DE19528376A1 - No=contact measurement method for rotating tool - using opto-electronic measurement path with photo diode in which machine tool is moved, to determine rotational position of tool - Google Patents
No=contact measurement method for rotating tool - using opto-electronic measurement path with photo diode in which machine tool is moved, to determine rotational position of toolInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Vermessung von Werkzeugen nach dem Oberbegriff des ersten Patentanspruches.The invention relates to a method for the contactless measurement of Tools according to the preamble of the first claim.
Beim Einsatz moderner Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren mit automatisierten Produktionsabläufen ist es von großer Bedeutung, die eingesetzten Bearbeitungswerkzeuge im Betriebszustand mit minimalem Zeitaufwand vermessen zu können. Die dabei ermittelten Meßwerte dienen als Grundlage für Werkzeugkorrekturen und den Austausch von Werkzeugen. Auf diese Weise ist eine Qualitätssteigerung und eine Reduzierung der Ausschußquote in der Produktion bei gleichzeitiger Verringerung der Prüfzeiten erreichbar.When using modern machine tools and machining centers with automated production processes, it is very important to use the Measure machining tools in the operating state with minimal expenditure of time to be able to. The measured values determined thereby serve as the basis for Tool corrections and the exchange of tools. That way an increase in quality and a reduction in the reject rate in production achievable while reducing test times.
Bei der berührungslosen Vermessung von rotationssymmetrischen Werkstücken, wie glatten und abgesetzten Wellen in ihrer ganzen Länge, findet bereits ein opto- elektronisches Verfahren Verwendung, das in "Automatische berührungslose Wellenvermessung, Werkstattechnik 78, Springer Verlag 1988, Seite 583-587" beschrieben ist. Dabei ist das rotierende Werkstück in eine spezielle Meßvorrichtung eingespannt, in der zwei symmetrisch angeordnete CCD-Kameras mit Zubehörteilen auf einem Meßschlitten längs der Wellenachse und quer zu ihr bewegt werden können. Eine besondere Streckensteuerung nimmt dabei bei Querschnittsänderungen eine selbsttätige Verstellung der Meßstrecken vor. Als Meßpunkte werden Hell-Dunkel-Übergänge, die beim Heranfahren der Meßstrecken an das Werkstück entstehen, von den Fotodioden der Kameras als Meßwerte gewertet.In the contactless measurement of rotationally symmetrical workpieces, like smooth and stepped shafts in their entire length, an opto electronic method use that in "Automatic non-contact Shaft measurement, workshop technology 78, Springer Verlag 1988, page 583-587 " is described. The rotating workpiece is in a special one Measuring device clamped in the two symmetrically arranged CCD cameras with accessories on a measuring slide along the shaft axis and across it can be moved. A special route control takes part Changes in cross-section an automatic adjustment of the measuring sections. As Measuring points become light-dark transitions that occur when approaching the measuring sections to the workpiece, from the photodiodes of the cameras as measured values rated.
Eine rechnergestützte Bildverarbeitung wertet die ermittelten Meßpunkte unter Einbezug der Quer- und Längsmaßstabswerte und des jeweiligen Drehwinkels aus. Alle so erhaltenen Meßwerte werden von einem Zentralrechner in X- und Y-Koordinaten der Welle umgerechnet. Die Ergebnisse können sowohl zur Dokumentation als auch zur Einleitung von Maßnahmen, wie einer Korrektur der Werkzeugeinstellung an der Bearbeitungsmaschine, ausgegeben und genutzt werden. A computer-aided image processing evaluates the determined measuring points Inclusion of the transverse and longitudinal scale values and the respective angle of rotation. All measured values obtained in this way are processed by a central computer in X and Y coordinates converted the wave. The results can be used for both Documentation as well as to initiate measures such as a correction of the Tool setting on the processing machine, output and used will.
Das beschriebene Meßsystem eignet sich zur Vermessung der Kontur von rotationssymmetrischen Körpern verschiedener Formgebung. Es benötigt dazu Meßstrecken, die in zwei Achsen verfahrbar sind. Alle Meßdaten werden erfaßt und ohne besondere Bewertung verarbeitet.The measuring system described is suitable for measuring the contour of rotationally symmetrical bodies of different shapes. It takes this Measuring sections that can be moved in two axes. All measurement data are recorded and processed without special evaluation.
Im Zuge des Entwicklungsprojektes ESPRIT EP 6293, High Quality in Milling Technologies of Moulds and Dies, Task 2100 der Europäischen Gemeinschaft, sollen rotierende Werkzeuge, insbesondere Fräser, die in Spindeln von Werkzeug maschinen eingespannt sind und mit Betriebsdrehzahl rotieren, vermessen werden. Zur Werkzeugvermessung findet dabei ebenfalls eine opto-elektronische Meßstrecke Anwendung, bei der als Lichtsender ein Laser und als Empfänger eine Photodiode eingesetzt ist.As part of the development project ESPRIT EP 6293, High Quality in Milling Technologies of Molds and Dies, Task 2100 of the European Community, are said to be rotating tools, especially milling cutters, in tool spindles machines are clamped and rotate at the operating speed, are measured. There is also an opto-electronic for tool measurement Measuring section Application in which a laser as the light transmitter and a laser as the receiver Photodiode is used.
Im Gegensatz zur vorab erwähnten Vermessung von rotationssymmetrischen Werkstücken wird bei diesem Projekt nur eine Meßstrecke eingesetzt, die ortsfest in der Werkzeugmaschine angebracht ist. Die Bewegungsachsen der Werkzeug maschine steuern mit ihren Antrieben das Werkzeug soweit gegen den Laserstrahl, bis dieser von der Kontur des Werkzeugs unterbrochen wird. Die bei einer solchen Unterbrechung erreichte Position wird von den Rechnern der Bewegungsachsen erfaßt und weiterverarbeitet. Dabei werden die einzelnen ermittelten Abmessungen mit zuvor bei den jeweils erreichten Achspositionen errechneten Sollwerten verglichen. Ein Vergleich mit den Werkzeug-Kenndaten erlaubt es Schlüsse über den weiteren Einsatz des Werkzeugs in der Produktion zu ziehen.In contrast to the previously mentioned measurement of rotationally symmetrical Workpieces only use one measuring section in this project, which is stationary is attached in the machine tool. The axes of movement of the tool the machine controls the tool against the laser beam so far, until it is interrupted by the contour of the tool. The one with one Interruption reached position is from the computers of the movement axes recorded and processed. The individual dimensions determined with setpoints previously calculated for the respective axis positions reached compared. A comparison with the tool characteristics allows conclusions about to continue using the tool in production.
Da bei dem bekannten Meßsystem die zu vermessenden Werkzeuge nur von einer Seite an die Meßstrecke herangeführt werden, ist zur Bestimmung des jeweiligen Radius des Werkzeugs neben dem von der angesteuerten Fotodiode in den Speicher des Meßsystems eingegebenen Daten die Einbeziehung der Spindelachse über deren Position im zugehörigen Speicher der Werkzeugmaschine erforderlich.Since in the known measuring system, the tools to be measured only from one Side to the measuring section is to determine the respective Radius of the tool next to that of the controlled photo diode in the memory data entered into the measuring system including the inclusion of the spindle axis their position in the associated memory of the machine tool is required.
Mit der bekannten Einrichtung ist somit kein direktes Meßwert-Aufnahmeverfahren durchführbar, weil zwischen dem von der Lasermeßstrecke ermittelten Umfangswert und den im Rechner der Werkzeugmaschine gleichzeitig festgestellten Koordinaten der Spindelachse, maschinenbedingte Verformungen wie thermische Einflüsse, Lagerspiele u. a. zu Abweichungen führen können.The known device is therefore not a direct measurement recording method feasible because between that determined by the laser measurement section The circumferential value and the one determined simultaneously in the machine tool computer Coordinates of the spindle axis, machine-related deformations such as thermal Influences, bearing games and. a. can lead to deviations.
Mit dem bekannten Verfahren ist es aber vor allem nicht möglich, die Schneiden des Werkzeugs zu erkennen und zu vermessen. Somit lassen sich auch keine sicheren Aussagen über deren Verschleiß oder über Ausbrüche an denselben machen. Statt dessen werden alle über die gesamte Mantelfläche des Werkzeugs ermittelten Meßdaten erfaßt und weiterverarbeitet. Ebensowenig können die durch Einspannfehler oder Spindel-Schlagfehler entstehenden exzentrisch verlaufenden Flugbahnen des Werkzeugs, die zu einseitigen Abnutzungen desselben und zu Überschreitungen der Maßtoleranzen am Werkstück führen können, exakt erfaßt werden.Above all, with the known method, it is not possible to cut to recognize and measure the tool. So none can be reliable statements about their wear or breakouts do. Instead, they are all over the entire surface of the tool determined measured data recorded and processed. Nor can they go through Clamping errors or spindle impact errors that occur are eccentric Trajectories of the tool that lead to one-sided wear and tear Exceeding dimensional tolerances on the workpiece can lead to exactly recorded will.
Die Aufgabe der Erfindung wird in der Schaffung eines Verfahrens gesehen, mit dem die Schneidkanten eines jeden Werkzeugs auch bei großen Drehzahlen sicher erkannt und vermessen werden können, und bei dem die den Schneidkanten zugeordneten Meßwerte einer zeitsparenden Auswertung zugeführt werden.The object of the invention is seen in the creation of a method with that the cutting edges of every tool are safe even at high speeds can be recognized and measured, and in which the cutting edges assigned measured values are fed to a time-saving evaluation.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Vermessung mit einer der Betriebs drehzahl (U) nahekommenden Auswahldrehzahl (Ua), bei der sich der Meßpunkt (7) pro Umdrehung des Werkzeugs (3) an dessen Umfang um einen Winkelabschnitt (A), vorzugsweise um 1 Grad verschiebt, durchgeführt wird, wobei lediglich die als Größtwerte erkannten Meßwerte in der Auswerteeinheit weiterverarbeitet werden.The object is achieved in that the measurement with an operating speed (U) approaching selection speed (Ua) at which the measuring point ( 7 ) per revolution of the tool ( 3 ) on its circumference by an angular section (A), preferably around 1 degree shift, is carried out, with only the measured values recognized as maximum values being further processed in the evaluation unit.
Die Erfindung beruht auf der Idee, zur Erkennung und Vermessung der Schneid kanten des Werkzeugs, während einer Meßreihe die Drehzahl und die Abtast frequenz des Lichtsenders der Meßstrecke so aufeinander abzustimmen, daß innerhalb einer Meßreihe während einer bestimmten Anzahl von Umdrehungen von jeder Schneidkante mit Sicherheit wenigstens eine Messung erfolgt. Eine Schneid kante läßt sich dabei als Größtwert der Meßwerte einer Meßreihe erkennen. Zur Erfassung der gesamten Kontur des Werkzeugs sind in festgelegten Abständen mehrere Meßreihen durchzuführen. The invention is based on the idea of recognizing and measuring the cutting edges of the tool, the speed and the scanning during a series of measurements frequency of the light transmitter of the measuring section so that each other within a series of measurements during a certain number of revolutions of each cutting edge is sure to have at least one measurement. A cutting edge can be recognized as the maximum value of the measured values of a series of measurements. For Acquisition of the entire contour of the tool are at fixed intervals carry out several series of measurements.
Nach dem Erfindungsgedanken ist weiterhin vorgesehen, lediglich die im vorgesehenen Aufnahmeverfahren erkannten Größtwerte in der Auswerteeinrichtung weiter zu verarbeiten. Die Erfindung ermöglicht dabei mit einem vergleichsweise geringem Aufwand an Meßzeit und an Kapazität der beteiligten Rechner und Speicher die Schneidkanten zweifelsfrei zu erkennen und ihren Zustand anhand ihrer Abmessungen zu beurteilen. Ferner gestattet das erfindungsgemäße Verfahren vor Beginn eines Produktionsvorganges das eingespannte Werkzeug im Neuzustand zu identifizieren.According to the idea of the invention it is further provided that only the envisaged admission process recognized maximum values in the Processing device to process further. The invention enables with a comparatively small amount of measurement time and capacity of the involved computers and memory to unambiguously recognize the cutting edges and assess their condition based on their dimensions. This also allows inventive method before the start of a production process identify clamped tools in new condition.
Mit einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens läßt sich das Verfahren mit einer aus der Technik der berührungslosen Werkstückvermessung bekannten, an zwei diametral gegenüberliegenden Mantellinien mit Lichtstrahlen angreifenden Meßstrecke, kombinieren. Auf diese Weise lassen sich in direkter Auswertung der Meßwerte sowohl die Werkzeug-Durchmesser, als auch die Flugkreisbahnen des Werkzeugs bestimmen. Veränderungen in den Abmessungen der Werkzeugmaschine während des Betriebs, z. B. durch Erwärmung oder durch Verspannungen, sind bei diesem Verfahren eliminiert. Auch die durch Spindelschlagfehler oder Werkzeug-Haltefehler entstehenden Flugbahnen lassen sich genau erfassen und so in die Beurteilung des weiteren Einsatzes des Werkzeugs einbeziehen. Die Vermessung der vom Werkzeug bei hohen Drehzahlen beschriebenen Hüllkurven ist für die Einhaltung der Maße an den zu bearbeitenden Werkstücken von großer Bedeutung. Ein weiterer Vorteil des Einsatzes von doppelseitig angreifenden Meßstrecken ist eine Verkürzung der Meßzeit einer jeden Meßreihe.This can be done with a very advantageous further development of the inventive concept Process with a non-contact workpiece measurement technology known, on two diametrically opposed surface lines with light rays attacking measuring section, combine. This way you can be more direct Evaluation of the measured values both the tool diameter and the Determine the tool's trajectory. Changes in dimensions the machine tool during operation, e.g. B. by heating or by Tensions are eliminated with this procedure. Even through Spindle misalignment or tool stop errors allow trajectories to arise grasp exactly and so in the assessment of the further use of the Include tool. The measurement of the tool at high speeds Envelopes described is for compliance with the dimensions of those to be processed Workpieces of great importance. Another advantage of using measuring paths attacking on both sides is a shortening of the measuring time of each Series of measurements.
Einen weiteren Vorteil stellt die werkzeugmaschinenunabhängige Auswerteeinheit für das erfindungsgemäße Verfahren dar, in der aus den mit doppelseitig am Werkzeug angreifenden Lichtstrahlen erhaltenen Meßwerte die Größtwerte als Maße der Schneidkanten ausgefiltert und bis zu einem die ganze aktive Kontur des Werkzeugs erfassenden Ergebnis verarbeitet werden. Einzelne Daten der Werkzeugmaschine, wie Drehzahlen und Positionswerte der Glasmaßstäbe, werden dabei aus Datenspeichern der Werkzeugmaschine abgerufen. The machine tool-independent evaluation unit offers a further advantage for the method according to the invention, in which the double sided on Measured values obtained by the tool attacking light rays are the largest values as The dimensions of the cutting edges are filtered out and the entire active contour of the Tool-detecting result can be processed. Individual dates of the Machine tool, such as speeds and position values of the glass scales retrieved from data memories of the machine tool.
Der Erfindungsgedanke läßt sich aber auch zur Verbesserung des bekannten, mit nur einem Lichtstrahl arbeitenden Verfahrens zur gezielten Erkennung der Schneidkanten des Werkzeugs erfolgreich einsetzen. So gelingt es dabei, auch die hierbei zum Einsatz kommende, sehr einfache Meßstrecke deutlich zu verbessern und für erweiterte Einsatzfälle geeignet zu machen.The inventive idea can also be used to improve the known only one light beam working method for the targeted detection of Use the cutting edges of the tool successfully. So it succeeds, even that to improve the very simple measuring section used and make it suitable for extended applications.
Die Erfindung wird mit Hilfe einiger Figuren näher erläutert.The invention is explained in more detail with the aid of some figures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Meßstrecke mit einstrahligem Sender und einer Fotodiode, mit der das Werkzeug von einer Seite erfaßt wird. Fig. 1 measuring section with a single-beam transmitter and a photodiode with which the tool is detected from one side.
Fig. 2 Meßstrecke mit vielstrahligem Sender und einer Fotodiodenreihe, mit der das Werkzeug beidseitig erfaßt wird. Fig. 2 measuring section with multi-beam transmitter and a row of photodiodes with which the tool is detected on both sides.
Fig. 3 Vorderansicht zu Fig. 1 bzw. Fig. 2 Fig. 3 front view of FIG. 1 or FIG. 2
Fig. 4 Blickschaltbild der Auswerteeinheit Fig. 4 view diagram of the evaluation unit
Fig. 5 Kontur eines Kegelfräsers Fig. 5 contour of a cone cutter
Fig. 6 Einsatzbereite Meßstrecke. Fig. 6 Ready-to-use measuring section.
Die opto-elektronische Meßstrecke nach Fig. 1 ist ortsfest in der Werkzeug maschine angebracht und arbeitet mit einem einstrahligen Lichtsender 1, z. B. einem Laser, dessen Lichtstrahl 4 auf die Fotodiode 2 auftrifft. Ein Meßwert wird registriert, wenn das von den Vorschubantrieben der Werkzeugmaschine in Richtung der drei Achsen bewegte Werkzeug 3 den Strahl 4 berührt und ihn dabei unterbricht. Dabei findet auf der Fotodiode 2 ein Hell-Dunkel-Übergang statt, der von der Auswerteeinrichtung aufgenommen und weiterverarbeitet wird. Ein analoger Effekt entsteht auch, wenn der Lichtstrahl 4 zunächst von dem Werkzeug 3 unterbrochen ist und bei der Weiterbewegung in Richtung der X-Achse am Tangierungspunkt die Fotodiode wieder beaufschlagt. Der dabei stattfindende Dunkel-Hell-Übergang wird ebenfalls als Meßwert festgehalten. Während das Werkzeug 3 durch den Antrieb in Richtung der X-Achse quer zur Meßstrecke bewegt wird, bewirkt der Antrieb der Y-Achse eine Ausrichtung der Werkzeugachse auf die Mitte zwischen Lichtsender 1 und Fotodiode 2 und der Antrieb der Z-Achse ein schrittweises Eintauchen des Werkzeuges 3 in die Meßstrecke (Fig. 3).The opto-electronic measuring section of FIG. 1 is fixedly mounted in the machine tool and uses a single-beam light transmitter 1, z. B. a laser, the light beam 4 strikes the photodiode 2 . A measured value is registered when the tool 3 moved by the feed drives of the machine tool in the direction of the three axes touches the beam 4 and interrupts it in the process. A light-dark transition takes place on the photodiode 2 , which is recorded and processed by the evaluation device. An analogous effect also arises when the light beam 4 is initially interrupted by the tool 3 and acts on the photodiode again at the point of tangency during further movement in the direction of the X axis. The dark-light transition taking place is also recorded as a measured value. While the tool 3 is moved transversely to the measuring section by the drive in the direction of the X axis, the drive of the Y axis causes the tool axis to be aligned with the center between light transmitter 1 and photodiode 2 and the drive of the Z axis gradually immerses the Tool 3 in the measuring section ( Fig. 3).
Bei der einfachen Meßstrecke nach Fig. 1 ist zur Errechnung einer Abmessung, z. B. eines Werkzeug-Durchmessers, neben dem von der Lichtstrahl-Unterbrechung herrührenden Meßwert auch der Werkzeugmittelpunkt aus den Datenspeichern der Werkzeugmaschine für die X- und Y-Achse mit heranzuziehen. Die so ermittelten Abmessungen beruhen also nicht auf einem direkten Zugriff der Lichtstrahlen zu dem gesamten Querschnitt des zu vermessenden Werkzeuges, sondern aus einer Zusammenführung eines Lichtstrahl-Meßwertes und eines aus den Rechnern der Werkzeugmaschine mit Hilfe der Glasmaßstäbe entnommenen Wertes.In the simple measuring section according to FIG. 1, a dimension, eg. B. a tool diameter, in addition to the measured value originating from the interruption of the light beam and also the tool center from the data memories of the machine tool for the X and Y axes. The dimensions determined in this way are therefore not based on a direct access of the light beams to the entire cross section of the tool to be measured, but rather from a combination of a light beam measurement value and a value taken from the computers of the machine tool using the glass scales.
Bei willkürlich festgelegten Werten der Drehzahl U des Werkzeugs und der Abtastfrequenz der Lichtquelle 1 ist nicht sicher, ob jemals eine der Schneidkanten 5 von der Fotodiode 2 erfaßt wird. Die Drehzahlen können Werte bis 20000 1/min. erreichen, was 333 1/sec. entspricht, während Abtastfrequenzen von 2000 1/sec. und mehr vorkommen können. In einem solchen Fall würden während einer Werkzeug-Umdrehung genau sechs Aufnahmen erfolgen, wobei bei jeder Umdrehung immer dieselben sechs Meßpunkte erfaßt würden. With arbitrarily determined values of the speed U of the tool and the scanning frequency of the light source 1, it is not certain whether one of the cutting edges 5 will ever be detected by the photodiode 2 . The speeds can be up to 20,000 rpm. achieve what 333 1 / sec. corresponds to, while sampling frequencies of 2000 1 / sec. and more can occur. In such a case, exactly six recordings would take place during one tool revolution, the same six measuring points being recorded with each revolution.
Um die Schneidkanten 5 eines Werkzeugs 3 mit Sicherheit in einer zeitlich begrenzten Meßreihe erfassen zu können, ist die Drehzahl nach dem Erfindungsgedanken bei konstanter Abtastfrequenz so zu ändern, daß der jeweilige Meßpunkt um einen kleinen Winkelabschnitt Δ∝ weiterrückt. In unserem Falle soll den sechs Bildaufnahmen nicht ein Drehwinkel von 360°, sondern von 361° zugeordnet werden, was einer Änderung der Drehzahl auf Ua = 19945 1/min entspricht. Es ist dabei sinnvoll, den zusätzlichen Winkelabschnitt kleiner als die abnutzbare Breite einer Schneidkante 5 zu wählen. Bei einem Drehwinkel von 361° ist bei der Meßstrecke nach Fig. 1 mit Sicherheit jede der Schneidkan ten 5 nach einer Meßreihe von 360 Umdrehungen einmal aufgenommen und mit einem Meßwert festgehalten worden.In order to be able to detect the cutting edges 5 of a tool 3 with certainty in a time-limited series of measurements, the speed of rotation according to the inventive concept is to be changed at a constant scanning frequency so that the respective measuring point advances by a small angular section Δ∝. In our case, the six image recordings should not be assigned a rotation angle of 360 °, but of 361 °, which corresponds to a change in the speed to Ua = 19945 1 / min. It makes sense to choose the additional angular section smaller than the wearable width of a cutting edge 5 . At an angle of rotation of 361 ° in the measuring section according to FIG. 1, each of the cutting edges 5 has been recorded once after a series of measurements of 360 revolutions and recorded with a measured value.
Der Ablauf der Vermessung eines Werkzeugs 3 mit der Meßstrecke nach Fig. 1 und Fig. 3 beginnt mit einer horizontalen Bewegung derselben in den X- und Y-Achsen, bis eine Position erreicht ist, in der die verlängerte Spindelachse 8 in etwa den Lichtstrahl 4 schneidet. Anschließend wird das Werkzeug 3 mit verhältnismäßig großer Vorschubgeschwindigkeit längs der Z-Achse bis zur ersten Unterbrechung des Lichtstrahls 4 gefahren (Fig. 3). In dieser Einstellung findet die erste Meßreihe mit Hilfe von abwechselnd in beiden Richtungen erfolgenden Positionierbewegungen längs der X-Achse statt. Auf diese Weise finden zur Vermessung des gesamten aktiven Teils des Werkzeugs 3 mehrere Meßreihen in Abständen z längs der Z-Achse statt (Fig. 5). Mit Hilfe der Anwendung der Merkmale des Erfindungsgedankens kann so bei der einfach aufgebauten Meßstrecke nach Fig. 1 eine deutliche Verbesserung durch eine sichere Erkennung der Schneidkanten des Werkzeugs und eine zeitsparende Verarbeitung der lediglich für die Schneidkanten ermittelten Meßwerte erfolgen.The sequence of measuring a tool 3 with the measurement line of Fig. 1 and Fig begins. 3 with a horizontal movement thereof until a position is reached in the X and Y axes in the extended spindle axis 8 in approximately the light beam 4 cuts. The tool 3 is then moved along the Z axis at a relatively high feed rate until the first interruption of the light beam 4 ( FIG. 3). In this setting, the first series of measurements takes place with the aid of alternating positioning movements along the X axis. In this way, several measurement series at intervals z along the Z axis take place for measuring the entire active part of the tool 3 ( FIG. 5). With the aid of the use of the features of the inventive concept, a clear improvement can be achieved in the simply constructed measuring section according to FIG. 1 by reliable detection of the cutting edges of the tool and time-saving processing of the measured values determined only for the cutting edges.
Bei der Meßstrecke nach Fig. 2 sendet der Lichtsender 1 Lichtstrahlen 4 mit einer Strahlenbreite, die das Werkzeug 3 an beiden Seiten des Durchmesser Dw tangential erfassen. Die beiden das Werkzeug 3 dabei berührenden Strahlen 4a und 4b werden von den Scheitelpunkten der vorbeidrehenden Schneidkanten 5 unterbrochen, und bilden dabei einen Hell-Dunkel- oder Dunkel-Hell-Übergang auf den beiden von ihnen beaufschlagen Fotodioden 2a und 2b. In the measuring section according to FIG. 2, the light transmitter 1 sends light beams 4 with a beam width which tangentially detect the tool 3 on both sides of the diameter Dw. The two beams 4 a and 4 b touching the tool 3 are interrupted by the vertices of the cutting edges 5 rotating past, and thereby form a light-dark or dark-light transition on the two photodiodes 2 a and 2 b acting on them.
Die zwischen den beiden tangierenden Strahlen 4a und 4b liegenden Lichtstrahlen werden durch den Körper des Werkzeugs 3 völlig abgedunkelt, während die außerhalb liegenden Lichtstrahlen die von ihnen beaufschlagten Dioden 2 der Fotodiodenzeile 6 durchgehend erhellen. Die Hell-Dunkel-Übergänge an den Fotodioden 2a und 2b werden als Meßwerte des Werkzeugs 3 aufgenommen und der weiteren Bearbeitung zugeführt.The light rays lying between the two tangent rays 4 a and 4 b are completely darkened by the body of the tool 3 , while the light rays lying outside illuminate the diodes 2 of the photodiode array 6 which they act on continuously. The light-dark transitions at the photodiodes 2 a and 2 b are recorded as measured values of the tool 3 and fed to further processing.
Da mit einer Meßstrecke nach Fig. 2 die Konturen des Werkzeugs 3 gleichzeitig an beiden Seiten von der Fotodiodenzeile 6 abgebildet werden und somit betriebsbedingte, z. B. durch Temperaturänderungen hervorgerufene Verformungen der Werkzeugmaschine oder sonstige Störgrößen ohne Einfluß sind, ergeben die von den Fotodioden 2a und 2b aufgenommenen Meßwerte ein direktes Maß für den jeweiligen Durchmesser Dw des Werkzeugs 3 in der eingestellten Höhe.Since the contours of the tool 3 are imaged on both sides of the photodiode line 6 with a measuring section according to FIG. 2 and thus operational, z. B. deformations of the machine tool caused by temperature changes or other disturbance variables have no influence, the measured values recorded by the photodiodes 2 a and 2 b give a direct measure of the respective diameter Dw of the tool 3 at the set height.
Als Meßstrecke läßt sich auch ein CCD-Kamerasystem einsetzen, bei dem die Fotodioden in einer Matrix angeordnet sind. Mit einer solchen Einrichtung werden bei jeder Aufnahme nicht nur je eine Meßpunkt 7 an jeder Seite des Werkzeugs 3, sondern abhängig von der Anzahl der Zeilen eine ganze Reihe von Meßpunkten 7 erfaßt. Der Einsatz einer solchen Matrix im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht somit die Vermessung der aktiven Länge eines Werkzeugs 3 mit einer geringeren Anzahl von Meßreihen ohne Verringerung der Zahl der Meßpunkte 7 in kürzerer Vermessungszeit als bei einer einfachen Fotodiodenreihe.A CCD camera system in which the photodiodes are arranged in a matrix can also be used as the measuring section. With such a device, not only one measuring point 7 on each side of the tool 3 , but also a whole series of measuring points 7 are recorded depending on the number of lines. The use of such a matrix in the context of the method according to the invention thus enables the measurement of the active length of a tool 3 with a smaller number of measurement series without reducing the number of measurement points 7 in a shorter measurement time than in the case of a simple photodiode series.
Bei dieser von der berührungslosen Werkstückvermessung her bekannten Ausbildung der Meßstrecke wird der Durchmesser Dw direkt ohne zusätzliche Daten aus der Steuerung der Werkzeugmaschine vermessen und weist daher die größtmögliche Genauigkeit auf.In this known from the non-contact workpiece measurement Forming the measuring section, the diameter Dw is directly without additional Measured data from the control of the machine tool and therefore assigns the greatest possible accuracy.
Auch bei der Vermessung mit der Meßstrecke nach Fig. 2 ist eine exakte Erfassung der Schneidkanten mit Hilfe der Auswahl einer korrigierten Drehzahl durchzuführen, mit der der jeweilige Bildaufnahmeort bei jeder Umdrehung um einen kleinen Winkelabschnitt Δ∝ weiterrückt. Even when measuring with the measuring section according to FIG. 2, an exact detection of the cutting edges is to be carried out with the aid of the selection of a corrected rotational speed with which the respective image recording location advances by a small angular section Δ∝ with each revolution.
Korrigiert man nun die Nenndrehzahl U = 20000 1/min. in Ua = 19945 1/min., so erscheint in diesem Fall jede Schneidkante bereits nach 180 Umdrehungen an einem der beiden Meßorte. Der Einsatz einer Meßstrecke nach Fig. 2, gegenüber einer solchen nach Fig. 1 halbiert demnach die Ablaufzeit einer Meßreihe.Now correct the nominal speed U = 20000 1 / min. in Ua = 19945 1 / min., in this case each cutting edge appears at one of the two measuring points after only 180 revolutions. The use of a measuring section according to FIG. 2, compared to one according to FIG. 1, therefore halves the running time of a series of measurements.
Ganz allgemein muß die Anzahl der Umdrehungen nm einer Meßreihe zur Erkennung
von Schneidkanten der Beziehung
nm = 360 / Δ∝ für Meßstrecken nach Fig. 1 und
nm = 180 / Δ∝ für Meßstrecken nach Fig. 2
entsprechen.In general, the number of revolutions nm of a series of measurements to identify cutting edges of the relationship
nm = 360 / Δ∝ for measuring sections according to Fig. 1 and
nm = 180 / Δ∝ for measuring sections according to FIG. 2
correspond.
Der Lichtsender 11 und der mit Fotodioden bestückte Empfänger 12 einer für das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbaren Meßstrecke sind nach Fig. 6 zusammen auf einer Montageplatte 13 aufgebaut, die als Einheit in der Werkzeugmaschine so befestigt ist, daß das Werkzeug aus seiner Arbeitsposition mit Hilfe der Antriebe der X- und Y-Achsen zur Vermessung in die Mitte zwischen Sender 11 und Empfänger 12 gefahren werden kann. Der Anbringungsort ist dabei so gewählt, daß die Meßstrecke während der Bearbeitungsfolgen frei von Verschmutzungen bleibt. Der mögliche Meßbereich 14 für die Vermessung der Werkzeuge ist auf Fig. 6 markiert. In diesem Bereich wird das Werkzeug mit dem Antrieb der Z-Achse auf- und abgeführt. Am Gehäuse des Lichtsenders 11 befinden sich die Zuleitungen für die Energie und die Impulssteuerung des Lichtes. Im Gehäuse des Empfängers 12 sind die Bausteine zur Generierung der Meßwerte untergebracht, die von hier zur Auswerteeinheit weitergeleitet werden.The light transmitter 11 and the receiver 12 equipped with photodiodes of a measuring section which can be used for the method according to the invention are constructed according to FIG. 6 together on a mounting plate 13 which is fastened as a unit in the machine tool in such a way that the tool is moved out of its working position with the aid of the drives X and Y axes can be moved in the middle between transmitter 11 and receiver 12 for measurement. The location is chosen so that the measuring section remains free of dirt during the processing sequences. The possible measuring range 14 for measuring the tools is marked on FIG. 6. In this area, the tool with the drive of the Z axis is moved up and down. The supply lines for the energy and the pulse control of the light are located on the housing of the light transmitter 11 . The modules for generating the measured values are accommodated in the housing of the receiver 12 and are forwarded from here to the evaluation unit.
Die nach dem erfindungsgemäßen Aufnahmeverfahren gewonnenen Daten eines jeden Werkzeugs werden nach einem weiteren Merkmal der Erfindung so aufbereitet, daß im Auswerteverfahren lediglich die den Schneidkanten 5 zuzuordnenden Werte weiterbearbeitet werden, während die anderen Werte nicht weiter verfolgt werden. In einem Filter werden nun die Größtwerte einer jeden Meßreihe ausgewählt und mit den Kenndaten aus dem Werkzeugspeicher der Werkzeugmaschine verglichen. In einem anschließenden Verrechnungsmodul erfolgt daraus die Berechnung eines Werkzeug-Kennwertes. According to a further feature of the invention, the data of each tool obtained by the recording method according to the invention are processed in such a way that only the values to be assigned to the cutting edges 5 are further processed in the evaluation method, while the other values are not followed up. The maximum values of each measurement series are now selected in a filter and compared with the characteristic data from the tool memory of the machine tool. In a subsequent calculation module, a tool characteristic value is calculated from this.
Der gesamte Ablauf des Auswerteverfahrens für eine Meßstrecke nach Fig. 2 ist aus der Fig. 4 ersichtlich.The entire sequence of the evaluation process for a measuring section according to FIG. 2 can be seen from FIG. 4.
Aus dem Werkzeug-Kennwert erfolgt unter Einbeziehung einiger Daten aus den Werkzeugmaschinen-Rechnern, wie der Drehzahl U und den von den Glasmaßstäben abgelesenen Positionen der drei Achsen der Werkzeugmaschine, die Berechnung der Ergebnisse der vorliegenden Meßreihe und deren Speicherung im Ergebnisspeicher.The tool characteristic value takes into account some data from the Machine tool computers, such as the speed U and those of the Glass scales read positions of the three axes of the machine tool Calculation of the results of the current series of measurements and their storage in Results storage.
Zusammen mit den Ergebnissen weiterer in Abständen z in Richtung der Z-Achse durchgeführten Meßreihen erhält man nach Fig. 5 die aus den einzelnen Meßpunkten 7 bestehende, vollständig vermessene Kontur des Werkzeugs, die sich aus den Schneidkanten 5 zusammensetzt und die in der Werkzeug-Kontur-Datei abgespeichert wird.Together with the results of further measurement series carried out at intervals z in the direction of the Z axis, the completely measured contour of the tool consisting of the individual measuring points 7 , which is composed of the cutting edges 5 and that in the tool contour, is obtained according to FIG. 5 File is saved.
Für eine Meßstrecke nach Fig. 2 ist die Auswerteeinheit eine von der Werkzeug maschine unabhängige autark arbeitende DV-Einrichtung, die lediglich zum Datenaustausch Zugriff zu einzelnen Dateien der Werkzeugmaschine aufweist.For a measuring section according to FIG. 2, the evaluation unit is an autonomously working DV device that is independent of the machine tool and only has access to individual files of the machine tool for data exchange.
Für eine Meßstrecke nach Fig. 1 müssen die gefilterten maximalen Meßwerte der Schneidkanten des Werkzeugs in den Computern der einzelnen Achsantriebe der Werkzeugmaschine weiter verarbeitet werden. Die Endergebnisse der Werkzeug vermessung enthalten dann ebenfalls die Abmessungen der Schneidkanten, ihre Genauigkeit ist jedoch geringer, da die während der Vermessung zwischen der Meßstrecke und den Achsen der Werkzeugmaschine auftretenden Abweichungen, z. B. durch thermische Einflüsse unberücksichtigt bleiben.A measured distance in FIG. 1, the filtered maximum measured values of the cutting edges of the tool of the machine tool must be further processed in the computers of the individual axis drives. The final results of the tool measurement then also contain the dimensions of the cutting edges, but their accuracy is lower, since the deviations occurring during the measurement between the measuring section and the axes of the machine tool, e.g. B. remain unconsidered by thermal influences.
Claims (10)
- a) Die aus den Meßwerten ermittelten Größtwerte einer Meßreihe werden mit entsprechenden Daten eines neuwertigen Werkzeugs (3) verglichen und zu einem Werkzeug-Kennwert verrechnet;
- b) der Werkzeug-Kennwert wird mit Daten aus dem Drehzahlgeber der Werkzeugmaschine und den von Glasmaßstäben abgelesenen Weginformationen der Achsen der Werkzeugmaschine zu Abmessungen des Werkzeugs (3) und insbesondere zu dessen Schneidkanten (5) umgerechnet und abgespeichert;
- c) die aus allen Meßreihen ermittelten Abmessungen werden zur Gesamtkontur des Werkzeugs (3) zusammengefaßt und in einer Ergebnisdatei gespeichert; und
- d) in Verbindung mit den jeweiligen Positionen der Spindelachse (8) wird deren absolute Lageabweichung gegenüber der Anfangsposition bei Stillstand sowie der vom Werkzeug (3) infolge Einspann- oder Schlagfehler beschriebene Flugkreis bestimmt und abgespeichert.
- a) The maximum values of a series of measurements determined from the measured values are compared with corresponding data of a new tool ( 3 ) and are calculated to a tool characteristic value;
- b) the tool characteristic value is converted and stored with data from the speed sensor of the machine tool and the path information of the axes of the machine tool read from glass scales for dimensions of the tool ( 3 ) and in particular for its cutting edges ( 5 );
- c) the dimensions determined from all series of measurements are combined to form the overall contour of the tool ( 3 ) and stored in a result file; and
- d) in connection with the respective positions of the spindle axis ( 8 ), their absolute positional deviation compared to the starting position at standstill and the flight circle described by the tool ( 3 ) as a result of clamping or impact errors are determined and stored.
- a) Die aus den Meßwerten ermittelten Größtwerte einer Meßreihe werden mit den vorhandenen Daten eines neuwertigen Werkzeugs (3) aus dem Werkzeug-Speicher verglichen;
- b) die bei den einzelnen Meßwerten erreichten X- und Y-Koordinaten der Spindelachse (8) werden mit zuvor errechneten Sollwerten verglichen; und
- c) aus den ermittelten Daten werden die Abmessungen des Werkzeugs (3) insbesondere die der Schneidkanten (5) in Form von Vergleichswerten ermittelt und in einer Ergebnisdatei gespeichert.
- a) The maximum values of a series of measurements determined from the measured values are compared with the existing data of a new tool ( 3 ) from the tool memory;
- b) the X and Y coordinates of the spindle axis ( 8 ) achieved with the individual measured values are compared with previously calculated target values; and
- c) from the data determined, the dimensions of the tool ( 3 ), in particular those of the cutting edges ( 5 ), are determined in the form of comparison values and stored in a result file.
- a) Einen Filter zur ausschließlichen Weitergabe der als Größtwerte ermittelten Meßwerte;
- b) einen Verrechnungsmodul zur Bestimmung des Werkzeug-Kennwertes aus den gefilterten Größtwerten und aus dem Werkzeug-Magazin der Werkzeugmaschine entnommenen Daten;
- c) eine Datei für die aus den Werkzeug-Kennwerten und den Daten des Drehzahlgebers sowie der Glasmaßstäbe errechneten Abmessungen des Werkzeugs (3) und
- d) eine Ergebnisdatei für die aus mehreren Meßreihen gebildete Gesamtkontur des Werkzeugs (3) und der Lageabweichungen desselben.
- a) A filter for the exclusive forwarding of the measured values determined as maximum values;
- b) a calculation module for determining the tool characteristic value from the filtered maximum values and data taken from the tool magazine of the machine tool;
- c) a file for the dimensions of the tool ( 3 ) and calculated from the tool parameters and the data of the speed sensor and the glass scales
- d) a result file for the overall contour of the tool ( 3 ) and the positional deviations of the same, formed from several series of measurements.
- a) Einen Filter zur ausschließlichen Weitergabe der als Größtwerte ermittelten Meßwerte;
- b) die Meßsysteme der X-,Y- und Z-Achsen der Werkzeugmaschine zur Erfassung der Meßwerte;
- c) die Steuerung der Werkzeugmaschine zur Verrechnung der Meßergebnisse und zur Ermittlung der Abmessungen des Werkzeugs (3) und
- d) eine Ergebnisdatei für die ermittelten Abmessungen des Werkzeugs (3).
- a) A filter for the exclusive forwarding of the measured values determined as maximum values;
- b) the measuring systems of the X, Y and Z axes of the machine tool for recording the measured values;
- c) the control of the machine tool to calculate the measurement results and to determine the dimensions of the tool ( 3 ) and
- d) a result file for the determined dimensions of the tool ( 3 ).
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