DE4002043A1 - Messwertsender zur ermittlung geometrischer bearbeitungsdaten an prismatischen formen mit der moeglichkeit der haendischen vorgabe der spaeteren werkzeugachsausrichtung - Google Patents

Messwertsender zur ermittlung geometrischer bearbeitungsdaten an prismatischen formen mit der moeglichkeit der haendischen vorgabe der spaeteren werkzeugachsausrichtung

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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B5/00—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques
    • G01B5/20—Measuring arrangements characterised by the use of mechanical techniques for measuring contours or curvatures

Description

Für das Erfassen von Werkstückflächen auf NC-Maschinen werden heute messende, bzw. schaltende 3D-Tastsysteme programmgesteuert eingesetzt.
Die Meßwertaufnahme entspricht dem Prinzip des Kopierfräsens; so sind die Tastkugeln für die Endbearbeitung durchmessergleich dem Werkzeug; sofern nicht NC-extern aus den Daten ein Flächenmodell mit neuen Hüllflächen angelegt wird.
3D Aufnahmen erfolgen programmgesteuert. Der in der WZ-Spindel eingesetzte Taster wird über ein NC-Programm wie ein Werkzeug in feinen Zeilenabständen längs und/oder quer über das Werkstück geführt. Berührungsabhängig erfolgt die Tiefenzustellung und Meß­ wertaufnahme.
Die bei Freiformflächen oft erforderliche sog. 5D Aufnahme (die Werkzeugachse ist hierbei zusätzlich noch um 2 der 3 Längsachsen schwenkbar) erfolgt im Einrichtebetrieb (händisch, sogenanntes Teach-In) punktweise.
Daneben gibt es noch über Bildauswertungen die Digitalisierung mittels Lichtstrahl(en), wobei die Werkstückfläche punktweise abgetastet wird.
Der unter 1 beschriebene Meßsender behebt die den drei (3D, 5D, Optik) oben erwähnten Verfahren jeweils anhaftenden Nachteile:
Der Meßsender ist nicht starr in eine Maschine eingespannt, sondern kann durch den Bediener leicht, schnell und sehr sicher nach von ihm situativ bestimmbaren Kriterien auf fertigungstech­ nischen und/oder meßtechnisch optimalen Bahnen, bzw. Bahnstücken geführt werden, wobei die 5D-Daten automatisch, ohne Mehraufwand anfallen.
Bei der optischen Auswertung besteht der enorme Vorteil, daß das Meßobjekt durch den Leuchtvektor (indirekt) zu einem aktiven Sender wird (siehe Punkt c in der Liste der Lösungen).
Liste der Lösungen:
  • a) Der Bediener kann in einem Zuge die Konturdaten und die Achs­ ausrichtungsdaten vom Empfänger erfassen lassen. "Verzitterte" Ausreißer beeinflussen nie die Konturdaten; Achsausrichtungen können im Auswerteprogramm automatisch geglättet oder graphisch interaktiv korrigiert werden,
  • b) Hinterschneidungen können problemlos erfaßt werden (Bild 1). Selbst bei einer späteren "nur" 3D Bearbeitung, d. h. bei nicht schwenkbarer Werkzeugachse, ist diese Möglichkeit eine Muß­ forderung, wenn nämlich die Negativform hergestellt werden muß.
  • c) Die Bildauswertung wird entscheidend unterstützt durch den aktiven Sender im Stift, hier kann geblitzt werden. (z. Bsp. 30 mA mit LED.) Durch die strichförmige Ausprägung des Vektors mit bekannter Länge kann durch Nutzung statistischer Effekte ("Subpixel") die Genauigkeit erheblich gesteigert werden.
  • d) Durch Kontaktnehmer in der Spitze (el., mech.) können Luft­ messungen sofort ausgeschlossen werden: keine Blitze.
  • e) Es kann die Werkzeugmaschine zur Nachführung der Kameras und damit der Ortsbestimmung des Senders einfach(st) mitgenutzt werden. Bild 2 zeigt das am Beispiel einer Maschine mit der Bauform "Fester Tisch". Hier können die beiden Beobachter (Kameras) auf einer sehr einfachen Befestigung, die in die Werkzeugaufnahme der Spindel geschoben werden kann, befestigt werden. Die Nachführung erfolgt in der NC nach dem Prinzip des elektronischen Differen­ tialresolvers, wobei die Bildauswertelogik bestrebt ist, den Leuchtvektor möglichst in der Bildmitte zu halten.
  • f) Da der Sender bedienergeführt ist, können bearbeitungs­ technische und formenbedingte Besonderheiten (Durchbrüche, Grenz­ flächen: boundary conditions) sofort berücksichtigt werden. Bild 3 zeigt dies an einem Beispiel. Die Schlitze werden hier nicht über ein abzufahrendes Netz nach und nach erfaßt, sondern in einem Zug.
  • g) Mit Sonderformen ist Messen um die Ecke möglich Bild 4.

Claims (4)

1. Meßwertsender zur Ermittlung geometrischer Bearbei­ tungsdaten an prismatischen Formen mit der Möglich­ keit der händischen Vorgabe der späteren Werkzeug­ achsausrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender als Stift verlängert am oberen Ende durch eine konzentrisch eingefaßte Glasfaser, die an beiden Enden im Umfang exakt schwarz abgedeckt und durchlichtet ist, durch den Bediener längs der aufzunehmenden Konturen geführt wird und der optische Empfänger das erleuch­ tete Faserstück in seiner jeweiligen Lage erfaßt und zur rechnergestützten Auswertung weiterreicht.
2. Meßsender nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) keine maßgenaue Herstellung sondern nur exaktes Aus­ messen von Stift und Leuchtvektor notwendig
  • b) werkstückangepaßt gemischt verschiedene Längen ein­ setzbar sind
  • c) auch Messen um die "Ecke" und bei Hinterschneidungen durch entsprechend winklig ausgelegte Spitzenbe­ reiche
  • e) die wahre Werkzeugbahn durch Überziehen von Distanz­ ringen sofort erzeugbar ist
  • f) Führungsflächen (PART- und DRIVE-Surface nach ISO) durch entsprechende Spitzenausbildung mit Führungs­ dorn abgefahren werden können
  • g) der relative Meßfehler durch eine längere Auslegung des Leuchtvektors verringert werden kann
  • h) die Stiftschrägstellung das Meßergebnis nie verfälscht, sondern als Neigung der Werkzeugachse bei der späteren Bearbeitung genommen werden kann.
3. Empfang der Daten des Meßsenders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) in einem kartesischen System der Leuchtvektor in der zx- und yz-Ebene gleichzeitig optisch erfaßt wird (handelsübliche Video- oder CCD-Kamera),
  • b) zur Erhöhung der Genauigkeit optional über eine Fokussierungsregelung die zx- und yz-Kamera moto­ risch in z gemeinsam, in x und y getrennt automatisch nachgeführt werden, um den Auflösungsbereich voll für den Leuchtvektor zu nutzen.
4. Auswertung der Daten des Meßsenders nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
  • a) die Aufspannung der zu vermessenden Form beliebig sein kann, dazu wird eine vom Bediener beliebig festgelegte Referenzebene über 3 ausgezeichnete Punkte eingelesen (durch Anpicken mit Stift). Später wird beim Bearbeiten als erstes reihenfolgegenau dieses Tripel auf der Bearbeitungsmaschine ange­ fahren und die Software führt die Meßdaten in die neue Lage über und kann sie dann in die NC der Be­ arbeitungsmaschine direkt laden
  • b) mit mehreren dieser Referenzflächen gearbeitet werden kann, um den Meßkomfort zu erhöhen. Die Verkettung (Lage im neuen System) stellt den Bezug her,
  • c) durch Bilden von Patches auch Flächen gebildet werden können, die als PART, DRIVE oder CHECK- Surfaces (nach ISO) benutzt werden können,
  • e) Korrekturen und Plausibilitätsprüfungen durch die bekannten Längen (Stift und Leuchtvektor) ein­ fach durchführbar sind,
  • f) interaktiv ein Bearbeitungsplan erstellt werden kann.
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