DE19914863A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Messung und/oder Einstellung von Werkstücken oder Werkzeugen - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zur Messung und/oder Einstellung von Werkzeugen, mit einer Halterung (4) zur Aufnahme eines Werkzeugs, einem in wenigstens zwei Richtungen verstellbaren Koordinatenschlitten (3, 7) zur Halterung einer Vorrichtung zur optischen Erfassung des Werkzeugs, und Mitteln (15) zur rechnerischen Erfassung der Lage des Werkzeugs, welches Mittel zur Berechnung eines Ist-Koordinatensystems, welches der Lage des Werkzeuges zugeordnet ist, Mittel zur Darstellung des Werkzeugs bezüglich des Ist-Koordinatensystems, Mittel zum Vergleich des bezüglich des Ist-Koordinatensystems dargestellten Werkzeugs mit einem Soll-Koordinatensystem und Mittel zur Durchführung einer Messung und/oder einer Einstellung des Werkzeugs auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem Soll-Koordinatensystem und der Darstellung des Werkzeugs in dem Ist-Koordinatensystem.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung und/oder Einstellung von Werkstücken oder Werkzeugen nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 bzw. 5.

Vorrichtungen zur Messung und/oder Einstellung von Werkzeu­ gen sind bekannt. Derartige Vorrichtungen weisen üblicher­ weise einen Basisrahmen auf, welcher einerseits eine Werk­ zeugaufnahme, und andererseits einen Koordinatenschlitten, auf welchem das eigentliche Meßsystem angeordnet ist, trägt. Als Meßsysteme wurden herkömmlicherweise Projekto­ ren, in jüngster Zeit vielfach auch Kamerasysteme bzw. Bildverarbeitungssysteme verwendet. Zur genauen Messung bzw. Einstellung von Werkzeugen war es bei herkömmlichen Vorrichtungen stets notwendig, eine Feinverstellung für den Koordinatenschlitten zur Verfügung zu stellen. Eine derar­ tige Feinverstellung wird dazu verwendet, ein in einem Pro­ jektor, einer Kamera oder einem Monitor eines Bildverarbei­ tungssystems ausgebildetes Fadenkreuz beispielsweise an ei­ ne Werkzeugschneide genau anzulegen. Derartige Feinverstel­ lungen, notwendigerweise wenigstens in zwei linear unabhän­ gigen Richtungen, sind beispielsweise manuell mittels einer Gewindespindel und einer zugeordneten Gewindemutter aus­ führbar. Da die Feinverstellung spielfrei und µ-genau sein muß, werden hohe Anforderungen an die Gewindeausführung ge­ stellt. Es werden daher zu diesem Zwecke meist geschliffene Gewinde verwendet, welche in der Herstellung sehr teuer sind.

In jüngster Zeit wurden ferner CNC-gesteuerte Feinverstel­ lungen verwendet. Zu diesem Zwecke werden, anstelle der ty­ pischerweise im Falle von mechanischen Feinverstellungen vorgesehenen Handräder, Motoren eingesetzt, welche über aufwendige Steuerungen derart feinfühlig geregelt werden, daß die Werkzeuge mit der notwendigen Genauigkeit ausgemes­ sen werden können.

Es erweist sich in der Praxis, daß herkömmliche Feinver­ stellungssysteme, sowohl in manueller als auch motorischer Ausführung, sehr teure Elemente darstellen, durch welche die Gesamtkosten von Vorrichtungen zur Vermessung und/oder Einstellung von Werkzeugen beträchtlich beeinflußt werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine Messung und/oder Ein­ stellung von Werkstücken oder Werkzeugen in besonders ein­ facher und unaufwendiger Weise zu ermöglichen. Es wird hierbei angestrebt, die Bereitstellungskosten zu diesem Zwecke verwendeter Vorrichtungen gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen zu senken.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5.

Erfindungsgemäß ist nun eine genaue Messung und/oder Ein­ stellung von Werkzeugen bzw. Werkstücken ohne die Notwen­ digkeit eines Feinverstellungssystems für einen die Meßop­ tik tragenden Koordinatenschlitten möglich. Auf Handräder, wie sie herkömmlicherweise bei mechanischen Feinverstel­ lungssystemen verwendet wurden, sowie auf eine motorische Feinverstellung des Koordinatenschlittens kann vollständig verzichtet werden. Hierdurch kann eine Vorrichtung zur Mes­ sung und/oder Einstellung von Werkstücken in sehr preiswer­ ter Weise zur Verfügung gestellt werden.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegen­ stand der abhängigen Ansprüche.

Zweckmäßigerweise ist das Soll-Koordinatensystem als Soll- Fadenkreuz auf einem Monitor ausgebildet, in dessen Bildbe­ reich das zu messende bzw. einzustellende Werkzeug ein­ bringbar ist. Durch Aufnahme des Werkzeugs mittels einer Kamera und Übertragung auf den Monitor ist eine Darstellung des Werkzeugs in einfacher Weise möglich. Das Werkzeug muß hierbei lediglich in den Bildbereich der Kamera bzw. des Monitors eingebracht werden. Eine genaue Positionierung des Werkzeugs bezüglich des Soll-Fadenkreuzes mittels einer Feinverstellung ist nicht notwendig, da ein Vergleich der Position des Werkzeugs mit den Soll-Fadenkreuz computerge­ steuert in einfacher Weise durchführbar ist.

Es erweist sich hierbei als vorteilhaft, daß auch das Ist- Koordinatensystem als Ist-Fadenkreuz auf dem Monitor dar­ stellbar ist, wobei das Ist-Fadenkreuz an das in den Bild­ bereich der Kamera bzw. des Monitors eingebrachte Werkzeug anlegbar ist. Eine Differenz zwischen einem Soll-Fadenkreuz und einem Ist-Fadenkreuz ist von einem Rechnersystem in einfacher Weise ermittelbar, so daß Abweichungen vorzei­ chenrichtig verrechnet und die tatsächlichen Positionswerte vom Rechnersystem angezeigt werden können. Manuelle oder motorische Feinverstellungen sind hierzu nicht erforder­ lich.

Zweckmäßigerweise ist eine Fokussierung der Werkzeugdar­ stellung auf dem Monitor bzw. in der verwendeten Kamera vorgesehen. Eine derartige Fokussierung ist beispielsweise derart durchführbar, daß, wenn das Werkzeug auf dem Monitor erscheint, eine Fokussierungsanzeige aktiv wird. Die Fokus­ sierungsanzeige ist beispielsweise auf dem Monitor ein­ blendbar. Es erfolgt dann (manuell oder automatisch) eine Drehung des Werkzeuges, bis die Fokussierungsanzeige eine geeignete Information anzeigt. Wird nach einer derartigen Fokussierung das Ist-Fadenkreuz an das Werkzeug angelegt, sind besonders genaue Messungen möglich.

Zweckmäßigerweise weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Mittel zur Einstellung des Werkzeugs derart, daß das Ist- Koordinatensystem mit dem Soll-Koordinatensystem zur Über­ einstimmung gebracht werden kann, auf. Derartige Mittel wirken mit an einem einstellbaren Werkzeug vorgesehenen Nachstellmechanismen zusammen, so daß beispielsweise eine Werkzeugschneide in zwei zueinander linear unabhängigen Richtungen verstellt werden kann. Es erweist sich hierbei als besonders vorteilhaft, beispielsweise bei Verstellung einer Werkzeugschneide eine entsprechend kontinuierliche Änderung einer Meßwertanzeige, welche die Differenz zwi­ schen Ist-Fadenkreuz und Soll-Fadenkreuz darstellt, vorzu­ sehen. Es sei angemerkt, daß mittels entsprechender Ein­ stellung des Soll-Koordinatensystems beliebige Werkzeugein­ stellungen durchgeführt werden können.

Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische seitliche Ansicht einer Vor­ richtung zur Messung und/oder Einstellung von Werkzeugen gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 2 zwei schematische Darstellungen eines bei der Vorrichtung der Fig. 1 verwendeten Projektors bzw. Monitors, in dessen Bildfeld eine Werkzeug­ schneide eingebracht ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Monitors, wie er bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung und/­ oder Einstellung von Werkzeugen verwendet wird,

Fig. 4 eine bevorzugte Ausführungsform eines Monitors, wie er zur Ausmessung eines Werkzeugs verwendbar ist, und

Fig. 5 eine weitere bevorzugte Ausführungsform eines Mo­ nitors, wie er zur Einstellung eines Werkzeugs verwendbar ist.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zur Messung und/oder Ein­ stellung von Werkzeugen gemäß dem Stand der Technik in seitlicher Ansicht dargestellt. Auf einem Gestell 1 ist ein Basisrahmen 2 ausgebildet. Dieser Basisrahmen 2 trägt eine Werkzeugaufnahme 4 zur Aufnahme eines Werkzeugs 5. Der Ba­ sisrahmen 2 trägt ferner einen Schlitten 3, welcher mittels eines ersten Verstellmechanismus, von dem lediglich ein Handrad 10 dargestellt ist, in X-Richtung verschiebbar ist. Der Schlitten 3 trägt einen weiteren Schlitten 7, welcher mittels eines zweiten Verstellmechanismus, von dem ledig­ lich ein Handrad 11 im einzelnen dargestellt ist, in Z-Richtung, d. h. senkrecht zur X-Richtung, verschiebbar ist. Auf dem Schlitten 7 ist mittels eines Optikträgers 20 eine Kamera 16 gehaltert, welche somit insgesamt in X- und Z-Richtung verschiebbar ist.

Zur Messung bzw. Einstellung beispielsweise einer Schneide 5a des Werkstücks 5 wird die Kamera 16 vor bzw. hinter die Schneide 5a verfahren, so daß die Schneidenspitze im Bild­ feld der Kamera 16 erscheint, wie dies in Fig. 1 erkennbar ist. Das von der Kamera 16 erfaßte Bild 5a' wird auf einen Monitor 6 übertragen (Fig. 2, links), welcher für einen Bediener gut einsehbar bzw. bedienbar angeordnet ist.

Da die Schlitten 3, 7 als Koordinatenschlitten für die Ka­ mera 16 dienen, ist die genaue Positionierung eines Kamera- Fadenkreuzes 16a bekannt. Das Kamera-Fadenkreuz 16a wird ebenfalls auf den Monitor 6 übertragen. Das Bild des Kame­ ra-Fadenkreuzes auf dem Monitor ist in Fig. 2 mit 6a be­ zeichnet. Mittels der Handräder 10, 11 erfolgt nun ein Ver­ fahren der Meßschlitten 3, 7, so daß die Schneide 5a des Werkstücks 5 genau an dem Fadenkreuz 6a (bzw. dem Bild des Fadenkreuzes 16a) anliegt. Dieser Zustand ist in Fig. 2, rechts dargestellt. Da, wie gesagt, die Koordinaten der Fa­ denkreuze 6a bzw. 16a genau bekannt sind, ist hiermit auch eine genaue Messung der Schneide 5a des Werkzeugs 5 zur Verfügung gestellt. Als nachteilig erweist sich hierbei je­ doch, daß das genaue Positionieren der Meßschlitten, so daß die Schneide 5a exakt am Fadenkreuz 16a der Kamera bzw. 6a des Monitors anliegt, aufwendige Verstellmechanismen erfor­ dert.

Gemäß der in Fig. 3 dargestellten bevorzugten Ausführungs­ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Messung und/oder Einstellung von Werkzeugen ist ebenfalls ein Kamera- Monitor-System vorgesehen. Hierbei ist die Kamera, welche wiederum mit 16 bezeichnet ist, entsprechend der unter Be­ zugnahme auf Fig. 1 beschriebenen Kamera 16 mittels eines Koordinatenschlittens 3, 7 in X- und Z-Richtung verfahrbar. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ist hierbei jedoch kein Fein­ verstellungsmechanismus vorgesehen, wodurch beispielsweise auf Handräder, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 1 be­ schrieben wurden, verzichtet werden kann. Es ist gemäß der in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Vorrichtung aus­ reichend, die auch in dieser Figur mit 5a bezeichnete Schneide des Werkzeugs 5 mittels eines Schnellverstellme­ chanismus in das Bildfeld der Kamera 16 zu bringen, wie weiter unten näher erläutert wird. Zur groben Positionie­ rung des Koordinatenschlittens ist also ein Schnellver­ stellmechanismus ausreichend, von dem in Fig. 3 lediglich ein Einhand-Bedienknopf 8 dargestellt ist. Die Kamera 16 ist mit einer beispielsweise als Computer ausgebildeten Steuereinrichtung 15 verbunden, welche mit einem hier mit 26 bezeichneten Monitor verbunden ist. Die Steuereinrich­ tung 15 kann ferner zur Steuerung des Koordinatenschlittens 3, 7 ausgebildet sein.

Zur Messung eines Werkzeugs mit der in Fig. 3 dargestell­ ten Vorrichtung wird das Werkzeug, entsprechend dem Stand der Technik, in die Werkzeugaufnahme 4 eingesetzt und vor bzw. hinter die Kamera 16 gebracht, so daß die Werkzeug­ schneide 5a in dem Monitor 16 sichtbar wird, beispielsweise durch Betätigung des Einhand-Bedienknopfes 8. An einen der­ artigen Mechanismus werden keine hohen Genauigkeitsanforde­ rungen gestellt, wodurch er in sehr preiswerter Weise ver­ fügbar ist.

Wie in Fig. 4 zu erkennen, ist auf dem Monitor 26 ein mit­ tiges Fadenkreuz 26a ausgebildet, welches die Soll-Position der Schneide 5a bezüglich der X- und Z-Achse darstellt. Das Fadenkreuz 26a des Monitors 26 ist hierbei wiederum beispielsweise einem Fadenkreuz 16a der Kamera 16 zugeord­ net. Sobald die Werkzeugschneide 5a in dem Bildfeld des Mo­ nitors 26 erscheint, wird eine Fokussierungsanzeige, in Fig. 4 mit 17 bezeichnet, aktiviert und auf dem Monitor 26 eingeblendet. Der Bediener dreht das Werkzeug 5, beispiels­ weise durch Betätigung des Werkzeughalters 4 oder Drehung des Werkzeugs 5 in dem Werkzeughalter 4 solange, bis die Fokussierungsanzeige den Wert Null anzeigt. Der Fokussier­ zustand ist beispielsweise durch eine farblich abgestimmte Analoganzeige anzeigbar, wobei beispielsweise im Sinne ei­ ner Ampel eine rote Anzeige signalisiert, daß die Werkzeug­ schneide vollständig defokussiert ist, und eine grüne An­ zeige eine abgeschlossene Fokussierung darstellt.

Sobald das Werkzeug fokussiert ist, d. h. die Schneide 5a befindet sich auf dem höchsten Punkt, legt sich ein mit 26b bezeichnetes Ist-Fadenkreuz an die Werkzeugschneide 5a an. Die entsprechende Steuerung des Ist-Fadenkreuzes 26b er­ folgt vorteilhafterweise durch die in Fig. 3 mit 15 be­ zeichnete Steuereinrichtung. Die Differenz zwischen dem Soll-Fadenkreuz 26a und dem Ist-Fadenkreuz 26b ist in der Fig. 4 mit ΔZ bzw. ΔX gekennzeichnet. Diese Differenz kann von der Steuereinrichtung 15, welche über eine entsprechen­ de Software verfügt, automatisch ermittelt werden. Die Wer­ te ΔX und ΔZ werden hierbei vorzeichenrichtig berechnet und somit die tatsächlichen X- und Z-Werte ermittelt. Diese Werte X, Z sind, wie in der Fig. 4 bei 18 dargestellt, auf dem Monitor 26 darstellbar. Mit den derart ermittelten X-, Z-Werten ist der Meßvorgang beendet. Im Gegensatz zum Stand der Technik sind zur Durchführung dieser Messung keine ma­ nuellen oder motorischen Feinverstellungen der X- und Z- Achse erforderlich. Die Ermittlung der Werte ΔZ und ΔZ und somit der Werte X, Z, kann für beliebige Werkzeuge bzw. Schneiden automatisch erkannt werden.

Der in der Fig. 4 dargestellte Monitor eignet sich eben­ falls zu einer Einstellung eines Werkzeugs. Bei Einstell­ vorgängen ist es gemäß dem Stand der Technik notwendig, den Meßschlitten, welcher die Optik des Systems trägt, genau auf eine Sollposition (X- und Z-Koordinaten) einzustellen. Durch entsprechende Anpassung des Werkzeuges bezüglich die­ ser Sollkoordinaten wird gemäß dem Stand der Technik eine Werkzeugeinstellung durchgeführt.

Erfindungsgemäß kann auch bei einem Einstellvorgang auf ei­ ne genaue Positionierung des Meßschlittens verzichtet wer­ den. Dies soll anhand der Fig. 5 im einzelnen erläutert werden. Bis einschließlich der Fokussierung entspricht der Einstellvorgang dem bereits dargestellten Ausmeßvorgang. Ist die Werkzeugschneide 5a im Monitor 26 sichtbar und fo­ kussiert, wird das Istmaß des Werkzeuges in der Anzeige 18 dargestellt. Entsprechend dem Sollmaß wird nun ein Faden­ kreuz 26c auf dem Monitor 26 definiert. Die Werkzeugschnei­ de 5a wird nun mittels am Werkzeug vorgesehener Nachstell­ mechanismen, welche nicht im einzelnen dargestellt sind, solange positioniert bzw. nachgestellt, bis die Schneide 5a an dem Fadenkreuz 26c anliegt. Beispielhaft sei davon aus­ gegangen, daß das in Fig. 5 dargestellte Fadenkreuz 26c die Koordinaten X = 030,000 und Z = 130,000 aufweist. Ein Ist- Fadenkreuz der Schneide 5a ist mit 26d bezeichnet. Man er­ kennt, daß die Anzeige 18 die sich verändernden Koordinaten des Fadenkreuzes 26d anzeigt. Im dargestellten momentanen Zustand weist das Fadenkreuz 26d die Koordinaten X = 032,000 und Z = 128,318 auf. Es wäre selbstverständlich ebenfalls möglich, auf dem Monitor zusätzlich die Koordinaten des Soll-Fadenkreuzes 26c anzuzeigen. Mittels nicht dargestell­ ter Nachstellmechanismen wird die Schneide 5a solange ver­ stellt, bis sie ihre durch das Soll-Fadenkreuz 26c dar­ stellbare Sollposition erreicht hat, so daß die Fadenkreuze 26d und 26c übereinander zur Anordnung kommen.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Messung und/oder Einstellung von Werk­ stücken oder Werkzeugen, mit einer Halterung (4) zur Auf­ nahme eines Werkstücks oder Werkzeugs, einem in wenigstens zwei Richtungen verstellbaren Koordinatenschlitten (3, 7) zur Halterung einer Vorrichtung zur optischen Erfassung des Werkstücks oder Werkzeugs, und einer Recheneinrichtung (15) zur rechnerischen Erfassung der Lage des Werkstücks oder Werkzeugs,
gekennzeichnet durch
Mittel zur Darstellung der Lage des Werkstücks oder Werk­ zeugs bezüglich eines Ist-Koordinatensystems,
Mittel zum Vergleich des bezüglich des Ist-Koordinatensy­ stems dargestellten Werkstücks oder Werkzeugs mit seiner Lage bezüglich eines Soll-Koordinatensystems und
Mittel zur Durchführung einer Messung und/oder einer Ein­ stellung des Werkstücks oder Werkzeugs auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem Soll-Koordinatensystem und dem Ist-Koordinatensystem.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Soll-Koordinatensystem als Soll-Fadenkreuz, und das Ist-Koordinatensystem als Ist-Fadenkreuz in einer Kamera (16) und/oder in einem mit der Kamera (14) und der Rechen­ einrichtung (15) zusammenwirkenden Monitor (26) ausgebildet ist, wobei das Werkstück oder Werkzeug in den Bildbereich des Monitors (26) bzw. der Kamera (16) einbringbar ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekenn­ zeichnet durch Mittel (4) zum Fokussieren der Darstellung des Werkstücks oder Werkzeugs auf dem Monitor.

4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ge­ kennzeichnet durch Nachstellmittel zur Einstellung des Werkstücks oder Werkzeugs derart, daß das Ist-Koordinaten­ system mit dem Soll-Koordinatensystem übereinstimmt.

5. Verfahren zur Vermessung und/oder Einstellung von Werkstücken oder Werkzeugen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Darstellung der Lage des Werkstücks oder Werkzeugs bezüg­ lich eines Ist-Koordinatensystems,
Vergleich des bezüglich des Ist-Koordinatensystems darge­ stellten Werkstücks oder Werkzeugs mit seiner Lage bezüg­ lich eines Soll-Koordinatensystems und
Durchführung einer Messung und/oder einer Einstellung des Werkstücks oder Werkzeugs auf der Grundlage des Vergleichs zwischen dem Soll-Koordinatensystem und dem Ist-Koordina­ tensystem.