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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Werkzeugmessgerät zur Vermessung eines Werkzeugs
in einem Werkzeughalter. Außerdem
betrifft die Erfindung einen Werkzeughalter.
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Zum
exakten Bearbeiten eines Werkstücks, insbesondere
mit einer mehrspindeligen Werkzeugaufnahme, ist es sinnvoll, die
Bearbeitungswerkzeuge sehr exakt positioniert in Werkzeughaltern
der Bearbeitungsmaschinen zu positionieren. Um das Werkzeug exakt
im Werkzeughalter positionieren zu können, wird das Werkzeug zunächst in
einem Werkzeughalter eines Werkzeugmessgeräts vermessen. Dazu wird die
Position des Werkzeughalters relativ zu einem Messgerätenullpunkt
des Werkzeugmessgeräts
vermessen und dann wird das Werkzeug vermessen. Um die Position
des Werkzeughalters relativ zum Messgerätenullpunkt bestimmen zu können, weist
der Werkzeughalter in der Regel ein für eine Positionsmessung vorbereitetes
Messelement mit einem Messpunkt auf, der durch ein geeignetes Messmittel
abgetastet werden kann, so dass dessen Position bestimmt werden
kann.
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Die
Soll-Position und die Ist-Position eines Elements eines Werkzeugs,
beispielsweise einer Werkzeugschneide, werden üblicherweise in Koordinaten
angegeben, deren Koordinatennullpunkt in einer Rotationsachse des
Werkzeugs und etwas außerhalb
des Werkzeughalters liegt. Die Position dieses theoretischen und
materiell nicht sichtbaren Werkzeugnullpunkts liegt zwar relativ
zum Werkzeughalter fest, sie kann jedoch zur Eichung des Werkzeugmessgeräts nicht
selbst vermessen werden, da dort kein Messelement angebracht werden kann.
Das Messelement wird daher an einer anderen Stelle des Werkzeughalters
angeordnet und dessen Koordinaten werden von einem Eichgerät in Bezug auf
den festgelegten Werkzeugnullpunkt vermessen und beispielsweise
auf den Werkzeughalter geschrieben.
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Bei
einer späteren
Vermessung des Werkzeugs im Werkzeughalter wird dann zunächst die
Position des sichtbaren Messpunkts am Werkzeughalter relativ zu
einem Gerätenullpunkt
des vermessenden Werkzeugmessgeräts
ermittelt. Dann wird die Position des theoretischen Werkzeugnullpunkts
des Werkzeugs im Werkzeughalter mit Hilfe der Position des Messpunkts
und der am Werkzeughalter aufgeschriebenen Positionsdaten des Messpunkts
ermittelt. Und dann wird die Position eines Elements des Werkzeugs,
beispielsweise einer Schneide, vermessen und in den üblichen
Koordinaten mit Bezug auf den Werkzeugnullpunkt angegeben.
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Bei
diesem Verfahren kann es jedoch zu Ungenauigkeiten bei der Vermessung
des Werkzeugs kommen. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein
Werkzeugmessgerät
und einen Werkzeughalter anzugeben, mit deren Hilfe eine genaue
Vermessung des Werkzeugs relativ zum Werkzeugnullpunkt durchgeführt werden
kann.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einem Werkzeugmessgerät zur Vermessung eines Werkzeugs
in einem Werkzeughalter, mit einem Messmittel und einem Prozessmittel
zur Steuerung des Messmittels zur Vermessung eines Messpunkts des
Werkzeughalters an einer Stelle relativ zu einem Gerätepunkt.
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Es
wird vorgeschlagen, dass das Prozessmittel zur Steuerung einer Vermessung
eines Messpunkts des Werkzeughalters an einer anderen Stelle und
zu einer Ermittlung einer Position eines Halterpunkts des Werkzeughalters
relativ zum Gerätepunkt mit
Hilfe der beiden Vermessungen vorgesehen ist.
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Die
Erfindung geht hierbei von der Überlegung
aus, dass die reale Position des Messpunkts relativ zum Werkzeugnullpunkt
unter Umständen
nicht übereinstimmt
mit den Koordinaten des Messpunkts, die von dem Eichgerät ermittelt
wurden und beispielsweise auf den Werkzeughalter aufgeschrieben wurden.
Diese Ungenauigkeit überträgt sich
auf die Vermessung des Werkzeugelements. Eine Abweichung einer momentanen
Ist-Position des
Messpunkts von einer Soll-Position, die durch auf dem Werkzeughalter
hinterlegte Koordinaten charakterisiert ist, kann entstehen, wenn
der Werkzeughalter durch thermische Kontraktion eine andere Größe oder
Form aufweist als bei der ursprünglichen
Vermessung des Messpunkts im Eichgerät. Eine solche thermische Kontraktion
erfasst den Werk zeughalter üblicherweise
symmetrisch, also beidseitig seiner Rotationsachse etwa gleich.
Durch ein Vermessen eines oder mehrerer Messpunkte an mehreren Stellen,
beispielsweise bezüglich
der Rotationsachse gegenüberliegend,
in einem Dreieck, in einem Viereck oder einer anderen Position zueinander
liegend, kann eine Position der Rotationsachse unabhängig von
einer Längenkontraktion
des Messpunkts erfasst werden. Der üblicherweise in der Rotationsachse
liegende Werkzeugnullpunkt kann mit einer befriedigenden Genauigkeit
bestimmt und hierdurch das Werkzeug genau vermessen und beispielsweise
im Werkzeughalter positioniert werden.
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Der
Werkzeugnullpunkt ist zwar ein Punkt am oder im Werkzeug, üblicherweise
innerhalb des Werkzeugfutters des Werkzeugs, er kann jedoch durch
die exakte Positionierung des Werkzeugs im Werkzeughalter auch als
ein zum Werkzeughalter zugehöriger
Halternullpunkt oder allgemeiner ein Halterpunkt betrachtet werden.
Generell ist ein Halterpunkt insbesondere ein den Werkzeughalter und/oder
dessen Position in irgendeiner Weise charakterisierender Punkt.
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Ein
Werkzeugmessgerät
ist insbesondere ein Gerät
zur Vermessung eines Werkzeugs. Es kann zusätzlich weitere Funktionen erfüllen, z.B.
zu einer Positionseinstellung des Werkzeugs vorgesehen sein, wie
beispielsweise einer Längeneinstellung
eines Schneidwerkzeugs im Werkzeugfutter. Der Gerätepunkt
ist insbesondere ein Koordinatennullpunkt des Messmittels; er kann
im Werkzeugmessgerät fest
angeordnet sein, beispielsweise durch einen Referenzpunkt einer
oder mehrerer Glasmaßstäbe. Das Prozessmittel
kann einen Prozessor umfassen und als Steuermittel zur Steuerung
des Messmittels und als Auswerte mittel, z.B. zur Ermittlung der
Position des Halterpunkts, dienen. Der Messpunkt kann von einem
für eine
Vermessung speziell vorbereiteten Messelement festgelegt sein und
ist vorzugsweise relativ zum Werkzeughalter unbeweglich. Der Messpunkt
ist insbesondere räumlich
beabstandet vom Halterpunkt, der zweckmäßigerweise der Werkzeugnullpunkt
zur Angabe von Werkzeugkoordinaten ist. Die Ermittlung der Position
des Halterpunkts kann aus Messwerten der Vermessung vorgenommen werden.
Der Werkzeughalter kann ein Vorsatzhalter mit einem darin angeordneten
Futter oder nur ein Vorsatzhalter sein. Das Werkzeug kann ein Schneidwerkzeug
mit oder ohne daran befestigtem Werkzeugfutter sein. Der Halterpunkt
kann außerhalb
des Werkzeughalters zu liegen kommen, beispielsweise innerhalb des
Werkzeugfutters. Die beiden Stellen sind in ihrer Position zueinander
zweckmäßigerweise vorbestimmt.
Sie sind zweckmäßigerweise
relativ zu einer Symmetrieachse des Werkzeughalters, insbesondere
der Rotationsachse des Werkzeughalters, gegenüberliegend angeordnet.
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Durch
die Vermessung des Messelements wird die Position des Messpunkts
insbesondere relativ zum Werkzeugmessgerät bestimmt. Hierfür umfasst
das Werkzeugmessgerät
zweckmäßigerweise ein
Bewegungsmittel zur Bewegung des Messpunkts bzw. des ihn festlegenden
Messelements zwischen den beiden Vermessungen von der ersten Stelle
zur zweiten Stelle. Die beiden Messungen können mit einem einzigen Messelement
durchgeführt
werden. Außerdem
kann durch eine kreisförmige
Bewegung des Messelements um die Rotationsachse des Werkzeughalters
erreicht werden, dass der Messpunkt an beiden Stellen exakt gleich
weit entfernt von der Rotationsachse ist und ein Punkt der Rotationsachse hierdurch
sehr genau bestimmt werden kann. Die Bewegung kann per Hand geschehen
oder vorteilhafterweise durch das Prozessmittel gesteuert werden.
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Besonders
einfach kann der Werkzeughalter ausgeführt sein, wenn das Prozessmittel
dazu vorbereitet ist, ein und dasselbe Messelement zuerst an der
ersten Stelle und dann an der zweiten Stelle zu vermessen.
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In
einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können zwei oder mehr für eine Vermessung vorbereitete
Messelemente des Werkzeughalters an den beiden oder noch mehr Stellen
auf ihre Position vermessen werden. Die Bestimmung des Halterpunkts
kann hierbei einfach erfolgen, wenn die Messpunkte bzw. die sie
festlegenden Messelemente relativ zu einer Symmetrieachse des Werkzeughalters, insbesondere
relativ zur Rotationsachse des Werkzeughalters, gegenüberliegend
angeordnet sind.
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Eine
besonders ausführliche
Information zur Position des Werkzeughalters und beispielsweise dessen
Ausrichtung im Raum kann erhalten werden, wenn zwei oder mehr Messpunkte
zunächst
an jeweils einer ersten Stelle auf ihre Position hin vermessen werden,
dann zumindest einer der Messpunkts an jeweils eine zweite Stelle
bewegt wird und dann an dieser zweiten Position vermessen wird.
Es gibt hierbei mehrere erste Positionen, die im Raum an verschiedenen
Stellen angeordnet sind.
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Vorteilhafterweise
ist das Prozessmittel zur Verwendung der Position des Halterpunkts
als Bezugspunkt für
eine Werkzeugvermessung vorbereitet. Hierdurch können ein Rechenaufwand und
die Anzahl von Fehlerquellen gering gehalten werden. Die Verwendung
kann eine Ausgabe einer Position des Werkzeugs in Bezug auf die
Position des Halterpunkts sein, wobei die Ausgabe beispielsweise
auf einem Bildschirm oder als ein weiter zu bearbeitendes Signal
erfolgen kann.
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Die
Position des Halterpunkts kann einfach bestimmt werden, wenn das
Prozessmittel zur Ermittlung einer Mittelposition zwischen den Stellen
vorgesehen ist. Die Stellen sind hierbei zweckmäßigerweise bezüglich der
Rotationsachse des Werkzeughalters bzw. des Werkzeugs gegenüber angeordnet.
Die Ermittlung der Mittelposition kann bezüglich einer einzigen Koordinatenrichtung
erfolgen, wobei andere Koordinatenrichtungen unbeachtet bleiben.
Die Mittelposition ist hierbei zweckmäßigerweise die Position des
Halterpunkts, der somit mittig zwischen den Stellen liegt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung sieht vor, dass das Prozessmittel dazu vorgesehen ist,
die Position des Halterpunkts aus einer Mittelposition zwischen
den Stellen und einer vorbestimmten Querstrecke quer zu einer Verbindungslinie
zwischen den Stellen zu bestimmen. Der Messpunkt beziehungsweise
die beiden Stellen können
weitgehend unabhängig
von der Position des Halterpunkts am Werkzeughalter angeordnet sein.
Die Länge
der Querstrecke kann im Prozessmittel hinterlegt und/oder auf dem
Werkzeughalter aufgeschrieben sein.
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Auch
die Querstrecke kann einer thermischen Kontraktion unterworfen sein,
wodurch eine Vermessung des Werkzeugs in Richtung der Querstrecke
mit einer unerwünschten
Ungenauigkeit behaftet sein kann. Dieser Ungenauigkeit kann entgegengewirkt
werden, wenn das Prozessmittel dazu vorgesehen ist, aus einem Abstand
zwischen den Stellen eine Korrektur der Position des Halterpunkts zu
ermitteln. Die Korrektur kann hierbei eine Längenkorrektur einer vorbestimmten
Querstrecke zwischen einer direkten Verbindungslinie zwischen den
Stellen und dem Halterpunkt sein.
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Es
wird des Weiteren vorgeschlagen, dass das Prozessmittel dazu vorgesehen
ist, aus Vermessungen der Messpunkte einen Fehlabstand zwischen dem
Halterpunkt und einer momentanen Rotationsachse zu ermitteln. Hierdurch
kann festgestellt werden, wenn der Werkzeughalter mit einer Ungenauigkeit
in beispielsweise eine Spindel des Werkzeugeinstellgeräts eingesetzt
ist und die Symmetrieachse des Werkzeughalters, die mit seiner korrekten
Rotationsachse zusammenfallen kann, mit der Rotationsachse der Spindel
nicht zusammenfällt.
Der Fehler kann erkannt und der Werkzeughalter beispielsweise neu
eingesetzt werden. Die momentane Rotationsachse kann eine Spindelachse
einer Spindel des Werkzeugmessgeräts sein.
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Vorteilhafterweise
ist das Prozessmittel dazu vorgesehen, aus Vermessungen der Messpunkte
einen Fehlwinkel zwischen einer Symmetrieachse des Werkzeughalters
und einer momentanen Rotationsachse zu ermitteln. Ein falsches Einsetzen
des Werkzeughalters kann erkannt und einer Fehlmessung kann entgegengewirkt
werden.
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Vorteilhafterweise
umfasst das Werkzeugmessgerät
einen Werkzeughalter, insbesondere wie nachstehend beschrieben.
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Die
Erfindung ist außerdem
gerichtet auf einen Werkzeughalter zum Einspannen eines Werkzeugs
mit einem zu einer Vermessung ausgestalteten Messelement und einer
Symmetrieachse. Es wird vorgeschlagen, dass der Werkzeughalter ein
weiteres zu einer Vermessung ausgestaltetes Messelement aufweist,
wobei die beiden Messelemente bezüglich der Symmetrieachse gegenüberliegen.
Ein in der Symmetrieachse liegender Halterpunkt kann durch eine
Vermessung der beiden Messelemente einfach ermittelt und einem Fehler
einer Längenkontraktion
kann entgegengewirkt werden. Die Messelemente legen zweckmäßigerweise
jeweils einen Messpunkt fest. Die Messelemente sind – im Gegensatz zu
ihrer Umgebung – vorteilhafterweise
für eine
Vermessung speziell ausgestaltet.
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Zweckmäßigerweise
umfassen die beiden Messelemente jeweils ein Messmittel zu einer
Vermessung quer zur Symmetrieachse. Auf diese Weise kann ein Abstand
von durch die Messelemente festgelegten Messpunkten voneinander
beziehungsweise von den Messpunkten zur Symmetrieachse einfach erfasst
werden. Die Vermessung dient insbesondere der Positionsvermessung
der Messelemente bzw. der Messpunkte. Weist zumindest einer der Messelemente
ein Messmittel zur Vermessung längs und
quer zur Symmetrieachse auf, so kann auf ein separates Messelement
zur Vermessung einer Strecke längs
zur Symmetrieachse verzichtet werden.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination.
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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
zur Vermessung eines Werkzeugs in einem Werkzeughalter,
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2 den
Werkzeughalter mit einem Werkzeug in einer Spindel des Werkzeugeinstellgeräts,
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3 den
Werkzeughalter in einer um 180° gedrehten
Position,
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4 einen
anderen Werkzeughalter in einer schematischen Draufsicht und
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5 einen
Werkzeughalter, verkippt eingesetzt in die Spindel.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Werkzeugmessgerät 2 mit
einem optischen Messmittel 4, einer Spindel 6,
einem Prozessmittel 8, das mit zwei Bildschirmen 10 und
einem als Tastatur ausgeführten
Eingabemittel 12 verbunden ist, und einem Bewegungsmittel 14 zum
Bewegen des Messmittels 4. Das Prozessmittel 8 ist
als Gerät
zur Datenverarbeitung mit einem Prozessor und einem Speicher ausgeführt. Das
Messmittel 4 umfasst eine Kamera 16 und eine Beleuchtungseinheit 18 zur
Durchlichtbeleuchtung eines Werkzeugs 20. Teil des Werkzeugs 20 ist
ein Werkzeugfutter 22, das in einem Werkzeughalter 24 getragen
ist, der wiederum drehbar gelagert von der Spindel 6 aufgenommen
ist. Durch das Bewegungsmittel 14 ist das Messmittel 4 sowohl
vertikal als auch horizontal verfahrbar, wie durch die Pfeile 28, 30 dargestellt.
Mit Hilfe eines gabelförmigen
Haltemittels 26 kann weiträumig um das Werkzeug 20 herumgegriffen
werden, und auch große
Werkzeuge sowie der Werkzeughalter 24 können sowohl vor als auch hinter
einer Werkzeugachse 32 auf ihre Form oder Position relativ
zu einem beispielsweise ruhenden Gerätepunkt des Werkzeugmessgeräts vermessen
werden.
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2 zeigt
die Spindel 6, den Werkzeughalter 24 und das Werkzeug 20 mit
einem Schneidwerkzeug 21 und seinem Werkzeugfutter 22 in
einer vergrößerten und
teilweise geschnittenen Darstellung. Die Spindel 6 ist
mit Hilfe nur schematisch dargestellter Lager 34 in einer
Basis 36 des Werkzeugmessgeräts 2 um eine Spindelachse 38 drehbar
gelagert, die in 2 mit der Werkzeugachse 32 zusammenfällt. Die
Werkzeugachse 32 ist gleichzeitig eine Symmetrieachse des
Werkzeughalters 24. Mit Hilfe einer Kugelbuchse 40 ist
der als Vorsatzhalter ausgeführte Werkzeughalter 24 wiederum
drehbar in der Spindel 6 gelagert. In eine kegelförmige Aufnahme 42 des Werkzeughalters 24 ist
ein angepasst kegelförmig ausgeführtes Unterteil
des Werkzeugfutters 22 aufgenommen, das zum Einspannen
in die Spindel 6 mit einem nicht dargestellten Spannmechanismus
einen Spannschaft 44 aufweist. In einer Aufnahme 46 des Werkzeugfutters 22 ist
das als Bohrer ausgeführte Schneidwerkzeug 21 eingespannt,
beispielsweise durch thermisches Einschrumpfen. Durch die Spindel 6,
den Werkzeughalter 24 und das Werkzeugfutter 22 ist
ein Positioniermittel 48 in Form einer Anschlagstange hindurchgeführt, das
bis in die Aufnahme 46 hineinreicht und an das Schneidwerkzeug 21 anschlägt. Bei
noch nicht in der Aufnahme 46 eingespanntem Schneidwerkzeug 21 hält das Positioniermittel 48 das
Schneidwerkzeug 21 so in einer definierten Position.
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Geometrische
Positionsdaten des Schneidwerkzeugs 21, beispielsweise
die Position einer Schneide 50, werden üblicherweise bezogen auf einen
Werkzeugnullpunkt angegeben, der im Folgenden auch als Halterpunkt 52 bezeichnet
wird. Dessen Position ist relativ zum kegelförmigen Unterteil des Werkzeugfutters 22 festgelegt
und standardisiert. Bezüglich
seiner vertikalen Position liegt der Halterpunkt 52 bzw.
Werkzeugnullpunkt innerhalb des Werkzeugs 20 und etwas
oberhalb des Werkzeughalters 24. Durch die an das kegelförmige Unterteil des
Werkzeugfutters 22 angepasste Aufnahme 42 ist der
Werkzeugnullpunkt auch ein in Bezug zum Werkzeughalter 24 festgelegter
Punkt und somit ein Halterpunkt 52. Es können jedoch
auch andere Punkte des Werkzeughalters 24 als Halterpunkte
bezeichnet werden.
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Das
Prozessmittel 8 ist dazu vorbereitet, Positionsdaten des
Werkzeugs 20 in Bezug auf diesen Halterpunkt 52 bzw.
Werkzeugnullpunkt auszugeben. Soll die Schneide 50 vermessen
und ihre Position relativ zum Werkzeugnullpunkt angegeben werden,
so muss dem Prozessmittel 8 die Position des Werkzeugnullpunkts
relativ zu einer definierten Gerätestelle
bekannt sein. Der Werkzeugnullpunkt sollte somit durch eine Vermessung
ermittelbar sein. Für diese
Ermittlung umfasst der Werkzeughalter 24 ein Messelement 54 mit
zwei in metallischen Mulden des Werkzeughalters 24 befestigten
Kugeln 56, 58, die als Messmittel dienen und einen
Messpunkt 60 des Werkzeughalters 24 definieren.
Das Messelement 54 ist relativ zum übri gen Werkzeughalter 24 unbeweglich,
so dass der Messpunkt 60 in einem festen Abstand zum Werkzeugnullpunkt
steht. Dieser Abstand kann durch ein Eichgerät ausgemessen werden und auf
einem Datenträger,
beispielsweise auf einem Schild 62, am Werkzeughalter 24 notiert
sein. Der Abstand setzt sich hierbei zusammen aus einem Abstand
z0 parallel zur Werkzeugachse 32 und
einem Abstand x0 quer zur Werkzeugachse 32.
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Zur
Vermessung des Halterpunkts 52 wird der Werkzeughalter 24 entweder
manuell oder durch einen entsprechenden Antrieb der Spindel 6 so
lange gedreht, bis die Richtung des Abstands x0 quer
zu einer Blickrichtung der Kamera 16, also quer zur Verbindungsachse
zwischen der Kamera 16 und der Beleuchtungseinheit 18 steht.
Das Messelement 54 zeigt sich nun der Kamera 16,
wie in 2 gezeigt. Nun wird die Oberkante der Kugel 56 vermessen, und
zwar auf deren Position in z-Richtung relativ zu einem als Systemnullpunkt
ausgeführten
Gerätepunkt 64,
der durch zwei Glasmaßstäbe 66 im
Inneren des Werkzeugmessgeräts 2 durch
zwei Referenzmarken 68 definiert ist. Durch optisches Abtasten
der Glasmaßstäbe 66 und
der Kugel 58 in z-Richtung und x-Richtung werden so der
x-Wert und z-Wert der Position des Messpunkts 60 relativ
zum Gerätepunkt 64 ermittelt.
Durch Addition der bekannten Abstände x0,
z0 zum x-Wert beziehungsweise z-Wert des
Messpunkts 60 relativ zum Gerätenullpunkt 64 können nun
die Koordinaten des Halterpunkts 52 in Bezug auf den Gerätepunkt 64 ermittelt werden.
Eine Position der Schneide 50 kann hiernach in Bezug zum
Halterpunkt 52 angegeben werden.
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Bei
dieser Vermessung sind jedoch Schwankungen der realen Abstände x0, z0 des Halterpunkts 52 zum
Messpunkt 60, die durch thermische Ausdehnungen beziehungsweise
Kontraktionen des Werkzeugfutters 22 und/oder des Werkzeughalters 24 hervorgerufen
sind, noch nicht berücksichtigt.
Diese sind dem Prozessmittel 8 vorerst unbekannt und führen somit
zu Ungenauigkeiten bei der Angabe einer Position der Schneide 50 relativ
zum Halterpunkt 52. Diese Ungenauigkeiten können erheblich
vermindert werden, wenn die Position des Messpunkts 60 nach einer
Vermessung an einer ersten Stelle relativ zum Gerätenullpunkt 64 an
einer zweiten Stelle vermessen wird, deren Position relativ zum
Gerätepunkt 64 sich
von der Position der ersten Stelle unterscheidet.
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3 zeigt
den Werkzeughalter 24 relativ zur Basis 36 des
Werkzeugmessgeräts 2 um
180° um
die Spindelachse 38 gedreht und somit den Messpunkt 60 an
einer anderen Stelle, als in 2 gezeigt.
Die Drehung kann von einem Bediener von Hand durchgeführt werden,
der die Spindel 6 außen greift
und im Lager 34 dreht. Hierbei wäre das Lager 34 ein
Bewegungsmittel. Zur Vereinfachung der Handhabung kann ein nur schematisch
dargestellter Antrieb 69 die Spindel 6 im Lager 34 drehen
und so als Bewegungsmittel dienen. Durch eine erneute Vermessung
der Kugeln 56, 58 auf ihre Position relativ zum
Gerätepunkt 64 kann
ein Abstand X1 zwischen den beiden Stellen
des Messpunkts 60 zur ersten und zweiten Messung ermittelt
werden. Durch eine Halbierung des Abstands X1 bestimmt
das Prozessmittel 8 einen Abstand x1 zwischen
der Stelle des Messpunkts 60 und einer Mittelposition zwischen
den beiden Stellen. Da eine thermische Größenveränderung des Werkzeughalters 24 in
der Regel gleichmäßig erfolgt,
liegt diese Mittelposition in der Werkzeugachse 32 und
somit in der Achse, in der der Halterpunkt 52 liegt. Auf
diese Weise kann die x-Koordinate des Halterpunkts 52 sehr
genau ermittelt werden. Die Abstände
x0 und x1 können um
einen kleinen Beitrag, nämlich
um genau die thermische Größenveränderung,
voneinander differieren. Da der Halterpunkt 52 symmetrisch
innerhalb des Werkzeughalters 24 angeordnet ist, ist davon
auszugehen, dass der Abstand x1 die x-Koordinate
des Halterpunkts 52 relativ zum Gerätepunkt 64 genauer
definiert als der zuvor durch das Eichgerät ausgemessene Abstand x0. Von daher kann bei einer Vermessung des
Messpunkts 60 an zwei verschiedenen Stellen auf eine Eichmessung
des Abstands x0 verzichtet werden und es
können
die beiden Vermessungen des Messpunkts 60 an den beiden
Stellen zur Bestimmung der x-Koordinate des Halterpunkts 52 herangezogen werden.
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Es
kann jedoch sein, dass ein Unterschied zwischen den Abständen x0 und x1 sich systematisch niederschlägt auf einen
Unterschied zwischen dem vom Eichgerät bestimmten Abstand z0 und einem wahren Abstand z1 zwischen
dem Halterpunkt 52 und der Oberkante der Kugel 56 in
z-Richtung. Eine solche systematische Beeinflussung der Unterschiede kann
beispielsweise empirisch bestimmt und im Prozessmittel 8 hinterlegt
werden. Mit einer Bestimmung des Unterschieds zwischen den Abständen x0 und x1 kann der
Unterschied somit zu einer Korrektur des Abstands z0 in
den Abstand z1 herangezogen werden, um die
Position des Halterpunkts 52 relativ zum Gerätepunkt 64 noch
genauer zu bestimmen. In diesem Ausführungsbeispiel wäre der Abstand
x0 durch das Eichgerät trotz der Vermessung des
Messpunkts 60 an zwei Stellen ebenfalls zu bestimmen.
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4 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel mit
einem in einer Draufsicht gezeigten Werkzeughalter 70,
der in einer Öffnung 72 der
Spindel 6 angeordnet ist. Zwischen dem Werkzeughalter 70 und
einer Innenfläche
der Spindel 6 sei eine der Deutlichkeit halber übertrieben
groß dargestellte
Verschmutzung 74 eingeklemmt, wodurch die Position der Werkzeugachse 32 von
der Position der Spindelachse 38 differiert. Anstelle der
Verschmutzung 74 ist auch ein Defekt in der Kugelbuchse 40 denkbar.
Im Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit
den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bezüglich gleich
bleibender Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel
in den 1 bis 3 verwiesen werden. Die nachfolgende
Beschreibung beschränkt sich
im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 3.
Der Werkzeughalter 70 umfasst zwei Messelemente 54, 76 mit jeweils
einer Kugel 56 zur Vermessung der z-Koordinate und einer
Kugel 58 zur Vermessung der x-Koordinate. Die beiden Messelemente 54, 76 sind
in Bezug auf die Werkzeugachse 32 gegenüber liegend angeordnet. Wird
nun der Messpunkt 60 an einer ersten Stelle 78 vermessen
und anschließend
die Spindel 6 und mit ihr der Werkzeughalter 70 um 180° gedreht,
so kommt der Messpunkt 60 an einer zweiten Stelle 80 zu
liegen. Aus einer wie zu 3 beschriebenen Berechnung des
Mittelpunkts würde
sich ergeben, dass der Halterpunkt 52 in der Spindelachse 38 liegt,
was wegen der unterschiedlichen Lagen der Werkzeugachse 32 und
der Spindelachse 38 nicht der Fall ist.
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Zur
Erkennung eines solchen Fehlers umfasst der Werkzeughalter 70 zwei
Messelemente 54, 76, deren Abstände x0 vom Halterpunkt 52 dem Prozessmittel 8 bekannt
sind. Aus diesen bekannten Abständen
x0 kann – in Verbindung mit den Abständen z0 der Messpunkte 60, 82 – die Lage
des Halterpunkts 52 in Bezug auf den Gerätepunkt 64 ermittelt werden.
Das Prozessmittel 8 erkennt einen Fehlabstand des durch
die Abstände
x0 bestimmten Halterpunkts 52 und
des durch die Mittelpunktsberechnung bestimmten Punkts an der Stelle 80,
der in einer momentanen Rotationsachse bzw. der Spindelachse 38 liegt.
Das Prozessmittel 8 kann auf einen Fehler aufmerksam machen,
so dass ein Bediener den Werkzeughalter 70 erneut in die
Spindel 6 einsetzen und einen neuen Messprozess starten
kann.
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In 5 ist
der Werkzeughalter 70 verkantet in die Spindel 6 eingesetzt
gezeigt. Aus der Vermessung der beiden Kugeln 56 kann das
Prozessmittel 8 erkennen, dass die beiden Kugeln 56 mit
einem Fehlerabstand zF unterschiedlich hoch
in Bezug zur Spindel 6 beziehungsweise zum Gerätepunkt 64 angeordnet
sind. Da dem Prozessmittel 8 die Abstände z0 der
beiden Kugeln in Bezug auf den Werkzeugnullpunkt 52 bekannt
sind, ist dem Prozessmittel 8 auch deren – beispielsweise
durch Fertigungsungenauigkeiten bedingter – relativer Abstand in z-Richtung
bekannt. Differiert der gemessene Fehlerabstand zF um mehr
als einen vorgegebenen Wert von dem bekannten Relativabstand in
z-Richtung, so erkennt das Prozessmittel 8 einen Fehler,
der gleich einem Fehlwinkel zwischen der Werkzeugachse 32 bzw.
einer Symmetrieachse des Werkzeughalters 24 und einer momentanen
Rotationsachse bzw. der Spindelachse 38 ist. Das Prozessmittel 8 kann
eine Warnung ausgeben, die einen Bediener zum erneuten Einsetzen
des Werkzeughalters 70 in die Spindel 6 veranlasst.
Einem Fehler bei der Vermessung des Werkzeugs 20 kann hierdurch
effektiv entgegengewirkt werden.
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- 2
- Werkzeugmessgerät
- 4
- Messmittel
- 6
- Spindel
- 8
- Prozessmittel
- 10
- Bildschirm
- 12
- Eingabemittel
- 14
- Bewegungsmittel
- 16
- Kamera
- 18
- Beleuchtungseinheit
- 20
- Werkzeug
- 21
- Schneidwerkzeug
- 22
- Werkzeugfutter
- 24
- Werkzeughalter
- 26
- Haltemittel
- 28
- Pfeil
- 30
- Pfeil
- 32
- Werkzeugachse
- 34
- Lager
- 36
- Basis
- 38
- Spindelachse
- 40
- Kugelbuchse
- 42
- Aufnahme
- 44
- Spannschaft
- 46
- Aufnahme
- 48
- Positioniermittel
- 50
- Schneide
- 52
- Halterpunkt
- 54
- Messelement
- 56
- Kugel
- 58
- Kugel
- 60
- Messpunkt
- 62
- Schild
- 64
- Gerätepunkt
- 66
- Glasmaßstab
- 68
- Referenzmarke
- 69
- Antrieb
- 70
- Werkzeughalter
- 72
- Öffnung
- 74
- Verschmutzung
- 76
- Messelement
- 78
- Stelle
- 80
- Stelle
- 82
- Messpunkt
- x0
- Abstand
- x1
- Abstand
- X1
- Abstand
- z0
- Abstand
- z1
- Abstand
- zF
- Fehlerabstand