DE3905949A1

DE3905949A1 - METHOD FOR MEASURING CUTTING EDGES

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Publication number: DE3905949A1
Application number: DE19893905949
Authority: DE
Inventors: Herbert Prof Dr Ing Schulz; Andreas Dipl Ing Mootz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-02-25
Filing date: 1989-02-25
Publication date: 1990-08-30
Also published as: WO1990010192A1

Abstract

The cutting edges (2) on the periphery of a rotary milling tool (1) are measured without contact. Each cutting edge (2) interrupts, in a measurement plane (12), the beam path of an optical scanning device (7). The milling tool (1) and the optical scanning device (7) are moved relative to each other. The positions of this advance movement are recorded by a position transducer (6). The coherent light beam generated by the light source (8) of the optical scanning device (7) is focused in the measurement plane (12). The positions determined by the position transducer (6) when the cutting edges (2) interrupt the beam paths are recorded by an evaluation device (16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum berührungslosen Vermessen von Schneidkanten am Umfang eines sich drehenden Fräswerkzeugs, wobei die Schneidkanten jeweils in der die Fräswerkzeugachse enthaltenden Meßebene durch den Strahlengang einer aus einer Lichtquelle und einem Fotodetektor bestehenden optischen Abtasteinrichtung erfaßt werden, deren optische Achse lotrecht zur Meßebene und tangential zum Flugkreis der Schneidkanten verläuft.The invention relates to a method for contactless Measuring cutting edges on the circumference of a rotating one Milling tool, the cutting edges each in the Measuring plane containing milling tool axis through the Beam path one from a light source and one Photodetector existing optical scanner be detected, the optical axis perpendicular to the measuring plane and runs tangentially to the flight circle of the cutting edges.

Die Vermessung der Schneidkanten von Fräswerkzeugen dient der Ermittlung des Rundlauffehlers und des Flugkreisdurchmessers. Der Rundlauffehler der Schneidkanten an Fräswerkzeugen ist eine wichtige Einflußgröße sowohl für die Fertigungsgenauigkeit als auch für die Wirtschaftlichkeit des Fräsvorgangs. Folgen eines unzulässig hohen Rundlauffehlers sind unter anderem reduzierte Werkzeugstandzeiten infolge von Schwingungen und unterschiedlicher Schneidenbelastung, eine erhöhte Belastung der Maschine, insbesondere deren Hauptspindel, Maßabweichungen und eine verminderte Oberflächengüte des Werkstücks. The measurement of the cutting edges of milling tools is used the determination of the concentricity error and the Flight circle diameter. The runout of the Cutting edges on milling tools is an important one Influencing factor both for the manufacturing accuracy as well for the economy of the milling process. Follow one among other things, impermissible high concentricity errors reduced tool life due to vibrations and different cutting load, an increased Load on the machine, especially its main spindle, Dimensional deviations and a reduced surface quality of the Workpiece.

Statische Rundlauffehler der Schneidkanten treten bereits beim sich langsam drehenden oder stehenden Fräswerkzeug auf und sind bedingt durch einen Schneidkantenversatz am Werkzeug infolge von Einstellfehlern bei einstellbaren Werkzeugen oder durch Fertigungstoleranzen bei monolithischen Werkzeugen sowie Werkzeugen mit aufgelöteten Schneiden.Static runout errors of the cutting edges already occur with the slowly rotating or stationary milling tool and are due to a cutting edge offset on Tool due to setting errors in adjustable Tools or through manufacturing tolerances monolithic tools as well as tools with soldered cutting.

Dynamische Rundlauffehler der Schneidkanten treten erst bei höheren Drehzahlen des Fräswerkzeugs auf und sind bedingt durch eine Biegung des Werkzeugs infolge von Unwuchten und den daraus resultierenden, meist drehfrequenzabhängigen Unwuchtkräften. Auch Fliehkräfte im Bereich der Werkzeugeinspannung können beispielsweise durch die Aufweitung von Spannzangen zu drehfrequenzabhängigen Rundlauffehlern führen.Dynamic runout errors of the cutting edges only occur at higher speeds of the milling tool due to a bending of the tool due to Unbalance and the resulting, mostly rotational frequency dependent unbalance forces. Centrifugal forces in the The range of tool clamping can be, for example by expanding collets too cause rotational frequency-dependent runout errors.

Weitere Ursachen für statische oder dynamische Rundlauffehler können Spannfehler durch Toleranzen der Werkzeugaufnahme und ggf. des Werkzeugspannfutters oder Verunreinigungen in diesen Bereichen sein. Diese Fehlerursache ist von besonderer Bedeutung, da sich die auftretenden Spannfehler nach jedem Werkzeugwechsel ändern können. Dies stellt ein schwerwiegendes Problem bei der Endbearbeitung auf bedienerlos arbeitenden Werkzeugmaschinen dar. Auch Rundlauffehler der Frässpindel können sich als dynamische Rundlauffehler des Fräswerkzeugs äußern.Other causes of static or dynamic Concentricity errors can occur due to tolerances of the clamping errors Tool holder and if necessary the tool chuck or Contaminants in these areas. These The cause of the error is of particular importance since the Change clamping errors that occur after each tool change can. This poses a serious problem with the Finishing on unattended workers Machine tools. Also concentricity errors of the milling spindle can appear as dynamic runout errors of the Express milling tool.

Die von der Drehfrequenz der Frässpindel abhängigen dynamischen Rundlauffehler sind von besonderer Bedeutung bei schnellaufenden Frässpindeln, insbesondere beim Hochgeschwindigkeitsfräsen, weil die auftretenden Fliehkräfte mit dem Quadrat der Drehfrequenz ansteigen. That depend on the rotation frequency of the milling spindle Dynamic runout errors are of particular importance with high-speed milling spindles, especially with High speed milling because the occurring Centrifugal forces increase with the square of the rotational frequency.

Für eine vollständige Erfassung der für das Arbeitsergebnis bedeutsamen Rundlauffehler ist es deshalb erforderlich, die Fräswerkzeuge im eingespannten Zustand und bei der Betriebs-Drehfrequenz zu vermessen.For a complete record of the for the It is therefore the result of significant runout errors required, the milling tools in the clamped state and to measure at the operating rotational frequency.

Bekannte Verfahren zum berührungslosen Vermessen von Schneidkanten am Umfang eines Fräswerkzeugs, die mit einem Laserscanner arbeiten, sind aufgrund ihrer Arbeitsweise nicht für den Einsatz an sich drehenden Fräswerkzeugen geeignet. Bei diesen Verfahren wird die Projektion der Schneidkante vermessen; diese ändert sich jedoch bei der Drehung ständig. Diese Laserscannerverfahren können daher nicht zur Messung an sich drehenden Fräswerkzeugen, insbesondere nicht bei hohen Drehfrequenzen, eingesetzt werden.Known methods for the contactless measurement of Cutting edges on the circumference of a milling tool, with a Laser scanners work because of their way of working not for use on rotating milling tools suitable. With these methods, the projection of the Measure cutting edge; however, this changes with the Rotation constantly. This laser scanner method can therefore not for measurement on rotating milling tools, especially not used at high rotational frequencies will.

Bei einem bekannten Verfahren der eingangs genannten Gattung (Stöferle und Hartmann, Beitrag zur Lagemessung aller Schneidkanten an Fräswerkzeugen, Z. Werkstatt und Betrieb 109 (1976) 3, S. 183, 188, Bild 12) wird auf einem Fotodetektor, der als Fotodiodenzeile ausgeführt ist, ein Bild der in der Meßebene befindlichen Schneidkante erzeugt. Je nach der Anzahl der dabei belichteten Fotodioden wird der Radius des Flugkreises der Schneidkante ermittelt. Während des Meßvorgangs bleibt der gegenseitige Abstand der Fräserachse zur optischen Achse der optischen Abtasteinrichtung konstant. Für die Meßgenauigkeit ist es von großer Bedeutung, daß sich die Schneidkante im Augenblick des Meßvorgangs möglichst genau in der Meßebene befindet. Diese an sich schon schwierige Anforderung wird mit wesentlich größerer Fräserdrehfrequenz noch erheblich schwieriger und kann bei den bei modernen Hochgeschwindigkeitsfräsverfahren üblichen Drehfrequenzen nicht mehr eingehalten werden. Der Einsatz des bekannten Verfahrens ist daher für die Vermessung schnellaufender Fräser, insbesondere für das Hochgeschwindigkeitsfräsen, nicht möglich.In a known method of the aforementioned Genre (Stöferle and Hartmann, contribution to the position measurement all cutting edges on milling tools, Z. workshop and Operation 109 (1976) 3, p. 183, 188, Figure 12) is on one Photodetector, which is designed as a photodiode array Image of the cutting edge in the measuring plane generated. Depending on the number of exposed The radius of the flight circle of the photodiodes Cutting edge determined. During the measuring process, the mutual distance of the milling cutter axis to the optical axis the optical scanner constant. For the Measuring accuracy, it is of great importance that the Cutting edge as precise as possible at the moment of the measuring process located in the measuring plane. This is difficult in itself Requirement becomes much larger Router rotation frequency even more difficult and can at with modern high-speed milling processes usual rotational frequencies can no longer be maintained. The Use of the known method is therefore for the Measurement of high-speed milling cutters, especially for that High speed milling, not possible.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß es bei schnellaufenden Fräswerkzeugen, insbesondere bei den beim Hochgeschwindigkeitsfräsen üblichen Betriebsdrehfrequenzen, eingesetzt werden kann.The object of the invention is therefore a method of train the type mentioned so that it at high-speed milling tools, especially in the case of High-speed milling usual operating rotational frequencies, can be used.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein von der Lichtquelle erzeugter kohärenter Lichtstrahl in der Meßebene fokussiert und die Lichtquelle auf der aktiven Fläche des Fotodetektors abgebildet wird, daß das Fräswerkzeug und die optische Abtasteinrichtung während des Meßvorgangs relativ zueinander in der gemeinsamen Normalrichtung der Fräswerkzeugachse und der optischen Achse verfahren werden, daß diese Relativbewegung durch ein Wegmeßsystem erfaßt wird, und daß in einer Auswerteeinrichtung die Position des Wegmeßsystems bei einer Unterbrechung des Strahlengangs der optischen Abtasteinrichtung erfaßt wird.This object is achieved in that a coherent light beam generated by the light source in focused on the measuring plane and the light source on the active area of the photodetector is mapped that the Milling tool and the optical scanner during of the measurement process relative to each other in the common Normal direction of the milling tool axis and the optical one Axis are traversed by this relative movement a measuring system is detected, and that in a Evaluation device at the position of the measuring system an interruption in the optical path Scanning device is detected.

Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren erfolgt keine Abbildung der Schneidkante auf der aktiven Fläche des Fotodetektors; vielmehr wird der Lichtstrahl in der Meßebene fokussiert, d.h. die Lichtquelle wird auf der aktiven Fläche des Fotodetektors abgebildet. Wegen der Fokussierung in der Meßebene ist die erfindungsgemäße optische Abtasteinrichtung dazu geeignet, einen optischen Taster von sehr geringen Abmessungen zu bilden. Dieser optische Taster, der durch den fokussierten Lichtstrahl gebildet wird, dient nur dazu festzustellen, ob sich im Meßpunkt eine Schneidkante befindet oder nicht. Sobald eine Schneidkante den in der Meßebene fokussierten Strahlengang unterbricht, wird im wesentlichen die gesamte aktive Fläche des Fotodetektors verdunkelt.In contrast to the known method, there is none Image of the cutting edge on the active surface of the Photodetectors; rather, the light beam in the Measuring plane focused, i.e. the light source is on the mapped active area of the photodetector. Because of the Focusing in the measuring plane is the one according to the invention optical scanner suitable for an optical To form buttons of very small dimensions. This optical pushbutton that passes through the focused light beam is only used to determine whether the Measuring point is a cutting edge or not. As soon as a cutting edge that is focused in the measuring plane Interrupts the beam path, essentially the entire active area of the photo detector darkened.

Infolge der erfindungsgemäß vorgesehenen Relativ- Vorschubbewegung zwischen der optischen Abtasteinrichtung und dem zu vermessenden Fräser erfolgt der Meßvorgang durch ein Wegmeßsystem, das die Positionen dieser Vorschubbewegung zu bestimmten Zeitpunkten erfaßt. Die Meßgenauigkeit wird daher nur durch die Genauigkeit dieses Wegmeßsystems bestimmt, die sehr hoch gewählt werden kann, und hängt nicht von der Drehfrequenz des Fräswerkzeugs ab.As a result of the relative Feed movement between the optical scanner and the milling process to be measured is carried out through a position measuring system that determines the positions of these Feed movement recorded at certain times. The Measurement accuracy is therefore only by the accuracy of this Measuring system determined, which can be selected very high, and does not depend on the rotational frequency of the milling tool.

Somit können auch die bei den Betriebs-Drehfrequenzen beim Hochgeschwindigkeitsfräsen auftretenden dynamischen Rundlauffehler erfaßt werden.Thus, the operating rotational frequencies at High speed milling occurring dynamic Concentricity errors can be detected.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs durch einen Drehfrequenzgeber erfaßt und ein Drehfrequenzsignal an die Auswerteeinrichtung übermittelt wird, und daß in der Auswerteeinrichtung die Anzahl der Unterbrechungen des Strahlengangs der optischen Abtasteinrichtung pro Umdrehung des Fräswerkzeugs ermittelt wird. Diese gleichzeitige Ermittlung der Drehfrequenz des Fräswerkzeugs und die Verknüpfung mit der Anzahl der Unterbrechungen des Strahlengangs ermöglicht es, nicht nur die radial jeweils am weitesten vorragende Schneidkante, sondern auch die übrigen Schneidkanten zu vermessen. According to a preferred embodiment of the The method according to the invention provides that the Rotation frequency of the milling tool by one Rotary frequency sensor detected and a rotational frequency signal to the Evaluation device is transmitted, and that in the Evaluation device the number of interruptions of the Beam path of the optical scanner pro Revolution of the milling tool is determined. These simultaneous determination of the rotational frequency of the Milling tool and the link with the number of Interruptions in the beam path not only make it possible the radially most protruding cutting edge, but also to measure the other cutting edges.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß bei Annäherung der optischen Abtasteinrichtung an das Fräswerkzeug die Positionen des Wegmeßsystems beim erstmaligen Auftreten einer Unterbrechung des Strahlengangs und zu dem Zeitpunkt erfaßt werden, wenn die Anzahl der Unterbrechungen pro Umdrehung des Fräswerkzeugs gleich der Schneidenzahl des Fräswerkzeugs ist, und daß in der Auswerteeinrichtung der Abstand dieser beiden Positionen als Maß für den Rundlauffehler des Fräswerkzeugs ermittelt wird.In further development of this inventive idea provided that when approximating the optical Scanning device to the milling tool the positions of the Measuring system when a occurs for the first time Interruption of the beam path and at the time be recorded if the number of interruptions per Revolution of the milling tool is equal to the number of cutting edges of the Milling tool is, and that in the evaluation device Distance between these two positions as a measure of the Concentricity error of the milling tool is determined.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, daß die optische Abtasteinrichtung und das Fräswerkzeug relativ zueinander über dessen Durchmesser verfahren werden, daß dabei die Positionen des Wegmeßsystems beim erstmaligen und beim letztmaligen Auftreten einer Unterbrechung des Strahlengangs erfaßt werden, und daß in der Auswerteeinrichtung der Abstand dieser beiden Positionen als Maß für den Flugkreisdurchmesser des Fräswerkzeugs ermittelt wird.According to another advantageous embodiment of the The idea of the invention provides that the optical Scanning device and the milling tool relative to each other be moved over its diameter that the Positions of the measuring system when first and when last time an interruption of the Beam path are detected, and that in the Evaluation device the distance between these two positions as a measure of the cutting circle diameter of the milling tool is determined.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:The following are exemplary embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 in stark vereinfachter Darstellungsweise eine Vorrichtung zum berührungslosen Vermessen von Schneidkanten am Umfang eines sich drehenden Fräswerkzeugs und Fig. 1 in a highly simplified representation, a device for non-contact measurement of cutting edges on the circumference of a rotating milling tool and

Fig. 2 eine vereinfachte Übersicht über die Signalverarbeitung in der Vorrichtung nach Fig. 1. FIG. 2 shows a simplified overview of the signal processing in the device according to FIG. 1.

Ein Fräswerkzeug 1 weist an seinem Umfang mehrere zu vermessende Schneidkanten 2 auf. Das Fräswerkzeug 1 ist an einer Frässpindel 3 aufgenommen, die in einem Maschinenschlitten 4 gelagert ist und mit ihrer Betriebs- Drehfrequenz angetrieben wird. Der Maschinenschlitten 4 ist in einer durch einen Pfeil 5 angedeuteten Vorschubrichtung verfahrbar. Diese Vorschubbewegung wird durch ein Wegmeßsystem 6 erfaßt.A milling tool 1 has a plurality of cutting edges 2 to be measured on its circumference. The milling tool 1 is received on a milling spindle 3 , which is mounted in a machine slide 4 and is driven at its operating rotational frequency. The machine slide 4 can be moved in a feed direction indicated by an arrow 5 . This feed movement is detected by a position measuring system 6 .

Eine optische Abtasteinrichtung 7, die nach Art einer Lichtschranke aufgebaut ist, besteht aus einer Lichtquelle 8, die kohärentes Licht aussendet. Das von der Lichtquelle 8 emittierte Strahlenbündel 9 fällt parallel zu einer optischen Achse 10 der Abtasteinrichtung 7 in eine Fokussierungsoptik 11 ein und wird von dieser in einer Meßebene 12 fokussiert und erzeugt eine Abbildung der Lichtquelle 8 auf der aktiven Fläche eines Fotodetektors 13.An optical scanning device 7 , which is constructed in the manner of a light barrier, consists of a light source 8 which emits coherent light. The beam 9 emitted by the light source 8 falls parallel to an optical axis 10 of the scanning device 7 into a focusing lens 11 and is focused by the latter in a measuring plane 12 and produces an image of the light source 8 on the active surface of a photodetector 13 .

Die Vorschubbewegung des Fräswerkzeugs 1 erfolgt in der Meßebene 12, in der auch die Fräserachse 14 des Fräswerkzeugs 1 liegt. Das Fräswerkzeug 1 wird in der gemeinsamen Normalrichtung der Fräswerkzeugachse 14 und der optischen Achse 10 verfahren.The feed movement of the milling tool 1 takes place in the measuring plane 12 , in which the milling cutter axis 14 of the milling tool 1 also lies. The milling tool 1 is moved in the common normal direction of the milling tool axis 14 and the optical axis 10 .

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Relativbewegung des Fräswerkzeugs 1 zur optischen Abtasteinrichtung 7 durch die Verschiebung des Werkzeugschlittens 4, in dem das Fräswerkzeug 1 gelagert ist. Hierfür werden der ohnehin vorhandene Vorschubantrieb des Maschinenschlittens 4 und dessen Wegmeßsystem verwendet. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the relative movement of the milling tool 1 to the optical scanning device 7 takes place by displacing the tool carriage 4 in which the milling tool 1 is mounted. For this, the already existing feed drive of the machine slide 4 and its position measuring system are used.

Stattdessen ist es auch möglich, durch eine gesonderte Vorschubeinrichtung und ein Wegmeßsystem die optische Abtasteinrichtung 7 relativ zu der Fräswerkzeugachse 14 zu verfahren.Instead, it is also possible to move the optical scanning device 7 relative to the milling tool axis 14 by means of a separate feed device and a displacement measuring system.

Ein mit der Frässpindel 3 in Verbindung stehender Drehfrequenzgeber 15 liefert ein Drehfrequenzsignal an eine Auswerteeinrichtung 16, der auch die Ausgangssignale des Fotodetektors 13 zugeführt werden. Auch die Wegsignale des Wegmeßsystems 16 werden an die Auswerteeinrichtung 16 geliefert.A rotary frequency transmitter 15 connected to the milling spindle 3 supplies a rotary frequency signal to an evaluation device 16 , to which the output signals of the photodetector 13 are also fed. The path signals of the path measuring system 16 are also supplied to the evaluation device 16 .

Einzelheiten der Signalverarbeitung ergeben sich aus Fig. 2.Details of the signal processing can be found in FIG. 2.

Die von der in Fig. 2 nur schematisch dargestellten optischen Abtasteinrichtung 7 erzeugten Ausgangssignale des Fotodetektors 13 werden in einem Meßumformer 17 verstärkt und mittels einer Komparatorschaltung in ein Binärsignal 18 umgewandelt. Der Zustand dieses Binärsignals 18 (0 oder 1) gibt an, ob der Lichtstrahl in der optischen Abtasteinrichtung 7 in der Meßebene 12 von einer Schneidkante 2 unterbrochen wurde oder nicht.The output signals of the photodetector 13 generated by the optical in Fig. 2, shown only schematically pickup device 7 are amplified in a transmitter 17 and converted by a comparator circuit into a binary signal 18th The state of this binary signal 18 (0 or 1) indicates whether the light beam in the optical scanning device 7 in the measuring plane 12 has been interrupted by a cutting edge 2 or not.

Der Drehfrequenzgeber 19 erzeugt über einen Meßumformer 20 ein Binärsignal 21 mit einer Frequenz, die gleich der Drehfrequenz des zu vermessenden Fräswerkzeugs 1 ist.The rotary frequency generator 19 generates a binary signal 21 at a frequency which is equal to the rotary frequency of the milling tool 1 to be measured via a measuring transducer 20 .

Ein Impulszähler 22, dem das Binärsignal 18 zugeführt wird, ist ein Binärzähler mit einer Stellenzahl von 8 Bit. Der Impulszähler 22 arbeitet umlaufend, d.h. nach dem Erreichen des höchsten Zählerstandes von 25 erfolgt mit dem nächsten Impuls des Signals 21 ein Übergang auf den Wert 0. A pulse counter 22 , to which the binary signal 18 is supplied, is a binary counter with a number of digits of 8 bits. The pulse counter 22 operates continuously, ie after the highest counter reading of 25 has been reached, the next pulse of the signal 21 causes a transition to the value 0.

Ein Halteregister 23 dient zur Abtastung des Zählerstands des Impulszählers 22 synchron zur Drehfrequenz des Fräswerkzeugs 1. Der Zählerstand des Impulszählers 22 wird hierzu mit der (willkürlich festgelegten) aktiven Flanke des Signals 21 in das Halteregister 23 übernommen und dort bis zur nächsten aktiven Flanke des Signals 21 gehalten.A holding register 23 is used to scan the counter reading of the pulse counter 22 synchronously with the rotational frequency of the milling tool 1 . For this purpose, the count of the pulse counter 22 is transferred to the holding register 23 with the (arbitrarily defined) active edge of the signal 21 and held there until the next active edge of the signal 21 .

Ein Mikrorechner 24, dem die Signale 18 und 21 sowie das Ausgangssignal des Halteregisters 23 zugeführt werden, stellt ein herkömmliches Mikroprozessorsystem dar, bestehend aus einem Mikroprozessor, einem Nur-Lese- Speicher (ROM) zur Programmspeicherung, einem als Arbeitsspeicher dienenden Schreib-Lese-Speicher (RAM), einem programmierbaren Parallelschnittstellenbaustein (VIA) und einigen Hilfsschaltungen wie Taktgenerator, Leistungstreibern u.dg1.A microcomputer 24 , to which the signals 18 and 21 and the output signal of the holding register 23 are fed, represents a conventional microprocessor system, consisting of a microprocessor, a read-only memory (ROM) for program storage, and a read-write memory serving as a working memory. Memory (RAM), a programmable parallel interface module (VIA) and some auxiliary circuits such as clock generator, power drivers and the like1.

An einen Ausgang des Mikrorechners 24 ist eine Anzeigeeinheit 25 angeschlossen, die zur Anzeige des Zustands des Signals 18, zur Ausgabe der ermittelten Zahl der in den Lichtstrahl eingreifenden Schneidkanten 2 und zur Signalisierung von Systemzuständen (Bereit- und Fehlermeldung) dient.A display unit 25 is connected to an output of the microcomputer 24 and serves to display the state of the signal 18 , to output the determined number of cutting edges 2 engaging in the light beam and to signal system states (ready and error messages).

Die Messung des Rundlauffehlers der Schneidkanten 2 des Fräswerkzeugs 1 geschieht wie folgt. Durch Verfahren des Maschinenschlittens 4 werden das zu vermessende, mit seiner Betriebsdrehfrequenz angetriebene Fräswerkzeug 1 und die optische Abtasteinrichtung 7 so zu einander positioniert, daß der von der Lichtquelle 8 emittierte Lichtstrahl den Fotodetektor 13 erreicht und nicht von einer Schneidkante 2 des Fräswerkzeugs 1 unterbrochen wird. Dies wird von der nachgeschalteten Auswerteeinheit 16 erkannt und zur Anzeige gebracht. The measurement of the concentricity of the cutting edges 2 of the milling tool 1 takes place as follows. By moving the machine slide 4 , the milling tool 1 to be measured, which is driven at its operating rotational frequency, and the optical scanning device 7 are positioned in relation to one another such that the light beam emitted by the light source 8 reaches the photodetector 13 and is not interrupted by a cutting edge 2 of the milling tool 1 . This is recognized by the downstream evaluation unit 16 and displayed.

Mittels der Vorschubeinrichtung für den Maschinenschlitten 4 werden das Fräswerkzeug 1 und die optische Abtasteinrichtung 7 so lange aufeinander zu bewegt, bis mindestens eine Schneidkante 2 in den Lichtstrahl eindringt und diesen periodisch (aufgrund der Rotation des Fräswerkzeugs 1) unterbricht. Dies führt zu einer periodischen Änderung des Ausgangssignals 18 des Fotodetektors 13. In der angeschlossenen Verarbeitungseinrichtung 16 wird der Zählerstand des Impulszählers 22 synchron zur Drehfrequenz des Fräswerkzeugs 1 über das Halteregister 23 in den Mikrorechner 24 übertragen. Der Mikrorechner 24 berechnet jeweils die Differenz zum vorherigen Zählerstand und damit die Zahl der Unterbrechungen des Lichtstrahls pro Umdrehung des Werkzeugs. Der ermittelte Wert wird auf der Anzeigeeinrichtung 25 angezeigt. Das Wegmeßsystem 6 liefert eine erste Position in der Stellung, in der der Strahlengang in der Meßebene 12 während der Vorschubbewegung zum erstenmal von einer Schneidkante 2 unterbrochen wird.By means of the feed device for the machine slide 4 , the milling tool 1 and the optical scanning device 7 are moved towards one another until at least one cutting edge 2 penetrates the light beam and interrupts it periodically (due to the rotation of the milling tool 1 ). This leads to a periodic change in the output signal 18 of the photodetector 13 . In the connected processing device 16 , the counter reading of the pulse counter 22 is transferred to the microcomputer 24 synchronously with the rotational frequency of the milling tool 1 via the holding register 23 . The microcomputer 24 calculates the difference to the previous counter reading and thus the number of interruptions of the light beam per revolution of the tool. The determined value is displayed on the display device 25 . The displacement measuring system 6 delivers a first position in the position in which the beam path in the measuring plane 12 is interrupted for the first time by a cutting edge 2 during the feed movement.

Anschließend erfolgt eine weitere Vorschubbewegung, bis die angezeigte Zahl der Unterbrechungen des Lichtstrahls pro Umdrehung des Fräswerkzeugs gleich der Anzahl der Schneidkanten 2 des Fräswerkzeugs 1 ist. Diese zweite Position wird ebenfalls von dem Wegmeßsystem 6 erfaßt. Die Wegdifferenz dieser beiden Positionen des Wegmeßsystems 6 wird in der Abtasteinrichtung 16 berechnet; diese Wegdifferenz entspricht der Differenz zwischen dem größten und dem kleinsten Abstand der Schneidkanten 2 zu der Fräserachse 14 und stellt somit den Rundlauffehler des Fräswerkzeugs 1 dar. A further feed movement then takes place until the indicated number of interruptions of the light beam per revolution of the milling tool is equal to the number of cutting edges 2 of the milling tool 1 . This second position is also detected by the measuring system 6 . The path difference between these two positions of the path measuring system 6 is calculated in the scanning device 16 ; this path difference corresponds to the difference between the largest and the smallest distance between the cutting edges 2 and the milling cutter axis 14 and thus represents the concentricity error of the milling tool 1 .

Zur Messung des Flugkreisdurchmessers des Fräswerkzeugs 1 wird in der schon beschriebenen Weise im Wegmeßsystem 6 zunächst diejenige Position ermittelt, in der erstmalig eine Unterbrechung des Strahlengangs der optischen Abtasteinrichtung 7 durch eine Schneidkante 2 erfolgt. Anschließend wird der Maschinenschlitten 4 in der Vorschubrichtung 5 so lange verfahren, bis der Strahlengang der optischen Abtasteinrichtung 7 nicht mehr unterbrochen wird. Die Position des Wegmeßsystems 6 beim letztmaligen Auftreten des Strahlengangs wird erfaßt. In der Auswerteeinrichtung 16 wird die Wegdifferenz dieser beiden Positionen berechnet; sie entspricht dem Flugkreisdurchmesser des Fräswerkzeugs 1.To measure the flight circle diameter of the milling tool 1 , the position in which the beam path of the optical scanning device 7 is interrupted for the first time by a cutting edge 2 is first determined in the path measuring system 6 in the manner already described. The machine carriage 4 is then moved in the feed direction 5 until the beam path of the optical scanning device 7 is no longer interrupted. The position of the displacement measuring system 6 when the beam path occurs for the last time is detected. The path difference of these two positions is calculated in the evaluation device 16 ; it corresponds to the flight circle diameter of the milling tool 1 .

Die Ermittlung der Drehfrequenz des Fräswerkzeugs 1 durch den gesonderten Drehfrequenzgeber 15 kann entfallen, wenn die Drehfrequenz des Fräswerkzeugs 1 während der Messung durch die Steuerung der Werkzeugmaschine exakt erfaßt wird und/oder ein dem Signal 21 entsprechendes Signal an einer anderen Stelle der Steuerung verfügbar ist, das entsprechend verwendet werden kann.The determination of the rotational frequency of the milling tool 1 by the separate rotational frequency transmitter 15 can be omitted if the rotational frequency of the milling tool 1 is exactly detected during the measurement by the control of the machine tool and / or a signal corresponding to the signal 21 is available at another point in the control, that can be used accordingly.

Bei der Beschreibung des dargestellten Ausführungsbeispiels wurde davon ausgegangen, daß die optische Achse 10 der optischen Abtasteinrichtung 7, die Fräserdrehachse 3 und die sie verbindende Meßachse, in der die Vorschubbewegung 5 erfolgt, senkrecht aufeinander stehen. Abweichungen von dieser senkrechten Anordnung erzeugen zwar einen systematischen Meßfehler; dieser kann jedoch rechnerisch korrigiert werden, so daß auch solche Abweichungen zugelassen werden können. Wichtig ist jedoch, daß die optische Achse 10 der optischen Abtasteinrichtung 7 die durch die Fräserdrehachse 3 und die durch die Vorschubbewegung 5 bestimmte Stellachse aufgespannte Meßebene 12 im Brennpunkt des Strahlengangs schneidet.In the description of the illustrated embodiment, it was assumed that the optical axis 10 of the optical scanning device 7 , the milling cutter axis 3 and the measuring axis connecting them, in which the feed movement 5 takes place, are perpendicular to one another. Deviations from this vertical arrangement create a systematic measurement error; however, this can be corrected arithmetically so that such deviations can also be permitted. It is important, however, that the optical axis 10 of the optical scanning device 7 intersects the measuring plane 12 spanned by the cutter axis of rotation 3 and the actuating axis determined by the feed movement 5 at the focal point of the beam path.

Claims

1. A method for the contactless measurement of cutting edges on the circumference of a rotating milling tool, the cutting edges in each case in the measuring plane containing the milling tool axis being detected by the beam path of an optical scanning device consisting of a light source and a photodetector, the optical axis of which is perpendicular to the measuring plane and tangential to Flight circle of the cutting edges runs, characterized in that
that a coherent light beam generated by the light source ( 8 ) is focused in the measuring plane ( 12 ) and the light source ( 8 ) is imaged on the active surface of the photodetector ( 13 ), that the milling tool ( 1 ) and the optical scanning device ( 7 ) during the measuring process is moved relative to one another such that this relative movement is detected by a position measuring system ( 6 ),
and that the position of the displacement measuring system ( 6 ) is detected in an evaluation device ( 10 ) when the beam path of the optical scanning device ( 7 ) is interrupted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the relative movement of the milling tool ( 1 ) and the optical scanning device ( 7 ) in the common normal direction of the milling tool axis ( 14 ) and the optical axis ( 10 ).

3. The method according to claim 1, characterized in that the rotational frequency of the milling tool ( 1 ) is detected by a rotational frequency transmitter ( 15 ) and a rotational frequency signal is transmitted to the evaluation device ( 16 ), and that in the evaluation device ( 16 ) the number of interruptions of the beam path of the optical scanning device per revolution of the milling tool ( 1 ) is determined.

4. The method according to claims 1 and 3, characterized in that when approaching the optical Abtasteinrich device ( 7 ) to the milling tool ( 1 ), the positions of the measuring system ( 6 ) are detected the first time an interruption of the beam path and at the time, if the number of interruptions per revolution of the milling tool ( 1 ) is equal to the number of cutting edges of the milling tool, and that the distance between these two positions is determined in the evaluation device ( 16 ) as a measure of the concentricity error of the milling tool ( 1 ).

4. The method according to claim 1, characterized in that the optical scanning device ( 7 ) and the milling tool ( 1 ) are moved relative to each other over its diameter, that the positions of the displacement measuring system ( 6 ) the first and last time an interruption of the beam path occurs are detected, and that the distance between these two positions is determined in the evaluation device ( 16 ) as a measure of the flight circle diameter of the milling tool ( 1 ).