DE29913445U1 - Device for measuring the inclination of a tool table - Google Patents
Device for measuring the inclination of a tool tableInfo
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Description
Prüftechnik Dieter Busch AG * * ·' « &Idigr; .* * ·» * P 369-DEGMTesting technology Dieter Busch AG * * ·' « &Idigr; .* * ·» * P 369-DEGM
D85737Ismaning '..'V.'* V** \.♦**.♦* *#i : 10.08.1999D85737Ismaning '..'V.'* V** \.♦**.♦* * #i : 08/10/1999
GebrauchsmusteranmeldungUtility model application
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Neigung eines Werkzeugtisches.The invention relates to a device for measuring the inclination of a tool table.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine kostengünstige, einfach zu handhabende und vergleichsweise genaue Vorrichtung zu schaffen, mit der die Orientierung einer Werkzeugspindel bei einer Werkzeugmaschine relativ zur Ebene eines zugehörigen Werkzeugtisch oder einer Symmetrieachse eines zugehörigen Werkstückes auf Rechtwinkligkeit überprüft werden kann.The invention is based on the problem of creating a cost-effective, easy-to-use and comparatively accurate device with which the orientation of a tool spindle in a machine tool relative to the plane of an associated tool table or an axis of symmetry of an associated workpiece can be checked for perpendicularity.
Diese Aufgabe wird mit den Mitteln gelöst, wie anhand der Merkmale der unabhängigen und auch der abhängigen Schutzansprüche spezifiziert.This task is solved by the means specified by the features of the independent and also the dependent protection claims.
Die Erfindung benutzt optische und optoelektronische Hilfsmittel, insbesondere einen Projektor zur Erzeugung von Laserstrahlen, mindestens einen Spiegel oder Reflektor sowie mindestens einen optoelektronischen Sensor. Der optoelektronische Sensor ist in einer ersten Ausfuhrungsform flächig und dient zur Ermittlung eines Schwerpunktes für einfallendes Licht; in einer zweiten Ausfuhrungsform ist er pixelorientiert und kann für eine Vielzahl von Punkten die Intensität des jeweils dort einfallenden Lichtes bestimmen.The invention uses optical and optoelectronic aids, in particular a projector for generating laser beams, at least one mirror or reflector and at least one optoelectronic sensor. In a first embodiment, the optoelectronic sensor is flat and serves to determine a center of gravity for incident light; in a second embodiment, it is pixel-oriented and can determine the intensity of the light incident at a large number of points.
Gemäss einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung werden Projektor und Sensor in einem Gehäuse so montiert, dass praktisch keine Relativbewegung zueinander möglich ist. Das Gehäuse wird bevorzugt mit einem wellenförmigen Ansatzstück versehen, so dass es in eine Spannvorrichtung an einer Spindel einer Werkzeugmaschine fest eingespannt werden kann.According to a preferred embodiment of the invention, the projector and sensor are mounted in a housing in such a way that practically no relative movement to one another is possible. The housing is preferably provided with a wave-shaped attachment piece so that it can be firmly clamped in a clamping device on a spindle of a machine tool.
Das vom Projektor ausgesandte Laserlicht wird von dem Spiegel oder Reflektor, welcher sich in einiger Entfernung vom obengenannten Gehäuse befinden soll, zurückgeworfen und trifft: auf dem Sensor auf. Sofern eine Flächen-Normale des Spiegels parallel zur Drehachse der Spindel orientiert ist,wird es einen Soll-Bereich treffen. Bei Abweichungen von der genannten Parallelität wird das Licht in anderen Bereichen des Sensors registriert, aus den Differenzen von Soll- und Istlagen des Lichteinfalls wird mittels einer dem Sensor nachgeschalteten Elektronik der oder die Fehlwinkel des Spiegels bestimmt.The laser light emitted by the projector is reflected by the mirror or reflector, which should be located some distance from the above-mentioned housing, and hits the sensor. If a surface normal of the mirror is oriented parallel to the axis of rotation of the spindle, it will hit a target area. If there are deviations from the mentioned parallelism, the light is registered in other areas of the sensor, and the angle(s) of error of the mirror are determined from the differences between the target and actual positions of the light incidence using electronics connected downstream of the sensor.
Prttftechnik Dieter Busch AG &iacgr; 2 * .' J* t '**,* %**·***· P 369-DEGMPrttftechnik Dieter Busch AG &iacgr; 2 * .' J* t '**,* %**· ***· P 369-DEGM
D85737Ismaning &iacgr; i. I 'I I, l*t Il I 10.08.1999D85737Ismaning &iacgr; i. I 'II, l*t Il I August 10, 1999
Die Erfindung wird im einzelnen anhand der Zeichnung erläutert.
Es zeigt:The invention is explained in detail with reference to the drawing.
It shows:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht einer Werkzeugmaschine mit den zur ErfindungFig. 1 is a schematic side view of a machine tool with the features of the invention
gehörigen Hauptbestandteilen
Fig. 2 in einer querschnittsmässigen Seitenansicht Einzelteile und Strahlengang gemässMain components
Fig. 2 in a cross-sectional side view individual parts and beam path according to
einer ersten Ausführungsform der Erfindunga first embodiment of the invention
Fig. 3 eine ähnliche Anordnung wie in Fig. 2, aber mit einem zusätzlichen Referenzstrahl
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform der Erfindung, welche einen Ringstrahl verwendet
Fig. 5 eine weitere Ausftihrungsfonn der Erfindung, ebenfalls mit RingstrahlFig. 3 a similar arrangement as in Fig. 2, but with an additional reference beam
Fig. 4 shows another embodiment of the invention using a ring beam
Fig. 5 another embodiment of the invention, also with ring beam
Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung weist eine Werkzeugmaxhine 10 aus, welche mit einem Tisch 11 und einer vertikal orientierten Spindel 12 ausgestattet ist. Zur Überprüfung der Orientierung von Spindel 12 relativ zu Tisch 11 wird möglichst exakt auf diesen ein genau gefertigter Planspiegel 16 aufgelegt. Die Positionierung des Planspiegels 16 auf dem Tisch soll so erfolgen, dass Laserlicht, welches aus dem Gehäuse 20 der Messeinrichtung austritt, den Planspiegel etwa mittig trifft. Von dort wird das Laserlicht in Richtung des Gehäuses 20 zurückgeworfen. Wie gezeigt, kann das Gehäuse 20 mittels eines stutzenförmigen Ansatzstückes 14 in einer Spannvorrichtung der Spindel 12 fest gehaltert werden, und
zusammen mit der Spindel um deren Drehachse verdreht werden.The arrangement shown in Fig. 1 has a tool maxhine 10, which is equipped with a table 11 and a vertically oriented spindle 12. To check the orientation of spindle 12 relative to table 11, a precisely manufactured plane mirror 16 is placed on the table as precisely as possible. The plane mirror 16 should be positioned on the table in such a way that laser light emerging from the housing 20 of the measuring device hits the plane mirror approximately in the middle. From there, the laser light is reflected in the direction of the housing 20. As shown, the housing 20 can be firmly held in a clamping device of the spindle 12 by means of a nozzle-shaped extension piece 14, and
together with the spindle around its axis of rotation.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung wird anhand Fig. 2 erläutert, welche in schematischer Form die Anordnung der beteiligten Komponenten sowie einen zugehörigen Strahlengang ausweist.The mode of operation of the device is explained using Fig. 2, which shows in schematic form the arrangement of the components involved as well as an associated beam path.
Innerhalb eines (nicht gezeigten) Gehäuses (Bezugsziffer 20 in Fig. 1) sind Projektor 22, Sensor 30 und teildurchlässiger Spiegel 40 fest angeordnet und können gemeinsam und zusammen mit dem Gehäuse um eine Hochachse gedreht werden, wie dies durch den Drehpfeil D symbolisiert ist. Der Projektor 22 kann beispielsweise eine Laserdiode 24 aufweisen (Energieversorgung nicht gezeigt), eine Kollimationsoptik 28 und/oder ein strahlformendes Element 26, in an sich bekannter Technologie. - Ein aus dem Projektor 22 austretenderThe projector 22, sensor 30 and partially transparent mirror 40 are fixedly arranged within a housing (not shown) (reference number 20 in Fig. 1) and can be rotated together with the housing about a vertical axis, as symbolized by the rotation arrow D. The projector 22 can, for example, have a laser diode 24 (power supply not shown), a collimation optics 28 and/or a beam-forming element 26, in a technology known per se. - A beam emerging from the projector 22
et * * t *et * * t *
PrüftechDik Dieter Busch AG * 3· «* et .* * t * I P 369-DEGMPrüftechDik Dieter Busch AG * 3· «* et .* * t * I P 369-DEGM
D85737Ismaiiiiig JI. I'll, I' I ti I 10.08.1999D85737Ismaiiiiig JI. I'll, I' I ti I August 10, 1999
Lichtstrahl 50 passiert anteilig den teildurchlässigen Spiegel 40 und wird durch einen fehlerhaft ausgerichteten Spiegel 16 als Lichtstrahl 52 reflektiert. Dessen Teilreflexion erzeugt einen Lichtstrahl 54. Wie gezeigt, ist die zugehörige Einfall-Position auf Sensor 30 (Halterung und zugehörige Elektronik mit Bezugszifier 32 symbolisiert) nicht auf dessen Zentrum.
Bei der gemeinsamen Drehung von Gehäuse, Projektor, teildurchlässigem Spiegel 40 und Sensor 30, wie durch Drehpfeil D symbolisiert, findet eine Verlagerung des Auftrefipunktes des Laserlichtes auf dem Sensor statt. Wird nämlich bei festliegendem Spiegel 16 die gesamte Anordnung um 180° gedreht, so befindet sich dann der Sensor auf der linken Hälfte der Fig. 2, und erfährt dort eine Illumination gemäss gestrichtelt gezeigtem Lichtstrahl 56. Eine solche Verlagerung des Auftreffpunktes in Abhängigkeit von einer Drehbewegung findet bei exakt ausgerichtetem Spiegel 16 nicht statt, was somit ein Beweis für die korrekte Relativlage der Spindel zum Werkzeugtisch ist.Light beam 50 partially passes through the partially transparent mirror 40 and is reflected by a misaligned mirror 16 as light beam 52. Its partial reflection produces a light beam 54. As shown, the corresponding incident position on sensor 30 (mounting and associated electronics symbolized with reference number 32) is not at its center.
When the housing, projector, partially transparent mirror 40 and sensor 30 are rotated together, as symbolized by the rotation arrow D, the point of impact of the laser light on the sensor is shifted. If the entire arrangement is rotated by 180° with the mirror 16 fixed, the sensor is then located on the left half of Fig. 2 and is illuminated there according to the light beam 56 shown in dashed lines. Such a shift in the point of impact depending on a rotational movement does not occur when the mirror 16 is precisely aligned, which is therefore proof of the correct relative position of the spindle to the tool table.
In Fig. 2 wird ein Strahlengang gezeigt, bei dem der Strahl 50 mit der Drehachse der Spindel koinzidiert. Dies ist, gemäss der Erfindung, jedoch ein Sonderfall. Es kann nämlich auch ein radial gerichteter Versatz des Strahles 50 sowie ein Winkelversatz in Bezug auf die Spindelachse in Kauf genommen werden,. ohne die grundlegende Wirkungsweise des erfindungsgemässen Verfahrens zu verlassen. In diesem Falle muss durch eine im Vorwege stattfindende Eichmessung in Erfahrung gebracht werden, welches die Soll-Auftreftpunkte des Laserlichtes auf dem Sensor sind. Unter Zugrundelegung allgemeiner geometrischer Zusammenhänge kann darm bei abweichenden Auftreffpunkten auf vorliegende Fehlwinkel von Spiegel oder Werkzeugtisch relativ zur Drehachse der Spindel geschlossen werden.
Eine vom Aufbau her vergleichbare Anordnung wird in Fig. 3 gezeigt. Durch das strahlformende Element 27 des Projektors kann jedoch beispielsweise ein sog. Flachstrahl 60 erzeugt werden, der in vergleichbarer Weise zur Kontrolle der Relativlage von Spiegel 16 zur Drehachse der Werkzeugspindel herangezogen wird (Strahlen 62, 64). Gleichzeitig wird durch den teildurchlässigen Spiegel 40 ein anteiliger Strahl 66 ausgekoppelt, der über Spiegel 70 voll reflektiert wird und als Strahl 68 eine strichfönnige Referenzmarke 69 auf dem Werkzeugtisch erzeugt, welche hier z.B. im Querschnitt gezeigt sein möge. Diese Referenzmarke dreht sich bei Drehung des Gehäuses 20 um den Spiegel 16 herum und kann anhand eines in dessen Nähe angebrachten Referenzmusters dazu dienen, eine relativ genaue Teildrehung von Gehäuse und Spindel um 90°, 180° oder anderer erforderlicher Drehwinkel manuell vorzunehmen.In Fig. 2, a beam path is shown in which the beam 50 coincides with the axis of rotation of the spindle. However, according to the invention, this is a special case. A radially directed offset of the beam 50 and an angular offset in relation to the spindle axis can also be accepted, without departing from the basic mode of operation of the method according to the invention. In this case, a calibration measurement must be carried out beforehand to determine the target points of impact of the laser light on the sensor. On the basis of general geometric relationships, it can be concluded that there are misaligned angles of the mirror or tool table relative to the axis of rotation of the spindle if the impact points differ.
An arrangement with a comparable structure is shown in Fig. 3. However, the beam-forming element 27 of the projector can be used to generate a so-called flat beam 60, for example, which is used in a similar way to check the relative position of mirror 16 to the axis of rotation of the tool spindle (beams 62, 64). At the same time, a partial beam 66 is coupled out by the partially transparent mirror 40, which is fully reflected by mirror 70 and, as beam 68, generates a line-shaped reference mark 69 on the tool table, which may be shown here in cross-section, for example. This reference mark rotates around the mirror 16 when the housing 20 rotates and can be used, using a reference pattern attached nearby, to manually carry out a relatively precise partial rotation of the housing and spindle by 90°, 180° or other required angle of rotation.
Prüftechnik Dieter Busch AG D 85737 IsmaaingTesting technology Dieter Busch AG D 85737 Ismaaing
P 369-DEGM 10.08.1999P 369-DEGM 10.08.1999
Die in Fig. 4 gezeigte Ausfuhrungsform bedient sich des gleichen teildurchlässigen Spiegels 40 und eines Sensors 30, stellt jedoch Abweichungen von der Relativlage des Spiegels 16 zu einer Ideallage fest, ohne dass das (nicht gezeigte) Gehäuse 20 gedreht werden muss.
Hierzu ist ein anderes strahlformendes Element 29 vorgesehen, welches einen sog. Ringstrahl
erzeugt, welcher konusförmig vom Projektor emittiert wird, und dessen Projektionsbild auf der rechten Seitenmitte der Fig. 4 dargestellt ist, inclusive eines zentralen Lichtflecks 92.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden an Reflexionspunkten 80, 82 und 84 auftreffende Teil-Strahlen bei schiefliegendem Spiegel 16 so reflektiert, dass sie mit Versatz auf den teildurchlässigen Spiegel 40 auftrefFen und von dort in Richtung des Sensors 30 umgelenkt werden, wo sie ebenfalls mit Versatz, im Bezug auf eine Ideallage, auftreffen. Aus einer solchen Verschiebung des ringförmigen (oder anders geformten) Projektionsbildes kann daher ebenfalls auf den Fehlwinkel zwischen Spindelachse und Spiegel-Normalen geschlossen werden. Die gezeigte Lösung sieht jedoch mit Vorteil einen pixelorientierten Sensor 30 vor.The embodiment shown in Fig. 4 uses the same partially transparent mirror 40 and a sensor 30, but detects deviations from the relative position of the mirror 16 to an ideal position without having to rotate the housing 20 (not shown).
For this purpose, another beam-forming element 29 is provided, which forms a so-called ring beam
which is emitted in a cone shape by the projector and whose projection image is shown on the right side center of Fig. 4, including a central light spot 92.
As shown in Fig. 4, partial rays striking reflection points 80, 82 and 84 are reflected when the mirror 16 is tilted in such a way that they strike the partially transparent mirror 40 with an offset and are deflected from there in the direction of the sensor 30, where they also strike with an offset in relation to an ideal position. From such a shift of the ring-shaped (or otherwise shaped) projection image, the angle of error between the spindle axis and the mirror normal can therefore also be deduced. The solution shown, however, advantageously provides for a pixel-oriented sensor 30.
Auch in Fig. 5 wird ein zu einem Ring geformter Laserstrahl verwendet. Die gezeigte Anordnung stellt darauf ab, dass Drehachse der Spindel, Projektionsachse des Projektors und Normale des Sensors im wesentlichen parallel zueinander liegen. Dazu wird der Projektor 22 innerhalb des Gehäuses 20 mit einer gelochten Trageplatte 230 zentral positioniert (Löcher oder Ausbrüche 250), so dass die an Reflexionspunkten 180, 184 auftreffenden Strahlen unter entsprechenden Winkern zurückgeworfen werden und in die mittels Halterung 220 zentrisch gefasste Optik 210 als Teil-Strahlen 190, 194 auf den zentrisch orientierten Sensor 30 auffallen, dessen Ausgangssignale durch eine nachgeschaltete Elektronik (nicht gezeigt) der weiteren Analyse zugeführt werden. Auch bei dieser Ausfuhrungsform ist es nicht erforderlich, eine Drehbewegung des Gehäuses 20 um einen bestimmten Winkel, wie z.B. 180°, durchzuführen, um ein Messergebnis zu erhalten. Dennoch bleibt es unbenommen, eine solche Drehbewegung und zugehörige zusätzliche Messungen durchzuführen. Auf diese Weise kann verifiziert werden kann, dass eine festgestellte korrekte Ausrichtung auch
drehlagenunabhängig ist, sofern diesbezügliche Zweifel bestehen sollten.In Fig. 5, a laser beam shaped into a ring is also used. The arrangement shown is based on the rotation axis of the spindle, projection axis of the projector and normal of the sensor being essentially parallel to one another. For this purpose, the projector 22 is positioned centrally within the housing 20 with a perforated support plate 230 (holes or cutouts 250), so that the rays striking reflection points 180, 184 are reflected at corresponding angles and fall into the optics 210, which is centrally mounted by means of a holder 220, as partial rays 190, 194 onto the centrally oriented sensor 30, the output signals of which are fed for further analysis by downstream electronics (not shown). In this embodiment, too, it is not necessary to rotate the housing 20 by a specific angle, such as 180°, in order to obtain a measurement result. However, it is still possible to carry out such a rotational movement and associated additional measurements. In this way, it can be verified that a determined correct alignment is also
is independent of the rotational position, should there be any doubt in this regard.
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1999
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Legal Events
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