DE19840801A1 - Werkzeugmaschine mit automatischer Prozesssteuerung/Überwachung - Google Patents

Abstract

Bei einer Werkzeugschleifmaschine ist zur Überwachung der Prozessführung eine Messeinrichtung vorgesehen, die vorzugsweise als kombiniertes Durchlicht-Auflichtmesssystem ausgebildet ist. Dieses ermöglicht sowohl die präzise Erfassung von Kanten, bspw. Schneidkanten im Streif- oder Durchlichtmessverfahren, als auch die Vermessung von Flächen und Vertiefungen im Auflichtverfahren. Die automatische Kontrollmessung mittels dieses Messsystems gestattet es der angeschlossenen Steuereinrichtung, die Prozessparameter für den Schleifvorgang automatisch nachzustellen, so dass Maßänderungen infolge von Temperaturdrift, mechanischen Ungenauigkeiten der Mechanik der Schleifmaschine oder Schleifscheibenverschleiß automatisch ausgeglichen werden. Dies ermöglicht eine Fertigung von größeren Losen innerhalb sehr enger Toleranzen und mit hoher Präzision.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum spanenden Bearbeiten, vorzugsweise Schleifen von Werkstücken.

Werkzeugschleifmaschinen sind häufig mit einem Werk­ zeuglader ausgestattet, der über lange Zeit einen voll­ automatischen Fertigungsprozeß ohne Eingriff eines Bedie­ ners erlaubt. Die von dem Werkzeuglader in die Schleifma­ schine gegebenen Werkzeuge werden von der Werkzeugschleif­ maschine mit vorgegebenen Maßen präzise geschliffen. Hier geht es insbesondere um die Schneidkantengeometrien, d. h. die Präzision der Schleifbearbeitung der Schneidkanten und der sich an die Schneidkanten anschliessenden Flächen der Werkzeuge (Freiflächen, Spanflächen).

Aus der DE 42 42 906 C2 ist eine solche numerisch gesteuerte Schleifmaschine zum Schleifen von vorzugsweise metallischen Werkstücken, insbesondere Werkzeugen bekannt. Diese Schleifmaschine weist einen in Richtung mehrere Achsen linear und schwenkend bewegbaren Schleifkopf mit einer zugeordneten Verstelleinrichtung und eine Werkstück­ aufnahme auf, die ebenfalls in Richtung einer oder mehre­ rer Achsen bewegbar gelagert ist. Eine Steuereinrichtung führt die Antriebe der Verstelleinrichtungen und gestattet so das Schleifen der Werkstücke (Zerspanungswerkzeuge), wie bspw. Bohrer, Fräser oder ähnliches, nach einem vor­ gegebenen Programm, d. h. gemäß von Vorgaben.

Die Toleranzen der Werkzeuge werden mit fortschrei­ tenden Qualitätsanspruch immer enger vorgeschrieben. Für eine konstante Fertigungsqualität ist es deshalb erforder­ lich, den Einfluss von Störgrößen wie bspw. Temperatur­ änderungen, Verschleiß der Schleifscheibe und Ungenau­ igkeiten der Mechanik exakt zu kompensieren. Dazu kann der laufende Fertigungsprozeß unterbrochen werden, um die Qualität der Werkzeuge über externe Messmittel zu kon­ trollieren. Die Schleifmaschine muss, falls der Verschleiß fortgeschritten ist, nachgestellt werden, um wieder in der Mittel des Toleranzbereichs zu produzieren.

Produktionsunterbrechungen und manuelle Nachjustagen verhindern oder unterbrechen einen vollautomatischen Betrieb.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere eine Schleifmaschine und ein Schleifverfahren zu schaffen, mit denen ein unterbrechungsfreier Betrieb möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach An­ spruch 1 bzw. einem Verfahren nach Anspruch 12 gelöst.

In die Schleifmaschine oder sonstige Bearbeitungs­ maschine ist ein Sensor in Form einer Messeinrichtung integriert, der die Prozeßüberwachung erheblich verein­ facht. Mit der Messeinrichtung sind einige, ggfs. alle, qualitätsrelevanten Maße erfassbar. Das Werkzeug kann während und nach dem Bearbeitungsprozeß (Schleifprozeß) kontrolliert werden. Dadurch kann oft sogar die Endkon­ trolle des Werkzeugs entfallen, weil der Sensor die quali­ tätsrelevanten Maße bereits erfasst hat.

Anhand der einen Teil der Schleifmaschine bildenden Messeinrichtung können die Schleifparameter nachgesteuert werden, was zu einer konstant hohen Fertigungsqualität und einer Reduzierung von Ausschussteilen führt. Die Fertigung kann dadurch deutlich effizienter werden und ggfs. eine manuelle Kontrolle durch einen Bediener entfallen.

Die Messeinrichtung wird vorzugsweise intermitierend betrieben. Dies bedeutet, dass der Bearbeitungsvorgang und der Messvorgang zeitlich getrennt ablaufen. Während der Messung wird an dem Werkzeug nicht gearbeitet (geschlif­ fen). Die von der Messung gelieferten Daten können dazu dienen, die Daten anhand derer das Schleifprogramm die Bearbeitungseinrichtung bzw. deren Stellmittel steuert, zu verändern bzw. zu korrigieren oder es kann anhand der durch die Messung gewonnenen Daten ein Korrekturdatensatz bereitgestellt werden, der von dem Schleifprogramm mit den die Schleifparameter vorgebenden Daten verknüpft wird. Der Korrekturdatensatz kann eine Tabelle mit Offsetgrößen und Proportionalfaktoren sein, die auf die Schleifdaten ange­ wendet bzw. mit diesen verknüpft werden.

Die Bearbeitungseinrichtung kann sowohl einen als auch mehrere Schleifköpfe mit jeweils einer oder mehreren Schleifscheiben aufweisen. Vorzugsweise ist der Schleif­ kopf in mehreren Richtung verstell- und/oder schwenkbar, so dass relativ komplizierte Werkzeuggeometrien bearbeitet werden können.

Auch das Werkstück kann von einer Verstelleinrichtung positionierbar sein, um eine möglichst große Vielfalt von Werkstücken bearbeiten zu können. Die Verstelleinrichtung steht vorzugsweise ebenfalls unter der Steuerung der zentralen Steuereinrichtung, wobei die Daten oder das Programm zum Bewegen des Werkstücks ebenfalls der Korrek­ tur anhand der von der Messeinrichtung gelieferten Daten unterworfen sein können.

Die Messeinrichtung ist vorzugsweise als berührungs­ lose optische Messeinrichtung ausgebildet. Dies gestattet eine schnelle Erfassung größerer Geometrien oder Teilgeo­ metrien und somit eine hohe Produktivität. Die Messein­ richtung ist vorzugsweise von einer Positioniereinheit getragen, die eine Bewegung der Messeinrichtung gestattet. Damit kann die Messeinrichtung während der Bearbeitung (Schleifbearbeitung) des Werkstücks (Zerspanungswerkzeug) aus dem Bearbeitungsbereich heraus gefahren werden, so dass der Schleifkopf und/oder andere Bearbeitungswerkzeuge ungehindert an das Werkstück herangefahren werden können. Zur Durchführung der Messung wird die Messeinrichtung dann an das Werkstück herangefahren. Hier ist es in mehrere Messpositionen überführbar. Bspw. kann die Messeinrichtung bezüglich einer Längs- oder Drehachse des als Werkstück anzusehenden Zerspanungswerkzeugs um eine rechtwinklig zu dieser Achse stehende Achse geschwenkt werden. Damit kann die Messeinrichtung mit ihrer Messachse sowohl radial als auch axial zu dem Zerspanungswerkzeug positioniert werden. Damit ist sowohl die Vermessung im Wesentlichen axial eingestellter seitlicher Schneidkanten als auch die Ver­ messung der Stirnseite mit radial eingestellten Schneid­ kanten möglich. Zur Relativpositionierung der Messein­ richtung zu dem Werkstück können insbesondere die Achsen des Werkstückträgers benutzt werden. Dies ermöglicht die Vermessung aller Seiten des Werkstücks ohne zusätzlichen Positionieraufwand für die Messeinrichtung.

Ist die Messeinrichtung als optische Messeinrichtung ausgebildet, ist sie vorzugsweise sowohl nach dem Streif- oder Durchlichtprinzip, als auch nach dem Auflichtprinzip betreibbar. Es hat sich dabei zur Durchführung genauer Messung von scharfkantigen Werkzeugen die optische Messung mit einer CCD-Kamera bewährt, wobei mit der Durch- oder Streiflichtbeleuchtung die Außenkontur und axiale Position des Werkzeugs erfassbar ist. Eine Auflichtbeleuchtung gestattet die Aufnahme innerer Maße, wie bspw. Spanwinkel oder Spanraumtiefe und die exakte Bestimmung der radialen Position. Dadurch kann ein Mechanischer Taster ersetzt werden. Um eine hohe Auflichtintensität zu gestatten, wird bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Beleuchtungs­ einheit für die Auflichtmessung im Bezug auf die Messein­ richtung beweglich gelagert. Soll eine Auflichtmessung durchgeführt werden, wird die Beleuchtungseinheit mittels einer Verstelleinrichtung an die Werkstückoberfläche herangefahren, um hier eine hohe Lichtintensität zu erhal­ ten.

Die anhand der Messung gewonnenen Daten können zu­ nächst insbesondere daraufhin untersucht werden, ob und wie weit ein Messmerkmal vom Sollwert abweicht. Eine Nachsteuerung nur dann, wenn bestimmte Eingriffsgrenzen überschritten sind, führt zu einer Stabilisierung des Regelsystems. Außerdem ist es möglich, die Nachsteuerung auf Fälle zu beschränken, in denen das Messmerkmal mehr­ fach aufeinanderfolgend vom Sollwert abweicht. Damit können kurzfristige Abweichungen vom Sollwert ignoriert werden, die auch durch eine mögliche Verschmutzung des Werkzeugs am Messort bedingt sein können. Die gewonnenen radialen und axialen Positionen können zur Positionierung des Werkzeugs für das Schleifen verwendet werden.

Eine abschliessende Messung entscheidet, ob ein Fertigungsschritt wiederholt werden muss, oder ob der Schleifprozeß beendet werden kann. Falls ein Fehler nicht durch eine erneute Bearbeitung korrigiert werden kann, wird das Werkstück automatisch als Ausschuss erkannt. Für nachfolgende Bearbeitungen wird das Schleifprogramm nach­ gestellt, um nicht erneut Ausschuss zu produzieren.

Mit den während des Prozeß durchgeführten Messungen läßt sich eine Fehlertendenz erkennen, bevor sie zur Produktion von Ausschussteilen führt. Ergeben sich bspw. durch Temperaturänderungen oder Veschleiß an den Schleif­ scheiben Maßänderungen, können diese noch in der Ferti­ gungstoleranz ausgeregelt werden. Dazu ist es möglich, mittels eines von der Steuereinrichtung durchgeführten Programms eine Trendüberwachung durchzuführen, die bereits bei Annäherung an eine Toleranzgrenze eine Nachstellung der Schleifparameter vornimmt.

Es ist sowohl möglich, jedes einzelne Teil abschlies­ send sowie zusätzlich während einer oder mehrerer Unter­ brechungen seines Bearbeitsvorgangs zu vermessen. Hier können Arbeitspausen genutzt werden, die ohnehin zur Positionierung des Schleifkopfs erforderlich sind. Dar­ überhinaus kann es jedoch auch möglich sein, nur bei einigen Werkstücken eines Loses Zwischenmessungen während der Bearbeitung durchzuführen und alle anderen Werkstücke lediglich endzuvermessen. Letztendlich ist es bei etwas geringeren Qualitätsanforderungen unter Umständen auch möglich, lediglich Stichprobenmessungen durchzuführen.

Weitere Einzelheiten vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung, der zugehö­ rigen Beschreibung oder Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:

Fig. 1 eine Werkzeugschleifmaschine mit einer rechnergestützten Steuereinrichtung und in Verkettung mit einem Lader, in einer sche­ matisierten Vorderansicht,

Fig. 2 die Werkzeugschleifmaschine nach Fig. 1, in einer Seitenansicht,

Fig. 3 die optische Messeinrichtung der Werkzeug­ schleifmaschine nach den Fig. 1 und 2, in schematisierter Schnittdarstellung,

Fig. 4 die Steuereinrichtung der Werkzeugschleif­ maschine nach den Fig. 1 und 2, und de­ ren Zusammenwirken mit Bedienelementen und Sensoren in einer schematischen Blockdar­ stellung, und

Fig. 5 den Steuerungsablauf der Werkzeugschleifma­ schine nach den Fig. 1 und 2, und der Steuereinrichtung nach Fig. 4, als stark vereinfachtes schematisches Flussbild.

Beschreibung

In Fig. 1 ist eine Werkzeugschleifmaschine 1 in schematischer Darstellung in einer Ansicht von vorn ver­ anschaulicht. Die Werkzeugschleifmaschine 1 weist einen Grundrahmen oder Tisch 2 und einen mit diesem verbundenen oberen Maschinenteil oder -rahmen 3 auf. An dem Tisch 2 ist eine auch aus Fig. 2 ersichtliche Werkstückaufnahme 4 gelagert, die eine Spanneinrichtung 5 zur Aufnahme des Werkstücks aufweist. Das mit der Schleifmaschine 1 zu bearbeitende Werkstück ist ein Zerspanungswerkzeug, bspw. ein Bohrer, eine Räumnadel oder ein ähnliches linear und/oder drehend zu bewegendes Werkzeug. Die Werkzeug­ schleifmaschine 1 dient insbesondere dazu, die Schneiden­ geometrie an dem Werkzeug auszubilden oder wiederherzu­ stellen.

Die Werkstückaufnahme 4 (Fig. 2) ist vorzugsweise in oder um drei Achsen bewegbar. Ein lediglich symbolisch veranschaulichter Schlitten 6 gestattet die Verschiebung der Werkstückaufnahme 4 in einer ersten Richtung X. Zu­ sätzlich zu der horizontalen Achse X ist die Werkstückauf­ nahme 4 um eine Vertikalachse c schwenkbar angeordnet. Zur gezielten Positionierung dient ein Schwenkantrieb, der nicht weiter veranschaulicht ist.

Die Werkstückspanneinrichtung 5 ist, wie in Fig. 1 angedeutet ist, um eine zu der X-Achse vorzugsweise par­ allelen Achse drehbar gelagert, wobei ein entsprechender Stellantrieb gezielte Positionierungen vornehmen kann.

An dem oberen Maschinenrahmen 3 ist über einen Kreuz­ schlitten entlang einer vertikalen Y-Achse und einer horizontalen Z-Achse verstellbar ein Schleifkopf 8 ver­ stellbar gelagert, der wenigstens eine, im vorliegenden Fall zwei oder mehrere drehend angetriebene Schleifschei­ ben 11, 12 aufweist. Bedarfsweise kann der Schleifkopf 8 in weiteren Richtungen bewegbar sein. Bspw. kann er schwenkbar gelagert sein. Zur Betätigung des Schleifkopfs 8, d. h. zu seiner Verstellung in Y- oder Z-Richtung dienen Stellantriebe, die in Fig. 1 nicht weiter veranschaulicht sind.

Die Steuerung aller Stellantriebe sowie die Steuerung eines der Schleifmaschine 1 zugeordneten Laders 14, der dazu dient, Rohlinge in die Spanneinrichtung 5 zu beför­ dern und fertig bearbeitete Werkstücke aus dieser her­ auszunehmen, erbringt eine Steuereinrichtung 15. Diese ist bspw. eine Rechnersteuerung mit einem Display 16, sowie mit Bedienelementen.

Zur Durchführung von Messungen an dem zu schleifenden Zerspanungswerkzeug W ist die Werkzeugschleifmaschine 1 mit einer Messeinrichtung 17 versehen, die berührungslos arbeitet und der Vermessung des teilweise oder fertigge­ schliffenen Zerspanungswerkzeugs dient. Die Messeinrich­ tung 17 ist an ein oder zwei, bspw. pneumatisch bewegten Linearachsen, vorzugsweise in Y-Richtung bedarfsweise aber auch in anderen Richtung bewegbar gelagert. Dazu dienen Pneumatikantriebe 18, die ebenfalls der Steuerung der Steuereinrichtung 15 unterliegen. Die Messeinrichtung 17 kann in eine Parkposition überführt werden, in der sie von dem Zerspanungswerkzeug W und der Werkzeugaufnahme 4 ent­ fernt ist. Sie ist somit aus dem Arbeitsbereich herausge­ fahren und stört den Bearbeitungsablauf nicht. Zur Durch­ führung einer Messung kann die Messeinrichtung 17 in eine Messposition verfahren werden, in der sie in Fig. 1 mit 17' bezeichnet ist. In dieser Messposition liegt das Zerspanungswerkzeug im Lichtweg der optischen Messein­ richtung 17 in einer Fokusebene.

Bei der dargestellten fünfachsigen Werkzeugschleifma­ schine 1 ist die Messeinrichtung 17 vertikal bewegbar. Eine Anpassung an andere Achskonfigurationen kann bspw. mit anderen Bewegungsrichtungen der Messeinrichtung 17 leicht vorgenommen werden. Weitere Sensoren wie ein takti­ ler Sensor 19 und einen Lichtschranke 20 (Fig. 4) können bedarfsweise vorgesehen werden, und ermöglichen eine beschleunigte Ermittlung der Orientierung und der äußeren Abmessungen des Zerspanungswerkzeugs W. Je nach Art der Messmerkmale ist der taktile Sensor 19 oder die Licht­ schranke 20 oder eine Kombination von beiden vorteilhaft zu verwenden. Die Lichtschranke 20 dient im Wesentlichen der groben Ermittlung der Länge des Zerspanungswerkzeugs und der Definition eines Schutzbereichs um das Zerspa­ nungswerkzeug, um die mögliche Kollision bei Fehlbedienung der Werkzeugschleifmaschine 1 auszuschliessen.

In Fig. 3 ist die Messeinrichtung 17 gesondert veranschaulicht. Zu ihr gehört eine Beleuchtungseinheit 23 zur Erzeugung eines im Wesentlichen parallelen Lichtbün­ dels, das von dem Zerspanungswerkzeug W mehr oder weniger abgeschattet wird, sowie ein optischer Sensor 24, der das teilweise abgeschattete Lichtbündel auffängt. Während die Beleuchtungseinheit 23 an dem in Fig. 1 linksseitigen Pneumatikzylinder gehalten und von diesem betätigt wird, wird der Sensor 24 von dem in Fig. 1 rechtsseitigen Pneumatikzylinder 18 positioniert. Somit ist die Beleuch­ tungseinheit 23 unabhängig von dem optischen Sensor 24 von Messposition in Parkposition überführbar.

Die Beleuchtungseinheit 23 enthält eine Hälfte 20a der Lichtschranke 20, während der Sensor 24 eine andere Hälfte 20b der Lichtschranke 20 enthält. Das Zerspanungs­ werkzeug W liegt im Lichtweg und unterbricht einen zwi­ schen den Hälften 20a, 20b der Lichtschranke 20 laufenden Lichtstrahl.

Die Beleuchtungseinheit 23 weist zur Erzeugung des parallelen Lichtbündels ein Blendensystem 25 und ein Linsensystem 26 auf. Diese bilden einen Kollimator. Zur Lichterzeugung dient eine nahezu punktförmige Quelle 27. Alternativ kann ein Laser als Beleuchtungseinheit dienen, dem eine Strahlaufweitung nachgeschaltet ist.

Zu dem Sensor 24 gehört eine CCD-Kamera 32. Diese kann einen Zeilenkamera oder eine Matrixkamera sein. Vor der CCD-Kamera 32 ist eine telezentrische Optik 33 an­ geordnet, die eine pneumatische Blendensteuerung 34 auf­ weist. Die CCD-Kamera 32, deren telezentrische Optik 33 und die Blendensteuerung 34 sind in einem kühlschmier­ stoff- und öldichten Schutzgehäuse 36 angeordnet, dessen Lichteintrittsöffnung von einem Schutzglas 37 verschlossen ist. Vor dem Schutzglas 37 sind Luftdüsen 38 angeordnet, mit denen vor dem Schutzglas 37 ein Luftstrom erzeugt wird. Dieser verhindert, dass Kühlschmierstoffspritzer an das Schutzglas 37 gelangen.

Die Messeinrichtung 17 ist alternativ für die Durch­ führung von Auflichtmessungen eingerichtet. Dazu ist eine Auflichtbeleuchtungseinrichtung 41 vorgesehen, die konzen­ trisch zu einer optischen Achse O angeordnet ist. Die optische Achse O ist parallel zu dem von der Beleuchtungs­ einheit 23 ausgesandten Lichtbündel und zugleich die optische Achse des Sensors 24. Die Auflichtbeleuchtung 41 ist parallel zu der optischen Achse O von einer Parkposi­ tion P in eine Messposition M verstellbar. Dazu dient ein Pneumatikzylinder 42, der die Auflichtbeleuchtung 41 mit einem das Gehäuse 36 tragenden Träger 43 verbindet.

Während die Beleuchtungseinheit 23 zur Beleuchtung des Werkstücks W im Streiflicht und somit zur Erfassung ihrer Kantengeometrie dient, ist die Auflichtbeleuchtung 41 für die inneren Maße notwendig. Um eine hohe Lichtintensi­ tät zu erreichen, die zur Messung des Werkstücks W mit Auflicht erforderlich sein kann, weist die Auflichtbe­ leuchtung 41 eine Lichtfokussierung auf das Messobjekt (Werkzeug W) auf. Die Kombination von Auflicht- und Durch­ lichtmessung erlaubt die Ermittlung von nahezu allen qualitätsrelevanten Merkmalen des Werkzeugs. Die pneumati­ sche Blendensteuerung 34 gestattet den Wechselbetrieb zwischen Durchlicht und Auflicht. Die Blendensteuerung 34 ist wie die gesamte Messeinrichtung 17 an die Steuerein­ richtung 15 angeschlossen. Diese geht gesondert und sche­ matisch aus Fig. 4 hervor:

An eine zentrale elektronische Steuereinheit 51, die von einem PC oder einem Mikrorechner µc gebildet sein kann, ist die Werkzeugschleifmaschine 1 mit ihren einzel­ nen Organen, d. h. einem Taster oder Sensor, dem automati­ schen Lader 14 der CNC-Steuerung aller fünf Achsen, sowie ggfs. weiterer Einheiten wie Pumpen, Antriebsmotoren usw. angeschlossen. Zusätzlich übernimmt die Steuereinheit 51 Signale von dem optischen Sensor 24, der Lichtschranke 20 und dem taktilen Sensor 19. Von der Steuereinrichtung 51 werden außerdem die Blendensteuerung 34, die Pneumatik­ einheiten 42, 18 und eine Beleuchtungssteuerung 52 gesteu­ ert, die die Beleuchtungseinheit 23 und die Auflicht­ beleuchtung 41 steuert.

Die insoweit beschriebene Werkzeugschleifmaschine 1 arbeitet wie folgt:

Der Lader 14 führt der Spanneinrichtung 5 zunächst einen Rohling zu, wie in Fig. 5 schematisch veranschau­ licht ist. Danach startet die Steuereinheit 51 ein Schleifprogramm, das werkzeugspezifisch vorgegeben ist. Das Schleifprogramm enthält alle Daten und Algorithmen, die zur Verstellung der Achsen der Werkzeugaufnahme 4 und des Schleifkopfs 8 erforderlich sind. Bei einer bevorzug­ ten Ausführungsform wird der Schleifvorgang nicht in einem Zug durchlaufen. Wird bspw. eine Freifläche geschliffen, wird vor Beendigung des Schleifvorgangs eine Unterbrechung vorgenommen. Während der Schleifkopf 8 etwas von dem Werkstück W entfernt wird, werden die Achsen 18 angesteu­ ert, so dass die Beleuchtungseinheit 23 und der Sensor 24 zu dem Werkstück W gelangen. Die Lichtschranke 20 dient dabei der Positionierung der Messeinrichtung 17. Soll nun bspw. die die Freifläche begrenzende Schneidkante ver­ messen werden, bleibt die Auflichtbeleuchtung 41 in Parkpo­ sition und der Schatten der Schneidkante wird von der CCD- Kamera 32 registriert. Die Lage des Schattens und seine Bewegung bei langsamer Drehung des Werkzeugs W werden von Steuereinheit 51 ausgewertet und in Abmessungen bzw. Maße umgerechnet.

Soll jedoch eine Auflichtmessung durchgeführt werden, bspw. zur Vermessung von Flächen oder Ausnehmungen, kann die Beleuchtungseinheit 23 in Parkposition verbleiben oder vorzeitig in diese zurückgefahren werden. Jedoch wird durch Ansteuerung des Pneumatikzylinders 42 die Auflicht­ quelle 41 aus ihrer Parkposition P in ihre Messposition M überführt, um die Lichtintensität an dem Messort auf ein hohes Maß zu erhöhen, und die Blendensteuerung 34 wird auf Auflichtmessung umgestellt.

Anhand der durchgeführten Messung werden in einem Block "Prozeßstatistik" einzelne charakteristische Mess­ werte, wie Sollwert und Toleranzen und Eingriffsgrenzen oder Messmerkmale bestimmt. In dem nächstfolgenden Funk­ tionsblock "Nachsteuern?" geprüft. In diesem Funktions­ block werden die gemessenen und nachgerechneten, ggfs. statistisch nachbereiteten Messwerte, oder aus diesen ermittelte Rechenwerte mit den Eingriffsgrenzen vergli­ chen. Liegen die Messwerte innerhalb dieser Eingriffs­ grenzen, ist keine Nachstellung des Schleifvorgangs erfor­ derlich und ein Fertigteil liegt vor. Falls nein, muss geprüft werden, ob ein Nachschleifen möglich ist. Dies ist nur bei Übermaß möglich, und bei diesem Fall muss das Teil erneut dem Schleifvorgang zugeführt werden. Bei Untermaß ist ein Ausschussteil erzeugt worden.

In dem Funktionsblock "Nachsteuern" wird der Schleif­ prozess nachgestellt und die Werkstückmaße werden in nachfolgenden Funktionsblöcken auf Toleranz geprüft.

Unabhängig davon, wie die Nachstellung des Schleif­ programms im Einzelnen abläuft, werden die durch Bildver­ arbeitung gewonnenen Messdaten aufgearbeitet, um Abwei­ chungen der Messmerkmale vom Sollwert zu erkennen. Zur Stabilisierung des Regelsystems wird eine Korrektur der Schleifparameter (Nachsteuerung) nur dann durchgeführt, wenn die Eingriffsgrenzen überschritten werden. Eine kurzfristige Abweichung vom Sollwert kann auch durch eine mögliche Verschmutzung des Werkzeugs am Messort bedingt sein und hat deshalb nicht sofort eine Veränderung der Schleifparameter zur Folge.

Das Ergebnis der abschliessenden Messung entscheidet, ob ein Fertigungsschritt wiederholt werden muss, oder ob der Schleifprozeß beendet werden kann. Falls ein Fehler nicht durch eine erneute Bearbeitung korrigiert werden kann, wird das Teil automatisch als Ausschuss erkannt.

Es ist auch möglich, mit der Messeinrichtung 17 ein fertiggeschliffenes Werkzeug komplett zu messen, ohne die Schleifmaschine nachzusteuern. In diesem Fall werden die Ist-Werte erfasst und mit den Sollwerten und Toleranzen verglichen und grafisch/alphanumerisch dargestellt. Sie können auch protokolliert werden. Eine Nachsteuerung erfolgt in diesem Fall nicht.

Der Einsatz eines optisch/taktilen Nachsteuerungs­ sensors ist nicht auf Schleifmaschinen beschränkt, sondern kann in nahezu allen NC gesteuerten Fertigungssystemen eingesetzt werden. Die vorhandenen Achsen werden zur Positionierung des Messobjekts zum Sensor benutzt. Bei der Zerspanungsmaschine 1 dient bspw. die Achse A dazu, eine Umfangsschneide des Zerspanungswerkzeugs durch das Bild­ feld der CCD-Kamera 32 zu drehen. Dies stellt eine kosten­ günstige Möglichkeit dar, eine konstante Qualität der Fertigungsteile zu produzieren. Das Werkstück muss zur Vermessung weder ausgespannt werden, noch ist ein manuel­ ler Eingriff erforderlich. Dies ergibt einen automatischen Fertigungsablauf.

Die Verwendung eines optischen Sensors in Verbindung mit einem modularen Softwarepaket zur Bildauswertung erlaubt die Erfassung von allen Geometriemerkmalen wie Längendurchmesser und Winkel, sowie Formmerkmalen. Der berührungslos messende optische Sensor gemäß Fig. 3 ist besonders geeignet für empfindliche Messobjekte und daher aufgrund des Einbaus in ein robustes Schutzgehäuse 36 in vielen Fällen einsetzbar.

Bei normalem Messbetrieb sind beide Pneumatikzylinder 18 ausgefahren und das Messobjekt befindet sich zwischen dem Sensor 24 und der Beleuchtungseinheit 23. Durch Bewe­ gung der X-, Y-, Z- und A-Achse der Werkzeugschleifmaschi­ ne 1 kann das Werkzeug W in allen Richtungen in das Mess­ fenster der Kamera 32 positioniert werden. Zur Erfassung der Stirnseite des Messobjekts (Werkzeug W) kann der Pneumatikzylinder 18 der Durchlicht-Beleuchtungseinheit 23 eingefahren und die C-Achse um 90° geschwenkt werden. Der Sensor 24 bleibt dabei am Platz. Somit erfasst die Kamera 22 die vollständige Oberfläche des Werkzeugs, d. h. seine Umfangsfläche sowie seine Stirnfläche. Nach Durchführung der Messung kann auch der Pneumatikzylinder 18 des Sensors 24 wieder eingefahren werden und der Schleifvorgang wird fortgesetzt. Es kann ein ständiger Wechselbetrieb zwischen Messen und Schleifen durchgeführt werden, wobei jeder Fertigungsschritt ggfs. voll automatisch überwacht werden kann. Am Ende des Schleifprozesses kann eine vollständige Messung des Werkstücks (Zerspanungswerkzeug) als Endkon­ trolle dienen. Jedoch können die Messungen bedarfsweise auch auf die Endkontrollen oder auch nur auf Stichproben beschränkt werden.

Die Einzelmessungen können, wenn unterschiedliche Formelemente des Zerspanungswerkzeugs W nacheinander geschliffen werden, auf Teilmessungen beschränkt werden. Wird bspw. zunächst eine Spanfläche geschliffen, kann die Prozeßüberwachung in diesem Bearbeitungsschritt auf das Nachmessen dieser Fläche beschränkt werden. Entsprechendes gilt für die Bearbeitung anderer Flächen und Kanten.

Bei einer Werkzeugschleifmaschine 1 ist zur Über­ wachung der Prozeßführung eine Messeinrichtung 17 vor­ gesehen, die vorzugsweise als kombiniertes Durchlicht- Auflichtmesssystem ausgebildet ist. Dieses ermöglicht sowohl die präzise Erfassung von Kanten, bspw. Schneidkan­ ten im Streif- oder Durchlichtmessverfahren, als auch die Vermessung von Flächen und Vertiefungen im Auflichtver­ fahren. Die automatische Kontrollmessung mittels dieses Messsystems 17 gestattet es der angeschlossenen Steuer­ einrichtung 15, die Prozeßparameter für den Schleifvorgang automatisch nachzustellen, so dass Maßänderungen infolge von Temperaturdrift, mechanischen Ungenauigkeiten der Mechanik der Schleifmaschine oder Schleifscheibenver­ schleiß automatisch ausgeglichen werden. Dies ermöglicht eine Fertigung von größeren Losen innerhalb sehr enger Toleranzen und mit hoher Präzision.

Claims (19)

1. Vorrichtung (1) zum spanenden Bearbeiten, vorzugs­ weise Schleifen von Werkstücken, insbesondere Zerspanungs­ werkzeugen,
mit einer Bearbeitungseinrichtung (8), die wenigstens ein Bearbeitungsmittel (11, 12) und ein Stellmittel (Y- Achse, Z-Achse) aufweist, mit dem das Bearbeitungsmittel (8) und/oder das Werkstück in Bezug aufeinander positio­ nierbar sind,
mit einer Steuereinrichtung (15), die mit dem Stell­ mittel verbunden ist und dieses zur Erzeugung einer vor­ gegebenen Form ansteuert,
mit einer Messeinrichtung (17), die mit der Steuer­ einrichtung (15) verbunden ist mit der eine Messung an dem Werkstück (W) ausführbar ist,
wobei die Steuereinrichtung (15) derart beschaffen ist, dass sie anhand der Messung eine Korrektur der An­ steuerung des Stellmittels vornimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Bearbeitungseinrichtung (8) wenigstens einen Schleifkopf mit ein oder mehreren Schleifscheiben (11, 12) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das zu dem Stellmittel (Y-Achse, Z-Achse) mehre­ re voneinander unabhängig ansteuerbare Achsen mit einen Antrieben gehören, die von der Steuereinrichtung ansteuer­ bar sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass das Werkstück (W) in einer Halteeinrichtung (4, 5) gehalten ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, dass die Halteeinrichtung (4, 5) eine Verstellein­ richtung (A-Achse) aufweist, mittels derer das Werkstück (W) in Richtung ein oder mehrerer Achsen bewegbar und/oder um ein oder mehrere Achsen drehbar ist, wobei die Ver­ stelleinrichtung (A-Achse) von der Steuereinrichtung steu­ erbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Messeinrichtung (17) von einer Positionier­ einheit (18) getragen ist, mittels derer die Messeinrich­ tung (17) wenigstens in einer Richtung (Y-Achse) linear und/oder schwenkend bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Messeinrichtung (17) eine berührungslose, vorzugsweise eine optische Messeinrichtung ist, die nach dem Auflicht- und/oder Durchlichtprinzip arbeitet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Messeinrichtung (17) wahlweise nach dem Auflicht- und dem Durchlichtprinzip arbeitet und zwischen beiden Betriebsarten umschaltbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Steuereinrichtung (15) den Bearbeitungsvor­ gang anhand eines vorgegebenen Bearbeitungsmusters, d. h. einer Vorgabe (Programm, Tabelle, usw.) eigenständig aus­ führt und dass sie für den Bearbeitungsvorgang wenigstens eine Messung zur Überprüfung der Einhaltung der Vorgabe ausführt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, dass die Steuereinrichtung (15) bei Feststellung einer Abweichung zwischen der Vorgabe und der Messung für das aktuelle Werkstück wenigstens dann eine Nachsteuerung vornimmt, wenn eine zulässige Toleranz zunächst über­ schritten ist und mit der Nachsteuerung die Toleranz erreichbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, dass die Steuereinrichtung (15) bei Feststellung einer Abweichung zwischen der Vorgabe und der Messung eine Nachsteuerung für das in der Bearbeitungsabfolge nächste Werkstück vornimmt, wenn eine zulässige Toleranz zunächst überschritten ist und mit der Nachsteuerung die Toleranz nicht mehr erreichbar ist.

12. Verfahren zum Bearbeiten, vorzugsweise zum auto­ matischen Schleifen von Werkstücken, vorzugsweise Zer­ spanungswerkzeugen,
wobei die Bearbeitung des Werkstücks durch eine steuerbare Bearbeitungseinrichtung von einer Steuerein­ richtung durch ein Bearbeitungsprogramm gesteuert durch­ geführt und gesteuert von dieser Steuereinrichtung unter­ brochen wird,
wobei in der entstehenden Bearbeitungspause gesteuert von der Steuereinrichtung mittels einer Messeinrichtung wenigstens eine Messung durchgeführt wird und
wobei das Bearbeitungsprogramm anhand der durchge­ führten Messung für die weitere Bearbeitung nachgesteuert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass die Bearbeitung eines Werkstücks von der Steuer­ einrichtung wiederholt unterbrochen und in jeder so ent­ stehenden Bearbeitungspause eine Messung vorgenommen und der Bearbeitungsvorgang danach gegebenenfalls mit nach­ gestelltem Bearbeitungsprogramm fortgesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass die Bearbeitung von Werkstücken von der Steuer­ einrichtung lediglich stichprobenhaft unterbrochen und somit nur für einige der zu bearbeitenden Werkstücke eines Loses eine Messung vorgenommen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass die Messung nach Beendigung des Bearbeitungsvor­ gangs vorgenommen wird und dass das Werkstück anhand der Messung als Fertigteil oder als außerhalb der Toleranz liegendes Werkstück eingeordnet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich­ net, dass bei außerhalb der Toleranz liegenden Werkstücken überprüft wird, ob ein Nachbearbeitungsvorgang möglich ist und dass, falls ein solcher möglich ist, unmittelbar im Anschluss an die Messung ein Nachbearbeitungsvorgang begonnen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass bei der Messung insbesondere die Geometrie von an dem Werkstück auszubildenden Schneidkanten und gegebe­ nenfalls sich anschliessender Fläche vorgenommen wird.

18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass zur Bestimmung bzw. Auffindung der Axialposition und der Radialposition des als Werkstück dienenden Zer­ spanungswerkzeugs eine berührungslos, vorzugsweise optisch arbeitende Messeinrichtung verwendet wird.

19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, dass zur Relativpositionierung und Bewegung des Werkstücks und der Messeinrichtung vor und während der Messung Achsen genutzt werden, die für das Werkstück vorgesehen sind, wobei die Messeinrichtung während der Messung vorzugsweise in Ruhe verbleibt.