DE19807999A1 - Vorrichtung zur automatischen Bewegung eines Werkzeuges auf einem Werkstück - Google Patents
Vorrichtung zur automatischen Bewegung eines Werkzeuges auf einem WerkstückInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automa
tischen Bewegung eines Werkzeuges auf einem Werk
stück, insbesondere zum Messen oder Anreißen, mit
einem mehrachsigen angetriebenen Werkzeughalter und
einem axial federnd geführten Werkzeug, das an die
Werkstückoberfläche angepreßt oder auf ihr verfah
ren wird.
Die Bewegung eines Werkzeuges auf einer Werkstück
oberfläche ist beispielsweise für das Vermessen ei
nes dreidimensionalen Werkstückes von Bedeutung.
Als Werkzeug kommt dabei insbesondere ein Meßtaster
oder eine Meßsonde in Frage, mit der die Oberfläche
des Werkstückes abgetastet wird, um auf diese Weise
die Maße eines unbekannten Werkstückes aufzunehmen
oder ein grundsätzlich bekanntes Werkstück auf
seine Maßhaltigkeit zu überprüfen. Neben dem Ver
messen eines Werkstückes ist aber auch das Anrei
ßen, also die Übertragung vorgegebener Maße auf das
Werkstück von großer praktischer Bedeutung. Dabei
werden mit einem Anreißwerkzeug, beispielsweise ei
ner Reißnadel oder einem Farbmarkierungsgerät, vor
gegebene Koordinaten als Anrißlinien auf der Werk
stückoberfläche eingeritzt und dadurch zur Bestim
mung von Bearbeitungspunkten, -linien, und -flächen
für die weitere Bearbeitung markiert.
Im Zuge der fortschreitenden Automatisierung geht
man heut zutage vermehrt zu einer motorischen Bewe
gung des jeweils verwendeten Werkzeuges über, wozu
mehrachsig bewegliche motorisierte Werkzeughalter
wie beispielsweise Koordinatenmeßmaschinen bzw.
3d-Koordinatenmeß- und -anreißgeräte oder manche Arten
von Werkzeugmaschinen geeignet sind. Dabei ist es
üblich, das jeweils verwendete Werkzeug axial be
weglich zu haltern und mit einer elastischen Feder
gegen die Werkstückoberfläche zu pressen, was ei
nerseits den für ein präzises Abtasten und/oder
Ritzen der Oberfläche erforderlichen Anpreßdruck
erzeugt und es dem Werkzeug andererseits ermög
licht, sich sehr schnell an Oberflächenänderungen
anzupassen. Beim Messen wird der Federweg, also die
Bewegung der Meßsonde relativ zu ihrer Halterung,
erfaßt und bei der Auswertung zur Bestimmung von
Meßkoordinaten auf numerischem Wege berücksichtigt.
Weiterhin besitzt die Ausrichtung des jeweils ver
wendeten Werkzeuges zur Werkstücksoberfläche einen
wesentlichen Einfluß auf die beim Vermessen oder
Anreißen erzielbare Genauigkeit. So ist es für ein
präzises Anreißen optimal, wenn das Reißwerkzeug
auf der Werkstücksoberfläche senkrecht steht, seine
Achse also parallel zur Flächennormalen der Werk
stücksoberfläche im Berührpunkt mit dem Werkzeug
liegt. Da der genaue Oberflächenverlauf des Werk
zeuges der Steuerung des Werkzeughalters i.a. unbe
kannt ist, ist es beim Stand der Technik üblich,
für ein präzises Anreißen das verwendete Reißwerk
zeug von Hand senkrecht zur Oberfläche auszurichten
und nachzuführen. Beim Vermessen von Werkstückober
flächen verhält es sich grundsätzlich ähnlich. Üb
liche Meßsonden besitzen Tastspitzen in Kugelge
stalt, wobei der der Kugelhalterung gegenüberlie
gende Fußpunkt der Kugel als Berührungspunkt ange
sehen und daher als Bezugspunkt für die Auswertung
der Messungen zugrunde gelegt wird. Liegt die Ober
flächennormale der Werkstückoberfläche nun einmal
nicht in Richtung der Werkzeugachse, so verschiebt
sich der Berührungspunkt der Kugel mit der Werk
stückoberfläche aus dem Fußpunkt der Kugel heraus,
woraus Ungenauigkeiten bei der Messung resultieren.
Daher muß auch beim präzisen Vermessen von Oberflä
chen Vorsorge getroffen werden, daß die Achse der
Meßsonde senkrecht zu der zu vermessenden Fläche
orientiert ist, was im Stand der Technik durch ein
manuelles Drehen und Verschwenken des Meßkopfes er
folgt.
Aus obigen Ausführungen ergibt sich, daß zur Erzie
lung einer hohen Genauigkeit beim motorisierten
Messen und Anreißen Eingriffe eines Bedieners er
forderlich sind, der das jeweils verwendete Werk
zeug zur Oberfläche hin ausrichtet. Ein voll auto
matisiertes Messen und Anreißen von Werkstücken ist
dagegen allenfalls bei niedrigen Genauigkeitsanfor
derungen oder bei Werkstücken von einfacher bzw.
der Steuerungssoftware gut bekannter Geometrie mög
lich.
Hiervon ausgehend hat sich die vorliegende Erfin
dung die Aufgabe gestellt, eine Vorrichtung zur au
tomatischen motorisierten Bewegung eines Werkzeuges
auf einem Werkstück anzugeben, mit dem ein automa
tisches und daher kostengünstiges Vermessen und An
reißen dreidimensionaler Werkstücke mit hoher Ge
nauigkeit möglich ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß ein Wegmeßsystem den Federweg erfaßt, der Ver
lauf der Werkstücksoberfläche am Ort des Werkzeuges
aus Federweg und Verfahrweg des Werkzeuges bestimmt
werden, das Werkzeug durch einen Antrieb dreh- und/oder
verschwenkbar ist und die Achse des Werk
zeuges in Richtung der Normalen zur Werkstückober
fläche im Aufsatzpunkt des Werkzeuges ausgerichtet
wird.
Dabei geht die Erfindung von der Überlegung aus,
daß die Bahn des Werkzeuges, das insbesondere ein
Meßtaster oder ein Anreißwerkzeug sein kann, auf
dem Werkstück Information über Lage und Form der
Werkstücksoberfläche enthält, aus denen sich in den
meisten Fällen die Richtung der Normalen zur Werk
stücksoberfläche am Ort des Werkzeuges mit hinrei
chender Genauigkeit ermitteln läßt. Dazu soll die
Bewegung des Werkzeuges auf der Werkstücksoberflä
che präzise erfaßt werden, die sich aus der motori
sierten Verfahrung des Werkzeuges und seiner Ver
schiebung in seiner Halterung, in der es mittels
einer elektrischen Feder, die beispielsweise aus
Draht oder als pneumatische Gasdruckfeder gebildet
sein kann, federnd geführt ist, zusammensetzt, wo
bei dieser Federweg mit einem geeigneten Wegmeßsy
stem bestimmt werden soll. Aus diesen Daten läßt
sich der Verlauf der Werkstücksoberfläche entlang
des Verfahrweges des Werkzeuges ermitteln und dar
aus der weitere Verlauf der Oberfläche, beispiels
weise mittels eines Extrapolationsverfahrens, ap
proximativ bestimmen. Das Werkzeug kann dann ohne
weiteres durch geeignete Dreh- und Schwenkbewegun
gen mit seiner Achse in Richtung der Normalen zu
dieser angenäherten Werkstücksoberfläche ausgerich
tet werden. Dabei bezeichnet der Begriff Drehbewe
gung Drehungen des Werkzeuges um eine Längsachse
des Werkzeuges, während unter Schwenkbewegung Dre
hungen um von dieser Achse abweichende, insbeson
dere auf ihr senkrecht stehende Drehachse verstan
den werden.
Insbesondere, wenn die Werkzeugachse zu Beginn ei
nes Arbeitsganges parallel zur Oberflächennormalen
ausgerichtet ist, läßt sich mit der erfindungsgemä
ßen Vorrichtung über den gesamten Verfahrweg des
Werkzeuges eine senkrechte Ausrichtung der Werk
zeugachse zur Werkstückoberfläche erzielen. Insge
samt läßt sich also mit dieser Vorrichtung die Be
wegung eines Werkzeuges auf einer Werkstücksober
fläche unter Beibehaltung einer optimalen Werk
zeugausrichtung, beispielsweise zum Vermessen oder
Anreißen, weitgehend automatisieren. Beim Vermessen
eines Werkstückes gewährleistet die Ausrichtung des
Meßtasters mit kugelförmiger Meßsonde in Richtung
der Oberflächennormalen des Werkstückes am jewei
lige Meßort überdies, das die Meßsonde nur mit dem
der Halterung gegenüberliegenden Kugelfußpunkt auf
dem Werkstück aufliegt, so daß die bei schräg anlie
gender Meßsonde auftretenden Meßfehler vermieden
werden. Im Ergebnis erhält ,man eine wesentliche Er
höhung der Meßgenauigkeit.
Ändert sich beim Verfahren des Werkzeuges über die
Werkstücksoberfläche der Abstand zwischen Oberflä
che und Halterung des Werkzeuges, so verschiebt
sich dieses innerhalb seiner Führung, in der es fe
dernd gelagert ist. Die damit je nach Richtung der
Verschiebung einhergehende zusätzliche Spannung
oder Entspannung der Feder führt zu einer Variation
des durch die Feder vermittelten Anpreßdruckes des
Werkzeuges auf der Werkstücksoberfläche. Um diesen
für ein gleichmäßiges Verfahren des Werkzeuges
nachteiligen Effekt gering zu halten, empfiehlt die
Erfindung bei Veränderung des Federweges des Werk
zeuges, Werkzeughalter und Werkzeug in axialer
Richtung, stets so motorisch nachzufahren, daß die
Position des Werkzeuges in seiner gefederten Füh
rung und damit auch der Anpreßdruck des Werkzeuges
auf der Werkstücksoberfläche zumindest näherungs
weise konstant ist.
Dabei wird in bevorzugter Ausbildung der Erfindung
die federnde Führung so ausgelegt, daß sich das
Werkzeug beim gewünschten Anpreßdruck etwa in der
Mitte des möglichen Federweges befindet. Der Vor
teil dieser speziellen Konfiguration besteht darin,
daß bei plötzlichen Änderungen des Abstands zwi
schen Werkzeughalter und Werkstücksoberfläche dem
Werkzeug nach beiden Richtungen gleichviel Federweg
als Puffer zur Verfügung steht, den es nutzen kann,
bevor die Ausregelung des Anpreßdruckes durch den
motorisch angetriebenen Werkzeughalter erfolgt.
Durch diese Anordnung wird-die Anpassungsfähigkeit
der Vorrichtung für Oberflächenvariationen bei ge
gebenem Federweg optimiert.
Zur Auswertung der Bewegungsdaten des Werkzeuges
und zur Steuerung seiner Ausrichtung senkrecht zur
Oberfläche wird bei der erfindungsgemäßen Vorrich
tungen vorzugsweise ein elektronischer Rechner ver
wendet, wofür beispielsweise eine integrierte Mi
kroprozessorsteuerung oder auch ein PC in Frage
kommen.
Der optimale Anpreßdruck des Werkzeuges auf der
Werkstückoberfläche ist von der Art des jeweils
verwendeten Werkzeuges und den Eigenschaften der
Werkstücksoberfläche abhängig. Daher wird die Vor
richtung zur automatisch motorisierten Bewegung ei
nes Werkzeuges auf einem Werkstück in vorteilhafter
Ausgestaltung der Erfindung so ausgebildet, daß der
Anpreßdruck des Werkzeuges einstellbar ist. Als
einfaches Mittel hierzu kommt beispielsweise eine
Einrichtung zum Vorspannen der Feder der Werkzeug
halterung in Frage.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er
findung lassen sich dem nachfolgenden Beschrei
bungsteil entnehmen, in dem anhand einer Zeichnung
ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläu
tert wird. Sie zeigt eine schematische Seitenan
sicht eines erfindungsgemäßen Werkzeuges.
In der Abbildung ist ein erfindungsgemäßes Werkzeug
1 zu sehen, das zur automatischen motorisch ange
triebenen Bewegung auf einer Werkstückoberfläche
geeignet ist. Dazu ist das Werkstück 1 im Bei
spiel eine Anreißnadel, an einer Halterung befe
stigt, an der es in seiner Längsrichtung federnd
geführt ist und die vermittels eines Verbindungs
stückes 2 in der entsprechenden Werkzeugaufnahme
eines mehrachsigen angetriebenen Werkzeughalters,
beispielsweise einer Koordinatenmeßmaschine, mon
tiert werden kann. Die federnde Führung erfolgt
über eine elastische Feder 3, bei der der Anpreß
druck, mit dem sie das Werkzeug 1 gegen die Werk
stückoberfläche preßt, mittels einer Spannvorrich
tung 4 eingestellt werden kann. Mit wechselndem
Abstand zwischen Werkzeug 1 und Halterung ändert
sich der Federweg 5, der vom Wegmeßsystem 6 er
faßt wird, das sein Meßsignal über den elektrischen
Anschluß 7 an einen elektronischen Rechner wei
tergibt. Dieser wertet die anfallenden Daten aus
und regelt danach die Lage der Halterung so aus,
daß der Anpreßdruck des Werkzeuges 1 auf die
Werkstückoberfläche näherungsweise konstant ist und
sich das Werkzeug 1 etwa in der Mitte des insge
samt zur Verfügung stehenden Federwegs 5 aufhält.
Zusätzlich verwendet der Rechner die Fahrdaten des
Werkzeughalters und die Signale des Wegmeßsystemes
6 dazu, den Oberflächenverlauf in der Umgebung
der Spitze des Werkzeuges 1 approximativ zu be
stimmen und das Werkzeug 1 durch geeignete
Dreh- und Schwenkbewegungen der Halterung mit seiner
Achse in Richtung der durch den Berührungspunkt
zwischen Werkzeug und Werkstück verlaufenden Ober
flächennormalen und damit senkrecht zur Werkstücko
berfläche auszurichten.
Im Ergebnis erhält man eine Vorrichtung zum automa
tischen Verfahren eines Werkzeugs auf einem Werk
stück, insbesondere zum automatischen Anreißen oder
Vermessen der Werkstücksoberfläche, bei der die
Lage des Werkzeugs stets so ausgeregelt wird, daß
der Anpreßdruck näherungsweise konstant ist und die
Werkzeugachse auf der Oberfläche senkrecht steht,
wie es für ein hochpräzises Arbeiten erforderlich
ist.
Claims (8)
1. Vorrichtung zur automatischen Bewegung eines
Werkzeuges auf einem Werkstück, insbesondere zum
Messen oder Anreißen, mit einem mehrachsigen ange
triebenen Werkzeughalter und einem axial federnd
geführten Werkzeug, das an die Werkstückoberfläche
angepreßt oder auf ihr verfahren wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - ein Wegmeßsystem (6) den Federweg (5) erfaßt,
- - der Verlauf der Werkstücksoberfläche am Ort des Werkzeuges (1) aus Federweg (5) und Verfahrweg des Werkzeuges (1) bestimmt werden,
- - das Werkzeug (1) durch einen Antrieb dreh- und/oder verschwenkbar ist und
- - die Achse des Werkzeuges (1) in Richtung der Nor malen zur Werkstückoberfläche im Aufsatzpunkt des Werkzeuges (1) ausgerichtet wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Werkzeug (1) ein Meßtaster ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß das Werkzeug (1) ein Anreißwerk
zeug ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Bestimmung des Ver
laufs der Werkstückoberfläche mittels eines Extra
polationsverfahrens erfolgt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) in
axialer Richtung der Werkstückoberfläche so nachge
fahren wird, daß der durch die Feder (3) vermit
telte Anpreßdruck des Werkzeuges (1) auf der Werk
stückoberfläche näherungsweise konstant ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet
durch einen Anpreßdruck, bei dem sich das Werkzeug
(1) etwa in der Mitte des Federweges (5) befindet.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
gekennzeichnet durch einen elektronischen Rechner.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anpreßdruck ein
stellbar ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19807999A DE19807999A1 (de) | 1997-06-18 | 1998-02-26 | Vorrichtung zur automatischen Bewegung eines Werkzeuges auf einem Werkstück |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19725634 | 1997-06-18 | ||
DE19807999A DE19807999A1 (de) | 1997-06-18 | 1998-02-26 | Vorrichtung zur automatischen Bewegung eines Werkzeuges auf einem Werkstück |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19807999A1 true DE19807999A1 (de) | 1998-12-24 |
Family
ID=7832763
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19807999A Withdrawn DE19807999A1 (de) | 1997-06-18 | 1998-02-26 | Vorrichtung zur automatischen Bewegung eines Werkzeuges auf einem Werkstück |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19807999A1 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104493806A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-08 | 上海航天精密机械研究所 | 用于快速刻线和显示的装置、数控机床及快速刻线方法 |
CN114563981A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-31 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种微小间隙非接触测量调控装置及方法 |
-
1998
- 1998-02-26 DE DE19807999A patent/DE19807999A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104493806A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-08 | 上海航天精密机械研究所 | 用于快速刻线和显示的装置、数控机床及快速刻线方法 |
CN104493806B (zh) * | 2014-12-09 | 2016-08-17 | 上海航天精密机械研究所 | 用于快速刻线和显示的装置、数控机床及快速刻线方法 |
CN114563981A (zh) * | 2022-03-10 | 2022-05-31 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种微小间隙非接触测量调控装置及方法 |
CN114563981B (zh) * | 2022-03-10 | 2023-09-19 | 中国科学院光电技术研究所 | 一种微小间隙非接触测量调控装置及方法 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
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