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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeugmess- und/oder Einstellgerät mit einer
Bilderfassungseinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist ein Werkzeugmess- und/oder Einstellgerät mit einer Bilderfassungseinheit
zum Erfassen eines auf einer Bilddarstellungseinheit darstellbaren Ausschnittbilds
aus einem Gesamtbild eines Werkzeugs bekannt. Das Werkzeugmess-
und/oder Einstellgerät
umfasst neben einer Recheneinheit zum Steuern der Bilddarstellungseinheit
und zum Auswerten der Messergebnisse ein Orientierungsmittel zum Kennzeichnen
einer Lage des Ausschnittbilds innerhalb eines Gesamtbilds bzw.
eines Verfahrbereichs des Werkzeugmessgeräts. Das Orientierungsmittel ist
als Laserpointer ausgebildet, der in einem betreffenden Bereich
des zu vermessenden Werkzeugs auf der Werkzeugoberfläche einen
Lichtfleck erzeugt, so dass ein Anwender anhand des Lichtflecks
erkennen kann, auf welchen Bereich des Werkzeugs die Bilderfassungseinheit
fokussiert ist. Gleiches ist bekannt von Durchlichtprojektoren,
deren Lichtquelle eben falls die aktuell erfasste Schneide beleuchtet und
dadurch zur Orientierung kennzeichnet.
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Der
Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein flexibles
Navigations- und Orientierungsmittel für ein Werkzeugmess- und/oder
Einstellgerät
zu entwickeln, das insbesondere auch dann dem Anwender die Bedienung
erleichtern kann, wenn das Werkzeug weit außerhalb eines Bildbereichs
der Bilderfassungseinheit angeordnet ist oder sich mehrere Messstellen
gleichzeitig an ein und demselben Werkzeug befinden. Sie wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht insbesondere aus von einem Werkzeugmess- und/oder Einstellgerät mit einer Bilderfassungseinheit
zum Erfassen wenigstens eines auf einer Bilddarstellungseinheit
darstellbaren Ausschnittbilds eines Werkzeugs, mit einer Recheneinheit
und mit einem Orientierungsmittel zum Kennzeichnen einer relativen
Lage des Ausschnittbilds.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit zum Generieren des Orientierungsmittels
auf einer vom Werkzeug getrennten Darstellungseinheit vorgesehen
ist. Dadurch kann das Orientierungsmittel für einen Anwender in jeder Einstellung
der Bilderfassungseinheit unabhängig
von einer Position und/oder Oberflächenbeschaffenheit des Werkzeugs nutzbar
sein. Durch die Recheneinheit kann das Orientierungsmittel flexibel
an einen Anwendungsfall angepasst sein und einfach aktiviert und
deaktiviert werden.
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Als
Bilddarstellungseinheit und/oder Darstellungseinheit kommt ein Monitor
in Betracht, der Teil des Werkzeugmessgeräts sein kann oder getrennt vom
eigentlichen Werkzeugmess- und/oder
Einstellgerät
von der Recheneinheit ansteuerbar sein kann. Prinzipiell sind jedoch
auch Ausgestaltungen der Erfindung denkbar, in denen die Bilddarstellungseinheit als
Projektionsschirm ausgebildet ist. Eine verbesserte Orientierung
des Anwenders kann insbesondere beim Vermessen von mehrschneidigen
Werkzeugen, beispielsweise bei Stufenwerkzeugen, und/oder bei Werkzeugen
mit Schneidkanten von im Verhältnis zu
dem Ausschnittbild großen
Längen
zu einer Beschleunigung eines Messvorgangs führen. Das Orientierungsmittel
kann prinzipiell auch maschinenlesbar sein.
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Das
Orientierungsmittel kann prinzipiell akustisch oder taktil wirken.
Besonders einprägsam sind
jedoch Ausgestaltungen der Erfindung, in denen das Orientierungsmittel
optisch wirkt.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Orientierungsmittel
auf der Bilddarstellungseinheit eine Richtung darstellt, die zu einem
Zielpunkt weist. Ein Messvorgang kann dadurch beschleunigt und eine
Orientierung des Anwenders im Verfahrbereich des Werkzeugmessgeräts kann
erleichtert werden. Prinzipiell könnte ein Orientierungsmittel
zur Darstellung einer Richtung auch an einem Stellmittel zum Verstellen
der Bilderfassungseinheit dargestellt werden.
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Hat
das Orientierungsmittel zur Darstellung der Richtung die Form eines
Richtungspfeils, kann eine besonders intuitive Richtungsdarstellung
erreicht werden. Prinzipiell sind jedoch auch Ausgestaltungen der
Erfindung denkbar, in denen das Orientierungsmittel durch eine Markierung
an einem Bildrand oder an einem Kreis gebildet ist.
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Entspricht
der Zielpunkt einem gespeicherten Sollwert eines Punkts einer Werkzeugkontur
des Werkzeugs, kann der Anwender besonders schnell eine Einstellung
der Bilderfassungseinheit finden, in der die Werkzeugkontur klar
erkennbar ist.
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Eine
separate Darstellungseinheit kann vorteilhaft entfallen, wenn die
Darstellungseinheit in die Bilddarstellungseinheit integriert ist
bzw. wenn die Darstellungseinheit einstückig mit der Bilddarstellungseinheit
ausgeführt
ist.
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Ein
besonders präzises
Bestimmen der Lage des Bildausschnitts kann durch eine Sensoreinheit zum
Erfassen einer Iststellung der Bilderfassungseinheit ermöglicht werden.
Prinzipiell kann die Iststellung jedoch auch aus einer Folge von
Steuersignalen an einen Aktuator abgeleitet werden.
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Umfasst
das Werkzeugmess- und/oder Einstellgerät ein Stellmittel zum zumindest
teilweise manuellen Einstellen der Bilderfassungseinheit, kommen
die Vorteile einer Anwenderführung
hinsichtlich einer Beschleunigung des Messvorgangs besonders zum
Tragen. Prinzipiell kann eine Orientierungshilfe in der Form eines
Orientierungsmittels aber auch in vollautomatisch verstellbaren
Werkzeugmessgeräten
einen Bedienungskomfort erhöhen.
Als „teilweise manuell" soll ein Einstellverfahren
be zeichnet werden, das entweder motorisch unterstützt oder
in Teilschritten manuell ist. Als „teilweise manuell" soll beispielsweise
eine Steuerung über
einen Joystick und ein Verfahren bezeichnet werden, in dem ein Verschieben
der Bilderfassungseinheit über
einen Einhandbedienknopf erfolgt, ein Fokussieren der Bilderfassungseinheit
aber automatisch.
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Ist
die Recheneinheit dazu vorgesehen, einen Abstand zwischen einer
Iststellung der Bilderfassungseinheit und einer Sollstellung der
Bilderfassungseinheit zu bestimmen, kann eine Betätigung des
Werkzeugmessgeräts
vorteilhaft abhängig
von diesem Abstand ausgestaltet werden. Beispielsweise kann eine
Empfindlichkeit eines Steuermittels zum manuellen Steuern der Bilderfassungseinheit
abhängig
von dem Abstand ausgestaltet werden.
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Eine
vorteilhaft intuitive Visualisierung der Annäherung an die Sollstellung
kann erreicht werden, wenn die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, das
Orientierungsmittel abhängig
von dem Abstand zwischen der Iststellung und der Sollstellung zu
bestimmen. Dabei kann das Orientierungsmittel auch vollständig verschwinden
oder sich verändern,
wenn ein der Sollstellung zugeordneter Zielpunkt im Ausschnittbild
erscheint.
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Ein
Vermessen einer Werkzeugkante des Werkzeugs, die sich in einem Gesamtbild
größer darstellt
als das Ausschnittbild, kann sicher, fehlerfrei und insbesondere
lückenlos
erfolgen, wenn in der Sollstellung ein von der Bilderfassungseinheit
erfasstes Ausschnittbild ein in einer Speichereinheit gespeichertes
Ausschnittbild in wenigstens einer Richtung kontinuierlich fortsetzt.
Dadurch kann ein aus mehreren Ausschnitt bildern zusammengesetztes Bild
der Werkzeugkante lückenlos
erfasst werden.
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Eine
flexible Anpassbarkeit an einen Werkzeugtyp des Werkzeugs kann erreicht
werden, wenn das Werkzeugmessgerät
eine Speichereinheit zum Speichern einer von einer Kenngröße des Werkzeugs
abhängigen
Sollstellung der Bilderfassungseinheit umfasst. Die Kenngröße kann
von dem Werkzeugmessgerät
selbsttätig,
beispielweise aus einem Datenchip oder Strichcode, ermittelt werden
oder ein vom Anwender eingegebener Parameter, beispielsweise eine
Typnummer, sein.
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Ist
die Speichereinheit zum Speichern einer Folge von Sollstellungen
zum Bestimmen eines Strukturmerkmals der Werkzeugkontur vorgesehen, können auch
komplexere Strukturen der Werkzeugkontur sicher erfasst werden.
Als Strukturmerkmale sollen in diesem Zusammenhang Merkmale bezeichnet
werden, zu deren Vermessung mehr als nur ein Messpunkt notwendig
ist, beispielsweise Krümmungsradien,
Längen
und Winkel.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 ein
Werkzeugmessgerät
mit einer Bilderfassungseinheit, einer Bilddarstellungseinheit und einer
Recheneinheit,
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2 ein
Gesamtbild eines über
ein Werkzeugfutter in eine Spindel des Werkzeugmessgeräts eingespannten
Werkzeugs,
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3 eine
von der Recheneinheit auf der Bilddarstellungseinheit generierte
Bildschirmanzeige in einem ersten Betriebsprogramm und
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4 eine
von der Recheneinheit auf der Bilddarstellungseinheit generierte
Bildschirmanzeige in einem alternativen Betriebsprogramm.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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1 zeigt
ein Werkzeugmessgerät
mit einer als universell programmierbarer Mikrocomputer ausgebildeten
Recheneinheit 10, die über
eine Graphikkarte zum Generieren von Bildschirmanzeigen auf zwei
verschiedenen, als Flachbildschirme ausgebildeten Bilddarstellungseinheiten 14 ausgestattet ist.
Das Werkzeugmessgerät
umfasst zudem eine als CCD-Kamera ausgebildete Bilderfassungseinheit 12, die
durch eine Optik zum Erfassen von Ausschnittbildern 16 eines über ein
Werkzeugfutter 38 in eine Spindel 40 des Werkzeugmessgeräts eingespannten Werkzeugs 18 vorgesehen
ist. Die erfassten Ausschnittbilder 16 werden an die Recheneinheit 10 übertragen
und auf der Bilddarstellungseinheit 14 dargestellt.
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Über als
Einhandbedienknöpfe
ausgebildete Stellmittel 22, 24 kann ein Anwender
einen in mehrere Richtungen verstellbaren Schlitten 54 in
eine gewünschte
Position bringen, in der ein zu vermessender Teil einer Werkzeugkontur
des Werkzeugs 18 im Ausschnittbild 16 auf der
Bilddarstellungseinheit 14 dargestellt wird (3).
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Neben
dem Ausschnittbild 16 stellt die Recheneinheit 10 eine
Vielzahl von weiteren Anwenderinformationen auf der Bilddarstellungseinheit 14 dar. In
einem ersten Feld 42 wird eine Istposition eines Fadenkreuzes 44 numerisch
durch Koordinaten dargestellt, in einem weiteren Feld 46 stellt
die Recheneinheit 10 eine Kenngröße für einen Adapter zum Einspannen
des Werkzeugfutters 38 in der Spindel 40 dar,
und in einem weiteren Feld 48 stellt die Recheneinheit 10 erfasste
Istmaße
und Sollmaße
des Werkzeugs 18 dar. In weiteren Feldern werden weitere
Anwenderinformationen und Kenngrößen dargestellt.
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Zu
Beginn eines Messvorgangs erfasst die Recheneinheit 10 über eine
hier nicht explizit dargestellte Leseeinheit einen Code des zu vermessenden Werkzeugs 18 und
des Werkzeugfutters 38. In anderen Ausgestaltungen der
Erfindung kann der Code auch manuell eingegeben werden. Aus einer
Speichereinheit 36 liest die Recheneinheit 10 anschließend eine
Folge von Zielpunkten 30, 30', 30'' aus, deren
Position zum Bestimmen einer Wirkkontur bzw. Werkzeugkontur 32 des
Werkzeugs 18 vermessen werden soll und deren Sollwerte
bzw. Sollkoordinaten in der Speichereinheit 36 abgelegt
sind (2). Die Folge von Zielpunkten 30, 30', 30'' bzw. deren Koordinaten könnte prinzipiell
auch manuell über
eine Tastatur eingegeben werden. Die erfassten Istwerte der Koordinaten
der Zielpunkte 30, 30', 30'' werden
mit gespeicherten Sollwerten der Koordinaten der Zielpunkte 30, 30', 30'' verglichen. Die Werkzeugkontur 32 ist
in axialer Richtung stufenförmig,
da das Werkzeug 18 als Stufenwerkzeug mit verschiedenen
Bereichen verschiedener Wirkdurchmesser ausgebildet ist. Aus den
drei Zielpunkten 30, 30', 30'' bestimmt
die Recheneinheit 10 ein Strukturmerkmal α der Werkzeugkontur – im vorliegenden
Fall ein Winkel. Die Bestimmung des Strukturmerkmals α ist optional
und abhängig
von einem dem Werkzeugtyp zugeordneten Messprogramm.
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In
einem Feld 50, in dem die Recheneinheit 10 das
Ausschnittbild 16 darstellt, stellt die Recheneinheit 10 auch
das als Richtungspfeil in der Art einer Kompassnadel ausgebildete
Orientierungsmittel 20 dar. Die Bilddarstellungseinheit 14 bildet
daher eine Darstellungseinheit für
das Orientierungsmittel 20. In weiteren Ausgestaltungen
der Erfindung könnte
die Bilddarstellungseinheit 14 getrennt von einer Darstellungseinheit
zum Darstellen des Orientierungsmittels 20 ausgebildet
sein.
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Das
Orientierungsmittel 20 weist stets in eine Richtung des
in der Messfolge als nächstes
folgenden Zielpunkts 30 – 30" und kennzeichnet daher eine Lage des
Ausschnittbilds 16 innerhalb eines in den Zielpunkten 30 – 30'' kodifizierten Gesamtbilds des Werkzeugs 18 bzw.
innerhalb eines Verfahrbereichs 28 des Werkzeugmessgeräts, der
im vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Größe von 400
mm × 320 mm
hat (2).
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Das
Werkzeugmessgerät
umfasst eine hier nur schematisch dargestellte Sensoreinheit 26,
die eine Iststellung der Bilderfassungseinheit 12 erfasst und
für die
Recheneinheit 10 ver fügbar
macht. Aus einem Differenzvektor zwischen der Iststellung und der
durch den als nächstes
im Messablauf folgenden Zielpunkt 30 – 30'' gegebenen
Sollstellung bestimmt die Recheneinheit 10 die Richtung
des Orientierungsmittels 20 und einen Abstand 34 zwischen
der Iststellung und der Sollstellung. Fällt der Abstand 34 unter
einen in der Speichereinheit 36 gespeicherten Wert, so
blendet die Recheneinheit 10 das pfeilförmige Orientierungsmittel 20 aus
und ersetzt es durch ein kreuzförmiges
Orientierungsmittel am Ort der Sollstellung im Ausschnittbild 16.
Der gespeicherte Wert des Abstands 34 ist gleich einem
Radius eines Innenkreises des Felds 50.
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4 zeigt
eine von der Recheneinheit 10 generierte Bildschirmanzeige
in einem alternativen Betriebsprogramm. Analoge Merkmale sind mit
gleichen Bezugszeichen versehen. In der Beschreibung wird im Wesentlichen
auf Unterschiede zu dem ersten Betriebsprogramm eingegangen, während im Hinblick
auf gleich bleibende Merkmale auf die obige Beschreibung zu dem
ersten Betriebsprogramm verwiesen wird.
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In
dem alternativen Betriebsprogramm ist das Orientierungsmittel 20 als
schematisierte Miniaturdarstellung des Werkzeugs 18 ausgebildet.
Ein Bereich 52, der dem in einem Ausschnittbild 16 dargestellten
Bereich des Werkzeugs 18 entspricht, ist farbig hervorgehoben
und in 4 schraffiert dargestellt.
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Ein
Bereich 52',
der einer Stellung des Schlittens 54 zugeordnet ist, in
dem die Optik der Bilderfassungseinheit 12 nicht auf das
Werkzeug 18 fokussiert ist, ist in 4 gestrichelt
dargestellt. Eine Orientierung innerhalb des Ver fahrbereichs 28 wird
dadurch auch dann erleichtert, wenn kein Ausschnitt des Werkzeugs 18 auf
dem Ausschnittbild 16 zu sehen ist. Ferner sind innerhalb
des Kennzeichnungsmittels 20 die Größe des Verfahrbereichs 28 und
seine Längenausdehnungen
X, Y, angedeutet.
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- 10
- Recheneinheit
- 12
- Bilderfassungseinheit
- 14
- Bilddarstellungseinheit
- 16
- Ausschnittbild
- 18
- Werkzeug
- 20
- Orientierungsmittel
- 22
- Stellmittel
- 24
- Stellmittel
- 26
- Sensoreinheit
- 28
- Verfahrbereich
- 30
- Zielpunkt
- 32
- Werkzeugkontur
- 34
- Abstand
- 36
- Speichereinheit
- 38
- Werkzeugfutter
- 40
- Spindel
- 42
- Feld
- 44
- Fadenkreuz
- 46
- Feld
- 48
- Feld
- 50
- Feld
- 52
- Bereich
- 54
- Schlitten
- α
- Strukturmerkmal
- X
- Längenausdehnung
- Y
- Längenausdehnung