a tool 8 8th bzw. Mikrowerkzeug or micro tool 8a 8a gespannt werden kann. can be tensioned. Die Einspannkräfte des Werkzeuges sowie die auf die Werkzeugspitze The clamping forces of the tool and to the tool tip 9 9 wirkenden Bearbeitungs- bzw. Spankräfte F s werden hierbei über Sensorelemente machining or acting clamping forces F s are in this case via sensor elements 52 52 und and 35 35 erfasst, die zwischen Werkzeug detected, the tool between 8 8th , . 8a 8a und dem Werkzeughalter and the tool holder 1 1 angeordnet sind. are arranged.
  • [0076]
    Die Auswirkungen die auf die Werkzeugspitze The impact on the tool tip 9 9 wirkenden Kräfte F s bezüglich des PCT (Tool Center Point) sind ebenfalls in forces F s with respect to the PCT (Tool Center Point) are also in 4 4 dargestellt. shown. Die Kräfte F s verursachen hierbei einerseits eine Drehung der Werkzeugmittelachse L relativ zur Längsachse des Werkzeughalters The forces F s on the one hand cause this rotation of the tool central axis L relative to the longitudinal axis of the tool holder 1 1 um einen Winkel Δφ der seitlichen Verschiebung der beiden Achsen um einen Betrag ΔR. by an angle Δφ of the lateral displacement of the two axes by an amount .DELTA.R.
  • [0077]
    Während der Bearbeitung des um die Längsachse L 1 des Werkzeughalters During processing of about the longitudinal axis L 1 of the tool holder 1 1 rotierenden Werkzeuges rotating tool 8 8th führt dies zu einer ständig wechselnden, umlaufenden Belastung des Werkzeuges bzw. Werkzeughalters, was zu einer Erwärmung und so mit einer Formänderung der Vorrichtung und des eingespannten Werkzeuges führt und die Bearbeitung negativ beeinflusst. this leads to a continuously changing, circumferential strain of the tool or tool holder, thus resulting in a heating and a change in shape of the device and of the clamped tool, and adversely affects the processing. Derartige Änderungen sowie die sie verursachenden Kräfte können durch die beschriebenen Sensoreinrichtungen erkannt werden und durch Gegensteuerung der zwischen den Werkzeugen und dem Werkzeughalter angeordneten Verstelleinrichtungen ausgeglichen werden. Such changes and causing them forces can be recognized by the described sensor devices and are compensated by counter-control of the disposed between the tools and the tool holder adjusting means. Auch ist eine Einstellung und/oder Anpassung bereits vor Beginn des Werkzeugeinsatzes bzw. der Bearbeitung möglich. It is also a setting and / or adjustment possible before the start of tool use or editing.
  • [0078]
    Hierdurch kann eine exakte Bearbeitung selbst mit Werkzeugen durchgeführt werden, deren Bearbeitungsabschnitt (Werkzeugspitze) einen Durchmesser von lediglich 200 μm oder kleiner aufweist. It can hereby be carried out with tools precise machining itself, the processing portion (tool tip) has a diameter of only 200 micrometers or smaller. Es können somit Genauigkeiten von 0,1 μm in der Bearbeitung erreicht werden, was zu Werkstückgenauigkeiten von 1 μm führt. It can accuracies of 0.1 microns can be achieved in the processing thus resulting in the workpiece accuracy of 1 micron.
  • [0079]
    Auch die kinematischen Restfehler der Werkzeugmaschine selbst, die herkömmlicherweise mindestens 3 μm betragen, können durch die beschriebene Vorrichtung bzw. das Verfahren ausgeglichen werden. Also, the kinematic residual error of the machine tool itself, conventionally less than 3 microns can be prepared by the described apparatus and the method are compensated for. Eine Kombination aller zuvor beschriebenen Ausführungsvarianten untereinander oder einzelner Aspekte oder Komponenten dieser Varianten ist durchaus denkbar. A combination of all embodiments described above with each other or individual aspects or components of these variants is quite conceivable. Das Werkstück, das zur Ermittlung der Ist-Position des Werk zeuges Einsatz findet, kann das später zu bearbeitende oder das bereits zuvor bearbeitete Werkstück sein, es kann aber auch ein Referenzbauteil der Werkzeugmaschine sein. The workpiece, which finds use tool for determining the actual position of the work, which may later be machined or the previously machined workpiece, but it can also be a reference component of the machine tool. Alternativ zur Korrektur der Werkzeugkoordinaten kann entsprechend des beschriebenen und beanspruchten Verfahrens auch eine Korrektur der Werkstückkoordinaten erfolgen. Alternatively, for correcting the tool coordinates a correction of the workpiece coordinate can be carried out according to the process described and claimed.

Claims (36)

  1. Verfahren zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges ( A method for measuring and fine points of a tool ( 8 8th ) in einem Werkzeughalter ( ) (In a tool holder 1 1 ) mit den Schritten: A- Definieren einer Werkzeuggeometrie und Festlegen oder Korrigieren einer Referenzkoordinate (TCP) des Werkzeuges ( ) Comprising the steps of: ((A- defining a tool geometry and setting or correcting a reference coordinate TCP) of the tool 8 8th ) in einer Werkzeugmaschinensteuerung ( ) (In a machine tool control 16 16 ), B- Annähern des in dem Werkzeughalter ( ), B approximating the (in the tool holder 1 1 ) in einer Soll-Position eingespannten Werkzeuges ( ) (In a desired position the clamped tool 8 8th ) an ein Werkstück und Erkennen einer Kontaktstelle zwischen Werkzeug ( ) (To a workpiece and recognizing a contact point between the tool 8 8th ) und Werkstück, und C- Bestimmen der Ist-Position des Werkzeuges relativ zu einem Koordinatensystem der Werkzeugmaschine ( ) And the workpiece, and C determining the actual position of the tool (relative to a coordinate system of the machine tool 2 2 ) aus der erkannten Kontaktstelle, gekennzeichnet durch die Schritte D- Berechnen und Korrektur der statischen Werkzeuglage E- Messen einer Bearbeitungskraft (F s ) an dem Werkzeug ( ) Of the detected contact point, characterized by the steps D- calculating and correcting static tool position E- measuring a working force (F s) (to the tool 8 8th ), und F- Berechnen und Korrektur der dynamischen Werkzeuglage relativ zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine ( ), And F- calculating and correcting dynamic tool position (relative to the coordinate system of the machine tool 2 2 ) durch Feinstellen des Werkzeuges im Werkzeughalter ( ) (By fine points of the tool in the tool holder 1 1 ). ).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Schritt A ein Aufspannen und Ausrichten eines Werkstückes zum Koordinatensystem der Werkzeugmaschine ( A method according to claim 1, characterized in that before the step A, a clamping and aligning a workpiece to the coordinate system of the machine tool ( 2 2 ), insbesondere mittels eines Messtasters, erfolgt. ), In particular by means of a probe, is carried out.
  3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schritt C ein Vergleichen der gemessenen Ist-Position des Werkzeuges mit dessen Soll-Position und ein Berechnen eines Vektors einer korrigierten Werkzeuglage, insbesondere einer korrigierten Werkzeugachse (L) erfolgt. Method according to at least one of claims 1 or 2, characterized in that after step C is carried out comparing the measured actual position of the tool with the target position and calculating a vector of a corrected tool position, in particular a corrected tool axis (L).
  4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass nach den Schritten B und C oder vor dem Schritt D eine Wiederholung zumindest der Schritte B und C für einen oder mehrere definierte Freiheitsgrade zur Feinstellung des Werkzeuges ( Method according to at least one of claims 1 to 3, characterized in that after the steps B and C, or D prior to the step a repeat at least the steps B and C for one or more defined degrees of freedom for the fine position of the tool ( 8 8th ) im Werkzeughalter ( ) (In the tool holder 50 50 ) erfolgt. ) he follows.
  5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, durch elektrischen Stromfluss zwischen Werkzeug ( Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the approach and measuring the contact point, in particular a contact surface, (due to electric current flow between the tool 8 8th ) und Werkstück festgestellt wird. ) And the workpiece is detected.
  6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, durch einen kapazitiven Sensor zwischen Werkzeug ( Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the approach and measuring the contact point, in particular a contact surface (through a capacitive probe between the tool 8a 8a ) und Werkstück festgestellt wird. ) And the workpiece is detected.
  7. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, zwischen Werkzeug ( Method according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the approach and measuring the contact point, in particular a surface contact, between the tool ( 8 8th ) und Werkstück durch ein Sensorelement ( ) And the workpiece (by a sensor element 35 35 , . 52 52 ) insbesondere einen Kraftsensor, im Werkzeughalter ( ), In particular a force sensor (in the tool holder 1 1 ) festgestellt wird. ) is detected.
  8. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Annähern und Messen der Kontaktstelle, insbesondere eines Oberflächenkontaktes, berührungsfrei oder durch einen schaltenden Messtaster festgestellt wird. Method according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the approach and measuring the contact point, in particular a surface contact, non-contact or by a trigger probe is detected.
  9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mit der korrigierten Werkzeuglage eine Bearbeitung am aufgespannten Werkstück durchgeführt wird, wobei zumindest einige der Verfahrensschritte nach den Ansprüchen 1 bis 8 iterativ wiederholt werden. Method according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that machining on the clamped workpiece is performed with the corrected tool position, wherein at least some of the process steps are repeated iteratively according to claims 1 to eighth
  10. Verfahren zum Messen einer Bearbeitungskraft (F s ) an einem in einem Werkzeughalter ( A method for measuring a working force (F s) at one (in a tool holder 1 1 ) eingespannten Werkzeug ( ) Clamped tool ( 8 8th ), in Kombination mit einem Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Schritte: A- Aktivieren einer Betriebsart „Kraftmessung" in einer Steuer-/Regelungseinheit einer Werkzeugmaschine ( ), In combination with a method according to at least one of claims 1 to 9, characterized by the steps of: (A- activating an operating mode "force measurement" in a control / regulating unit of a machine tool 2 2 ), B- Berechnen eines Vektors der Bearbeitungskraft (F s ) zum Werkzeughalter ( ), B calculating a vector of the machining force (F s) (to the tool holder 1 1 ) und C- Berechnen einer Koordinatentransformation eines Vektors der Bearbeitungskraft (F s ) zur Kinematik der Kraftmessung im Werkzeughalter ( ) And C calculating a coordinate transformation of a vector of the machining force (F s) (to the kinematics of the force measurement in the tool holder 1 1 ). ).
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur einer Werkzeuglage relativ zum Werkzeughalter ( A method according to claim 10, characterized in that a correction of a tool position (relative to the tool holder 1 1 ) durchführbar ist, die – eine Durchbiegung einer Werkzeugachse (L) im einseitigen Eingriff aufgrund der Bearbeitungskraft kompensiert, – ein thermisch bedingtes Spindelwachstum der Werkzeugmaschine ( ) Is feasible, - compensating for a deflection of a tool axis (L) in the one-sided engagement due to the machining force, - (thermally induced growth spindle of the machine tool 2a 2a ) kompensiert, – einen Verschleiß des Werkzeuges ( ) Compensated, - (wear of the tool 8 8th ), insbesondere eine Geometrieabweichung von einem Ursprungszustand des Werkzeuges ( (), In particular a geometry deviation from an original state of the tool 8 8th ), kompensiert, – einen Rundlauffehler mehrschneidiger Werkzeuge ( ) Compensated - a runout multi-bladed tools ( 8 8th ) kompensiert, – einen unsymmetrischen Anschliff mehrschneidiger Werkzeuge ( ) Compensated - an asymmetrical bevel multi-bladed tools ( 8 8th ) kompensiert, – eine fehlende Übereinstimmung von Rotationsachse (L 1 ) und Werkzeugachse (L) kompensiert, – Restfehler einer externen Werkzeugvoreinstellung kompensiert, und/oder – Restfehler der Werkzeugmaschinenkinematik kompensiert. ) Compensated, - a mismatch of the axis of rotation (L 1) and the tool axis (L) is compensated, - compensated residual error of an external tool presetting, and / or - compensated residual error of the machine tool kinematics.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ( The method of claim 10 or 11, characterized in that the tool ( 8 8th ) insbesondere kontinuierlich während der Bearbeitung feingestellt wird. ) Is especially finely continuously provided during processing.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch einen Schritt des Kompensierens eines zeitlichen und/oder eines kraftabhängigen Verschleißes an der Werkzeugschneide ( The method of claim 11 or 12, characterized by a step of compensating for a time and / or a force-dependent wear on the cutting tool ( 9 9 ). ).
  14. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Werkzeuglage durch piezoelektrisch, magnetostriktiv, magnetorheologisch oder elektrorheologisch wirkende adaptive Mikroaktoren ( Method according to at least one of claims 10 to 13, characterized in that the correction of the tool position (by piezoelectric, magnetostrictive, or magnetorheologically electrorheologically acting adaptive microactuators 53 53 ) oder durch solche aus Form-Gedächtnis-Legierungen erfolgt, wobei die Mikroaktoren ( takes place) or those made of shape-memory alloys, wherein the micro actuators ( 53 53 ) insbesondere an einer Spannvorrichtung ( (), In particular to a tensioning device 50 50 ) des Werkzeughalters ( () Of the tool holder 1 1 ) zur Aufnahme des Werkzeuges ( ) (For receiving the tool 8 8th ) angeordnet sind. ) Are arranged.
  15. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen der aktuellen Position und/oder der Kräfte durch Sensoren erfolgt, die in dem Werkzeughalter ( Method according to at least one of claims 10 to 14, characterized in that the detecting the current position and / or of the forces is carried out by sensors, which (in the tool holder 1 1 ), insbesondere gemeinsam mit den Mikroaktoren ( (), In particular together with the microactuators 53 53 ) angeordnet sind. ) Are arranged.
  16. Vorrichtung zum Messen und zum Feinstellen eines Werkzeuges ( (Device for measuring and fine points of a tool 8 8th ) in einem Werkzeughalter ( ) (In a tool holder 1 1 ) zur Durchführung eines Verfahrens nach zumindest einen der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch ein Trägerbauteil ( ) (For performing a method according to at least one of claims 1 to 15, characterized by a support member 10 10 ) und einem um definierte Freiheitsgrade verstellbaren Führungskörper ( ) And an adjustable to defined degrees of freedom guide body ( 40 40 ), an dem eine Spannvorrichtung ( ) On which a tensioning device ( 50 50 ) zur Aufnahme eines Werkzeuges ( ) (For receiving a tool 8 8th ) vorgesehen ist, wobei zwischen dem Trägerbauteil ( is provided), in which (between the support member 10 10 ) und dem Führungskörper ( ) And the guide body ( 40 40 ) mindestens ein Verstellglied ( ) At least one adjusting member ( 30 30 ) angeordnet ist und wobei zumindest ein Sensorelement ( ), And wherein at least one sensor element ( 35 35 , . 52 52 ) zur Bestimmung der Lage des Werkzeuges ( ) (To determine the position of the tool 8 8th ) vorgesehen ist. ) is provided.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Sensorelement ( Device according to claim 16, characterized in that at least one sensor element ( 35 35 , . 52 52 ) zur Bestimmung von am Werkzeug ( ) (For the determination of the tool 8 8th ) anliegenden Kräften im Werkzeughalter ( ) Applied forces in the tool holder ( 1 1 ) vorgesehen ist. ) is provided.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil ( Apparatus as claimed in any one of claims 16 or 17, that the carrier component ( 10 10 ) einen Flansch ( ) Has a flange ( 11 11 ) aufweist, der mit einer Spindelhal terung einer Werkzeugmaschine ( ), Which (with a Spindelhal esterification of a machine tool 2a 2a ) koppelbar ist, wobei die Spindelhalterung vorzugsweise translatorisch und/oder rotatorisch bewegbar oder antreibbar ist. can be coupled), the spindle support is preferably translationally and / or rotationally movable or drivable.
  19. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerbauteil ( Device according to at least one of claims 16 to 18, characterized in that the carrier component ( 10 10 ) zur Übertragung eines Drehmomentes bezüglich einer Rotations-/oder Längsachse (L 1 ) ausgebildet ist. ) Is designed to transmit a torque with respect to a rotation / or longitudinal axis (L 1).
  20. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verstellglied ( Device according to at least one of claims 16 to 19, characterized in that (in the adjusting member 30 30 ) adaptive Mikroaktoren ( ) Adaptive microactuators ( 31 31 ) vorgesehen sind. are provided).
  21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktoren ( Device according to claim 20, characterized in that the microactuators ( 31 31 ) piezoelektrische, magnetostriktive, magnetorheologische oder elektrorheologische Mikroaktoren sind. ) Piezoelectric, magnetostrictive, magnetorheological or electrorheological micro actuators.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroaktoren ( Device according to claim 20 or 21, characterized in that the micro-actuators ( 31 31 ) solche aus Form-Gedächtnis-Legierungen sind. ) Are those formed from shape memory alloys.
  23. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als Sensorlage ( Device according to at least one of claims 16 to 22, characterized in that the sensor element (as a sensor location 35 35 ) in dem Verstellglied ( ) (In the adjusting member 30 30 ) ausgebildet ist. ) is trained.
  24. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement als kapazitiver Sensor in der Nähe eines Spitzenbereiches des Werkzeuges ( Device according to at least one of claims 16 to 23, characterized in that the sensor element (as a capacitive sensor in the vicinity of a tip portion of the tool 8 8th ), insbesondere einer Werkzeugschneide ( (), In particular a cutting edge 9 9 ), ausgebildet ist. ), is trained.
  25. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug ( Device according to at least one of claims 16 to 24, characterized in that the tool ( 8 8th ) ein Mikro-Werkzeug ( ), A micro-tool ( 8a 8a ) ist. ) Is.
  26. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass Werkzeug ( Device according to at least one of claims 16 to 25, characterized in that tool ( 8 8th ) als Messfühler ( ) (As probes 8b 8b ) einsetzbar ist. ) Can be inserted.
  27. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass Werkzeug ( Apparatus according to at least one of claims 16 to 26, that tool ( 8 8th ) eine Aufnahme- und/oder Halteinrichtung für ein Bauteil aufweist. having) a receiving and / or holding device for a component.
  28. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass elastische Elemente ( Device according to at least one of claims 16 to 27, characterized in that elastic elements ( 45 45 ), insbesondere dem Verstellglied ( (), In particular the adjusting member 30 30 ) entgegengesetzt orientierte Federpakete ( ) Oppositely oriented spring packets ( 46 46 ), zwischen dem Führungskörper ( ) (Between the guide body 40 40 ) und dem Trägerbauteil ( ) And the support member ( 10 10 ) angeordnet sind. ) Are arranged.
  29. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass eine Adapterbuchse ( Device according to at least one of claims 16 to 28, characterized in that an adapter sleeve ( 20 20 ) als Teil des Trägerbauteiles ( ) (As part of the carrier component 10 10 ) vorgesehen ist, in der der Führungskörper ( is provided), in which the guide body ( 40 40 ) längsverschiebbar bezüglich der Längsachse (L 1 ) aufgenommen ist. ) Is added to the longitudinal axis (L 1) to be longitudinally displaceable with respect to.
  30. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannvorrichtung ( Device according to at least one of claims 16 to 29, characterized in that the tensioning device ( 50 50 ) mehrere, insbesondere individuell ansteuerbare, Verstelleinrichtungen ( ) More, in particular controllable individually, adjusting ( 51 51 ), vorzugsweise jeweils mit adaptiven Mikroaktoren ( (), Preferably each with adaptive microactuators 52 52 ) und diesen entgegengesetzt orientierten Federbauteilen ( ), And these oppositely oriented spring members ( 53 53 ), aufweist. ), having.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass in den Verstelleinrichtungen ( Device according to claim 30, characterized in that (in the adjusting 51 51 ) Sensoren ( ) Sensors ( 52 52 ) vorgesehen sind. are provided).
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen ( Device according to one of claims 30 or 31, characterized in that the adjusting devices ( 51 51 ) segmentartig um eine entlang der Längsachse (L 1 ) angeordnete Spannhülse ( ) Segmentally arranged around a (along the longitudinal axis L 1) the clamping sleeve ( 55 55 ) zur Aufnahme des Werkzeuges ( ) (For receiving the tool 8 8th ) vorgesehen ist. ) is provided.
  33. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen ( Device according to at least one of claims 30 to 32, characterized in that the adjusting devices ( 51 51 ) mit ihren Bewegungsachsen (B 1 , B 2 ) parallel zur Längsachse (L 1 ) des Führungskörpers ( ) With their axes of movement (B 1, B 2) (parallel to the longitudinal axis L 1) of the guide body ( 40 40 ) ausgerichtet sind. ) Are aligned.
  34. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtungen ( Device according to at least one of claims 30 to 33, characterized in that the adjusting devices ( 51 51 ) mit ihren Bewegungsachsen (B 1 , B 2 ) in einer oder mehreren Ebenen senkecht zur Längsachse (L 1 ) des Führungskörpers ( ) (With their axes of movement B 1, B 2) (in one or more planes senkecht to the longitudinal axis (L 1) of the guide body 40 40 ) ausgerichtet sind. ) Are aligned.
  35. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 16 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Trägerbauteil ( Device according to at least one of claims 16 to 34, characterized in that (to the support member 10 10 ) eine Energie- und Signalübertragungseinheit ( ) A power and signal transmission unit ( 12 12 ) vorgesehen ist, die Mess- und oder Steuerungsdaten, vorzugsweise berührungsfrei, an einen Energie- und Datenkopf ( is provided), the measurement and control data, or, preferably non-contact, (to a power and data head 15 15 ) überträgt und/oder von diesem empfängt. ) Transmits and / or receives from this.
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie- und Datenkopf ( Device according to claim 35, characterized in that the energy and data head ( 15 15 ) mit einer, vorzugsweise elektronischen, Steuer-/Regelungseinheit ( ) Having a, preferably electronic, (control / regulating unit 16 16 ) der Werkzeugmaschine ( () Of the machine tool 2a 2a ) koppelbar ist. ) Can be coupled.
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Title
LEHMANN,R.: Leitfaden der Längenmesstechnik, VEB-Verlag Technik Berlin, 1960, S. 277 *

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