DE4238504A1 - Tool measuring method for machine spindle - measuring spindle stock position when tool enters optical measurement plane using laser light barrier - Google Patents
Tool measuring method for machine spindle - measuring spindle stock position when tool enters optical measurement plane using laser light barrierInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines Werkzeuges in einer Spindel einer Werkzeugmaschine, bei der das Werkzeug durch relatives Verfahren zwischen einem die Spindel aufnehmenden Spindelstock und einem Werkstücktisch zugestellt wird, wobeiThe invention relates to a method for measuring a Tool in a spindle of a machine tool in which the tool by relative movement between one the spindle receiving headstock and a workpiece table will, where
- - die relative Lage des Spindelstockes zu einem Referenzpunkt mittels eines Wegmeßsystems bestimmt wird,- the relative position of the headstock to a reference point is determined by means of a measuring system,
- - das Werkzeug in Richtung einer seiner Koordinaten einer im wesentlichen quer zu der Koordinate verlaufenden optischen Meßebene mit zugeordnetem optischen Meßsystem zugestellt wird, - the tool in the direction of one of its coordinates essentially transverse to the coordinate optical measuring plane with assigned optical measuring system is delivered
- - das Meßsystem ein Meßsignal ausgibt, anhand dessen bestimmt wird, ob das Werkzeug in die Meßebene eintaucht,- The measuring system outputs a measurement signal, based on which determined whether the tool is immersed in the measuring plane,
- - bei Eintauchen des Werkzeuges in die Meßebene die momentane relative Lage des Spindelstockes als Lagemeßwert gemessen wird, und- When the tool is immersed in the measuring plane, the current one relative position of the headstock measured as position measurement will, and
- - aus dem Lagemeßwert sowie aus der relativen Lage der Meßebene zu dem Referenzpunkt die Abmaße des Werkzeuges in der Koordinate berechnet werden.- from the measured position value and from the relative position of the Measuring plane to the reference point the dimensions of the tool where the coordinate is calculated.
Ein derartiges Verfahren ist aus der Druckschrift EP-B-00 98 930 bekannt.Such a method is known from EP-B-00 98 930 known.
Das bekannte Verfahren dient dazu, das Werkzeug einer NC- Werkzeugmaschine auf Bruch oder Verschleiß zu überwachen. Dazu wird das Werkzeug bei der Zustellung oder beim Zurückziehen in Werkzeuglängsrichtung durch eine quer zur Vorschubrichtung des Werkzeuges stehende optische Meßebene gefahren. Diese Meßebene wird durch eine Laserlichtschranke gebildet, wobei die Unterbrechung der Lichtschranke als Signal ausgewertet und die aktuelle relative Position der das Werkzeug aufnehmenden Spindel gemessen wird.The known method is used for the tool of an NC Monitor machine tool for breakage or wear. To the tool will be delivered or withdrawn in the tool longitudinal direction by a cross to the feed direction the optical measurement plane of the tool. This Measuring plane is formed by a laser light barrier, whereby the interruption of the light barrier is evaluated as a signal and the current relative position of the tool holder Spindle is measured.
Um die Länge des Werkzeuges bestimmen zu können, muß ferner die relative Lage der Lichtschranke zu dem Nullpunkt des Wegmeßsystemes bekannt sein, mittels dessen die Position der Spindel ermittelt wird.In order to determine the length of the tool, you must also the relative position of the light barrier to the zero point of the Wegmeßsystemes be known, by means of which the position of the Spindle is determined.
Durch eine einfache Differenzbildung zwischen der relativen Lage der Lichtschranke und der momentanen Lage der Spindel bzw. des Spindelstockes kann dann die Länge des Werkzeuges berechnet werden. Durch Vergleich der berechneten Länge mit einer Sollänge kann dann auf Verschleiß oder Bruch geschlossen werden.By simply forming the difference between the relative Position of the light barrier and the current position of the spindle or the headstock can then calculate the length of the tool become. By comparing the calculated length with a target length can then be concluded for wear or breakage.
Um die aus einem Geber und einem Sensor bestehende Lichtschranke vor Verschmutzung durch Kühlwasser, Späne oder andere Verunrei nigungen zu schützen, sind Abdeckkappen vorgesehen. Ferner sind Blasdüsen vorhanden, um den Geber und den Sensor zu reinigen.To the light barrier consisting of an encoder and a sensor from contamination by cooling water, chips or other impurities to protect against inclinations, cover caps are provided. Furthermore are Blow nozzles available to clean the encoder and the sensor.
Bei dem bekannten Verfahren ist von Nachteil, daß die Genauigkeit der Längenbestimmung davon abhängt, wie genau die relative Lage der Lichtschranke bekannt ist. Kommt es bspw. während der Arbeitsvorgänge der Werkzeugmaschine zu thermischen Deflektionen oder sonstigen Lageveränderungen zwischen der Lichtschranke und dem Referenzpunkt des Wegmeßsystemes, ist eine genaue Längenbestimmung des Werkzeuges nicht mehr möglich.A disadvantage of the known method is that the accuracy the length depends on how accurate the relative location the light barrier is known. Does it happen, for example, during the Work processes of the machine tool for thermal deflections or other changes in position between the light barrier and the reference point of the measuring system is an exact one Length determination of the tool is no longer possible.
Ferner wird die Längenbestimmung des Werkzeuges durch im Bearbeitungsraum befindliche Verunreinigungen der Luft beein trächtigt, denn diese Verunreinigungen führen zu einem Signal abfall in der Lichtschranke, welcher sich dem Signalabfall überlagert, der durch ein in den Strahl eintauchendes Werkzeug hervorgerufen wird. Auf diese Weise ist die Messung der momen tanen relativen Lage des Spindelstockes mit einem großen Unsicherheitsfaktor versehen. Dies führt zu einer großen Meßungenauigkeit bei der Bestimmung der Länge des Werkzeuges.Furthermore, the length of the tool is determined by im Processing room impurities in the air affect pregnant because these impurities give a signal drop in the light barrier, which corresponds to the signal drop superimposed by a tool immersed in the beam is caused. In this way the measurement of the moment tanen relative position of the headstock with a large Uncertainty factor provided. This leads to a big one Measurement inaccuracy when determining the length of the tool.
Je ungenauer jedoch die aktuelle Länge des Werkzeuges bestimmt werden kann, desto unsicherer sind auch Aussagen über Bruch oder Verschleiß, die mit dem bekannten Verfahren gewonnen werden sollen.However, the less precise the current length of the tool determines can become, the more uncertain are statements about breakage or wear, which are obtained with the known method should.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das eingangs genannte Verfahren dahingehend weiterzubilden, daß die vorstehend genannten Nachteile vermieden werden. Insbesondere sollen die Meßgenauigkeit sowie die Reproduzierbar keit beim Vermessen des Werkzeuges erhöht werden. Außerdem soll das neue Verfahren dazu beitragen, daß die Werkzeugmaschine selbst mit größerer Genauigkeit betrieben werden kann.Based on this, it is an object of the present invention to further develop the method mentioned at the beginning, that the disadvantages mentioned above are avoided. In particular, the measurement accuracy and the reproducibility should be speed when measuring the tool. In addition, should The new process will help the machine tool can be operated even with greater accuracy.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren einer seits dadurch gelöst, daß das Verfahren auch in einer quer zur Längsrichtung des Werkzeuges verlaufenden Koordinate durchgeführt wird.This task becomes one in the above-mentioned method partly solved in that the method also in a transverse to Coordinate extending in the longitudinal direction of the tool becomes.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auf diese Weise vollkommen gelöst. Weil jetzt nämlich auch die Abmaße des Werkzeuges in Querrichtung vermessen werden können, lassen sich sowohl der Durchmesser des Werkzeuges als auch Rundungsfehler vermessen. Die Anmelderin hat nämlich erkannt, daß Verschleiß und Bruch sich nicht zwingend in der Länge des Werkzeuges widerspiegeln müssen. Vielmehr ist es durchaus auch möglich, daß die beim Bearbeiten eines Werkstückes auftretenden Abnutzun gen des Werkzeuges den Durchmesser oder die Rundheit des letzteren beeinträchtigen. Derartige Beeinträchtigungen wiederum führen zu einer Verschlechterung der Bearbeitungsqualität, welche mit der Werkzeugmaschine erzielt werden kann.The object underlying the invention is achieved in this way completely solved. Because now the dimensions of the Tool can be measured in the transverse direction, can both the diameter of the tool and rounding errors measured. The applicant has recognized that wear and breakage does not necessarily occur in the length of the tool have to reflect. Rather, it is quite possible that the abrasion occurring when machining a workpiece the diameter or roundness of the tool affect the latter. Such impairments in turn lead to a deterioration in the processing quality, which can be achieved with the machine tool.
Zur Durchführung dieses Verfahrens muß die Werkzeugmaschine natürlich in der Lage sein, das Werkzeug tangential zu der Meßebene zuzustellen.The machine tool must be used to carry out this procedure of course, be able to tangent to the tool To deliver the measuring level.
Die Aufgabe wird weiterhin dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren vor dem Vermessen des Werkzeuges ein Meßwerkzeug mit definierten Abmaßen vermessen wird, und daß aus dem Lagemeßwert für das Meßwerkzeug und den definierten Abmaßen die relative Lage der Meßebene bestimmt wird. The object is further achieved in that at the beginning mentioned method before measuring the tool Measuring tool is measured with defined dimensions, and that from the measured position value for the measuring tool and the defined one The relative position of the measuring plane is determined.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird auch auf diese Weise vollkommen gelöst. Weil nämlich jetzt die relative Lage der Meßebene im Betrieb der Werkzeugmaschine jederzeit neu vermessen werden kann, können Deflektionen der Maschine erkannt und berücksichtigt werden. Thermische Ausdehnungen der Maschine oder sonstige Lageveränderungen der Meßebene werden somit erkannt und führen nicht mehr zu einer Fehlberechnung der Abmaße des zu vermessenden Werkzeuges. Damit wird sowohl die Meßgenauigkeit als auch die Reproduzierbarkeit bei dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich erhöht. Weil nun aber die aktuellen Abmaße des Werkzeuges genauer vermessen werden können, kann auch die Werkzeugmaschine mit höherer Betriebssicherheit und Genauigkeit arbeiten.The object underlying the invention is also based on this Way completely solved. Because now the relative situation the measuring level in operation of the machine tool at any time Deflections of the machine can be detected and be taken into account. Thermal expansion of the machine or other changes in position of the measuring plane are thus recognized and no longer lead to an incorrect calculation of the dimensions of the tool to be measured. So that both the measurement accuracy as well as the reproducibility in the invention Process significantly increased. Because now the current dimensions of the tool can be measured more precisely Machine tool with higher operational safety and accuracy work.
Schließlich wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren das Meßsignal des Meßsystemes mit einem Vergleichswert verglichen wird, um festzustellen, ob das Werkzeug in die Meßebene ein taucht.Finally, the object on which the invention is based also solved in that in the method mentioned the measuring signal of the measuring system is compared with a comparison value to determine whether the tool is in the measurement plane dives.
Auch durch diese Maßnahme wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe vollkommen gelöst. Durch den Vergleich des Meßsignales mit einem Vergleichswert werden nämlich die in dem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine vorhandenen Verunreinigungen sozusagen "ausgeblendet", denn in dem Vergleichswert kann der aktuelle Verschmutzungsgrad der Luft in dem Arbeitsraum berück sichtigt werden.This measure is also the basis of the invention lying task completely solved. By comparing the Measurement signals with a comparison value are namely those in the Working area of the machine tool existing impurities "hidden", so to speak, because in the comparison value the current degree of pollution of the air in the work area be viewed.
Die Unsicherheit bei der Messung der momentanen relativen Lage des Spindelstockes wird dadurch drastisch reduziert, was wiederum zu einer genaueren Messung der Abmaße des Werkzeuges führt. Dies wiederum führt dazu, daß die Werkzeugmaschine mit höherer Genauigkeit betrieben werden kann. The uncertainty when measuring the current relative position the headstock is drastically reduced, which in turn leads to a more precise measurement of the dimensions of the tool. This in turn leads to the machine tool having a higher Accuracy can be operated.
Insbesondere ist es bevorzugt, wenn mehrere der vorstehend erwähnten Maßnahmen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch geführt werden.In particular, it is preferred if several of the above measures mentioned in the method according to the invention be performed.
Dies ist deshalb von Vorteil, weil durch die Kombination der vorstehend erwähnten Maßnahmen die Meßgenauigkeit noch einmal gesteigert werden kann. Zum Beispiel ist für die Bestimmung des Durchmessers oder der Rundheit eines Werkzeuges eine viel größere Meßgenauigkeit erforderlich als für die Bestimmung der Länge eines Werkzeuges. Wenn also bei dem erfindungsgemäßen Verfahren bspw. die Meßgenauigkeit durch Verwendung eines Vergleichswertes und/oder durch Verwendung eines Meßwerkzeuges zur Bestimmung der relativen Lage der Meßebene erhöht wird, lassen sich der Durchmesser und die Rundheit des Werkzeuges noch genauer bestimmen.This is advantageous because by combining the Measures mentioned above the measurement accuracy again can be increased. For example, for the determination the diameter or roundness of a tool a lot greater measurement accuracy is required than for the determination of the Length of a tool. So if with the invention Method, for example, the measurement accuracy by using a Comparison value and / or by using a measuring tool is increased to determine the relative position of the measuring plane, the diameter and the roundness of the tool determine even more precisely.
Aber auch bei der Längenbestimmung eines Werkzeuges hat die Kombination der Maßnahmen "Meßwerkzeug" und "Vergleichswert" den kumulativen Vorteil, daß die Meßgenauigkeit noch einmal deutlich gesteigert wird.But also when determining the length of a tool Combination of the measures "measuring tool" and "comparison value" the cumulative advantage that the measurement accuracy again is significantly increased.
All dies führt dazu, daß die Abmaße des Werkzeuges genauer bekannt sind und somit die Werkzeugmaschine mit höherer Auflösung und größerer Genauigkeit und Reproduzierbarkeit betrieben werden kann.All this leads to the dimensions of the tool being more accurate are known and thus the machine tool with higher resolution and operate with greater accuracy and reproducibility can.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn der Vergleichswert mit einem zweiten Meßsystem ermittelt wird, das beim Eintauchen des Werkzeuges in die Meßebene nicht erfaßt wird.In a further development, it is preferred if the comparison value is determined with a second measuring system that when immersed of the tool in the measuring plane is not detected.
Hier ist von Vorteil, daß der Vergleichswert sozusagen zeitgleich mit dem Meßsignal bestimmt wird, so daß auch eine sich schnell ändernde Verschmutzung im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit ausüben kann.The advantage here is that the comparison value is, so to speak, simultaneous is determined with the measurement signal, so that even a quickly changing pollution in the working area of the machine tool Can influence the accuracy of measurement.
Dabei ist es ferner bevorzugt, wenn der Vergleichswert periodisch wiederkehrend gemessen wird.It is further preferred if the comparison value is periodic is measured recurrently.
Diese Maßnahme ist insbesondere dann von Vorteil, wenn größere Verunreinigungen, wie Späne, durch den Arbeitsraum fliegen, während die Messung vorgenommen wird. Diese Verunreinigungen können nämlich das Meßsystem zum Ansprechen bringen, obwohl das Werkzeug noch gar nicht in die Meßebene eingetaucht ist. Da die Späne ihre Lage im Arbeitsraum jedoch relativ schnell verändern, ist ihr Einfluß bei der nächsten Messung schon nicht mehr vorhanden, so daß auch derartige Verschmutzungen ausge blendet werden können.This measure is particularly advantageous if larger ones Contaminants, such as chips, fly through the work area, while the measurement is being made. These impurities can namely make the measuring system respond, although the tool has not yet been immersed in the measuring plane. Because the chips find their position in the work area relatively quickly change, their influence on the next measurement is not more available, so that such contaminants are out can be dazzled.
In einer Weiterbildung ist es bevorzugt, wenn das Eintauchen des Werkzeuges in die Meßebene durch eine Differenzmessung ermittelt wird.In a further development, it is preferred if the immersion of the tool in the measuring plane by measuring the difference is determined.
In Fortbildung der Maßnahme, das Meßsignal mit einem Vergleichs wert zu vergleichen, ist hier von Vorteil, daß der Meßwert und der Vergleichswert zeitgleich bestimmt werden, so daß auch schnelle Veränderungen in der Verschmutzung des Arbeitsraumes ausgeblendet werden.In a further development of the measure, the measurement signal with a comparison It is advantageous here to compare the value that the measured value and the comparison value can be determined at the same time, so that too rapid changes in the pollution of the work area be hidden.
Hier ist es von Vorteil, wenn die optische Meßebene durch eine Lichtschranke, vorzugsweise eine Laserlichtschranke, gebildet wird.It is advantageous here if the optical measuring plane is replaced by a Light barrier, preferably a laser light barrier, is formed becomes.
Auch diese Maßnahme trägt in vorteilhafter Weise zur Erhöhung der Meßgenauigkeit bei. Eine Lichtschranke, vorzugsweise eine Laser lichtschranke, hat nämlich einen definierten Meßstrahl mit sehr geringem Durchmesser, so daß zum Unterbrechen des Lichtstrahles nur ein sehr geringes Eintauchen des Werkzeuges in die Meßebene erforderlich ist. Außerdem kann vorgesehen werden, daß bereits eine bestimmte Abschwächung des Lichtstrahles durch das in diesen Strahl eindringende Werkzeug - bspw. um 60% - als Eintauchen des Werkzeuges in die Meßebene erkannt wird. Die Auflösung des Meß systems wird auf diese Weise also deutlich erhöht, so daß insge samt die Vermessung mit größerer Genauigkeit erfolgen kann.This measure also advantageously increases the Measuring accuracy at. A light barrier, preferably a laser light barrier, namely has a defined measuring beam with very small diameter, so that to interrupt the light beam only a very slight immersion of the tool in the measuring plane is required. It can also be provided that already a certain weakening of the light beam by the in this Beam penetrating tool - for example by 60% - as immersion of the Tool is recognized in the measuring plane. The resolution of the measurement systems is significantly increased in this way, so that in total together with the measurement can be carried out with greater accuracy.
In einer Weiterbildung der genannten Verfahren ist es bevorzugt, wenn sie bei drehendem Werkzeug durchgeführt werden und wenn das Meßsystem periodisch Meßwerte liefert.In a development of the methods mentioned, it is preferred if they are carried out with the tool rotating and if the measuring system periodically delivers measured values.
Diese Maßnahme ist insbesondere bei der Bestimmung der Rundheit des zu vermessenden Werkzeuges von Vorteil, trägt aber insgesamt dazu bei, daß das erfindungsgemäße Verfahren schneller durch geführt werden kann. Es muß nämlich nicht mehr gewartet werden, bis das Werkzeug zum Stillstand abgebremst worden ist.This measure is particularly useful when determining roundness of the tool to be measured is advantageous, but contributes overall help that the inventive method by faster can be performed. There is no longer any need to wait until the tool has been braked to a standstill.
Durch das periodische Liefern der Meßwerte von einem sich drehen den Werkzeug kann außerdem leicht auf die Rundheit des Werkzeuges geschlossen werden. Ein unrundes Werkzeug wird nämlich bei tan gentialem Anfahren an die Meßebene zeitweise in die Meßebene ein tauchen und diese zeitweise wieder verlassen, so daß die Meßwerte im Rhythmus des sich drehenden Werkzeuges bedingt durch die man gelnde Rundheit des letzteren periodisch schwanken. Das Erkennen der fehlenden Rundheit des Werkzeuges erhöht jedoch wieder die Betriebssicherheit und Bearbeitungsgenauigkeit der Werkzeug maschine.By periodically delivering the readings from one turn The tool can also easily adjust the roundness of the tool getting closed. An out-of-round tool is namely at tan potential approach to the measuring level temporarily into the measuring level dive and leave it temporarily so that the measured values in the rhythm of the rotating tool due to the one The roundness of the latter fluctuates periodically. The cognition the lack of roundness of the tool increases the Operational reliability and machining accuracy of the tool machine.
Hier ist es weiter bevorzugt, wenn die Drehzahl des Werkzeuges derart an die Meßperiode des Meßsystems angepaßt ist, daß die Drehzahl und die Meßperiode nicht miteinander synchronisiert sind. Here it is further preferred if the speed of the tool is so adapted to the measuring period of the measuring system that the The speed and the measuring period are not synchronized with each other are.
Unter nicht synchronisiert ist hier zu verstehen, daß die Meßperiode von der Zeit für eine Umdrehung des Werkzeuges, vorzugsweise von einem ganzzahligen Vielfachen oder einem ganzzahligen Teil dieser Zeit verschieden ist.Not synchronized here means that the Measuring period from the time for one revolution of the tool, preferably an integer multiple or one integer part of this time is different.
Auf diese Weise wird erreicht, daß während der gesamten Meßdauer Meßwerte von mehreren Punkten längs des Umfanges des Werkzeuges genommen werden. Auf diese Weise können auch kleine Abweichungen in der Rundheit des Werkzeuges erfaßt werden, was wiederum die Meßgenauigkeit, die Reproduzierbarkeit und die Bearbeitungs genauigkeit erhöht.In this way it is achieved that during the entire measurement period Measured values from several points along the circumference of the tool be taken. In this way, even small deviations be detected in the roundness of the tool, which in turn the Measuring accuracy, reproducibility and processing accuracy increased.
Insgesamt ist es bevorzugt, wenn das Verfahren auf einer Werkzeugmaschine mit automatischem Werkzeugwechsel durchgeführt wird und zwischen den Werkzeugwechseln die relative Lage der Meßebene bestimmt wird.Overall, it is preferred if the method is based on a Machine tool carried out with automatic tool change and between the tool changes the relative position of the Measuring level is determined.
Hier ist von Vorteil, daß immer wieder während des Bearbeitungs vorganges durch die Werkzeugmaschine ein Meßwerkzeug eingewech selt werden kann, um die Lage der Meßebene zu bestimmen. Aus Veränderungen in der relativen Lage der Meßebene kann dann auf thermische Deflektionen oder sonstige Verlagerungen in der Maschine geschlossen werden. Diese Erkenntnis wird dann nicht nur bei der Bestimmung der Abmaße des jeweils verwendeten Werkzeuges genutzt, sie kann auch dazu verwendet werden, sonstige Parameter der Maschineneinstellung zu verändern oder zu kon trollieren.The advantage here is that again and again during processing process by the machine tool a measuring tool can be used to determine the position of the measuring plane. Out Changes in the relative position of the measuring plane can then occur thermal deflections or other displacements in the Machine are closed. Then this realization will not only when determining the dimensions of each used Tool used, it can also be used for other To change the machine setting parameters or to con troll.
Weiterhin ist es bei einer Maschine mit automatischem Werkzeug wechsel von Vorteil, wenn die Meßebene derart angeordnet ist, daß das jeweilige Werkzeug beim Zustellen zu einem zu bearbeiten den Werkstück in die Meßebene eintaucht. Auf diese Weise werden "Totzeiten" zwischen den einzelnen Bearbeitungsgängen klein gehalten, denn zum Werkzeugwechsel muß die Spindel zunächst vom Werkstück weggefahren und dann mit dem neuen Werkzeug wieder zugestellt werden. Wird dabei die Meßebene durchquert, kann sozusagen während des Zustellens das Vermessen des Werkzeuges erfolgen. Hierbei ist zu beachten, daß die Meßperiode des Meßsystems, verglichen mit der Zustellgeschwindigkeit des Werkzeuges, hinreichend klein sein muß. Je mehr Meßwerte nämlich pro zurückgelegtem Wegelement des Werkzeuges genommen werden können, umso feiner läßt sich dieses Wegstück unterteilen. Ist also bspw. eine Auflösung von 0,1 mm gewünscht und wird das Werkzeug mit 10 mm pro Sekunde zugestellt, so müssen mindestens 100 Meßwerte pro Sekunde genommen werden, um die gewünschte Auflösung von 0,1 mm zu erreichen.Furthermore, it is for a machine with an automatic tool change is advantageous if the measuring plane is arranged in such a way that the respective tool when delivering to one immerses the workpiece in the measuring plane. That way "Dead times" between the individual processing steps are small held, because the spindle has to be changed first moved away from the workpiece and then again with the new tool be delivered. If the measurement plane is crossed, can the measuring of the tool during delivery, so to speak respectively. Please note that the measuring period of the Measuring system, compared to the delivery speed of the Tool must be sufficiently small. The more measured values namely are taken for each path element of the tool covered can, the finer this section can be divided. Is For example, a resolution of 0.1 mm is desired and will be Tool delivered at 10 mm per second, at least 100 readings per second can be taken to get the desired Achieve resolution of 0.1 mm.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.Further advantages result from the description and the attached drawing.
Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nach stehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den jeweils angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the above and the following standing features to be explained not only in each specified combinations, but also in other combinations or can be used alone, without the scope of to leave the present invention.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and is described in more detail in the following description explained. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine in Seitenansicht, auf der das neue Verfahren durch geführt wird, wobei das Werkzeug nicht in die Meßebene eingetaucht ist; Figure 1 is a schematic representation of a machine tool in side view, on which the new method is carried out, the tool is not immersed in the measuring plane.
Fig. 2 eine Darstellung wie Fig. 1, wobei das Werkzeug jedoch gerade in die Meßebene eintaucht; FIG. 2 shows an illustration like FIG. 1, but the tool is just immersed in the measuring plane;
Fig. 3 eine Darstellung längs der Linie III-III aus Fig. 2; Fig. 3 is a representation along the line III-III of Fig. 2;
Fig. 4 ein zweites Meßsystem für die Meßebene, in einer ausschnittsweisen Darstellung, in der Ansicht der Fig. 3; und FIG. 4 shows a second measuring system for the measuring plane, in a sectional representation, in the view of FIG. 3; and
Fig. 5 in einer Darstellung wie Fig. 4 ein drittes Meßsystem für die Meßebene. Fig. 5 in a representation like Fig. 4, a third measuring system for the measuring plane.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Seitenansicht einer Werkzeugmaschine 10. Die Werkzeugmaschine 10 umfaßt einen bei 11 angedeuteten Werkzeugtisch zur Aufnahme eines zu bearbei tenden Werkstückes, das der Übersicht halber nicht dargestellt ist. Ferner ist ein Spindelstock 12 vorgesehen, in welchem eine bei 13 angedeutete Spindel drehbar und angetrieben gelagert ist. In der Spindel 13 sitzt ein auf den Werkstücktisch 11 zuweisendes Werkzeug 14. Fig. 1 shows a side view schematic representation of a machine tool 10. The machine tool 10 comprises a tool table indicated at 11 for receiving a workpiece to be machined, which is not shown for the sake of clarity. Furthermore, a headstock 12 is provided, in which a spindle indicated at 13 is rotatably and driven mounted. A tool 14 facing the workpiece table 11 is seated in the spindle 13 .
Der Spindelstock 12 ist in den drei angedeuteten Koordinaten X, Y und Z relativ zu dem Werkstücktisch verfahrbar. Zur Bestimmung der relativen Lage des Spindelstockes in Z-Richtung ist ein Wegmeßsystem 15 mit einem bei 16 angedeuteten Z-Maßstab vorgesehen. Mit 17 ist ein Referenzpunkt für die Z-Richtung angedeutet, welcher bei dem gewählten Koordinatensystem der X/Y-Ebene entspricht. The headstock 12 can be moved in the three indicated coordinates X, Y and Z relative to the workpiece table. To determine the relative position of the headstock in the Z direction, a displacement measuring system 15 is provided with a Z scale indicated at 16 . A reference point for the Z direction is indicated at 17 , which corresponds to the X / Y plane in the selected coordinate system.
Zur Bestimmung der relativen Lage des Spindelstockes 12 in Z- Richtung ist an dem Spindelstock 12 eine Referenzebene fest gelegt, welche mit dem Übergang zwischen Spindel 13 und Werkzeug 14 übereinstimmt. Diese Referenzebene ist in Fig. 1 durch einen Meßpfeil 19 angedeutet, welcher auf den Maßstab 16 weist. Der Abstand zwischen dem Referenzpunkt 17 und dem Meßpfeil 19 gibt jeweils die relative Lage des Spindelstockes 12 an.To determine the relative position of the headstock 12 in the Z direction, a reference plane is fixed on the headstock 12 , which corresponds to the transition between the spindle 13 and tool 14 . This reference plane is indicated in FIG. 1 by a measuring arrow 19 which points to the scale 16 . The distance between the reference point 17 and the measuring arrow 19 indicates the relative position of the headstock 12 .
Auf dem Werkstücktisch 11 ist ein optisches Meßsystem 21 angeordnet, das im vorliegenden Falle eine Lichtschranke 22 ist. Die Lichtschranke 22 umfaßt einen Geber 23, der hier als Laserlichtquelle 24 ausgebildet ist.An optical measuring system 21 is arranged on the workpiece table 11 , which in the present case is a light barrier 22 . The light barrier 22 includes a transmitter 23 , which is designed here as a laser light source 24 .
Ferner ist ein Empfänger 25 vorhanden, der als Fotozelle 26 ausgebildet ist. Dem Empfänger 25 ist eine Auswerteeinheit 27 zugeordnet.There is also a receiver 25 which is designed as a photocell 26 . An evaluation unit 27 is assigned to the receiver 25 .
Die Laserlichtquelle 24 gibt einen Laserstrahl 28 aus, welcher auf die Fotozelle 26 gerichtet ist. Durch den Laserstrahl 28 wird eine optische Meßebene 29 aufgespannt, welche in Fig. 1 parallel zu der X/Y-Ebene verläuft.The laser light source 24 outputs a laser beam 28 which is directed onto the photocell 26 . An optical measuring plane 29 is spanned by the laser beam 28 and runs parallel to the X / Y plane in FIG. 1.
Die Meßebene 29 ist in einem Abstand Rz zu dem Referenzpunkt 17 angeordnet. Dieser Abstand Rz ist entweder als Maschinenparameter bekannt, er kann aber auch mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens berechnet werden. Dies wird nachstehend noch beschrie ben werden.The measuring plane 29 is arranged at a distance Rz from the reference point 17 . This distance Rz is either known as a machine parameter, but it can also be calculated using the method according to the invention. This will be described below.
Während in Fig. 1 das Werkzeug 14 noch nicht in die Meßebene 29 eingetaucht ist, ist in Fig. 2 der Fall dargestellt, bei dem das Meßwerkzeug 14 gerade in die Meßebene 29 eintaucht und den Laserstrahl 28 unterbricht. Der Laserstrahl 28 wird nun entweder überhaupt nicht mehr auf die Fotozelle 26 auftreffen, oder aber nur noch mit verminderter Strahlleistung, was durch die gestrichelte Darstellung des Laserstrahles 28′ in Fig. 2 links von dem Werkzeug 14 angedeutet ist.While in Fig. 1, the tool 14 is not immersed in the measuring plane 29, is the case in Fig. 2, in which the measuring tool 14 dips just in the measuring plane 29 and interrupts the laser beam 28. The laser beam 28 will either no longer hit the photocell 26 at all, or only with reduced beam power, which is indicated by the broken line of the laser beam 28 'in FIG. 2 to the left of the tool 14 .
Das Unterbrechen des Laserstrahles 28 oder die Herabsetzung seiner Intensität wird von der Auswerteeinheit 27 erkannt. Die Auswerteeinheit 27 fragt dann die momentane relative Lage Pzm des Spindelstockes 12 bezogen auf den Referenzpunkt 17 ab.The interruption of the laser beam 28 or the reduction in its intensity is recognized by the evaluation unit 27 . The evaluation unit 27 then queries the current relative position Pzm of the headstock 12 in relation to the reference point 17 .
In der in Fig. 2 gezeigten Stellung des Spindelstockes 12 ist die geometrische Beziehung zwischen der relativen Lage der Meßebene 29 und des Spindelstockes 12 derart, daß die Länge l des Werkzeuges 14 sich aus der Differenz zwischen Rz und Pzm ergibt. Die Länge l des Werkzeuges 14 ist dabei so definiert, daß sie dem Abstand von der Werkzeugspitze zu der durch den Meßpfeil 19 angedeuteten Referenzebene am Spindelstock ent spricht.In the position of the headstock 12 shown in FIG. 2, the geometric relationship between the relative position of the measuring plane 29 and the headstock 12 is such that the length l of the tool 14 results from the difference between Rz and Pzm. The length l of the tool 14 is defined so that it speaks the distance from the tool tip to the reference plane indicated by the measuring arrow 19 ent on the headstock.
Zwischen den Stellungen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 ist der Spindel stock 12 in Z-Richtung verfahren worden. Das Meßsystem 21 ist jetzt so ausgelegt, daß die Auswerteeinheit 27 die Fotozelle 26 mit einer Meßperiode abfragt, die auf die Verfahrgeschwindig keit des Spindelstockes 12 in Z-Richtung sowie auf die gewünschte Auflösung abgestimmt ist. Je schneller der Spindelstock 12 verfahren wird und je höher die gewünschte Auflösung ist, desto kleiner muß die Meßperiode sein. Je höher also der Verfahrweg des Spindelstockes 12 pro Zeiteinheit ist, desto mehr Meßwerte müssen je Zeiteinheit genommen werden. Beträgt die Zustell geschwindigkeit beispielsweise 10 mm pro Sekunde und soll die Meßgenauigkeit bei 0,1 mm liegen, so müssen mindestens 100 Meßwerte pro Sekunde genommen werden. Durch eine Erhöhung der Zahl der Meßwerte pro Zeiteinheit kann dabei also auch die Meßgenauigkeit erhöht werden. Between the positions shown in Fig. 1 and Fig. 2 of the spindle stock has been moved in the Z-direction 12. The measuring system 21 is now designed so that the evaluation unit 27 queries the photocell 26 with a measuring period which is matched to the speed of the headstock 12 in the Z direction and to the desired resolution. The faster the headstock 12 is moved and the higher the desired resolution, the smaller the measuring period must be. The higher the travel of the headstock 12 per unit of time, the more measured values have to be taken per unit of time. If the infeed speed is, for example, 10 mm per second and the measuring accuracy is 0.1 mm, at least 100 measured values per second must be taken. By increasing the number of measured values per unit of time, the measuring accuracy can also be increased.
Es hat sich nun gezeigt, daß sich während der Betriebszeit der Werkzeugmaschine durch thermische Deflektionen oder andere Lageveränderungen die relative Lage Rz der Meßebene 29 bezogen auf den Referenzpunkt 17 verändert. Da dies die Meßgenauigkeit ebenfalls beeinflußt, ist nunmehr vorgesehen, mit Hilfe eines Meßwerkzeuges 31 die relative Lage Rz zu vermessen. Dazu wird statt eines Werkzeuges 14 ein Meßwerkzeug 31 in die Spindel 13 eingespannt, dessen Länge l bekannt ist.It has now been shown that the relative position Rz of the measuring plane 29 relative to the reference point 17 changes during the operating time of the machine tool due to thermal deflections or other changes in position. Since this also influences the measuring accuracy, provision is now made to measure the relative position Rz with the aid of a measuring tool 31 . For this purpose, instead of a tool 14, a measuring tool 31 is clamped in the spindle 13 , the length l of which is known.
Nunmehr wird für das Meßwerkzeug 31 das oben beschriebene Verfahren zum Vermessen eines Werkzeuges durchgeführt, wobei jedoch die relative Lage Rz der Meßebene 29 zu bestimmen ist. Aus der in Fig. 2 hervorgehenden geometrischen Beziehung ergibt sich, daß Rz der Summe der momentanen relativen Lage Pzm und der Länge l entspricht.The above-described method for measuring a tool is now carried out for the measuring tool 31 , but the relative position Rz of the measuring plane 29 must be determined. From the geometric relationship shown in FIG. 2 it follows that Rz corresponds to the sum of the current relative position Pzm and the length l.
Das Einwechseln eines Meßwerkzeuges kann insbesondere bei Werkzeugmaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel während der Bearbeitung eines Werkstückes mit unterschiedlichen Werk zeugen immer wieder zwischen den einzelnen Werkzeugwechseln erfolgen, so daß über die gesamte Bearbeitungszeit eine Kontrolle der Lage der Meßebene 29 erfolgt. Dies erhöht nicht nur die Genauigkeit bei der Vermessung des jeweilig verwendeten Werk zeuges, es können somit auch Lageveränderungen innerhalb der Maschine erkannt und entsprechend berücksichtigt werden.The insertion of a measuring tool can be carried out again and again between the individual tool changes, in particular in machine tools with automatic tool change during the machining of a workpiece with different work, so that the position of the measuring plane 29 is checked over the entire machining time. This not only increases the accuracy when measuring the tool used, it can also detect changes in position within the machine and take them into account accordingly.
Fig. 3 zeigt in einer Draufsicht der Anordnung aus Fig. 2 eine zweite optische Meßebene 32, welche in der X/Z-Ebene liegt. Auch die Meßebene 32 wird durch den Laserstrahl 28 aufgespannt. FIG. 3 shows a top view of the arrangement from FIG. 2, a second optical measurement plane 32 , which lies in the X / Z plane. The measuring plane 32 is also spanned by the laser beam 28 .
Ferner ist ein Wegmeßsystem 33 für die Y-Richtung dargestellt, das einen Y-Referenzpunkt 34 sowie einen Y-Maßstab 35 umfaßt. Mit Hilfe des Wegmeßsystemes 33 wird die relative Lage Py des Spindelstockes 12 in Y-Richtung vermessen.Furthermore, a position measuring system 33 for the Y direction is shown, which comprises a Y reference point 34 and a Y scale 35 . With the help of the displacement measuring system 33 , the relative position Py of the headstock 12 is measured in the Y direction.
Ferner ist ein Meßgerät 36 angedeutet, welches die von der Auswerteeinheit 27 abgegebenen Meßsignale anzeigen soll. Eine derartige Anzeige ist selbstverständlich nicht erforderlich, hierdurch soll lediglich das Meßsignal als solches gegenständlich dargestellt werden.Furthermore, a measuring device 36 is indicated, which is intended to display the measurement signals output by the evaluation unit 27 . Such a display is of course not necessary, it is only intended to represent the measurement signal as such.
Ferner weist die Auswerteeinheit 27 einen Ausgang 37 auf, an welchem angezeigt wird, ob ein Werkzeug 14 bzw. ein Meßwerkzeug 31 in die Meßebene 29 bzw. 32 eingetaucht ist.Furthermore, the evaluation unit 27 has an output 37 , at which it is displayed whether a tool 14 or a measuring tool 31 is immersed in the measuring plane 29 or 32 .
In Fig. 3 ist mit 38 noch ein Meßpfeil angedeutet, welcher durch die Drehachse des Werkzeuges 14 verläuft. Der Abstand zwischen dem Meßpfeil 38 und dem Referenzpunkt 34 gibt die relative Lage Py des Spindelstockes 12 in Y-Richtung an. Ein dem Wegmeßsystem 33 entsprechendes Wegmeßsystem ist auch für die X-Richtung vorgesehen, jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.In Fig. 3, a measurement arrow is indicated at 38 , which runs through the axis of rotation of the tool 14 . The distance between the measuring arrow 38 and the reference point 34 indicates the relative position Py of the headstock 12 in the Y direction. A position measuring system corresponding to the position measuring system 33 is also provided for the X direction, but is not shown for reasons of clarity.
In der mit 14′ dargestellten Lage des Werkzeuges 14 gibt die Auswerteeinheit 27 an ihrem Ausgang 37 ein Signal aus, das andeutet, daß das Werkzeug 14 gerade in die Meßebene 32 ein taucht. Jetzt wird die momentane relative Lage Pym des Spindel stockes 12 bzw. des Meßpfeiles 38 gemessen und durch Differenz bildung mit der relativen Lage Ry des Laserstrahles 28 in der X/Z-Ebene der Radius des Werkzeuges 14 bestimmt. In the 14 'position of the tool 14 , the evaluation unit 27 outputs a signal at its output 37 , which indicates that the tool 14 is immersed in the measuring plane 32 . Now the current relative position Pym of the spindle stock 12 or the measuring arrow 38 is measured and determined by difference formation with the relative position Ry of the laser beam 28 in the X / Z plane of the radius of the tool 14 .
Verwendet man jetzt wieder ein Meßwerkzeug 31, dessen Radius r bekannt ist, so kann man mit Hilfe der momentanen Lage Pym die relative Lage Ry der Meßebene 32 berechnen.If a measuring tool 31 whose radius r is known is used again, the relative position Ry of the measuring plane 32 can be calculated using the current position Pym.
Somit können auch Verschiebungen innerhalb der Werkzeugmaschine in Y-Richtung erkannt werden. Durch ein weiteres optisches Meßsystem, das in Y-Richtung ausgerichtet ist, können entspre chende Messungen auch für die X-Richtung vorgenommen werden.This means that there can also be displacements within the machine tool can be recognized in the Y direction. By another optical Measuring system that is aligned in the Y direction can correspond appropriate measurements can also be made for the X direction.
Im folgenden ist bezüglich der Meßgenauigkeit noch zu bedenken, daß in dem Arbeitsraum der Werkzeugmaschine eine ölverpestete Luft vorhanden ist, welche zusätzlich mit kleinen Verunreini gungen in Form von Spänen und sonstigem Abrieb belastet ist. Diese Verunreinigungen driften im Arbeitsraum der Werkzeugma schine 10 umher und führen dazu, daß der Laserstrahl 28 mit unterschiedlicher Intensität auf der Fotozelle 26 auftrifft. Um nun zu verhindern, daß bereits ein Signalabfall durch derarti ge Verunreinigungen dazu führt, daß das Eintauchen des Werkzeuges 14 in die Meßebene 32 oder 29 angenommen wird, wird das aktuelle Meßsignal der Auswerteeinheit bzw. der Fotozelle 26 jeweils mit einem Referenzwert verglichen. Dieser Referenzwert wird perio disch genommen und entspricht im einfachsten Ausführungsbeispiel dem zuletzt genommenen Meßwert. Das bedeutet, daß der aktuelle Meßwert jeweils mit dem zuletzt genommenen Meßwert verglichen wird, und daß aus dem Vergleich darauf geschlossen wird, ob ein Werkzeug 14 in die Meßebene 32 eintaucht. Hierbei wird davon aus gegangen, daß die Intensität des Laserstrahles durch die im Ar beitsraum vorhandenen Verunreinigungen gering ist verglichen mit der Änderung der Intensität durch das Eintauchen eines Werkzeuges 14. Wird jedoch einmal ein drastischer Intensitätsabfall, bspw. um 60%, erkannt, so wird der zuletzt genommene Meßwert als Vergleichswert für alle folgenden Messungen beibehalten. Auf diese Weise kann die Wirkung der Verunreinigungen sozusagen ausgeblendet werden.In the following it must be considered with regard to the measuring accuracy that in the working area of the machine tool there is oil-polluted air, which is additionally contaminated with small impurities in the form of chips and other abrasion. These impurities drift around in the working area of the machine tool 10 and cause the laser beam 28 to strike the photocell 26 with different intensities. In order to prevent a signal drop due to contaminations such that the immersion of the tool 14 in the measuring plane 32 or 29 is assumed, the current measuring signal of the evaluation unit or the photocell 26 is compared with a reference value. This reference value is taken periodically and corresponds in the simplest embodiment to the last measured value. This means that the current measured value is compared in each case with the last measured value taken, and that it is concluded from the comparison whether a tool 14 plunges into the measuring plane 32 . It is assumed here that the intensity of the laser beam due to the impurities present in the working space is low compared to the change in intensity due to the immersion of a tool 14 . However, if a drastic drop in intensity, for example by 60%, is detected, the last measured value is retained as a comparison value for all subsequent measurements. In this way, the effects of the impurities can be masked out, so to speak.
Anhand der Tabelle 1 soll jetzt beschrieben werden, wie mit dem insoweit beschriebenen Verfahren auch die Rundheit eines Werkzeuges 14 bestimmt werden kann. In der Tabelle 1 sind in der linken Spalte fünf verschiedene Zustände während des Eintauchens eines Werkzeuges 14 in die Meßebene 32 dargestellt. In der mittleren Spalte ist das jeweils zugehörige Meßsignal der Auswerteeinheit 27 angegeben, wobei mit U0 der Vergleichswert bezeichnet ist.Table 1 will now be used to describe how the roundness of a tool 14 can also be determined using the method described so far. In table 1, five different states during the immersion of a tool 14 in the measurement plane 32 are shown in the left column. The associated measurement signal of the evaluation unit 27 is given in the middle column, U 0 denoting the comparison value.
In der rechten Spalte findet sich der Ausgang 37 der Auswerte einheit 27 wieder, wobei ein Plus-Zeichen das Erkennen des Eintauchens eines Werkzeuges bezeichnet.The right-hand column shows the output 37 of the evaluation unit 27 , a plus sign denoting the immersion of a tool.
In der obersten Zeile ist das Werkzeug 14 noch so weit von der Meßebene 32 entfernt, daß trotz der in Tabelle 1 überdeutlich dargestellten Unrundheit des Werkzeuges 14 der Laserstrahl 28 nie unterbrochen wird. Das Meßsignal beträgt hier beispielsweise 30 mV. Der Ausgang 37 gibt kein Signal aus.In the top line, the tool 14 is still so far away from the measuring plane 32 that the laser beam 28 is never interrupted, despite the out-of-roundness of the tool 14, which is clearly shown in Table 1. The measurement signal here is, for example, 30 mV. The output 37 does not output a signal.
In der zweiten Zeile hat sich das Werkzeug 14 tangential der Meßebene 32 genähert, ist jedoch noch nicht in die Meßebene 32 eingetaucht. Bedingt durch Verschmutzungen im Arbeitsraum ist das Meßsignal inzwischen auf 27 mV abgesunken, der Ausgang 37 zeigt jedoch noch kein eingetauchtes Werkzeug an.In the second line, the tool 14 has moved tangentially to the measuring plane 32 , but has not yet been immersed in the measuring plane 32 . Due to contamination in the work area, the measurement signal has now dropped to 27 mV, but output 37 does not yet indicate a submerged tool.
In der dritten Zeile hat sich das Werkzeug 14 um ca. 90° gedreht, so daß der Laserstrahl 28 jetzt vollständig unterbrochen ist. Das Meßsignal beträgt jetzt nur noch 10 mV. Die Auswerteeinheit 27 erkennt diesen drastischen Signalabfall und nimmt das letzte Meßsignal (aus der zweiten Zeile) von 27 mV als Vergleichswert. Ferner wird an dem Ausgang 37 das Eintauchen eines Werkzeuges 14 angezeigt.In the third line, the tool 14 has rotated by approximately 90 °, so that the laser beam 28 is now completely interrupted. The measurement signal is now only 10 mV. The evaluation unit 27 recognizes this drastic signal drop and takes the last measurement signal (from the second line) of 27 mV as a comparison value. Furthermore, the immersion of a tool 14 is displayed at the outlet 37 .
In der vierten Zeile hat sich zwar der Abstand des Werkzeuges 14 zu der Meßebene 32 nicht geändert, bedingt durch die Drehung des unrunden Werkzeuges wird der Laserstrahl 28 jedoch nicht mehr unterbrochen. Dementsprechend liefert die Fotozelle ein Meßsignal von 28 mV, das mit dem Vergleichswert U0 von 27 mV verglichen wird. Aus dem Vergleich erkennt die Auswerteeinheit, daß kein Werkzeug mehr eingetaucht ist.In the fourth line, the distance between the tool 14 and the measuring plane 32 has not changed, but due to the rotation of the non-circular tool, the laser beam 28 is no longer interrupted. The photocell accordingly delivers a measurement signal of 28 mV, which is compared with the comparison value U 0 of 27 mV. The evaluation unit recognizes from the comparison that no tool is immersed anymore.
In der letzten Zeile der Tabelle 1 hat sich das Werkzeug 14 um weitere 90° gedreht und ist wieder in den Laserstrahl 28 eingetaucht. Das Meßsignal beträgt jetzt 12 mV, wobei die Abweichung zu dem Wert aus der dritten Zeile durch atmosphärische Änderungen im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine bedingt ist. Durch den Vergleich zwischen den 12 mV und U0 von 27 mV erkennt die Auswerteeinheit 17 wieder das Eintauchen eines Werkzeuges 14 und zeigt dies am Ausgang 37 an.In the last line of Table 1, the tool 14 has rotated through a further 90 ° and is again immersed in the laser beam 28 . The measurement signal is now 12 mV, the deviation from the value from the third line being caused by atmospheric changes in the working area of the machine tool. By comparing the 12 mV and U 0 of 27 mV, the evaluation unit 17 again recognizes the immersion of a tool 14 and indicates this at the output 37 .
Hier ist jetzt zu erwähnen, daß die Zahl der Meßwerte pro Zeiteinheit und die Zahl der Umdrehungen des Werkzeuges pro Zeiteinheit derart aufeinander abgestimmt sind, daß keine Synchronisation stattfindet. Das bedeutet, daß die Meßperiode von der Zeit für eine Umdrehung des Werkzeuges, vorzugsweise sogar von einem ganzzahligen Vielfachen oder einem ganzzahligen Teil dieser Zeit verschieden ist. Mit anderen Worten erfaßt das Meßsystem das Werkzeug 14 pro Meßwert jeweils in einem anderen Drehungszustand, so daß die Unrundheit sicher erkannt werden kann. It should now be mentioned here that the number of measured values per unit of time and the number of revolutions of the tool per unit of time are coordinated with one another in such a way that no synchronization takes place. This means that the measuring period is different from the time for one revolution of the tool, preferably even from an integral multiple or an integral part of this time. In other words, the measuring system detects the tool 14 for each measured value in a different rotation state, so that the out-of-roundness can be reliably recognized.
Die Tabelle 1 gibt selbstverständlich nur einen kurzen Ausschnitt aus dem gesamten Meßablauf. Die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeuges 14 in Y-Richtung ist, verglichen mit der Drehzahl des Werkzeuges 14 und der Zahl der Meßwerte pro Zeiteinheit, derart gering, daß die Unrundheit quasi stationär gemessen wird.Of course, Table 1 gives only a brief extract from the entire measurement sequence. The feed speed of the tool 14 in the Y direction is so low compared to the speed of the tool 14 and the number of measured values per unit of time that the out-of-roundness is measured virtually stationary.
Dadurch, daß der Meßwert jeweils mit einem zuvor genommenen Vergleichswert verglichen wird, um auf das Eintauchen eines Werkzeuges 14 in die Meßebene 32 bzw. 29 zu schließen, sind hier keine besonderen Maßnahmen zum Schutz des Gebers 23 bzw. des Empfängers 25 vorgesehen. Die Verschmutzungen werden sozusagen automatisch ausgeblendet.Because the measured value is compared in each case with a previously taken comparison value in order to conclude that a tool 14 is immersed in the measuring plane 32 or 29 , no special measures are provided here for protecting the transmitter 23 or the receiver 25 . Soiling is automatically hidden, so to speak.
In Fig. 4 ist ein weiteres optisches Meßsystem 39 dargestellt, wie es bei der Werkzeugmaschine nach den Fig. 1 bis 3 und dem darauf durchgeführten Verfahren verwendet werden kann.In FIG. 4 is a further optical measuring system 39 is shown as it can be used in the machine tool according to FIGS. 1 to 3 and the operation performed thereon method.
Das Meßsystem 39 umfaßt sozusagen ein weiteres System 40, das dem ursprünglichen Meßsystem 21 parallelgeschaltet ist. Zu diesem Zweck wird der Laserstrahl 28 mit einem Strahlteiler 41 und einem Umlenkspiegel 42 in zwei parallele Laserstrahlen 28′ und 28′′ aufgeteilt. Mit Hilfe eines weiteren Umlenkspiegels 43 und einem einseitig verspiegelten Umlenkspiegel 45 wird der Laserstrahl 28′′ ebenfalls auf die Fotozelle 26 gelenkt.The measuring system 39 comprises, as it were, a further system 40 which is connected in parallel to the original measuring system 21 . For this purpose, the laser beam 28 with a beam splitter 41 and a deflecting mirror 42 is divided into two parallel laser beams 28 'and 28 ''. With the help of a further deflection mirror 43 and a deflection mirror 45 mirrored on one side, the laser beam 28 '' is also directed onto the photocell 26 .
Im Strahlengang beider Laserstrahlen 28′ und 28′′ sind Foto verschlüsse oder Shutter 47 und 48 vorgesehen, welche über Steuerleitungen 49 und 50 von der Auswerteeinheit 27 geschaltet werden. In the beam path of both laser beams 28 'and 28 ''photo closures or shutters 47 and 48 are provided, which are switched via control lines 49 and 50 by the evaluation unit 27 .
Die Auswerteeinheit 27 schaltet die Shutter 47 und 48 im Gegentakt, so daß die Fotozelle 26 entweder den Laserstrahl 28′ oder den Laserstrahl 28′′ mißt. Da das Werkzeug 14 nur in den Laserstrahl 28′ eintaucht, der Laserstrahl 28′′ also davon unberührt bleibt, findet die Vergleichsmessung zwischen zwei nahezu zeitgleich genommenen Meßwerten statt. Dabei ist insbeson dere von Vorteil, daß nur eine einzige Laserlichtquelle 24 und nur eine einzige Fotozelle 26 erforderlich sind. Auch auf diese Weise können also Verunreinigungen der Luft im Arbeitsraum der Werkzeugmaschine ausgeblendet werden.The evaluation unit 27 switches the shutters 47 and 48 in push-pull, so that the photocell 26 either measures the laser beam 28 'or the laser beam 28 ''. Since the tool 14 is only immersed in the laser beam 28 ', the laser beam 28 ''thus remains unaffected by this, the comparison measurement takes place between two measured values taken almost simultaneously. It is particularly advantageous that only a single laser light source 24 and only a single photo cell 26 are required. Contamination of the air in the working area of the machine tool can also be hidden in this way.
Eine weitere Möglichkeit der Ausblendung von Verunreinigungen ist in Fig. 5 dargestellt. Das hier gezeigte Meßsystem 51 weist ebenfalls einen zweiten Pfad 52 auf, für den zweiten Laserstrahl 28′′ ist jedoch eine gesonderte Fotozelle 53 vorgesehen. Über die Verbindungsleitung 54 wird die Fotozelle 53 ebenfalls von der Auswerteeinheit 27 ausgelesen, welche eine Differenzmessung zwischen den Fotozellen 26 und 53 durchführt. Auf diese Weise werden die beiden parallel verlaufenden Laserstrahlen 28′ und 28′′ zeitgleich ausgelesen und miteinander verglichen, so daß das Eintauchen des Werkzeuges 14 unabhängig von Verunreinigungen gemessen werden kann.Another possibility of masking out impurities is shown in FIG. 5. The measuring system 51 shown here also has a second path 52 , for the second laser beam 28 '', however, a separate photo cell 53 is provided. Via the connecting line 54 , the photocell 53 is also read out by the evaluation unit 27 , which carries out a difference measurement between the photocells 26 and 53 . In this way, the two parallel laser beams 28 'and 28 ''are read out and compared at the same time, so that the immersion of the tool 14 can be measured regardless of contamination.
Sämtliche insoweit beschriebenen Verfahren zum Beseitigen der Einflüsse von Verunreinigungen im Arbeitsraum erhöhen ersicht licherweise die Meßgenauigkeit des Systems. Hier kann nämlich nicht nur die vollständige Unterbrechung des Laserstrahles 28′ durch ein eingetauchtes Werkzeug 14 erfaßt werden, vielmehr ist auch eine geringe Abschwächung des Laserstrahles 28′ durch ein nur teilweises eingetauchtes Werkzeug 14 möglich. Da andererseits der verwendete Laserstrahl 28 nur einen sehr geringen Durchmesser hat, kann die relative Lage Pym bzw. Pzm des Spindelstockes 12 auf einen Bruchteil des Durchmessers des Laserstrahles und damit auf einen Bruchteil eines Millimeters genau bestimmt werden. Dieses führt im Zusammenhang mit der hohen Auflösung des Meßsystemes dazu, daß nicht nur eine sehr genaue Vermessung eines in der Werkzeugmaschine jeweils verwen deten Werkzeuges 14 sowohl in der Länge als auch im Durchmesser möglich ist, außerdem kann die Rundheit eines rotierenden Werkzeuges schnell ermittelt werden.All of the methods described so far for eliminating the effects of impurities in the work space obviously increase the measuring accuracy of the system. This is because not only the complete interruption of the laser beam 28 'can be detected by an immersed tool 14 , but also a slight weakening of the laser beam 28 ' by an only partially immersed tool 14 is possible. On the other hand, since the laser beam 28 used has only a very small diameter, the relative position Pym or Pzm of the headstock 12 can be determined precisely to a fraction of the diameter of the laser beam and thus to a fraction of a millimeter. In connection with the high resolution of the measuring system, this leads to the fact that not only a very precise measurement of a tool 14 used in the machine tool is possible both in length and in diameter, and the roundness of a rotating tool can also be determined quickly.
Durch alle insoweit beschriebenen Maßnahmen wird die Genauigkeit beim Vermessen eines Werkzeuges deutlich erhöht. Weiterhin bietet das neue Verfahren den Vorteil, daß auch Lageveränderungen innerhalb der Werkzeugmaschine erkannt werden können, wenn ein Meßwerkzeug vermessen wird, dessen Abmaße definiert und bekannt sind. Die dabei gewonnenen Werte können wiederum eingesetzt werden, wenn die nächsten Bearbeitungswerkzeuge 14 vermessen werden.All of the measures described so far significantly increase the accuracy when measuring a tool. Furthermore, the new method offers the advantage that changes in position within the machine tool can also be detected if a measuring tool is measured, the dimensions of which are defined and known. The values obtained in this way can in turn be used when the next machining tools 14 are measured.
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