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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Vorrichtung zum Einstellen und/oder Überprüfen von Bearbeitungswerkzeugen,
mit einem Optikträger
sowie einer daran angeordneten Projektionsfläche mit einer Abbildungsoptik,
einer Beleuchtungseinrichtung, einer elektronischen Auswerteeinheit
und einer Werkzeugaufnahme, in der ein Werkzeug in einem gebrauchsfertig
eingespannten Zustand drehbar aufnehmbar ist, wobei der Optikträger in mindestens zwei
verschiedenen Richtungen unabhängig
bewegbar ist, so daß das
Werkzeug durch Bewegen des Optikträgers in einem optischen Strahlengang
zwischen der Beleuchtungseinrichtung und der Projektionsfläche positionierbar
ist, wobei die Projektionsfläche
eine lichtempfindliche Halbleiteroberfläche ist, die mit einer Abbildungselektronik
zum Erzeugen von Abbildungssignalen ausgerüstet ist, und wobei ein Monitor
vorgesehen ist, auf welchem mindestens ein Teil einer Werkzeugkontur
sichtbar gemacht wird.
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Eine entsprechende Vorrichtung ist
aus der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 101 53 581 bekannt. Die
bekannte Einrichtung befaßt
sich allgemein mit der Technik der Einstellung bzw. des Ausmessens
der Geometrie der Wirkoberflächen
von Werkzeugen, die in entsprechenden Werkzeugaufnahmen eingespannt
sind. Zwischen einer Lichtquelle und der Projektionsfläche, die
durch eine lichtempfindliche Halbleiteroberfläche gebildet wird, wie z. B. durch
einen CCD-Chip,
befindet sich eine Projektionsoptik, die das Licht von der Lichtquelle
auf das Werkzeug und dessen Umgebung lenkt und dadurch gleichzeitig
ein Schattenbild des Umrisses des Werkzeuges auf der Projektionsfläche erzeugt.
Durch Drehen des Werkzeuges kann anhand des Schattenbildes, welches
sich während
des Drehens eines solchen Werkzeuges im allgemeinen zeitlich ändert, die Wirkkontur
beispielsweise der Schneidkanten eines Werkzeuges als Funktion der
axialen Position erfaßt werden,
indem die maximale Auslenkung des Schattenumrisses an jeder axialen
Position bestimmt wird oder aber zwischen gegebenen Schattenpunkten maximaler
Auslenkung interpoliert und über
diese hinaus extrapoliert wird.
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Die Erfassung der maximalen Auslenkungen erfolgt
dabei durch Beobachten und Markieren der Schattenlinie an gegebenen
axialen Positionen während
des langsamen Drehens des Werkzeuges.
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Eine entsprechende Vorrichtung ist
in der Handhabung und Bedienung noch relativ aufwendig, und der
Erfolg eines Meß-
und Einstellvorganges hängt
von einer sorgfältigen
Bedienungs- und Einstellarbeit des Benutzers ab. Außerdem erfordert
die Ermittlung der gewünschten
Werkzeugparameter die Implementierung entsprechender Programme zur Auswertung
der Einstellungen. Diese bekannten Vorrichtungen sind allerdings
spürbar
teurer als einfache Projektionsvorrichtungen, bei welchen ein Schattenbild
des Werkzeugs auf eine Mattscheibe projiziert wird. Diese letztgenannten
Vorrichtungen sind in der Handhabung einfacher, zumal sie ohne zusätzliche Auswerteprogramme
und Elektronik auskommen, haben allerdings den Nachteil, daß sie eine
relativ starke Lichtquelle zur Projektion des Schattenbildes benötigen und
eine große
bewegte Masse haben. Außerdem
ist das Bild auf der Mattscheibe nicht sehr kontrastreich und die
Messergebnisse sind noch stärker
bedienerabhängig
als bei der elektronischen Variante.
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Gegenüber diesem Stand der Technik
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einen einfacheren
Aufbau und eine einfachere Bedienung hat, und insoweit mit den einfacheren
Projektionsvorrichtungen mit Mattscheibe vergleichbar ist aber dennoch
deren Nachteile vermeidet und die elektronische Bilderfassung nutzt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Projektionsfläche, die
Abbildungselektronik und der Monitor als kompakte Einheit ausgebildet
sind, wobei die Beleuchtungseinrichtung eine Leuchtdiode aufweist.
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Auf diese Weise erhält man eine
kompakte leichte und entsprechend leicht bewegbare Abbildungseinheit,
die im Gebrauch weder großen
mechanischen Belastungen ausgesetzt ist noch nennenswerte thermische
Belastungen erfährt
oder auf den Optikträger
ausübt.
Dies hängt
unter anderem damit zusammen, daß Projektionsfläche, Elektronik
und Monitor eine kompakte und leichte Einheit bilden, und eine Leuchtdiode
weder hohe Ströme
noch hohe Spannungen benötigt
und nur wenig Wärmeenergie erzeugt.
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Zweckmäßig ist es außerdem,
wenn der Bildschirm als Teil der kompakten Einheit ein schwenkbar gelagerter
Flachbildschirm ist. Dieser hängt
zwar mechanisch und elektrisch fest mit der Elektronik und Aufnahmeoptik
zusammen, ist aber um mindestens eine, vorzugsweise um zwei unabhängige Achsen schwenkbar,
so daß er
immer in eine leicht ablesbare Position gedreht werden kann.
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Weiterhin ist in einer bevorzugten
Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, daß auf
der Seite der Abbildungsoptik, vom Werkzeug aus gesehen, eine weitere
Beleuchtungseinrichtung für
eine Auflichtdarstellung des Werkzeugs auf dem Bildschirm vorgesehen
ist.
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Dies ermöglicht mit Hilfe der relativ
lichtempfindlichen Halbleiterfläche
eine Darstellung der Werkzeugoberfläche, z. B. der Span- oder Freiflächen, die nach
den früheren
Projektionsverfahren nicht in dieser Weise untersucht werden konnten.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung sieht zusätzlich
zu der Konturdarstellung und zu den Meßeinrichtungen zur Messung
des Konturverlaufs mindestens eine elektronische Einstellhilfe vor, welche
in Abhängigkeit
von vorgebbaren Einstellzuständen
des Werkzeuges auf dem Monitor darstellbar ist.
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Derartige Einstellhilfen erleichtern
es entweder dem Benutzer, bestimmte, gewünschte Einstellpositionen des
Werkzeuges schneller und einfacher zu erkennen, und sie können in
Einzelfällen
einen halbautomatischen Ablauf des Einstell- und Meßvorganges
gewährleisten,
indem bestimmte Meßergebnisse
automatisch erfaßt
bzw. festgehalten werden.
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So ist beispielsweise in der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung vorgesehen, daß als eine
Einstellhilfe eine sogenannte Schleppmarke vorgesehen ist, zum Beispiel
als Fadenkreuz, das auf die radial am weitesten in das Bildfeld
des Monitors hineinragende Spitze oder Schneidecke eines Werkzeuges
positioniert wird, und die bei Bewegen der Werkzeugkontur bzw. eines
Punktes oder Teiles der Werkzeugkontur in einer Richtung mit dieser
Kontur mitbewegt wird und nach Erreichen einer maximalen Auslenkung
in dieser Richtung an dieser Maximalposition verharrt. Die Schleppmarke
bleibt also in dieser Maximalposition, auch wenn sich bei weiteren
Bewegungen, konkret einer Weiterdrehung des Werkzeuges, die Werkzeugkontur,
konkret beispielsweise eine Schneidecke, von dieser maximalen Auslenkung
wieder entfernt. Genau die Erfassung der maximalen Auslenkung ist
jedoch die Vorraussetzung zur Bestimmung der Wirkkontur des Werkzeuges,
wobei es allerdings von Fall zu Fall erforderlich sein kann, nicht
nur eine, sondern mehrere dieser Maximalpositionen entlang der Werkzeugkontur
zu erfassen.
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Für
den Benutzer bedeutet die Verwendung einer solchen Schleppmarke,
daß er
beispielsweise das Werkzeug bzw. die Werkzeugaufnahme zusammen mit
dem Werkzeug um eine Achse dreht, wobei die Schleppmarke auf eine
beliebige axiale Position der Werkzeugkontur festgelegt wird. Während des Drehens
bewegt sich die projizierte Werkzeugkontur scheinbar von der gedachten
Werkzeugachse fort bis zu einer Maximalposition und zurück. Da die Schleppmarke
an der Maximalposition verharrt, braucht der Benutzer nicht mehr
durch langsames vorsichtiges Drehen versuchen, diese Maximalposition
während
der Drehung zu erfassen und festzuhalten, sondern er dreht die Werkzeugkontur
einfach über
die Maximalposition hinaus, wobei die Schleppmarke automatisch an
der Maximalposition verharrt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform, welche
mit der vorgenannten Ausführungsform
jedoch ohne weiteres kombinierbar ist, ist vorgesehen, daß mindestens
entlang einer der Achsen eines in den Monitor eingeblendeten Fadenkreuzes
Positionsmarkierungen vorgesehen sind, deren Erscheinungsbild sichtbar
verändert
wird, wenn eine Werkzeugkontur mit mindestens einer der Positionsmarkierungen
zusammenfällt.
Zweckmäßigerweise
sind in der bevorzugten Variante der Erfindung die Positionsmarkierungen
nicht sichtbar, solange die Werkzeugkontur nicht genau entlang einer
solchen Positionsmarkierung bzw. durch diese hindurch verläuft. Die
Werkzeugkontur wird dann von dem Benutzer in etwa mit diesem Fadenkreuz
bzw. einer der Achsen des Fadenkreuzes in Einklang gebracht, wobei
das Erreichen der optimalen Übereinstimmung
zwischen dem Werkzeugkonturverlauf und einer Achse des Fadenkreuzes
dem Benutzer durch ein plötzliches
Erscheinen bzw. Aufleuchten der Positionsmarkierungen deutlich sichtbar
gemacht wird, so daß er
sicher sein kann, bei Erscheinen bzw. Aufleuchten der Positionsmarkie bungen
eine genaue Übereinstimmung zwischen
Fadenkreuzachse und Werkzeugkontur erreicht zu haben. Beispielsweise
kann die Zahl der hervortretenden oder aufleuchtenden Punkte ein Maß dafür sein,
wie gute eine Schneidkante oder allgemeiner eine Werkzeugkontur
mit dem Fadenkreuz bzw. einer Fadenkreuzachse zusammenfällt.
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Dabei kann es insbesondere zweckmäßig sein,
wenn ein solches mit Positionsmarkierungen versehenes Fadenkreuz
um die Fadenkreuzachse drehbar ist, um die Fadenkreuzachsen auch
mit relativ zur Drehachse bzw. relativ zur radialen und axialen
Richtung geneigten Werkzeugkonturen zur Deckung bringen zu können.
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Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung als Beleuchtungseinrichtung eine telezentrische LED-Beleuchtung
vorgesehen. Die telezentrische LED-Beleuchtung erzeugt einen parallelen
Strahlengang, durch welchen im Gebrauch die Werkzeugkontur hindurch
verläuft,
und dieser durch die Werkzeugkontur modifizierte Strahlengang wird
dann durch die Projektionsoptik auf die lichtempfindliche Sensorfläche fokussiert.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
einer bevorzugten Ausführungsform
und der dazugehörigen Figuren.
Es zeigen:
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1 die
erfindungsgemäße Vorrichtung insgesamt
und
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2 schematisch
ein Bild eines Monitors mit einer Schleppmarke 20 und Positionsmarkierungen 9.
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1 zeigt
schematisch ein Voreinstellgerät 3 für Maschinenwerkzeuge.
Das Werkzeug 10 ist in einer drehbaren Werkzeugaufnahme 11 mit
einer für Werkzeugmaschinen
gängigen
Steilkegel-Aufnahme 12 eingesetzt. Darin kann das Werkzeug
manuell über
ein Handrad 13 um seine Achse gedreht werden. Am Werkzeugvoreinstellgerät ist eine
Beleuchtungsquelle 14 vorgesehen, die das Werkzeug so beleuchtet,
daß ein
ihr gegenüber
angeordneter Bildsensor 15 über ein telezentrisches Objektiv 16 das
Schattenbild des Werkzeuges abbildet.
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Die von dem Halbleitersensor 15 umgesetzten
elektronischen Signale werden in der Elektronik 17 so verarbeitet,
daß anhand
der Helligkeitsunterschiede die Werkzeugkante bzw. -kontur ermittelt werden
kann.
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Das von dem Halbleitersensor 15 aufgenommene
Schattenbild des Werkzeuges 10 wird auf einem Bildschirm 26 abgebildet,
so daß der
Bediener des Einstellgerätes
mit Hilfe der beiden Verschiebeeinrichtungen 1 und 2 und
der drehbaren Werkzeugaufnahme 11 in der Lage ist, den
Einstell-/Meßvorgang
einzuleiten.
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Scharfstellen:
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- Durch Drehen der Werkzeugaufnahme 11 mit Hilfe des
Handrades 13 bewegt sich auf dem Bildschirmmonitor 26 eine
Schleppmarke 20 mit der durch eine Werkzeugschneide definierten
Kontur 21, 22 des Werkzeuges nach unten, bis der
(untere) Zenit der Drehbewegung erreicht ist. Wenn dann durch Weiterdrehen
des Werkzeuges 10 die Schneidenkontur 21, 22 wieder
nach oben wandert, verharrt die Schleppmarke 20 am unteren
Zenitpunkt. Beim Zurückdrehen
des Werkzeuges erhält
der Bediener von der Elektronik 17 ein Signal (blinkende
Schleppmarke 20), wenn die Position der Schleppmarke 20 wieder erreicht
ist. Damit ist der Scharfstellvorgang beendet, und der eigentliche
Einstellvorgang kann eingeleitet werden. Wenn ab diesem Zeitpunkt
die Drehvorrichtung nicht mehr betätigt wird, ändert sich an der Scharfstellung
nichts mehr und die Schleppmarke hat ab diesem Zeitpunkt keinerlei
Bedeutung mehr.
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Einstellen:
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- Gleichzeitig errechnet die Elektronik 17 zum Zwecke des
Einstellvorganges zu jedem Zeitpunkt den genauen Abstand zwischen
Werkzeugschneide 8 bzw. Schneidenkontur 21, 22 und
dem Fadenkreuz 7. Das Maß der Annäherung kann der Bediener an
den in den Bildschirmmonitor 26 eingeblendeten Hilfsmarken 9 erkennen
und entsprechend die manuelle Bewegung der Verschiebeeinrichtung 1 und 2 beenden, wenn
die Schneidenkontur das Koordinatenkreuz berührt (nicht dargestellt).
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Sind die sichtbaren Werkzeugkonturen
der Werkzeugschneide 8, wie im Bild dargestellt, nicht
orthogonal angeordnet, wird mit Hilfe einer drehbaren Stellvorrichtung 19 ein
weiteres Fadenkreuz 7a mit dem gleichen Ursprung, um einen
frei definierbaren Winkel so gedreht, bis die Werkzeugkontur mit
dem Fadenkreuz deckungsgleich übereinstimmt.
Das Maß der
Winkeldrehung wird am Bildschirmmonitor 26 (39,6°) digital
angezeigt. Das Vorhandensein der elektronischen Einstellhilfen 9 signalisieren
dem Bediener, wann die Werkzeugkontur 21, 22 mit
dem festen bzw. drehbaren Fadenkreuz 7, 7a übereinstimmen.
Der Einstellvorgang ist damit abgeschlossen, und die Meßergebnisse
können
jetzt an einer digitalen Meßeinrichtung
(nicht dargestellt) abgelesen werden.