DE19617887A1 - Werkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken ist es in der Regel erforderlich, daß die Bearbeitungsgenauigkeit bestimmten Anforderungen entspricht. So muß beispielsweise eine Bohrung kreisförmigen Querschnitt haben und darf keinen unrunden Querschnitt aufweisen. Um die Bearbeitungsqua­ lität zu überprüfen, werden die Werkstücke nach der Be­ arbeitung entweder manuell oder in Prüfstationen auf die geforderte Bearbeitungsqualität hin überprüft. Stellt sich ein Bearbeitungsfehler heraus, muß das Werkstück entweder erneut bearbeitet werden, oder es ist Ausschuß. Eine Nachbearbeitung des Werkstückes erfordert zusätzli­ che Bearbeitungszeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungs­ gemäße Werkzeug so auszubilden, das die geforderten Be­ arbeitungsqualitäten einfach und dennoch zuverlässig eingehalten werden können.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Werkzeug erfin­ dungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspru­ ches 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Werkzeug stellt ein intelligentes Werkzeug dar, da bereits während oder unmittelbar nach der Bearbeitung mit dem Sensor überprüft werden kann, ob das Arbeitsergebnis den geforderten Anforderungen ent­ spricht. Der Sensor überwacht zumindest einen Teil des Bearbeitungsbereiches des Werkzeuges am Werkstück, so daß während der Bearbeitung oder unmittelbar nach der Bearbeitung eine Kontrolle hinsichtlich des Arbeitser­ gebnisses möglich ist. Treten Fehler bei der Bearbeitung des Werkstückes auf, kann die Auswerteeinheit, an welche die Signale zur Auswertung übersandt werden, entspre­ chend reagieren, beispielsweise ein Signal abgeben, so daß bereits während oder unmittelbar nach der Bearbei­ tung des Werkstückes Korrekturmaßnahmen ergriffen werden können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den wei­ teren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 in schematischer Darstellung und teilweise im Schnitt eine erste Ausführungsform eines erfin­ dungsgemäßen Werkzeuges,

Fig. 2 bis 5 in Darstellungen entsprechend Fig. 1 weitere Aus führungsformen von erfindungsgemäßen Werk­ zeugen,

Fig. 5a in einer Darstellung entsprechend Fig. 1 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Werkzeuges,

Fig. 6 in schematischer Darstellung die Signalverar­ beitung beim erfindungsgemäßen Werkzeug,

Fig. 7 eine elektronische Schaltung für den Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeuges.

Bei den im folgenden beschriebenen Werkzeugen wird das Bearbeitungsergebnis ständig gemessen und aufgrund der Messung das Werkzeug und/oder das zu bearbeitende Werk­ stück on line bis zum Sollergebnis nachgeführt. Zwischen den Bearbeitungs- und Meßzyklen am Werkstück ist kein Verfahren des Werkzeuges und/oder des Werkstückes und ein Wechseln notwendig. Vielmehr wird das Arbeitsergeb­ nis, beispielsweise die Rundheit einer Bohrung, unmit­ telbar während der Bearbeitung gemessen und ausgewertet, so daß Bearbeitungsfehler sofort erkannt und korrigiert werden können. Das fertig bearbeitete Werkstück bedarf darum keiner weiteren Überprüfung mehr. Da eine eventu­ elle Korrektur während der Bearbeitung durchgeführt wer­ den kann, ergeben sich äußerst kurze Bearbeitungszeiten und insbesondere hohe Ergebnisqualitäten. Darüberhinaus wird auch eine sehr hohe Werkzeuglebensdauer erreicht, da infolge der online-Messung und -auswertung während der Bearbeitung das entsprechende Werkzeug optimal lange zur Bearbeitung verwendet werden kann.

Es ist auch möglich, mit dem Werkzeug die Bearbeitung am Werkstück durchzuführen und unmittelbar anschließend das Bearbeitungsergebnis zu messen und auszuwerten. Ent­ spricht das Bearbeitungsergebnis nicht den gewünschten Anforderungen, wird unmittelbar anschließend das Werk­ zeug und/oder das Werkstück im erforderlichen Maße kor­ rigiert und eine Nachbearbeitung durchgeführt. Während bei der zuvor beschriebenen Ausführung die Messung, die Auswertung und die eventuelle Korrektur während der Be­ arbeitung erfolgen, wird im anderen Fall das Werkstück zunächst bearbeitet, anschließend die Messung und die Auswertung durchgeführt und dann gegebenenfalls eine Nachbearbeitung vorgenommen. Im folgenden wird die Mes­ sung während der Bearbeitung des Werkstückes näher be­ schrieben. Die Messung und Auswertung nach der Bearbei­ tung wird in entsprechender Weise zeitlich versetzt zur Bearbeitung durchgeführt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist als Werkzeug 1 ein Zirkularfräser vorgesehen. Er hat einen Fräserteil 2, der in bekannter Weise ausgebildet ist. Der Fräser­ teil 2 ist am freien Ende eines Halses 3 vorgesehen, dessen Durchmesser kleiner ist als der Arbeitsdurchines­ ser des Fräserteiles 2. Mit Abstand vom Fräserteil 2 geht der Hals 3 über einen Konusteil 4 in einen Ein­ spannschaft 5 über. Mit ihm ist das Werkzeug 1 in einer Werkzeugaufnahme 6 in bekannter Weise gehalten. Die Werkzeugaufnahme 6 ist in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angedeutet und hat eine Greifernut 7, in die ein Greifer eines Handhabungsgerätes, wie beispielsweise ei­ nes Werkzeugwechslers, in bekannter Weise eingreifen kann. Die Werkzeugaufnahme 6 wird in eine Spindeleinheit einer Bearbeitungsmaschine eingesetzt und in bekannter Weise drehbar angetrieben.

Der Konusteil 4 des Werkzeuges 1 verjüngt sich in Rich­ tung auf den Hals 3. Wie Fig. 1 zeigt, liegt der Konus­ teil 4 mit axialem Abstand sowohl zur Werkzeugaufnahme 6 als auch zu einem Werkstück 8, das mit dem Werkzeug 1 bearbeitet wird.

Am Konusteil 4 ist wenigstens ein Fotosensor 9 vorgese­ hen, der vorzugsweise ein Fotosensor-Array ist. Mit ihm kann der Bearbeitungsbereich des Werkzeuges 1 in noch zu beschreibender Weise überwacht werden. Da das Werkzeug 1 beim Zirkularfräsen mit hoher Drehzahl angetrieben wird, reicht grundsätzlich ein Fotosensor 9 aus. Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit kann es vorteilhaft sein, wenigstens zwei Fotosensoren 9 am Konusteil 4 des Werkzeuges 1 vor­ zusehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Fotosensoren 9, 9′ vorgesehen, die jedoch unterschiedli­ che Bereiche am Werkstück 8 während dessen Bearbeitung überwachen. Jeder Fotosensor 9, 9′ ist über Leitungen 10 mit einem elektronischen Verarbeitungsmodul 11 verbun­ den, das in einer axialen Aufnahme 12 des Einspannschaf­ tes 5 untergebracht ist. Das Verarbeitungsmodul 11 ist über Leitungen 13 an eine Energieversorgung 14 ange­ schlossen, die ebenfalls im Einspannschaft 5 angeordnet ist und beispielsweise ein Akku oder eine Batterie sein kann. Auch eine externe Energieversorgung ist selbstver­ ständlich möglich.

Durch die Aufnahme 12 kann Kühlmittel während der Bear­ beitung des Werkstückes 8 in bekannter Weise hindurchge­ führt werden. Das Verarbeitungsmodul 11, die Leitungen 13 und die Energieversorgung 14 sind aus diesem Grunde in eine Kapselung eingebettet.

Die Fotosensoren 9, 9′ sind am Konusteil 4 so angeord­ net, daß sie bearbeitete Flächen 15 und 16 des Werkstückes 8 sowie dessen Oberseite im Bearbeitungsbereich er­ fassen können. Die Fläche 15 ist im dargestellten Aus­ führungsbeispiel der Boden einer Sacklochbohrung 17, während die Fläche 16 die Seitenwand der Sacklochbohrung 17 bildet. Der Fräserteil 2 hat dementsprechend (nicht dargestellte) Stirnschneiden zur Bearbeitung des Bodens 15 und Umfangs schneiden zur Bearbeitung der Seitenwand der Sacklochbohrung 17. Die Fotosensoren 9, 9′ erfassen die bearbeiteten Flächen 15, 16 und die Werkstückober­ seite den Bohrungsrand, was in Fig. 1 durch entsprechen­ de Pfeile 18, 19 angedeutet ist. Die empfangenen Signale 18, 19 werden über die Leitungen 10 dem Verarbeitungsmo­ dul 11 zugeführt. Es ist über Leitungen 20 mit einem auf dem Einspannschaft 5 sitzenden Übertragungsring 21 ver­ bunden, der mit geringem Abstand von einem weiteren Übertragungsring 22 umgeben ist. Die beiden Ringe 21, 22 bilden Kontakte bzw. Sender/Empfänger für eine elektro­ nische Signalübertragung. Die von den Fotosensoren 9, 9′ kommenden Signale werden über diese Schnittstelle nach außen zu einem (nicht dargestellten) Rechner übertragen, was in Fig. 1 durch Pfeile 23 angedeutet ist.

Bei der Bearbeitung des Werkstückes 8 dreht das Werkzeug 1 um seine Achse und wird außerdem um die Achse der Sacklochbohrung 17 umlaufend bewegt. Während der Bear­ beitung werden mit den Fotosensoren 9, 9′ der Boden 15 sowie die Seitenwand 16 der Sacklochbohrung und die Werkstückoberseite im Bearbeitungsbereich bereits wäh­ rend des Fräsvorganges erfaßt. Die Fotosensoren 9, 9′ übertragen entsprechende Signale an den Rechner. Er be­ wertet die Signale on line und vergleicht die Ist-Signa­ le mit im Rechner gespeicherten Soll-Signalen. Wird bei­ spielsweise die Sacklochbohrung 17 nicht exakt rund ge­ bohrt, wird dies augenblicklich bei der Auswertung im Rechner festgestellt. Er gibt dann ein entsprechendes Regelsignal an die Bearbeitungseinheit, die entsprechend so korrigiert, daß die Sacklochbohrung 17 exakt rund ge­ bahrt wird. Auf gleiche Weise können auch andere Krite­ rien bei der Herstellung der Sacklochbohrung 17 über­ wacht und korrigiert werden, so z. B. auch die Zylindri­ zität der Seitenwand 16. Sollte die Seitenwand 16 bei­ spielsweise eine unerwünschte konische Ausbildung haben, kann der Rechner anhand der von den Fotosensoren 9 über­ tragenen Signale diesen Fehler feststellen und entspre­ chende Regel- bzw. Korrektursignale an die Bearbeitungs­ einheit senden.

Aufgrund dieses sehenden Werkzeuges ist es möglich, be­ reits während der Bearbeitung Fehler festzustellen und augenblicklich zu korrigieren. Dadurch ist die Gewähr dafür gegeben, daß das bearbeitete Werkstück 8 die er­ forderliche Bearbeitungsqualität hat, so daß eine nach­ folgende Prüfung bzw. Qualitätskontrolle von Hand oder in einer gesonderten Prüfstation und/oder mit einem ge­ sonderten Werkzeug entfallen kann.

Die Fotosensoren 9, 9′ können Zeilen- oder Flächen-Foto­ sensor-Arrays sein. Die Signalübertragung über die Über­ tragungsringe 21, 22 erfolgt kontaktlos, so daß Störun­ gen während der Werkstückbearbeitung nicht zu befürchten sind, zumal die Übertragungsringe 21, 22 in einem aus­ reichenden Abstand vom Bearbeitungsbereich des Werkzeu­ ges 1 vorgesehen sind. Der Übertragungsring 22 ist orts­ fest, während der innere Übertragungsring 21 drehfest mit dem Werkzeug verbunden ist.

Zur Unterstützung der direkten Vermessung der Bohrungs­ geometrie mittels der optischen Sensoren 9, 9′ können Dehnmeßstreifen 57 mit entsprechender Verschaltung am Werkzeug 1 an geeigneten Stellen angebracht werden. Die Signalverstärkung und -auswertung sowie die Energiever­ sorgung kann sich ebenfalls auf dem rotierenden Werkzeug 1 befinden. Mittels der Dehnmeßstreifen 57 können Rück­ schlüsse auf die Verformung des Werkzeuges 1 und damit auf die Geometrie der erzeugten Bohrung gemacht werden.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist nur ein Foto­ sensor 9 nahe der Stirnseite des Fräserteiles 2 des Werkzeuges 1 angeordnet. Der Fräserteil 2 hat Umfangs­ schneiden 24 und Stirnschneiden 25, mit denen die Sei­ tenwand 16 und der Boden 15 der Sacklochbohrung 17 her­ gestellt werden.

Der Fotosensor 9 ist an einer Schrägfläche 26 am freien Ende des Fräserteiles 2 befestigt. Die Leitungen 10 ver­ laufen axial durch den Fräserteil 2 bis zum Verarbei­ tungsmodul 11, das wie beim vorigen Ausführungsbeispiel in der Aufnahme 12 des Einspannschaftes 5 untergebracht ist.

Da der Fotosensor 9 schräg zur Achse des Fräserteiles 2 angeordnet ist, kann mit ihm gleichzeitig der Boden 15 und die Seitenwand 16 der Sacklochbohrung 17 erfaßt wer­ den. Das Ausführungsbeispiel entspricht im übrigen der Ausführungsform nach Fig. 1. Die vom Fotosensor 9 kom­ menden Signale werden kontaktlos über die Übertragungs­ ringe 21, 22 an den Rechner übertragen, der die Signale in der beschriebenen Weise auswertet und gegebenenfalls eine Korrekturbewegung des Werkzeuges 1 veranlaßt.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem mit zwei Fotosensoren 9, 9′ unterschiedliche Bereiche des zu be­ arbeitenden Werkstückes 8 während der Bearbeitung erfaßt werden. Das Werkzeug 1 ist ähnlich ausgebildet wie das Werkzeug gemäß Fig. 2. Lediglich am Übergang vom Hals 3 in den Einspannschaft 5 ist kein Konusteil vorgesehen. Statt dessen ist eine Ringschulter 27 vorhanden, die in einer Radialebene der Werkzeuges 1 liegt und rechtwink­ lig zur gemeinsamen Achse von Hals und Einspannschaft 5 verläuft. Auf der Ringschulterfläche 27 sind die beiden Fotosensoren 9, 9′ angeordnet. Der Fräserteil 2 des Werkzeuges 1 hat am freien Ende die Schrägfläche 26, auf der ebenfalls ein Fotosensor 9 angeordnet ist. Außerdem ist wenigstens ein weiterer Sensor 9 im Bereich zwischen dem freien Ende des Fräserteiles 2 und der Ringschulter 27 vorgesehen. Er ist in Höhe des dem Hals 3 zugewandten Endes der Schneiden 28 des Fräserteiles 2 in dessen Man­ telfläche vorgesehen.

Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 kann mit dem Fotosensor 9 am freien Ende des Fräserteiles 2 der Boden 15 sowie zumindest der untere Teil der Seitenwand 16 der Sacklochbohrung 17 überwacht werden. Mit dem mittleren Sensor 9 kann im Ausführungsbeispiel die Bohrungskante 29 der Sacklochbohrung 17 erfaßt werden. Mit den an der Ringschulter 27 vorgesehenen Fotosensoren 9, 9′ kann ebenfalls der Bohrungsrand 29 sowie die Seitenwand 16 der Sacklochbohrung sowie die Oberseite 30 des Werkstüc­ kes 8 im Bereich der Sacklochbohrung 17 erfaßt werden. Mit diesem Werkzeug ist somit während der Bearbeitung eine vollständige Überwachung sämtlicher kritischer Stellen beim Herstellen der Sacklochbohrung 17 möglich. Die Fotosensoren sind an das Verarbeitungsmodul 11 ange­ schlossen, das entsprechend den vorigen Ausführungsfor­ men in der zentralen Aufnahme 12 des Einspannschaftes 5 untergebracht ist. Die Übertragung der von den Fotosen­ soren 9, 9′ kommenden Signale an den Rechner erfolgt wiederum berührungslos über die Übertragungsringe 21, 22. Das Verarbeitungsmodul 11 ist so ausgebildet, daß die von den verschiedenen Fotosensoren 9, 9′ kommenden Signale auch den entsprechenden Sensoren zugeordnet wer­ den können. Im Rechner werden diese Signale ausgewertet, so daß schon während der Bearbeitung des Werkstückes 8 eventuelle Fehler beim Fräsen der Sacklochbohrung 17 festgestellt werden können. Je nachdem, wo der Bearbei­ tungsfehler auftritt, wird, gesteuert vom Rechner, das Bearbeitungswerkzeug entsprechend korrigiert.

Fig. 4 zeigt ein Werkzeug 1 mit einem Fräserteil 2, ei­ nen daran anschließenden, im Durchmesser kleineren Hals 3 und einem Einspannschaft 5. Mit ihm ist das Werkzeug 1 in der Werkzeugaufnahme 6 in bekannter Weise einge­ spannt. Im Gegensatz zu den vorigen Ausführungsbeispie­ len sitzen die Energieversorgung 14, die Leitungen 13 und das Verarbeitungsmodul 11 in der Werkzeugaufnahme 6. Der Einspannschaft 5 sitzt in einer Hülse 31, mit dem das Werkzeug 1 in die Werkzeugaufnahme 6 eingesetzt wird. Die Hülse 31 ist an ihrem dem Fräserteil 2 zuge­ wandten Ende mit einem radial nach außen ragenden Flansch 32 versehen, der in der gezeichneten Einbaulage an der Stirnseite der Werkzeugaufnahme 6 anliegt. An der dem Fräserteil zugewandten Stirnseite 33 des Flansches 32 ist mindestens ein Fotosensor 9 befestigt. Wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen können auch zwei oder mehr Fotosensoren 9 über den Umfang des Flansches 32 vorgesehen sein. Die Stirnseite 33 des Flansches 32 liegt in einer Radialebene der Hülse 31 mit Abstand vom Fräserteil 2. An der Stirnseite 33 des Flansches 32 ist außerdem mindestens eine Schneidplatte 34, vorzugsweise eine Wendeschneidplatte, befestigt, mit der gesenkt wer­ den kann.

Der Fotosensor 9 ist über eine Leitung 35 mit einer Da­ tenschnittstelle 36 verbunden, die ihrerseits über die Leitung 10 mit dem Verarbeitungsmodul 11 verbunden ist. Die Leitung 35 ist im Flansch 32 der Hülse 31 vorgese­ hen, während die Leitung 10 durch die Werkzeugaufnahme 6 verläuft. Das Verarbeitungsmodul 11, die Leitungen 13 und die Energieversorgung 14 sind in einem zentralen axialen Hohlraum 37 der Werkzeugaufnahme 6 unterge­ bracht, die wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen als Aufnahmedorn ausgebildet ist. Das Verarbeitungsmodul 11 ist mit einem Signalübertrager 38 versehen, der vor­ teilhaft in der Greifernut 7 der Werkzeugaufnahme 6 an­ geordnet ist. Über den Signalübertrager 38 werden die vom Fotosensor 9 kommenden und im Verarbeitungsmodul 11 umgesetzten Signale an den (nicht dargestellten) Rechner weitergeleitet.

Im Hohlraum 37 der Werkzeugaufnahme 6 sind das Verarbei­ tungsmodul 11, die Leitungen 13 und die Energieversor­ gung 14 zwischen zwei Schraubelementen 39 und 40 ange­ ordnet. Das Schraubelement 40 ragt mit Spiel in die Hül­ se 31 und ist wie das Schraubelement 39 in eine Gewinde­ bohrung 41 der Werkzeugaufnahme 6 geschraubt. Das Schraubelement 40 dient als einstellbarer Axialanschlag für das Werkzeug 1.

Da der Fotosensor 9 senkrecht zur Achse des Werkzeuges 1 angeordnet ist, kann er während des Fräsens der Sack­ lochbohrung 17 im Werkstück 8 sowohl die zylindrische Seitenwand 16 als auch den Boden 15 der Sacklochbohrung 17 sowie auch die Bohrungskante 29 während des Fräsvor­ ganges erfassen. Somit ist auch bei diesem Werkzeug eine Online-Überwachung und -Korrektur möglich. Vom Rechner wird das Bearbeitungsergebnis ständig gemessen und aus­ gewertet. Stimmt das Bearbeitungsergebnis mit dem ge­ wünschten Soll-Ergebnis nicht überein, wird - wie bei den vorigen Ausführungsbeispielen - das Werkzeug 1 on line nachgeführt, so daß bereits während der Bearbeitung die notwendige Korrektur vorgenommen wird.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 wird wiederum ein Werkzeug 1 eingesetzt, das gleich ausgebildet ist wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Als Fotosensor 9 wird eine Endoskopoptik verwendet, die zentrisch und axial durch die Aufnahme 12 des Werkzeuges 1 geführt ist. Die Endoskopoptik 9 erstreckt sich durch die Werk­ zeugaufnahme 6 bis zu einem Kamerakopf 42, der festste­ hend, aber auch mitbewegt sein kann. Innerhalb der Werk­ zeugaufnahme 6 befindet sich eine Beleuchtungseinheit 43 mit Markenprojektor, mit der in bekannter Weise das für die Endoskopoptik 9 erforderliche Licht erzeugt wird.

Die Endoskopoptik 9 hat ein dünnes Rohr 44, das durch die zentrale Aufnahme des Werkzeuges 1 verläuft und das mit einem Linsensystem oder einer Glasfaseroptik verse­ hen ist. Das Werkzeug 1 weist mindestens eine Ausblick­ öffnung 45 auf, durch welche die Endoskopoptik den Bear­ beitungsbereich des Werkzeuges einsehen kann. Wie in Fig. 5 durch Pfeile angedeutet ist, kann die Ausblick­ öffnung 45 an unterschiedlichen Stellen des Werkzeuges vorgesehen sein. Die Lage der Ausblicköffnung 45 richtet sich danach, welche Bearbeitung am Werkstück 8 durchge­ führt und/oder welcher Werkstückbereich während der Be­ arbeitung überwacht werden soll. Selbstverständlich ist es auch möglich, zwei oder mehr Ausblicköffnungen 45 an unterschiedlichen Stellen des Werkzeuges 1 vorzusehen. Die Endoskopoptik 9 wird so angeordnet, daß die Beobach­ tung des Bearbeitungsergebnisses durch das jeweilige Ausblickfenster 45 möglich ist. Hat das Werkzeug 1 zwei oder mehr Ausblicköffnungen 45 an unterschiedlichen Stellen, ist es vorteilhaft, wenn das Rohr 44 der Endos­ kopoptik 9 verschiebbar in der Aufnahme 12 des Werkzeu­ ges 1 untergebracht ist.

Die Beleuchtungseinheit 43 kann auch außerhalb der Auf­ nahme 6, beispielsweise im freien Arbeitsraum, angeord­ net sein. Wesentlich ist, daß das am freien Ende des Rohres 44 vorgesehene Beobachtungsteil 46 in Höhe der jeweiligen Ausblicköffnung 45 liegt.

Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die elektronische Signalübertragung über die beiden Übertra­ gungsringe 21, 22.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das Beobachtungsteil 46 nahe dem freien Ende des Fräsertei­ les 2 des Werkzeuges 1 vorgesehen. Durch das entspre­ chende Ausblickfenster 45 kann somit der untere Bereich der Sacklochbohrung 17 während der Bearbeitung beobach­ tet und erfaßt werden. Die Achse der unteren Ausblick­ öffnung 45 ist radial zur Achse des Werkzeuges 1 vorge­ sehen, so daß die Seitenwand 16 der Sacklochbohrung 17 erfaßt wird. Die Achse der Ausblicköffnung 45 kann selbstverständlich auch schräg nach unten gerichtet sein, so daß gleichzeitig auch der Boden 15 der Sack­ lochbohrung während der Bearbeitung erfaßt werden kann.

Die vom Beabachtungsteil 46 erfaßten Bereiche des Werk­ stückes 8 werden in bekannter Weise zum Kamerakopf 42 in Form von Lichtsignalen übertragen. Der Kamerakopf 42 kann in bei Endoskopoptiken bekannter Weise ausgebildet sein oder beispielsweise ein Fotosensor-Array 9a ent­ sprechend den vorigen Ausführungsbeispielen enthalten. Vom Kamerakopf 42 aus werden die Signale entsprechend den vorigen Ausführungsbeispielen ausgewertet.

Je nach Lage der Ausblicköffnung 45 im Fräserteil 2 las­ sen sich auch andere Arbeitsbereiche des Werkzeuges und damit andere Bearbeitungsstellen am Werkstück 8 beobach­ ten.

Grundsätzlich ist es auch möglich, beispielsweise durch zwei, an unterschiedlichen Stellen des Werkzeuges 1 vor­ gesehene Ausblicköffnungen gleichzeitig unterschiedliche Bearbeitungsbereiche am Werkstück 8 mit der Endoskopop­ tik 9 zu beobachten. Um die entsprechenden Informationen optisch zuordnen zu können, kann beispielsweise das Licht polarisiert werden. In diesem Falle können durch unterschiedliche Polarisation die Signale der jeweiligen Ausblicköffnung 45 zugeordnet werden. Eine weitere Mög­ lichkeit der Zuordnung wäre die Verwendung von Farblicht mit einem zugehörigen selektiven Strahlteiler. Durch die Farbunterscheidung können die übersandten Signale eben­ falls der jeweiligen Ausblicköffnung 45 zugeordnet wer­ den.

Die Auslenkung des Werkzeugs während der Bearbeitung kann nach dem in Fig. 5a gezeigten Prinzip erfolgen. Dort ist die Optik der endoskopartigen Beobachtungsein­ richtung 9 starr mit der Werkzeugaufnahme 6 verbunden und wird durch das Werkzeug 1 mit ausreichendem Abstand berührungsfrei hindurchgeführt. Die Blickrichtung der Optik zeigt auf eine Strichplatte 58, die in einer Boh­ rung des Werkzeugs 1 angebracht ist. Sobald mit dem Werkzeug 1 zerspant wird, treten Schnittkräfte auf, die hauptsächlich den Schneidenbereich des Werkzeugs 1 ver­ formen. Dadurch kommt es zu einer Relativbewegung zwi­ schen Werkzeug 1 und Endoskopoptik 9, die über die Be­ obachtung der Bewegung der Strichplatte 58 sichtbar ge­ macht werden kann. Die Erfassung der Bildsignale ge­ schieht wiederum über ein Fotoarray 9a am Ende der En­ doskopoptik 9. Die weitere Auswertung der Signale er­ folgt in der Weise, wie es aufgrund von Fig. 5 beschrie­ ben und anhand der Fig. 6 und 7 noch näher erläutert werden wird. Um Schwingungen der Endoskopoptik 9 während der Bearbeitung zu vermeiden, ist diese vorteilhaft so kurz wie möglich auszuführen. Gegebenenfalls kann die Endoskopoptik 9 im Schaftteil 5 des Werkzeugs 1 zusätz­ lich abgestützt werden, weil dort kaum Verformungen auf­ treten. Im übrigen ist diese Ausführungsform gleich aus­ gebildet wie das Werkzeug gemäß Fig. 5.

Die anhand der Fig. 1 bis 5, 5a beschriebenen Werkzeuge sind nur beispielhaft Fräswerkzeuge. Es können selbst­ verständlich auch andere Werkzeuge, z. B. Ausdrehwerkzeu­ ge, Drehmeißel, Schleifwerkzeuge und dergleichen, als sehende Werkzeuge ausgebildet werden, bei denen eine On­ line-Vermessung sowie eine Online-Korrektur durchgeführt werden kann.

Anhand von Fig. 6 soll die Regelung des Werkzeuges bzw. der Werkzeugeinheit näher erläutert werden. Beispielhaft wird davon ausgegangen, daß das Werkzeug 1 zwei Fotosen­ soren 9 hat, die jeweils als Fotosensor-Arrays ausgebil­ det sind. Mit ihnen findet eine erste Signalverarbeitung statt. Die Signale werden über die Leitungen 10 dem Ver­ arbeitungsmodul 11 zugeführt. Es ist ein Signalprozes­ sor, der eine Signalverarbeitungsstufe enthält, in wel­ cher die Signale zusammengefaßt, ausgewertet und kompri­ miert werden. Über die Kontakte 21, 22 (Übertragungsrin­ ge) bzw. 38 werden die im Verarbeitungsmodul 11 verar­ beiteten Daten einem Regler 47 zugeführt, der Bestand­ teil des Rechners ist. Der Regler 47 ist an einen Mikro­ prozessor 48 des Rechners angeschlossen. Die Energiever­ sorgung 14, die in Fig. 6 schematisch gezeichnet ist, ist ebenfalls an den Mikroprozessor 48 angeschlossen.

Dem Regler 47 werden nicht nur die von den Fotosensoren 9 gemessenen Signale als Ist-Werte zugeführt, sondern vom Mikroprozessor 48 auch die Sollwert-Signale. Im Reg­ ler 47 findet der Soll-Ist-Wert-Vergleich statt. Treten Abweichungen auf, werden Aktoren 49 der Bearbeitungsein­ heit bzw. -maschine mit entsprechenden Regelsignalen 50 beaufschlagt. Mit den Aktoren können Stellmotoren, Vor­ schubantriebe und dergleichen an Bearbeitungsmaschinen geregelt werden, mit denen die Werkzeuge entsprechend korrigiert werden. Die Steuerung der Aktoren erfolgt vorteilhaft ebenfalls durch den Mikroprozessor 48.

Der Bereich von den Sensoren 9 bis zur Energieversorgung 14 bzw. den Kontakten 21, 22, 38 ist dem Werkzeug zuzu­ rechnen, während der übrige Bereich der dargestellten Regelung der Bearbeitungseinheit zuzurechnen ist. Auf­ grund der beschriebenen Echtzeitregelung, die teilweise in das Werkzeug 1 integriert ist, kann während der Bear­ beitung das Bearbeitungsergebnis gemessen und ausgewer­ tet und anhand des Auswertungsergebnisses on line korri­ giert werden.

Fig. 7 zeigt ein Beispiel für die zugehörige Elektronik. Als Fotosensoren 9, 9′ sind Fotodiodenzeilen vorgesehen, die über jeweils einen Verstärker 51 an einen Multiple­ xer 52 angeschlossen sind. Er ist über einen Analog-Di­ gital-Wandler 53 mit dem Verarbeitungsmodul 11 verbun­ den. Es hat einen digitalen Signalprozessor 54, an den der Analog-Digital-Wandler 53 angeschlossen ist. Im Sig­ nalprozessor 54 werden die Digitalsignale verstärkt und extrahiert. Die so aufbereiteten Signale werden in einem Datenspeicher 55 des Verarbeitungsmoduls 11 abgelegt. Diese Daten bilden die Ist-Daten, welche das jeweilige Arbeitsergebnis am Werkstück kennzeichnen. Der Signal­ prozessor 54 und der Datenspeicher 55 sind an den Mikro­ prozessor 48 angeschlossen. Es liefert Soll-Daten an den digitalen Regler 47, in dem diese Soll-Daten mit den Ist-Daten verglichen werden.

Je nach Ergebnis dieses Vergleiches werden Regelsignale 50 den jeweiligen Aktoren 49 zugeführt, der an den Mi­ kroprozessor 48 angeschlossen ist. Die Regelsignale wer­ den über einen (nicht dargestellten) Digital-Analog-Wandler in Steuersignale für einen Stellmotor, einen Vorschubantrieb und dergleichen einer Bearbeitungsma­ schine umgesetzt.

Die im Datenspeicher 55 abgelegten Ist-Daten können über eine Leitung 56 abgerufen werden, so daß das jeweilige Bearbeitungsergebnis beispielsweise in Form von Meßdaten ausgedruckt oder in einer Anzeige dargestellt werden kann. Somit ist auch eine Protokollierung der Bearbei­ tung am jeweiligen Werkstück möglich.

Der Regler 47 generiert in Echtzeit die Steuersignale für die jeweilige Bearbeitungseinheit, um das Werkzeug und/oder das Werkstück entsprechend zu bewegen, um auf­ getretene Abweichungen von einem Soll-Ergebnis zu korri­ gieren. Die erforderlichen elektronischen Teile bestehen aus höchstintegrierten elektronischen Mikrochips, die auch in kleinen Werkzeugen untergebracht werden können.

Die Fotosensoren sind vorzugsweise integrierte, miniatu­ risierte Fotosensor-Arrays, die als Zeilen- oder Fläche­ narrays ausgebildet sind. Die Sensorsignalvielfalt wird verdichtet und in robuste Digitalsignale mittels des Analog-Digital-Wandlers 53 gewandelt. Um die Datenrate klein und damit die Auswertezeiten gering zu halten, werden die Daten im Verarbeitungsmodul 11 komprimiert. Der Regler 47 bewertet das Bearbeitungsergebnis on line und erzeugt ebenfalls on line die entsprechenden Regel­ signale 50.

Da die Fotosensoren die Bearbeitung des Werkstückes 8 durch das Werkzeug 1 ständig überwachen, findet ein ständiger Vergleich zwischen den Ist-Daten und den Soll-Daten statt. Im Datenspeicher 55 verbleiben die Ist-Da­ ten vorteilhaft nur so lange, wie sie zum Soll-Ist-Wert-Vergleich durch den Regler 47 benötigt werden. Dann kann der Speicherbedarf klein gehalten werden. Bei entspre­ chender Größe des Datenspeichers 55 ist es selbstver­ ständlich möglich, sämtliche während eines Bearbeitungs­ vorganges anfallende Daten zu speichern. Hierbei wirkt sich vorteilhaft aus, daß die Ist-Daten komprimiert wer­ den. Insbesondere stehen dann die Meßdaten auch nach Be­ endigung des Bearbeitungsprozesses zur Verfügung, so daß sie über die Leitung 56 anschließend aus dem Datenspei­ cher 55 gelesen und beispielsweise ausgedruckt werden können.

Claims (30)

1. Werkzeug zur Bearbeitung von Werkstücken, mit einem Arbeitsteil und einem Einspannschaft, der in einer Werkzeugaufnahme aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein gegen den Bearbeitungsbereich am Werkstück (8) gerichte­ ter Sensor (9, 9′) vorgesehen ist, der zumindest einen Teil des Bearbeitungsbereiches des Werkzeuges (1) erfaßt und entsprechende Signale an wenigstens eine Auswerteeinheit überträgt.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) an der Außenseite des Werkzeuges (1) vorgesehen ist.

3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) am Arbeitsteil (2) des Werkzeuges (1) vorgesehen ist.

4. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) an einem Hals (3) des Werkzeuges (1) vorgesehen ist.

5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) im Werkzeug (1) vorgesehen ist.

6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) an der Außenseite der Werkzeugaufnahme (6, 31) vorge­ sehen ist.

7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) in der Werkzeugaufnahme (6, 31) untergebracht ist.

8. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) eine Fotodiodenzeile oder ein Fotodioden-Array ist.

9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9) durch eine Endoskopoptik gebildet ist.

10. Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Endoskopoptik (9) durch das Werkzeug (1) verläuft und ein Rohr (44) aufweist, das am freien Ende mit einem Beobachtung­ steil (46) versehen ist.

11. Werkzeug nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) minde­ stens eine Ausblicköffnung (45) für das Beobach­ tungsteil (46) aufweist.

12. Werkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in Blickrichtung des Beobachtungsteiles (46) mindestens eine fest mit dem Werkzeug (1) verbundene Strichplatte (58) vor­ gesehen ist.

13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichplatte (58) in einer Bohrung im Arbeitsteil (2) des Werkzeuges (1) untergebracht ist.

14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) an ein Datenumwandlungsmodul (11) angeschlossen ist.

15. Werkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenumwandlungsmo­ dul (11) im Werkzeug (1), vorzugsweise in dessen Einspannschaft (5), untergebracht ist.

16. Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenumwandlungsmo­ dul (11) in der Werkzeugaufnahme (6, 31) unterge­ bracht ist.

17. Werkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenumwandlungsmo­ dul (11) einen Signalprozessor (54) aufweist.

18. Werkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß dem Signalprozessor (54) ein Datenspeicher (55) nachgeschaltet ist.

19. Werkzeug nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß dem Datenumwandlungsmo­ dul (11) ein Analog-Digital-Wandler (53) vorge­ schaltet ist.

20. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (9, 9′) an einen Multiplexer (52) angeschlossen ist.

21. Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler (53) zwischen dem Multiplexer (52) und dem Datenumwandlungsmodul (11) liegt.

22. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit ein Rechner ist.

23. Werkzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale kontaktlos an den Rechner übertragbar sind.

24. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale zur Rege­ lung des Werkzeuges (1) herangezogen werden.

25. Werkzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale einem Reg­ ler (47) zuführbar sind, der sie mit Soll-Signalen vergleicht und bei Abweichungen ein Regelsignal (50) abgibt.

26. Werkzeug nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsignal (50) einem Aktor (49) zuführbar ist, mit dem ein Stell­ motor, ein Vorschubantrieb und dergleichen einer Bearbeitungsmaschine antreibbar ist.

27. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die vom Sensor (9, 9′) kommenden Signale on line aus­ wertet und on line die Regelsignale (50) erzeugt.

28. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zur Energieversorgung ein Akku (14), eine Batterie oder eine externe Stromquelle vorgesehen ist.

29. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) mit Dehnmeßstreifen (57) versehen ist.

30. Werkzeug nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Dehnmeßstreifen (57) am Arbeitsteil (2) des Werkzeuges (1) vorgesehen sind.