DE19851411A1 - Position measurement method for milling or drilling tool, using contactless measuring devices cooperating with rotary machining tool in its machining position - Google Patents

Position measurement method for milling or drilling tool, using contactless measuring devices cooperating with rotary machining tool in its machining position

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Abstract

The method uses contactless measuring devices, e.g. laser light barrier devices (5,6 ; 7,8), cooperating with the machining tool (3) after its movement into the machining position, for position measurement of the rotary machining tool, with subsequent compensation of detected geometric position errors. An Independent claim for a position measuring device for a rotary machining tool is also included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken.The invention relates to a method and an apparatus for Measuring milling devices arranged in a processing device or drilling tools for machining on a clamping table arranged workpieces.

Aufgrund von Ungenauigkeiten in den Führungen der Bearbeitungsvorrichtung sowie aufgrund der Abnutzung der Werkzeuge kommt es beim Bearbeiten von Werkstücken zu Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung, insbesondere ergeben sich Absätze beim segmentweisen Fräsen mit unterschiedlichen Werkzeugstellungen. Um diese Absätze möglichst klein zu halten, besteht einmal die Möglichkeit, die Absätze durch manuelle Nacharbeit zu beseitigen, was bei großen Werkstücken aus schwer zu bearbeitendem Material zeitaufwendig, schwierig und ungenau ist, sowie die weitere Möglichkeit, das Werkzeug durch manuellen Bedienereingriff an der Maschine neu zu justieren. Due to inaccuracies in the guides of the Machining device as well as due to the wear of the tools there are inaccuracies when machining workpieces the processing, in particular paragraphs of the segmental milling with different tool positions. Around To keep these paragraphs as small as possible, there is one Possibility to remove the paragraphs by manual rework, what with large workpieces made of difficult-to-machine material is time consuming, difficult and inaccurate, as well as the further one Possibility to operate the tool by manual operator intervention Readjust the machine.  

Bekannt ist des weiteren das Vermessen eines Werkzeugs an einem Meßtopf, an den das Werkzeug in einer vorgegebenen Meßstellung berührend herangefahren wird. Dieser Meßtopf erlaubt es, das Werkzeug in den Achsen X, Y, Z zu vermessen, jedoch erfolgt das Vermessen nur punktweise und ergibt kein vollständiges Bild der Geometrie des Werkzeugs. Des weiteren lassen sich Ungenauigkeiten in den Bewegungsantrieben der Bearbeitungsvorrichtung nicht berücksichtigen bzw. messen.It is also known to measure a tool on one Measuring cup to which the tool is in a given measuring position is touched up. This measuring pot allows that Measure tool in the X, Y, Z axes, but this is done Only measure point by point and does not give a complete picture of the Geometry of the tool. Furthermore, inaccuracies can be found not in the movement drives of the processing device take into account or measure.

Schließlich ist es auch noch bekannt, das Werkzeug durch einen Meßtaster zu ersetzen, der die Kontur einer nahegelegenen Eichkugel anfährt. Bei diesem Verfahren lassen sich weder die Abnutzung des Werkzeugs noch Ungenauigkeiten in den Bewegungsantrieben der Bearbeitungsvorrichtung feststellen.Finally, it is also known to use a tool Probe to replace the contour of a nearby one Eichkugel starts. With this procedure neither Tool wear still inaccuracies in the Determine the motion drives of the processing device.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen von Fräs- oder Bohrwerkzeugen in einer Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, die es erlauben, Ungenauigkeiten bei der Bearbeitung, insbesondere Absätze beim segmentweisen Fräsen mit unterschiedlichen Werkzeugstellungen zu vermeiden, wobei dieses Verfahren und die Vorrichtung einen Automatikbetrieb ermöglichen sollen.The invention is based on the problem, a method and a Device for measuring milling or drilling tools in one To create machining device that allow Inaccuracies in processing, especially paragraphs in segment-wise milling with different tool positions avoid, this method and the device one Enable automatic mode.

Ausgehend von dieser Problemstellung wird ein Verfahren zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken vorgeschlagen, das erfindungsgemäß aus den Schritten besteht:
Based on this problem, a method for measuring milling or drilling tools arranged in a machining device for machining workpieces arranged on a clamping table is proposed, which according to the invention consists of the steps:

  • - Einstellen des Werkzeugs in die Bearbeitungsstellung,- setting the tool in the machining position,
  • - Anfahren von berührungslosen Meßvorrichtungen für das Werkzeug in dessen Bearbeitungsstellung und- Approaching non-contact measuring devices for the tool in its processing position and
  • - Vermessen des rotierenden Werkzeugs sowie ggf.- Measuring the rotating tool and, if necessary
  • - Kompensation möglicher geometrischer Abweichungen.- Compensation for possible geometric deviations.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß nur dann ein genaues Vermessen eines Werkzeuges möglich ist, bei dem sowohl die Veränderungen der Geometrie des Bearbeitungswerkzeugs aufgrund von Abnutzung als auch Ungenauigkeiten in den Bewegungsantrieben der Bearbeitungsvorrichtung berücksichtigt werden können, wenn das Werkzeug in der Bearbeitungsstellung vermessen wird und sich dabei dreht. Dies wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht, wobei sich das Anfahren der Meßvorrichtungen automatisch; steuern und sich in der Meßvorrichtung die tatsächliche Verlagerung der Werkzeugkontur zu der theoretischen Soll-Position ermitteln läßt. Hieraus werden die Korrekturwerte wenigstens in den Achsen X, Z oder Y, Z, vorzugsweise jedoch in den Achsen X, Y, Z ermittelt und automatisch in die Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung eingegeben. Ein Bedienereingriff ist somit nicht mehr notwendig. Statt, wie bekannt, Einzelkomponenten an Einflußfaktoren zu vermessen, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Gesamtergebnis erhalten, das sich direkt für die Steuerung der Bearbeitungsvorrichtung verwenden läßt.The invention is based on the consideration that only then precise measurement of a tool is possible in which both Changes in the geometry of the machining tool due to Wear and inaccuracies in the motion drives of the Processing device can be considered if that Tool is measured in the machining position and thereby turns. This is achieved with the method according to the invention, the starting of the measuring devices automatically; Taxes and the actual shift in the measuring device Tool contour can be determined to the theoretical target position. From this the correction values are at least in the axes X, Z or Y, Z, but preferably determined in the axes X, Y, Z and automatically in the control of the processing device entered. Operator intervention is therefore no longer necessary. Instead of, as is known, individual components based on influencing factors is measured using the method according to the invention  Get overall result that is directly used to control the Processing device can be used.

Vorzugsweise können zwei Laser-Strahl-Lichtschranken auf einer Meßplatte in X- und Y-Richtung angeordnet sein und das rotierende Werkzeug für die Messung in X- und Y-Richtung wird waagerecht seitlich an die Laserstrahlen und für die Messung in Z-Richtung senkrecht von oben an einen Laserstrahl herangefahren.Preferably, two laser beam light barriers can be on one Measuring plate arranged in the X and Y directions and the rotating Tool for measurement in the X and Y directions becomes horizontal to the side of the laser beams and for measurement in the Z direction Approach a laser beam vertically from above.

Zum Vermessen des Werkzeugs kann dieses an eine am Aufspanntisch angeordnete Meßvorrichtung herangefahren werden. Ebenso ist es möglich, das Werkzeug an eine getrennt von dem Aufspanntisch an einer Meßplatte an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnete Meßvorrichtung heran zu fahren.To measure the tool, it can be connected to one on the clamping table arranged measuring device can be moved up. It is the same possible to attach the tool to a separate table a measuring plate arranged on the processing device To move the measuring device.

Wenn die Meßvorrichtung getrennt von dem Aufspanntisch an einer Meßplatte angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn sich die Meßplatte zum Vermessen des Werkzeugs in den Bewegungsbereich des Werkzeugs bewegen läßt, während der Werkstückbearbeitung jedoch aus dem Bewegungsbereich des Werkzeugs herausgeführt ist. Dabei kann die Bewegung der Meßplatte vorzugsweise aus einer Schwenkbewegung bestehen.If the measuring device is separated from the clamping table on one Measuring plate is arranged, it is advantageous if the Measuring plate for measuring the tool in the range of movement of the Tool can move, but during workpiece machining is led out of the range of movement of the tool. Here can the movement of the measuring plate preferably from a Swivel movement exist.

Zur Lösung des eingangs erwähnten Problems wird des weiteren eine Vorrichtung zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken vorgeschlagen, die Einrichtungen zum Einstellen des Werkzeugs in die Bearbeitungsstellung und eine Meßeinrichtung an der Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Vermessen des sich in der Bearbeitungsstellung befindlichen, rotierenden Werkzeugs aufweist.In order to solve the problem mentioned at the outset, a Device for measuring in a processing device arranged milling or drilling tools for machining on a work table arranged workpieces proposed  Means for setting the tool in the Processing position and a measuring device on the Processing device for contactless measurement of the in rotating tool in the machining position having.

Die Meßvorrichtung kann vorzugsweise aus auf einer Meßplatte angeordneten Laser-Strahl-Lichtschranken bestehen, wobei die Meßplatte entweder am Aufspanntisch für das Werkstück oder getrennt von dem Aufspanntisch an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sein kann. In diesem Fall kann die Meßplatte in den Bewegungsbereich des Werkzeugs bewegbar, vorzugsweise schwenkbar an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sein.The measuring device can preferably be made on a measuring plate arranged laser beam light barriers exist, the Measuring plate either on the work table or separate from the clamping table on the processing device can be arranged. In this case, the measuring plate in the Movement range of the tool is movable, preferably pivotable be arranged on the processing device.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:The invention is described below with reference to a drawing illustrated embodiment of the closer explained. In the Show drawing:

Fig. 1 einen Bearbeitungskopf mit einem Fräswerkzeug in der Bearbeitungsstellung beim Vermessen in der Y-Achse, Fig. 1 shows a machining head with a milling tool in the machining position when measuring in the Y-axis,

Fig. 2 einen Bearbeitungskopf mit einem Fräswerkzeug beim Vermessen in der X-Achse und Fig. 2 shows a machining head with a milling tool when measuring in the X-axis and

Fig. 3 einen Bearbeitungskopf mit einem Fräswerkzeug beim Vermessen in der Z-Achse. Fig. 3 shows a machining head with a milling tool when measuring in the Z axis.

Von einer Bearbeitungsvorrichtung, im dargestellten Beispiel eine Fräsmaschine, ist ein in Richtung der Achsen A, B, C bewegbarer Bearbeitungskopf 1 dargestellt. An dem Bearbeitungskopf 1 ist eine Motorfrässpindel 2 angeordnet, die ein hochtourig laufendes Fräswerkzeug 3 mit einem Kugelfräskopf trägt. Dieses Fräswerkzeug 3 befindet sich in einer Bearbeitungsstellung, in die es nach Beendigung eines Bearbeitungsvorgangs in einer anderen Bearbeitungsstellung mittels im einzelnen nicht dargestellter Bewegungsantriebe gebracht wurde. Auf einer Meßplatte 4 sind eine Laser-Strahl-Lichtschranke 5 mit einer Laserstrahl 6 sowie rechtwinklig dazu eine weitere Laser-Strahl-Lichtschranke 7 mit einem Laserstrahl 8 angeordnet. Die Meßplatte 4 kann in im einzelnen nicht dargestellter Weise an oder auf einem Aufspanntisch für ein nicht dargestelltes Werkstück angeordnet sein. Mit Hilfe der Laser-Strahl-Lichtschranken 5, 7 auf der Meßplatte 4 läßt sich der in seiner Bearbeitungsstellung befindliche Kugelkopf des Fräswerkzeugs 3 vermessen. Zu diesem Zweck wird der Kugelkopf, wie in Fig. 1 dargestellt, zunächst in Y-Richtung in Richtung des Laserstrahls 6 verfahren, derart, daß der Laserstrahl 6 den Kugelfräskopf an seinem größeren Durchmesser berührt. Da sich das Werkzeug beim Vermessen dreht, ist es möglich, seine Geometrie unter Berücksichtigung der Abnutzung und seiner Position in der Bearbeitungsstellung im Bearbeitungskopf 1 zu vermessen. In gleicher Weise wird eine Messung in X-Richtung vorgenommen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Schließlich wird auch noch eine Messung in Z-Richtung, wie in Fig. 3 dargestellt, vorgenommen, indem der Kugelfräskopf senkrecht von oben gegen den Laserstrahl 6 oder den Laserstrahl 8 bewegt wird.A machining head 1 that can be moved in the direction of the axes A, B, C is represented by a machining device, in the example shown a milling machine. A motor milling spindle 2 is arranged on the machining head 1 and carries a high-speed milling tool 3 with a ball milling head. This milling tool 3 is in a machining position, into which it was brought in another machining position after the completion of a machining operation by means of movement drives, not shown in detail. A laser beam light barrier 5 with a laser beam 6 and, at right angles thereto, a further laser beam light barrier 7 with a laser beam 8 are arranged on a measuring plate 4 . The measuring plate 4 can be arranged in a manner not shown in detail on or on a clamping table for a workpiece, not shown. With the help of the laser beam light barriers 5 , 7 on the measuring plate 4 , the ball head of the milling tool 3 in its machining position can be measured. For this purpose, as shown in FIG. 1, the ball head is first moved in the Y direction in the direction of the laser beam 6 in such a way that the laser beam 6 touches the larger diameter of the ball milling head. Since the tool rotates during the measurement, it is possible to measure its geometry taking into account the wear and its position in the machining position in the machining head 1 . A measurement in the X direction is carried out in the same way, as shown in FIG. 2. Finally, a measurement in the Z direction, as shown in FIG. 3, is also carried out by moving the ball milling head vertically from above against the laser beam 6 or the laser beam 8 .

Aus den Meßwerten des rotierenden Originalwerkzeugs ergeben sich sämtliche Einflußfaktoren, die eine Ungenauigkeit beim Bearbeiten des Werkstücks, insbesondere Absätze beim segmentweisen Fräsen mit unterschiedlichen Werkzeugstellungen verursachen, ermittelt und lassen sich automatisch berücksichtigen. Bei diesen Einflußfaktoren, die eine Ungenauigkeit beim Fräsen verursachen, handelt es sich beispielsweise um Fehler in der Geometrie der Maschine, in der Werkzeugaufnahme für das Werkzeug und Veränderungen in der Geometrie des Werkzeugs durch Abnutzung. Diese Einflußfaktoren werden durch das Vermessen des Werkzeugs in seiner spezifischen Schrägstellung, in der auch bei der folgenden Bearbeitung der Eingriff am Werkstück erfolgt, gewährleistet.From the measured values of the rotating original tool result all influencing factors that are inaccurate when editing of the workpiece, in particular shoulders with segmental milling cause, determine and different tool positions can be taken into account automatically. With these Influencing factors that cause inaccuracy when milling, for example, there are errors in the geometry of the Machine, in the tool holder for the tool and Changes in the geometry of the tool due to wear. These influencing factors are determined by measuring the tool in its specific inclination, in which also the following Machining the intervention on the workpiece is guaranteed.

Nach jeder Veränderung der Bearbeitungsstellung wird das rotierende Werkzeug erneut in die Meßvorrichtung gefahren, und die tatsächliche Verlagerung der Werkzeugkontur zur theoretischen Soll-Position wird ermittelt. Hieraus werden die Korrekturwerte in den drei Linearachsen X, Y und Z automatisch als Offset-Werte errechnet. Ein Bedienereingriff ist somit nicht mehr notwendig.After each change in the processing position, this will be rotating tool again in the measuring device, and the actual shift of the tool contour to the theoretical one The target position is determined. From this the correction values in the three linear axes X, Y and Z automatically as offset values calculated. Operator intervention is therefore no longer necessary.

Die Meßplatte 4 kann auch getrennt von dem Aufspanntisch für das Werkstück an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sein. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn sich die Meßplatte in und aus den Bewegungsbereich des Werkzeugs bewegen, vorzugsweise schwenken läßt.The measuring plate 4 can also be arranged separately from the clamping table for the workpiece on the processing device. In this case it is advantageous if the measuring plate can be moved in and out of the range of movement of the tool, preferably pivoted.

Claims (11)

1. Verfahren zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken mit den Schritten:
  • 1. Einstellen des Werkzeugs in die Bearbeitungsstellung,
  • 2. Anfahren von berührungslosen Meßvorrichtungen für das Werkzeug in dessen Bearbeitungsstellung und
  • 3. Vermessen des rotierenden Werkzeugs sowie ggf.
  • 4. Kompensation von möglichen geometrischen Abweichungen.
1. Method for measuring milling or drilling tools arranged in a machining device for machining workpieces arranged on a clamping table, with the steps:
  • 1. Setting the tool in the machining position,
  • 2. Start of contactless measuring devices for the tool in its machining position and
  • 3. Measure the rotating tool and if necessary
  • 4. Compensation for possible geometric deviations.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das rotierende Werkzeug in den Achsen X, Y, Z vermessen wird.2. The method of claim 1, wherein the rotating tool in the axes X, Y, Z is measured. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwei Laser-Strahl-Lichtschranken auf einer Meßplatte in X- und Y-Richtung angeordnet sind und das rotierende Werkzeug für die Messung in X- und Y-Richtung waagerecht seitlich an die Laserstrahlen und für die Messung in Z-Richtung senkrecht von oben an einen Laserstrahl herangefahren wird.3. The method according to claim 1 or 2, in which two Laser beam light barriers on a measuring plate in X and Y direction are arranged and the rotating tool for the Measurement in the X and Y directions horizontally to the side Laser beams and for the measurement in the Z direction perpendicular from  is approached to a laser beam at the top. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das Werkzeug zum Vermessen an die am Aufspanntisch angeordnete Meßvorrichtung herangefahren wird.4. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, in which the Tool for measurement on the one arranged on the clamping table Measuring device is moved up. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, bei dem das Werkzeug zum Vermessen an die getrennt von dem Aufspanntisch an einer Meßplatte an der Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Meßvorrichtung herangefahren wird.5. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, in which the Tool for measuring on the table separately arranged on a measuring plate on the processing device Measuring device is moved up. 6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Meßplatte zum Vermessen des Werkzeugs in den Bewegungsbereich das Werkzeugs bewegt wird.6. The method according to claim 5, wherein the measuring plate for measurement of the tool in the range of motion of the tool becomes. 7. Vorrichtung zum Vermessen von in einer Bearbeitungsvorrichtung angeordneten Fräs- oder Bohrwerkzeugen (3) zum Bearbeiten von auf einem Aufspanntisch angeordneten Werkstücken mit
  • 1. Einrichtungen (1) zum Einstellen des Werkzeugs (3) in die Bearbeitungsstellung und
  • 2. einer Meßeinrichtung (5, 7) an der Bearbeitungsvorrichtung zum berührungslosen Vermessen des sich in der Bearbeitungsstellung befindlichen, rotierenden Werkszeugs (3).
7. Device for measuring milling or drilling tools ( 3 ) arranged in a machining device for machining workpieces arranged on a clamping table
  • 1. Means ( 1 ) for adjusting the tool ( 3 ) in the machining position and
  • 2. a measuring device ( 5 , 7 ) on the processing device for non-contact measurement of the rotating tool ( 3 ) in the processing position.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 mit auf einer Meßplatte (4) angeordneten Laser-Strahl-Lichtschranken (5, 7).8. The device according to claim 7 with on a measuring plate ( 4 ) arranged laser beam light barriers ( 5 , 7 ). 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Meßplatte (4) am Aufspanntisch für das Werkstück angeordnet ist.9. The device according to claim 7 or 8, wherein the measuring plate ( 4 ) is arranged on the clamping table for the workpiece. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der die Meßplatte (4) getrennt von dem Aufspanntisch an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet ist.10. The device according to claim 7 or 8, wherein the measuring plate ( 4 ) is arranged separately from the clamping table on the processing device. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Meßplatte (4) in den Bewegungsbereich des Werkzeugs (3) bewegbar an der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet ist.11. The device according to claim 10, wherein the measuring plate ( 4 ) in the movement range of the tool ( 3 ) is arranged movably on the processing device.
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