DE4200994A1

DE4200994A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung des profils eines zylindrischen objekts

Info

Publication number: DE4200994A1
Application number: DE4200994A
Authority: DE
Inventors: Akira Tsuboi; Katsuhiko Takeuchi
Original assignee: Toyoda Koki KK
Current assignee: Toyoda Koki KK
Priority date: 1991-01-21
Filing date: 1992-01-16
Publication date: 1992-08-13
Also published as: JPH04240050A; US5335183A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Vor richtung zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Ob jekts und insbesondere auf ein Verfahren sowie eine Vorrich tung zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Werk stücks, das mittels einer Werkzeugmaschine, z. B. einer Dreh maschine, bearbeitet worden ist und dessen Radius sich mit der axialen Position längs des Werkstücks verändert.

Ein Röntgenstrahlen-Mikroskop hat einen Spiegel, um Licht zu sammeln. Dieser Spiegel M, der in Fig. 1(a) dargestellt ist, hat ein Hyperboloid R1 und ein Paraboloid R2. Um die sen Spiegel in einem Formvorgang herzustellen, wird ein Formwerkzeug D, das in Fig. 1(b) gezeigt ist und dasselbe Hyperboloid R1 sowie Paraboloid R2 wie der Spiegel M besitzt, verwendet. Dieses Formwerkzeug wird maschinell durch bei spielsweise eine Drehmaschine bearbeitet. Um schwache Rönt genstrahlen, die von einem äußeren Bereich oder Raum ankom men, leistungsfähig zu sammeln, ist es notwendig, dieses Formwerkzeug mit einer hohen Profilgenauigkeit und mit einer kleinen Oberflächenrauhigkeit zu bearbeiten.

Für eine solche genaue Bearbeitung ist es erforderlich, das Profil des durch die Werkzeugmaschine bearbeiteten Werk stücks mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 µm zu bestimmen. Wenn das vorstehend beschriebene Formwerkzeug verwendet wird, so ändert sich jedoch der Durchmesser um mehrere Millimeter mit Bezug auf die axiale Position, wes halb es nicht möglich ist, das Profil mit der geforderten Genauigkeit zu bestimmen, was bedeutet, daß mit Meßvorrich tungen nach dem Stand der Technik es unmöglich war, das Pro fil eines Objekts, dessen Durchmesser sich erheblich ändert, mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 µm zu bestimmen.

Wenn das Profil eines Werkstücks bestimmt wird, wird ein Meßgerät außerhalb der Werkzeugmaschine aufgebaut. Das Werkstück wird aus der Werkzeugmaschine entnommen, worauf das Profil bestimmt wird. Entsprechend dem Ergebnis der Mes sung wird eine korrigierende maschinelle Bearbeitung ausge führt. Bei dieser Arbeitsweise ist es nötig, das bearbeitete Werkstück von der Werkzeugmaschine zum Meßgerät für die Be stimmung des Profils zu überführen. Um das Werkstück wieder zu bearbeiten, muß es erneut in die Werkzeugmaschine einge bracht werden. Der Gütegrad und die Brauchbarkeit einer sol chen Arbeitsweise sind folglich niedrig oder mäßig. Auch weicht, wenn das Werkstück wieder in der Maschine angeordnet wird, die Einbauposition des Werkstücks von der ursprüng lichen Position ab. Dadurch ist es nicht möglich, exakt den Außenumriß des Werkstücks, das einmal bearbeitet worden ist, zu korrigieren.

Im Bestreben, die oben herausgestellten Probleme zu besei tigen, hat der Urheber der vorliegenden Erfindung ein Ver fahren zur Bestimmung des Profils eines Werkstücks, während dieses an einer Werkzeugmaschine gehalten wird, in Betracht gezogen. Bei diesem Verfahren wird ein die radiale Position des Außenumfangs eines Werkstücks ermittelnder Fühler auf der einen Seite der Drehachse des Werkstücks montiert. Der Spindelstock, der das Werkstück trägt und dreht, wird paral lel zur Achse des Werkstücks bewegt. Die Art und Weise, mit welcher sich der Radius des Werkstücks mit einer axialen Position ändert, ist aus dem Ausgangssignal des Fühlers ge geben. Das Profil des Werkstücks wird aus der Beziehung des Radius zur axialen Position bestimmt.

Bei diesem Verfahren wird das Werkstück radial verlagert, während sich der Spindelstock bewegt, was auf einem durch die Geradheit des Tisches, der den Spindelstock lagert, ein geführten Fehler beruht. Als Ergebnis dessen schließt das Ausgangssignal vom Fühler den Geradheitsfehler ein, und des halb ist es nicht möglich, den Umriß des Werkstücks ganz genau zu messen.

Es ist die primäre Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren auf zuzeigen und eine Vorrichtung anzugeben, um das Profil eines zylindrischen Objekts ungeachtet des Geradheitsfehlers eines das Objekt axial bewegenden Vorschubmechanismus zu bestimmen.

Ein Ziel der Erfindung ist es hierbei, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur genauen Bestimmung des Profils eines zylindrischen Objekts unter Verwendung einer Werkzeugma schine anzugeben.

Erfindungsgemäß werden, mit kurzen Worten gesagt, ein Bewe gungsmechanismus zur axialen Bewegung eines Spindelstocks und entweder ein Fühler oder ein Paar von Fühlern verwendet. Der Spindelstock hält und dreht ein zylindrisches Objekt. Wird ein Paar von Fühlern verwendet, so werden diese an entgegengesetzten Seiten der Drehachse des Objekts gela gert. Kommt nur ein Fühler zur Anwendung, so wird er auf der einen Seite mit Bezug zur Drehachse des Objekts ange bracht.

Bei einer Verwendung von einem Fühlerpaar werden im folgen den die Ausgangssignale der Fühler, welche bei einer Bewe gung des Spindelstocks erzeugt werden, als das erste bzw. das zweite Ausgangssignal bezeichnet. Diese beiden Signale werden in einem Speicher gespeichert, und der Mittelwert beider Signale wird berechnet. In einer Ausführungsform ge mäß der Erfindung werden die beiden Fühler radial zum zylin drischen Objekt synchron mit der Bewegung des Spindelstocks und in Übereinstimmung mit sich auf ein Idealprofil des Ob jekts beziehenden Daten bewegt. In diesem Fall gibt der be rechnete Mittelwert die Abweichung vom Idealprofil an. Gemäß einer anderen Ausführungsform wird ein Fühlerpaar in vorge gebenen radialen Positionen gehalten, und hierbei gibt der berechnete Mittelwert das Profil wieder. Ein Idealprofil wird vom gemessenen Profil subtrahiert, woraus der Profil fehler ermittelt wird.

Wird nur ein Fühler verwendet, so wird der Spindelstock ein mal bewegt. Hierauf wird der Fühler zur entgegengesetzten Seite der Drehachse des zylindrischen Objekts überführt, worauf der Spindelstock erneut bewegt wird. Das Ausgangs signal des Fühlers, das während der ersten Bewegung des Spindelstocks erzeugt wird, wird im Speicher als ein erstes Ausgangssignal gespeichert, während das während der zweiten Bewegung des Spindelstocks vom Fühler erzeugte Ausgangssi gnal als ein zweites Ausgangssignal im Speicher gespeichert wird. Der Mittelwert dieser beiden Signale wird berechnet.

Das neuartige Verfahren und die neuartige Vorrichtung zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Objekts ermögli chen es folglich, das Profil und den Profilfehler ungeach tet des in der Geradheit des den Spindelstock verschieben den Vorschubmechanismus enthaltenen Fehlers exakt zu messen.

Auch wird bei dem neuartigen Verfahren und der neuartigen Vorrichtung zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Objekts diese Bestimmung unter Verwendung eines Bauteils einer Werkzeugmaschine bewirkt. Infolgedessen kann eine genaue Messung an der Werkzeugmaschine ausgeführt werden, wodurch der Gütegrad der Messung gesteigert wird. Ferner ist es nicht notwendig, das zylindrische Objekt von der Werkzeugmaschine zu entfernen, weshalb das Werkstück, das bereits einmal bearbeitet worden ist, akkurat korrigiert werden kann.

Weitere Ziele der Erfindung wie auch deren Merkmale und Vor teile werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen sich beziehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbei spielen deutlich. Es zeigen:

Fig. 1(a) einen Axialschnitt eines Licht sammelnden Spie gels eines Röntgenstrahlen-Mikroskops, wobei die ser Spiegel als Beispiel für ein zylindrisches Objekt dient;

Fig. 1(b) eine Seitenansicht eines zur Herstellung des Spie gels von Fig. 1(a) verwendeten Formwerkzeugs;

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Werkzeugmaschine, die mit einer Meßvorrichtung in einer ersten Ausfüh rungsform gemäß der Erfindung ausgestattet ist;

Fig. 3 eine Teil-Seitenansicht aus der Pfeilrichtung III in der Fig. 2;

Fig. 4 eine Teil-Seitenansicht, die zu derjenigen von Fig. 3 gleichartig ist, wobei jedoch ein Werkzeug für eine maschinelle Bearbeitung eingebaut wor den ist;

Fig. 5 ein Blockbild einer numerischen Steuervorrichtung zur Steuerung der in Fig. 2 gezeigten Werkzeug maschine;

Fig. 6(a) eine für die numerische Steuerung verwendete Da tentafel;

Fig. 6(b) eine Datentafel zur Ausbildung eines Spiegelbildes mit Bezug auf die in der Tafel von Fig. 6(a) aufgeführten Daten;

Fig. 7(a) und 7(b) Flußpläne für durch die in Fig. 5 gezeigte Zentraleinheit ausgeführte Operationen, um Messun gen zu bewirken;

Fig. 8 ein Diagramm, das die Mittelwertbildung erläutert;

Fig. 9(a) und 9(b) Flußpläne für durch die Zentraleinheit ausgeführte Operationen für eine zweite Ausführungs form gemäß der Erfindung;

Fig. 10 und 11 Seitenansichten einer bei der zweiten Ausfüh rungsform verwendeten Werkzeugmaschine, die Bewe gungen dieser Maschine erläutern;

Fig. 12 einen Flußplan zu Operationen einer Zentraleinheit bei einer dritten Ausführungsform gemäß der Erfin dung, um eine Messung auszuführen;

Fig. 13 einen Flußplan zu Operationen einer Zentraleinheit bei einer vierten Ausführungsform gemäß der Erfin dung, um eine Messung auszuführen.

Die Fig. 2 zeigt eine Werkzeugmaschine mit einem Bett 10. Ein erster Schiebetisch 20, auf welchem ein Spindelstock 21 gelagert ist, wird auf dem einen Endabschnitt des Betts 10 so geführt, daß er längs der Z-Achse bewegbar ist, wobei diese Bewegung durch eine von einem Servomotor 22 getriebe ne Gewinde- oder Zustellspindel 23 herbeigeführt wird. Auf dem Spindelstock 21 ist eine Spindel 25 gehalten, die um ihre zur Z-Achse parallele Achse drehbar ist, wobei die se Spindel 25 durch einen (nicht dargestellten) Motor ge dreht wird. Am vorderen Ende der Spindel 25 ist ein Werk stück W derart angebracht, daß dessen Achse mit der Achse der Spindel 25 zusammenfällt. Die Außenfläche dieses Werk stücks W setzt sich aus einem Hyperboloid R1 und einem Para boloid R2 zusammen.

Auf dem anderen Endabschnitt des Betts 10 wird ein zweiter Schiebetisch 40 geführt, der längs der X-Achse bewegbar ist, welche rechtwinklig zur Achse der Spindel 25 und damit zur Z-Achse verläuft. Der zweite Schiebetisch 40 wird durch eine von einem Servomotor 41 gedrehte Zustellspindel 42 bewegt. Auf diesem zweiten Schiebetisch 40 ist ein Drehtisch 44 an geordnet, der durch einen (nicht dargestellten) Servomotor 43 um eine vertikale Achse gedreht wird, die zur Achse der Spindel 25 rechtwinklig ist. Auf dem Drehtisch 44 ist ein Lagerbock 45 angebracht, der sich quer zur Achse der Spin del 25 erstreckt. An den beiden Enden des Lagerbocks 45, d. h. auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse des Werk stücks W, ist einer aus einem Paar von Hilfs-Schiebemechanis men 55a und 55b gelagert.

Wie die Fig. 3 zeigt, umfaßt der Hilfs-Schiebemechanismus 55a eine Basis 56a, einen Hilfssupport 57a und einen Servo motor 58a, der eine mit dem Hilfssupport 57a in Eingriff be findliche Gewindespindel dreht. Dieser Hilfssupport 57a wird auf der Basis 56a so geführt, daß er längs der X-Achse eine Bewegung ausführen kann. In gleichartiger Weise besteht der andere Hilfs-Schiebemechanismus 55b aus einer Basis 56b, einem Hilfssupport 57b und einem Servomotor 58b. An den Hilfssupports 57a bzw. 57b sind jeweils ein Fühler S1 bzw. S2 angebracht, oder es wird ein Werkzeug T am Hilfssupport 57a befestigt.

Insbesondere wird für einen maschinellen Bearbeitungsvor gang das Werkzeug T, wie in Fig. 4 gezeigt ist, am Hilfs support 57a über eine Werkzeugaufnahme 59c sowie einen Spannblock 59d befestigt. Während einer Messung werden die Fühler S1 bzw. S2, wie in Fig. 3 gezeigt ist, jeweils an den Hilfssupports 57a bzw. 57b über Fühleraufnahmen 59a bzw. 59b gehalten. Jeder der Fühler S1 und S2 kann ein elektrosta tischer Kapazität-Verschiebefühler sein, der die radiale Position der Außenfläche des Werkstücks W aus der Änderung in der elektrostatischen Kapazität, welche zwischen dem Füh ler und der Außenoberfläche des Werkstücks W hervorgerufen wird, ermittelt. Auch kann jeder Fühler von einem Laser- Entfernungsmesser gebildet werden.

Die Fig. 5 zeigt schematisch eine numerische Steuervorrich tung zur Steuerung der in Fig. 2 dargestellten Werkzeugma schine. Diese Steuervorrichtung besteht in der Hauptsache aus einer Zentraleinheit (ZE) 100, einem Speicher 101 und Schnittstellen 102a, 102b sowie 102c. Mit dem Interface 102a sind Treiberkreise DUZ, DUX, DUB, DUU und DUV verbunden, die jeweils die oben erwähnten Servomotoren 22, 41, 43, 58a bzw. 58b betreiben, was in Abhängigkeit von von der ZE 100 ausgehenden oder verteilten Befehlsimpulsen geschieht. Die Fühler S1 und S2 sind mit dem Interface 102b über Verstärker 111a bzw. 111b und über A/D-Wandler 112a bzw. 112b verbunden. Die Fühler S1 und S2 erzeugen jeweils ein erstes bzw. ein zweites Ausgangssignal SP1 und SP2, die in digitale Form umgewandelt und dann der ZE 100 zugeführt werden. Mit dem Interface 102c sind ein Tastenfeld 103, ein Bildschirm mit einer Kathodenstrahlröhre 104 und ein Drucker 105 verbunden.

Auf die numerische Steuerung für die maschinelle Bearbeitung bezogene Daten (Fig. 6(a)) sind im Speicher 101 gespeichert. Diese Daten geben Änderungen in der Position des Werkzeugs T mit Bezug zum Werkstück W in Richtung der Z-Achse und Än derungen in der Position des Werkzeugs T in der Richtung der X-Achse wieder. Die Daten sind in Übereinstimmung mit dem geforderten Endprofil, d. h. einem Idealprofil, des Werkstücks berechnet. Die Daten enthalten solche längs einer B-Achse, d. h. Daten, die die geforderte Winkelposition des Drehtisches 44 angeben, wobei diese geforderte Winkelposi tion so festgesetzt wird, daß die Längsrichtung des Werk zeugs T rechtwinklig zur Erzeugenden der Außenoberfläche des Werkstücks W gehalten wird. In den Daten für die numeri sche Steuerung enthaltene Z-Achsendaten geben die Position des Werkzeugs T in der Längsrichtung mit Bezug zur Stirnflä che des Werkstücks W auf der Seite der Spindel 25 an. In den Daten für die numerische Steuerung enthaltene X-Achsenda ten kennzeichnen die Position in der radialen Richtung mit Bezug zur Achse der Spindel 25. Im folgenden wird auf die Arbeitsweise der oben beschriebenen numerischen Steuervor richtung eingegangen.

Wenn das Werkstück maschinell bearbeitet werden soll (s. Fig. 4), so wird das Werkzeug T am Hilfssupport 57a befestigt. Anschließend wird ein in ein (nicht dargestelltes) Steuer pult eingebauter Bearbeitung-Befehlsschalter betätigt, wor auf die ZE 100 der numerischen Steuervorrichtung ein Pro gramm für eine maschinelle Bearbeitung ausführt. Die ein zelnen Posten der numerischen Steuerdaten, die in Fig. 6(a) gezeigt sind, werden aufeinanderfolgend ausgelesen. Entspre chend den numerischen Steuerdaten werden Impulse unter den Treiberkreisen DUZ, DUX und DUB verteilt. Auf diese Weise werden das Hyperboloid R1 und das Paraboloid R2 des Werk stücks geschliffen.

Wird eine Messung durchgeführt, so werden die Fühler S1 und S2 an den Hilfssupports 57a bzw. 57b angebracht, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Dann wird an dem (nicht dargestellten) Steuerpult ein Meß-Befehlsschalter betätigt. Die ZE 100 der numerischen Steuervorrichtung führt, nachdem die Drehung der Spindel 25 ausgelöst worden ist, ein Programm für eine Messung durch, welches in den Flußplänen der Fig. 7(a) und 7(b) gezeigt ist. Wenn der Betrieb für die Messung begonnen wird, wird der Spindelstock 21 zum rechten Ende hin verfah ren. Die Fühler S1 und S2 werden nahe der Stirnseite der Außenfläche des Werkstücks W, die sich auf der Seite der Spindel befindet, angeordnet. Zuerst werden im Schritt 200 Daten, die ein Spiegelbild der oben erwähnten Daten für eine numerische Steuerung bilden, in Übereinstimmung mit den im Speicher 101 gespeicherten numerischen Steuerdaten erzeugt. Wie in Fig. 6(b) gezeigt ist, sind die in den numerischen Spiegelbilddaten enthaltenen Z-Achsendaten dieselben Z-Ach sendaten, die in den ursprünglichen numerischen Steuerdaten enthalten sind. Die X- und die B-Achsendaten weisen jedoch umgekehrte Vorzeichen auf. Im Schritt 201 wird dann der Füh ler S1 zu einer vorgegebenen Position vorgeschoben, in wel cher der Fühler exakt das Profil des Werkstücks W mißt. Der Fühler S2 wird in seine am weitesten rückwärts gelegene Position bewegt. Für diese Bewegungen der Fühler S1 und S2 werden Befehlsimpulse unter den Treiberkreisen DUU und DUV verteilt.

Die Schritte 202-208 werden ausgeführt, um die Servomoto ren 22; 41 sowie 43 entsprechend den auf die numerische Steu erung bezogenen Daten zu betreiben. Im Schritt 202 wird ein Zähler ROC, der die Blöcke der numerischen Steuerdaten, wel che ausgelesen werden, bestimmt, mit 1 initialisiert. Im Schritt 203 werden Daten in den vom Zähler ROC bestimmten Blöcken ausgelesen. Anschließend werden Impulse unter den Treiberkreisen DUZ, DUX und DUB entsprechend den auf diese Weise ausgelesenen Daten verteilt (Schritt 204). Als Ergeb nis dessen wird der Fühler S1 in eine erste vorgegebene Po sition verfahren, in welcher er stationär gehalten wird. Bei der in Rede stehenden Ausführungsform ist die Stirnsei te oder das Ende des Werkstücks W auf der Seite der Spindel 25 diese erste vorgegebene Position.

Dann wird das erste Ausgangssignal SP1 vom Fühler S1 gele sen (Schritt 205) und im Speicher 101 gespeichert (Schritt 206). Im Schritt 207 wird eine Entscheidung getroffen, um festzustellen, ob die ausgelesenen Daten zum Endblock gehö ren. Wenn das nicht der Fall ist, wird der Zähler ROC inkre mentiert (Schritt 208), worauf der Prozeß zum Schritt 203 zurückkehrt. Der oben beschriebene Vorgang wird wiederholt. Als Ergebnis dessen wird der Spindelstock 21 nach links - bei Betrachtung von Fig. 2 - verschoben. Der Fühler S1 fährt über die Außenfläche des Werkstücks W längs der Z-Achse in derselben Weise hinweg, wie sich das Werkzeug T während der maschinellen Bearbeitung bewegt. Auch wird das Werkzeug T synchron mit der Bewegung des Spindelstocks 21 radial verlagert, d. h. der Fühler S1 wird längs des Ideal profils des Werkstücks W bewegt. Zur selben Zeit wird der Drehtisch 44 gedreht, um die Längsrichtung des Fühlers S1 rechtwinklig zur Außenfläche des Werkstücks W zu halten, was eine exakte Messung möglich macht. Folglich gibt das erste Ausgangssignal SP1 vom Fühler S1 die Abweichung vom Idealprofil des Werkstücks W an, wie in Fig. 8 gezeigt ist, es enthält jedoch einen auf dem Geradheitsfehler des ersten Schiebetisches 20 beruhenden Meßfehler E1, wie durch die gestrichelte Linie in Fig. 8 angedeutet ist. Da der Fühler S2 in seiner am weitesten rückwärtigen Stellung angeordnet ist, kommt es während des oben beschriebenen Vorgangs nicht zu einer störenden Beeinflussung zwischen dem Werkstück W und dem Fühler S2.

Wenn die Bewegung des Fühlers S1 gemäß den Daten für die numerische Steuerung beendet ist, wird in der von der ZE 100 ausgeführten Verarbeitung vom Schritt 207 zum Schritt 209 übergegangen, in welchem der erste Schiebetisch 20 nach rechts bewegt wird, um den Spindelstock 21 in die Ausgangs position für eine Messung zurückzuführen. Dann wird der Füh ler S1 in seine am weitesten rückwärtige Position verlagert, während der Fühler S2 in die Position für eine Messung vor geschoben wird (Schritt 210). Anschließend geht der Steuer vorgang zum Schritt 211 der Fig. 7(b) über. Die Schritte 211-217 dienen dem Antrieb der Servomotoren 22, 41 und 43 in Übereinstimmung mit den numerischen Spiegelbild- Steuer daten. Die Verarbeitung in den Schritten 211-217 entspricht der oben beschriebenen Verarbeitung in den Schritten 202-208, so daß eine Erläuterung der Schritte 211-217 unnötig ist. Da die in den numerischen Spiegelbild-Steuerdaten enthaltenen X- und B-Achsendaten in ihren Vorzeichen umgekehrt worden sind, wird durch diese Art der Verarbeitung der Fühler S2 längs des Idealprofils des Werkstücks W bewegt. Das zweite Aus gangssignal SP2 vom Fühler S2 wird (im Schritt 214) eingege ben und im Speicher 101 gespeichert (Schritt 215).

Wie die Fig. 8 zeigt, gibt das zweite Ausgangssignal SP2 die Abweichung vom Idealprofil des Werkstücks W wieder, je doch enthält dieses Signal einen durch die Geradheit des ersten Schiebetisches 20 hervorgerufenen Meßfehler E2, wie durch die gestrichelte Linie angegeben ist. Dieser Fehler E2 verändert sich in gleichartiger Weise wie der oben erwähn te Meßfehler E1, er trägt jedoch das zum Fehler E1 entgegen gesetzte Vorzeichen. Im vorliegenden Fall ist der Fehler E1 negativ, während der Fehler E2 positiv ist. Demzufolge kann durch Berechnen des Mittelwerts des ersten Ausgangs signals SP1 und des zweiten Ausgangssignals SP2 der Profil fehler D, aus welchem der auf der Geradheit des ersten Schie betisches beruhende Meßfehler entfernt worden ist, maßlich erfaßt werden. Im Schritt 218 wird der Mittelwert aus dem ersten und zweiten Ausgangssignal SP1 und SP2 berechnet. Der auf diese Weise berechnete Profilfehler wird an der Ka thodenstrahlröhre 104 sichtbar dargestellt und ausgedruckt (Schritt 219). Der dargestellte Profilfehler liegt in Ge stalt einer Tabelle vor, die zahlreiche Längspositionen und entsprechende radiale Dimensionsfehler enthält. Eine graphi sche Darstellung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, kann eben falls erzeugt werden.

Bei der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Profilgenauigkeit unter Verwendung eines Paares von Füh lern S1 und S2 gemessen. Im folgenden wird eine zweite Aus führungsform erläutert, wobei lediglich ein Fühler verwendet wird.

Bei dieser Ausführungsform kann die Profilgenauigkeit gemes sen werden, während das Werkzeug T im montierten Zustand gehalten wird. Zuerst wird das Werkzeug T in seine am wei testen rückwärtige Position verlagert, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Ein Fühler S wird vorwärts in eine Meßposition verscho ben. Unter diesen Bedingungen wird der Spindelstock 21 ein mal verfahren, wobei das Profil des Werkstücks W durch den Fühler S maßlich erfaßt wird. Dann wird der Spindelstock 21 zum linken Ende hin - bei Betrachtung von Fig. 2 - be wegt und der Drehtisch 44 um 180° gedreht. Da zu diesem Zeit punkt der Spindelstock 21 am linken Ende des Betts 10 ange ordnet ist, erfolgt während der Drehung des Drehtisches 44 keine störende Beeinflussung seitens des Fühlers S oder des Werkzeugs T mit dem Werkstück W. Durch die vorstehend be schriebene Verfahrensweise wird der Fühler S auf die zur Drehachse des Werkstücks W gegenüberliegende Seite gebracht. In diesem Zustand wird das Profil des Werkstücks erneut ge messen.

Die Flußpläne der Fig. 9(a) und 9(b) zeigen die Operationen der ZE 100 bei dieser zweiten Ausführungsform. Die durch diese Flußpläne wiedergegebene Verarbeitung ist zu derjeni gen, die die ZE 100 bei der ersten Ausführungsform ausführt, mit Ausnahme der folgenden Punkte gleichartig. Zuerst wer den numerische Spiegelbild-Steuerdaten erzeugt (Schritt 300). Das Werkzeug T wird zurückbewegt, während der Fühler S vor wärts verschoben wird (Schritt 301). Durch den Ablauf nach den Schritten 302-308 wird der Fühler S längs des Ideal profils des Werkstücks W bewegt. Das Ausgangssignal vom Fühler S wird aufeinanderfolgend als erstes Ausgangssignal SP1 im Speicher 101 gespeichert (Schritt 306). Der Spindel stock 21 wird zum linken Ende hin bewegt und der Drehtisch 44 um 180° gedreht, was im Schritt 309 geschieht. Für ein Messen wird der Spindelstock 21 zur Ausgangsposition zurück geführt (Schritt 310). Auf diese Weise wird der Fühler S auf die zur Drehachse des Werkstücks W entgegengesetzte Sei te gebracht. Durch Abarbeiten der Schritte 311-317 wird das Profil des Werkstücks W wiederum gemessen. Hierbei wird das Ausgangssignal vom Fühler S aufeinanderfolgend als zwei tes Ausgangssignal SP2 im Speicher 101 gespeichert (Schritt 315). Der Mittelwert des ersten sowie des zweiten Ausgangs signals SP1 und SP2 wird im Schritt 318 berechnet. Das Er gebnis dieser Berechnung wird als ein Profilfehler D sichtbar dargestellt und ausgedruckt (Schritt 319).

Die Fig. 12 und 13 zeigen jeweils Flußpläne für eine dritte bzw. vierte Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei in beiden Fällen ein Paar von Fühlern zur Anwendung gelangt.

Bei der dritten Ausführungsform (s. Fig. 12) wird der zweite Schiebetisch 40 in einer vorgegebenen Position festgehalten. Die Fühler S1 und S2 werden jeweils durch Servomotoren 58a bzw. 58b radial bewegt. Insbesondere erfolgt die Bewegung dieser Fühler gleichzeitig in radialer Richtung gemäß den numerischen Steuerdaten bzw. den numerischen Spiegelbild- Steuerdaten, während der Spindelstock einmal verschoben wird. Bei dieser Ausführungsform wird die Messung vollständig durch Bewegen des Spindelstocks lediglich einmal ausgeführt. Ins besondere werden die Fühler S1 und S2 in Positionen für eine Messung vorgeschoben (Schritt 401). Durch Abarbeiten der Schritte 402-409 werden die Fühler S1 und S2 längs des Idealprofils des Werkstücks W bewegt. Der Profilfehler wird aus dem ersten und zweiten Ausgangssignal SP1 und SP2 der Fühler S1 bzw. S2 berechnet.

Bei der vierten Ausführungsform (s. Fig. 13) wird eine Mes sung bewirkt, während die Fühler S1 und S2 in vorgegebenen Positionen gehalten werden. Dieses Meßverfahren kann zur Anwendung kommen, wenn sich der Radius des Werkstücks W le diglich gering verändert. In diesem Fall werden, wann immer der Spindelstock über eine vorgegebene Strecke längs der Z-Achse bewegt wird, das erste und das zweite Ausgangssignal von den Fühlern S1 bzw. S2 gelesen (Schritt 501). Der Mit telwert D′ dieser beiden Signale wird berechnet (Schritt 505). Das Ergebnis dieser Berechnung ist nicht die Abwei chung vom Idealprofil des Werkstücks W, vielmehr sind es Daten, die das Profil des Werkstücks W wiedergeben. Des halb werden die das Idealprofil kennzeichnenden Daten von den erhaltenen Daten subtrahiert, wodurch der Profilfehler D berechnet wird (Schritt 506).

Durch die Erfindung wird eine Vorrichtung zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Werkstücks, dessen Radius sich mit einer axialen Position verändert, offenbart. Die Vorrichtung ist mit einem Spindelstock und einem Paar von Fühlern ausgestattet. Der Spindelstock lagert und dreht das Werkstück. Die Fühler sind auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse des Werkstücks gehalten und ermitteln die Po sition der Werkstück-Außenfläche. Wird das Werkstück gedreht, so wird der Spindelstock parallel zur Spindelachse bewegt. Als Ergebnis fahren die Fühler über die Außenfläche des Werk stücks hinweg. Auch werden die Fühler radial längs eines Idealprofils des Werkstücks synchron mit der Bewegung des Spindelstocks bewegt. Ein Steuergerät berechnet den Mittel wert von ersten bzw. zweiten Ausgangssignalen von den bei den Fühlern und erzeugt den Mittelwert als den Profilfehler.

Bei einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung wird lediglich ein Fühler verwendet. Das Steuergerät mißt das Profil, während dieser Fühler auf der einen Seite mit Bezug zur Achse der Spindel angeordnet ist. Das Ausgangssignal des Fühlers wird als erstes Ausgangssignal im Steuergerät gespeichert. Dann wird der Fühler auf die entgegengesetzte Seite der Spindelachse überführt und in diesem Zustand das Profil erneut gemessen. Das Ausgangssignal vom Fühler wird als ein zweites Ausgangssignal gespeichert. Aus dem Mittel wert des gespeicherten ersten sowie zweiten Ausgangssignals wird der Profilfehler berechnet.

Es ist klar, daß dem Fachmann bei Kenntnis der durch die Erfindung vermittelten Lehre zahlreiche Abwandlungen und Abänderungen an den vorstehend beschriebenen Ausführungs formen und -beispielen der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens nahegelegt sind, die jedoch als in den Rahmen der Erfindung fallend anzusehen sind.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Objekts, dessen Radius sich mit einer axialen Position verändert, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Anordnen eines Paares von die radiale Position der Außenfläche des Objekts maßlich erfassenden Fühlern auf entgegengesetzten Seiten der Drehachse des Objekts,
- Drehen des zylindrischen Objekts um seine Drehachse,
- Bewegen des Objekts längs dessen Drehachse,
- Bewegen der Fühler in radialer Richtung synchron mit der Bewegung des Objekts in Übereinstimmung mit auf Ände rungen im Radius eines Idealprofils des Objekts bezogene Daten und
- Berechnen des Mittelwerts der Ausgangssignale von den Fühlern als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das zylindrische Objekt zweimal längs der Dreh achse bewegt wird,
b) daß während der ersten Bewegung einer der Fühler ra dial in Übereinstimmung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des zylindrischen Objekts bezogene Da ten bewegt und das Ausgangssignal dieses einen Fühlers als ein erstes Ausgangssignal in einem Speicher gespei chert wird,
c) daß während der zweiten Bewegung der andere Fühler radial in Übereinstimmung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten bewegt und das Ausgangssignal von diesem anderen Fühler als ein zweites Ausgangssignal im Speicher gespeichert wird und
d) daß der Mittelwert des ersten und zweiten Ausgangs signals als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das zylindrische Objekt einmal längs der Dreh achse bewegt wird,
b) daß beide Fühler radial synchron mit der Bewegung des Objekts in Übereinstimmung mit auf Änderungen im Ra dius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten bewegt werden,
c) daß die von den Fühlern erzeugten Ausgangssignale in einem Speicher als ein erstes sowie als ein zweites Ausgangssignal gespeichert werden und
d) daß der Mittelwert des ersten sowie zweiten Ausgangs signals als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Fühler in vorgegebenen radialen Positionen gehalten werden,
b) daß das zylindrische Objekt einmal längs der Dreh achse bewegt wird,
c) daß die von den Fühlern erzeugten Ausgangssignale als ein erstes sowie als ein zweites Ausgangssignal in einem Speicher gespeichert werden und
d) der Mittelwert der ersten sowie zweiten Ausgangssi gnale als das Profil des Objekts berechnet wird.

5. Verfahren zur Bestimmung des Profils eines zylindrischen Objekts, dessen Radius sich mit einer axialen Position verändert, gekennzeichnet durch die Schritte:

- Anordnen eines die radiale Position der Außenfläche des Objekts maßlich erfassenden Fühlers auf der einen Seite der Drehachse des Objekts,
- Drehen des zylindrischen Objekts um seine Drehachse,
- Bewegen des Objekts längs dessen Drehachse,
- Bewegen des Fühlers in radialer Richtung synchron mit der Bewegung des Objekts in Übereinstimmung mit auf Än derungen im Radius eines Idealprofils des Objekts bezoge ne Daten,
- Speichern des Ausgangssignals von dem Fühler in einem Speicher als ein erstes Ausgangssignal,
- Überführen des Fühlers auf die entgegengesetzte Seite der Drehachse des Objekts,
- Bewegen des Objekts entlang dieser Drehachse,
- Bewegen des Fühlers synchron mit der Bewegung des Ob jekts in Übereinstimmung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten,
- Speichern des Ausgangssignals von dem Fühler in dem Speicher als ein zweites Ausgangssignal und
- Berechnen des Mittelwerts des ersten und zweiten Aus gangssignals als die Abweichung vom Idealprofil des Ob jekts.

6. Vorrichtung zur Bestimmung des Profils eines zylindri schen Objekts, dessen Radius sich mit einer axialen Po sition verändert, gekennzeichnet durch

- ein Bett (10),
- einen Spindelstock (21) mit einer durch einen Motor ge drehten Spindel (25), wobei der Spindelstock auf dem Bett (10) gelagert und das zylindrische Objekt (W) an der Frontseite der Spindel so angebaut ist, daß die Drehach se des Objekts mit der Achse der Spindel zusammenfällt,
- einen auf dem Bett geführten, unter rechten Winkeln zur Achse der Spindel (25) bewegbaren Schiebetischmecha nismus (40),
- einen den Spindelstock (21) parallel zur Drehachse mit Bezug zum Schiebetischmechanismus (40) verstellenden Bewegungsmechanismus (22, 23),
- eine erste Steuereinrichtung (100, DUX), die eine Steu erung der Position des Schiebetischmechanismus (40) in einer zur Achse der Spindel (25) rechtwinklig verlaufen den Richtung bewirkt,
- ein Paar von auf entgegengesetzten Seiten der Achse der Spindel (25) angebrachten und vom Schiebetischmecha nismus gehaltenen Fühlern (S1, S2), welche die radiale Position der Außenfläche des Objekts (W) messen und ein erstes sowie ein zweites Ausgangssignal (SP1, SP2) liefern,
- eine zweite Steuereinrichtung (100, DUZ), die den Bewe gungsmechanismus (22, 23), während die Spindel (25) eine Drehung ausführt, bewegt, bis die sich längs der Achse der Spindel verschiebenden Fühler (S1, S2) die Ausgangs fläche des Objekts (W) kreuzen, und
- eine Recheneinrichtung, die von den Fühlern (S1, S2) das erste sowie das zweite Ausgangssignal (SP1, SP2) emp fängt und aus diesen beiden Ausgangssignalen die Abwei chung von einem Idealprofil des zylindrischen Objekts berechnet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bewegungsmechanismus ein Zustellmechanismus (22, 23) ist, der den Spindelstock (21) parallel zur Achse der Spindel (25) bewegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet,

a) daß die zweite Steuereinrichtung (100, DUZ) den Be wegungsmechanismus (22, 23) derart betreibt, daß die sich längs der Achse der Spindel (25) bewegenden Fühler (S1, S2) zweimal über die Außenfläche des zylindrischen Ob jekts (W) hinwegfahren,
b) daß die erste Steuereinrichtung (100, DUX) den Schiebetischmechanismus (40) derart betreibt, daß einer (S1) der Fühler (S1, S2) eine radiale Bewegung in Über einstimmung mit auf Änderungen im Radius eines Idealpro fils des Objekts (W) bezogene Daten während der ersten Bewegung der Fühler ausführt,
c) daß die erste Steuereinrichtung (100, DUX) den Schie betischmechanismus (40) derart betreibt, daß der andere Fühler (S2) eine radiale Bewegung in Übereinstimmung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten während der zweiten Bewegung der Fühler ausführt,
d) daß die Recheneinrichtung das Ausgangssignal (SP1) von dem einen Fühler (S1) als ein erstes Ausgangssignal während der ersten Bewegung sowie das Ausgangssignal (SP2) von dem anderen Fühler (S2) als ein zweites Aus gangssignal während der zweiten Bewegung speichert und
e) daß die Recheneinrichtung den Mittelwert der ersten sowie zweiten Ausgangssignale als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts berechnet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet,

a) daß die zweite Steuereinrichtung (100, DUZ) den Bewe gungsmechanismus (22, 23) derart steuert, daß die sich längs der Achse der Spindel (25) bewegenden Fühler (S1, S2) über die Außenfläche des zylindrischen Objekts ein mal hinwegfahren,
b) daß die erste Steuereinrichtung (100, DUX) den Schiebetischmechanismus (40) derart betreibt, daß beide Fühler (S1, S2) eine radiale Bewegung in Übereinstimmung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten ausführen, und
c) daß die Recheneinrichtung den Mittelwert des ersten sowie zweiten Ausgangssignals (SP1, SP2) der Fühler (S1, S2) als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts (W) berechnet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn zeichnet,

a) daß die erste Steuereinrichtung (100, DUX) den Schie betischmechanismus (40) derart betreibt, daß beide Fühler (S1, S2) in vorgegebenen radialen Positionen gehalten sind,
b) daß die zweite Steuereinrichtung (100, DUZ) den Bewegungsmechanismus (22, 23) derart betreibt, daß bei de Fühler (S1, S2), die sich längs der Achse der Spindel (25) bewegen, einmal über die Außenfläche des zylindri schen Objekts (W) hinwegfahren, und
c) daß die Recheneinrichtung das Profil des Objekts aus dem Mittelwert der von den Fühlern (S1, S2) jeweils erzeugten ersten sowie zweiten Ausgangssignale (SP1, SP2) berechnet.

11. Vorrichtung zur Bestimmung des Profils eines zylindri schen Objekts, dessen Radius sich mit einer axialen Posi tion verändert, gekennzeichnet durch

- ein Bett (10),
- einen Spindelstock (21) mit einer durch einen Motor gedrehten Spindel (25), wobei der Spindelstock auf dem Bett (10) gelagert und das zylindrische Objekt (W) an der Frontseite der Spindel so angebaut ist, daß die Dreh achse des Objekts mit der Achse der Spindel zusammen fällt,
- einen ersten Zustellmechanismus (22, 23), der den Spin delstock (21) parallel zur Achse der Spindel (25) bewegt,
- einen auf dem Bett für eine Bewegung unter rechten Win keln zur Achse der Spindel (25) geführten Schiebetisch (40),
- einen zweiten Zustellmechanismus (41, 42), der den Schiebetisch (40) unter rechten Winkeln zur Achse der Spindel bewegt,
- einen auf dem Schiebetisch (40) geführten Drehtisch (44), der um eine durch die Achse der Spindel (25) ver laufende vertikale Achse drehbar ist,
- einen auf dem Drehtisch (44) auf der einen Seite der Achse der Spindel (25) befestigten Fühler (S), der die radiale Position der Außenfläche des Objekts (W) maß lich erfaßt,
- eine Steuereinrichtung (100, DUZ, DUB, DUX), die den ersten Zustellmechanismus (22, 23) derart betreibt, daß der Fühler (S), der sich längs der Achse der Spindel (25) bewegt, über die Außenfläche des Objekts (W) hinweg fährt, die dann den Drehtisch (44) um 180° dreht, um den Fühler (S) auf die entgegengesetzte Seite der Achse der Spindel zu überführen, die den ersten Zustellmechanismus (22, 23) erneut derart betreibt, daß der sich längs der Achse der Spindel bewegende Fühler über die Außenfläche des Objekts hinwegfährt, und die den zweiten Zustellmecha nismus (41, 42) zur Bewegung des Fühlers in Übereinstim mung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten während der ersten sowie zweiten Bewegung des Fühlers betreibt, und
- eine Recheneinrichtung, die das Ausgangssignal vom Füh ler als ein erstes Ausgangssignal während der ersten Bewe gung sowie das Ausgangssignal von dem Fühler als ein zweites Ausgangssignal während der zweiten Bewegung speichert und den Mittelwert des ersten sowie zweiten Ausgangssignals als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts berechnet.

12. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung der Außenfläche eines zylindrischen Objekts, dessen Radius sich mit einer axia len Position verändert, gekennzeichnet durch

- ein Bett (10),
- einen Spindelstock (21) mit einer durch einen Motor gedrehten Spindel (25), wobei der Spindelstock auf dem Bett (10) gelagert und das zylindrische Objekt (W) an der Frontseite der Spindel so angebracht ist, daß die Drehachse des Objekts mit der Achse der Spindel zusammen fällt,
- einen ersten Zustellmechanismus (22, 23), der den Spin delstock (21) parallel zur Achse der Spindel (25) bewegt,
- einen auf dem Bett (10) für eine Bewegung unter rech ten Winkeln zur Achse der Spindel (25) geführten Schiebe tisch (40),
- einen zweiten Zustellmechanismus (41, 42), der den Schiebetisch (40) unter rechten Winkeln zur Achse der Spindel bewegt,
- einen auf dem Schiebetisch (40) geführten Drehtisch (44), der um eine durch die Achse der Spindel (25) verlau fende vertikale Achse drehbar ist,
- ein auf dem Drehtisch (44) auf der einen Seite der Ach se der Spindel montiertes Werkzeug (T)
- einen auf dem Drehtisch (44) auf der anderen Seite der Achse der Spindel (25) montierten Fühler (S), der die radiale Position der Außenfläche des Objekts (W) maßlich erfaßt,
- eine Steuereinrichtung (100, DUZ, DUB, DUX), die den ersten Zustellmechanismus (22, 23) derart betreibt, daß der sich längs der Achse der Spindel (25) bewegende Füh ler (S) über die Außenfläche des Objekts (W) hinwegfährt, die dann den Drehtisch (44) um 180° dreht, um den Fühler (S) auf die entgegengesetzte Seite der Achse der Spin del zu überführen, die den ersten Zustellmechanismus (22, 23) erneut derart betreibt, daß der sich längs der Achse der Spindel bewegende Fühler über die Außenflä che des Objekts hinwegfährt, und die den zweiten Zustell mechanismus (41, 42) zur Bewegung des Fühlers (S) in Über einstimmung mit auf Änderungen im Radius des Idealprofils des Objekts bezogene Daten während der ersten sowie zwei ten Bewegung des Fühlers betreibt, und
- eine Recheneinrichtung, die das Ausgangssignal vom Fühler als ein erstes Ausgangssignal während der ersten Bewegung sowie das Ausgangssignal vom Fühler als ein zwei tes Ausgangssignal während der zweiten Bewegung speichert und den Mittelwert des ersten sowie zweiten Ausgangssi gnals als die Abweichung vom Idealprofil des Objekts be rechnet.