DE4343404A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Einstellen von Reibahlen und dergleichen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen des Durchmessers von Reibahlen und dergleichen Schneidwerkzeuge, bei dem die Reibahle in eine auf einem Koordinatenschlitten montierte Werkzeugaufnahme eingespannt und mit Hilfe einer mit einer Kamera versehenen, mit einem Meßschlitten verfahrbaren Meßeinrichtung hinsichtlich des in die Fokus-Ebene gebrachten Durchmessers zwischen der Schneidkante und der gegenüberliegenden Füh­ rungslinie des Schafts sowie der Neigung der Schneidkante vermessen wird, indem die einzelnen Meßpunkte durch die Kamera erfaßt und die Verfahrwe­ ge des Meßschlittens zwischen den Meßpunkten ermittelt werden und das Schneidmesser entsprechend dem Meßergebnis eingestellt wird.

Die Erfindung betrifft im übrigen eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

In der zerspanenden Bearbeitung werden zur Herstellung von präzisen Boh­ rungen mit engen Fertigungstoleranzen spezielle Schneidwerkzeuge, zumeist sogenannte Reibahlen eingesetzt, deren Schneidmesser austauschbar und einstellbar an einem Schaft befestigt ist. Diese Schneidmesser müssen nach einem Wechsel und vor jedem erneuten Einsatz auf ein vorgegebenes Durch­ messermaß eingestellt werden. Zumeist sind die Schneidmesser auch entge­ gen der Vorschubrichtung zur Vermeidung eines Materialstaus beim Schneid­ eingang leicht radial nach innen geneigt. Die Einstellung der Schneidmesser erfolgt mit Hilfe von am Werkzeugschaft vorgesehenen Stellschrauben oder dergleichen, und zur Festlegung des Schneidmessers ist wenigstens eine Klemmschraube vorgesehen.

Es sind verschiedene mechanische Meßeinrichtungen bekannt, die mit Hilfe von Meßtastern und Meßuhren den wirksamen Durchmesser von Reibahlen und den erwähnten Neigungswinkel des Schneidmessers mit hoher Genauig­ keit erfassen können. Die mechanische Messung hat jedoch den Nachteil, daß das empfindliche Schneidmesser durch die mechanische Berührung be­ schädigt werden kann. Andererseits ist die Handhabung von mechanischen Meßtastern und Meßuhren angesichts der zumeist bestehenden räumlichen Enge außerordentlich schwierig und zeitaufwendig. Ebenso ist das Umrüsten auf andere Werkzeuggrößen sehr zeitaufwendig.

Ein weiteres bekanntes Verfahren zur Einstellung der Schneidwerkzeuge, auf dem die vorliegende Erfindung aufbaut, bedient sich einer Einrichtung mit zwei Koordinatenschlitten, auf denen einerseits das Werkzeug und anderer­ seits eine Kamera montiert ist. Durch Verstellung der Schlitten wird die durch die Schneidkante des Werkzeugs bestimmte Durchmesserebene in die Fokus-Ebene der Kamera gebracht. Nacheinander wird nun einerseits die Schneidkante und zum anderen die auf dem Schaft gegenüberliegende Füh­ rungslinie auf einem mit der Kamera verbundenen Monitor in eine vorgege­ bene Bezugsposition zur Kamera gebracht und der Verfahrweg zwischen der Schneidkante und der Führungslinie wird über präzise Maßstäbe festgestellt. Dieser Verfahrweg entspricht dem effektiven Durchmesser des Schneid­ werkzeugs. Auch der Einstellvorgang kann auf dem Monitor verfolgt werden, bis das Sollmaß erreicht ist. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß je­ weils nur ein Meßpunkt mit der Kamera erfaßt werden kann und der nächste Meßpunkt jeweils das Verfahren des Koordinaten- oder Meßschlittens erfor­ dert, so daß unter Umständen mehrfach hin- und hergefahren werden muß, bis sowohl der gewünschte Durchmesser als auch der gewünschte Neigungs­ winkel der Schneidkante erreicht ist. Wegen der Notwendigkeit des wieder­ holten Hin- und Herfahrens ergibt sich nicht nur ein relativ hoher Zeitauf­ wand für den Einstellvorgang, sondern es kann auch zu Ungenauigkeiten kommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren und eine gattungsgemäße mit einer Kamera und einem Monitor ausgerüstete Meßvor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens derart fortzubilden, daß der Meß­ vorgang in relativ einfacher Weise mit hoher Genauigkeit durchgeführt wer­ den kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der obigen Art ge­ löst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zunächst die der Schneidkante ge­ genüberliegende Führungslinie der Reibahle mit der Kamera erfaßt und als Bezugsposition (Pos. II) festgehalten wird, daß der die Kamera aufnehmende Meßschlitten sodann verfahren wird, bis die den Durchmesser (D) bestim­ mende Position (Pos. I) der Schneidkante von der Kamera erfaßt wird, daß der von dem Meßschlitten zwischen den beiden Meßpositionen (Pos. II, Pos. I) zurückgelegte Weg festgestellt wird, daß die Neigung der Schneidkante ge­ gen die senkrechte oder eine entsprechende achsparallele Linie über die Ka­ mera erfaßt und durch einen mit dieser verbundenen Rechner in einen Durchmesser D1 in einer auf der Schneidkante versetzten Position (Pos. III) umgerechnet wird, und daß der effektive Durchmesser (D) und der die Nei­ gung des Schneidmessers bestimmende Durchmesser (D1) auf die vorgegebe­ nen Werte eingestellt werden.

Es ist also nur erforderlich, die rückseitige Führungslinie am Schaft mit der Kamera zu erfassen und gewissermaßen auf Null zu setzen und sodann unter gleichzeitiger Ermittlung des Verfahrweges die Schneidkante in die entspre­ chende Position auf dem Monitor zu bringen. Zusätzliches Hin- und Herfah­ ren ist nicht notwendig. Der Neigungswinkel der Schneidkante wird mit Hil­ fe der Kamera erfaßt und durch den Rechner über die tan-Funktion umge­ rechnet in einen Durchmesser, der sich im Abstand von dem für die Boh­ rungsgröße maßgeblichen Durchmesser des Werkzeugs befindet. Beide Durchmessermaße können in den Monitor eingeblendet und während des Einstellvorganges verfolgt werden, bis die jeweiligen Sollmaße erreicht sind.

Vor Durchführung des eigentlichen Meßvorganges wird zunächst die durch das Schneidmesser bestimmte Durchmesserebene in die Fokus-Ebene der Kamera gebracht, indem das Werkzeug mit Hilfe des dieses aufnehmenden Koordinatenschlitten verfahren und im Koordinatenschlitten gedreht wird, bis ein scharfes Bild des Durchmessers auf dem Monitor erscheint. Da Kame­ ras der vorliegenden Art eine sehr geringe Tiefenschärfe aufweisen, sind selbst geringe Verkantungen sichtbar. Wenn die gewünschte Position in der Brennebene erreicht ist, wird der das Werkzeug tragende Koordinatenschlit­ ten festgesetzt. Die anschließenden Verfahr-Vorgänge werden mit Hilfe des die Kamera aufnehmenden Koordinatenschlittens, im vorliegenden Zusam­ menhang auch Meßschlitten genannt, durchgeführt. Es ist allerdings auch möglich, den Meßschlitten mit der Kamera festzusetzen und die Verfahr-Vor­ gänge mit Hilfe des Koordinatenschlittens des Werkzeugs durchzuführen.

In der Praxis kann der Fall eintreten, daß der Schaft des Werkzeugs nicht vollständig gerade in der Werkzeugaufnahme steht. Das würde dazu führen, daß bei dem Meßvorgang nicht der exakte Durchmesser, sondern ein etwas längeres, schräg durch den Schaft verlaufendes Maß ermittelt würde. Vor­ zugsweise ist daher zusätzlich der Schritt vorgesehen, daß die Kamera zu­ gleich mit dem Erfassen der Position (Pos. II) der rückwärtigen Führungsli­ nie des Schaftes eine etwaige Neigung dieser Führungslinie erfaßt, und daß der ermittelte Neigungswinkel bei der anschließenden Ermittlung des Ver­ fahrweges über eine cos-Funktion zur Rückrechnung des gemessenen Ver­ fahrweges verwendet wird.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefüg­ ten Zeichnungen näher erläutert werden.

Fig. 1 ist eine Ansicht eines erfindungsgemäß eingestellten Schneidwerkzeugs mit einem Schaft, einem Schneid­ messer, zwei Stellschrauben und einer Klemmschrau­ be;

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 zeigt das Kamerabild des Schneidmessers mit der Meßposition I;

Fig. 4 zeigt das Kamerabild der rückwärtigen Führungslinie des Schaftes mit dem Meßpunkt II;

Fig. 5 veranschaulicht in vergrößerter Darstellung die Nei­ gung des Schneidmessers.

In Fig. 1 ist ein Schaft 10 eines erfindungsgemäß einzustellenden Schneid­ werkzeugs dargestellt, an dem ein Schneidmesser 12 befestigt ist. Wie insbe­ sondere aus Fig. 2 hervorgeht, befindet sich diametral gegenüber der mit 14 bezeichneten Schneidkante des Schneidmessers eine teilweise in den Schaft 10 eingelassene, entlang einer Mantellinie des Schafts verlaufende Führungs­ leiste 16, deren Scheitellinie genau der Schneidkante 14 gegenüberliegt und im vorliegenden Zusammenhang als Führungslinie 18 bezeichnet werden soll.

Das Schneidmesser 12 wird mit Hilfe einer Klemmschraube 20 und einer Klemmplatte 22 am Schaft gehalten. Zwei Stellschrauben 24 und 26 ermögli­ chen nach dem Lösen der Klemmschraube 20 eine Verschiebung des Schneidmessers 12 nach rechts und links in Fig. 1 und 2 und, da sie in Ab­ stand übereinanderliegen, auch eine Neigungsverstellung des Schneidmes­ sers 12 in bezug auf die Senkrechte in Fig. 1.

Zum Auffangen der in Umfangsrichtung auf den Schaft durch das Schneid­ messer 12 ausgeübten Reaktionskräfte ist in Drehrichtung hinter dem Schneidwerkzeug 12 eine weitere Führungsleiste 28 vorgesehen, die jedoch im vorliegenden Zusammenhang ohne Bedeutung ist.

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, verläuft die Schneidkante 14 nicht genau parallel zur Drehachse 30 des Schafts 10. Vielmehr ist zunächst am oberen Ende in Fig. 1 ein nach oben verjüngter Abschnitt 32 vorgesehen, der den Eintritt in eine Bohrung erleichtert. Dieser Abschnitt endet in einer Position I, die in der Schnittebene 2-2 der Fig. 2 liegt. Von hier aus läuft die Schneidkante 14 im weiteren Verlauf leicht mit einem sehr spitzen Winkel α (Fig. 5) zur Dreh­ achse 30 zurück. Auch die Führungsleiste 18 weist einen oberen Abschnitt 34 auf, der zum oberen Ende des Werkzeugs hin verjüngt ist, und erst an dem mit II bezeichneten Punkt, der ebenfalls in der Schnittebene 2-2 liegt, er­ reicht die Führungsleiste 16 das für den Durchmesser bestimmende Maß. Der in der Schnittebene 2-2 genommene Durchmesser D ist daher der effek­ tive, für die Bohrlochgröße bestimmende Durchmesser des Werkzeugs.

Für einen Bearbeitungsvorgang wird in der Regel nicht nur dieser Durchmes­ ser D, sondern auch der Neigungswinkel α vorgegeben, durch den ein über­ mäßiger Materialstau und Reaktionsdruck in den zurückliegenden Bereichen der Schneidkante vermieden werden. Neben dem Durchmesser D muß daher bei einem Einstellvorgang auch der Neigungswinkel α eingestellt werden. Dies geschieht erfindungsgemäß nicht direkt durch Winkeleinstellung, son­ dern dadurch, daß in einem Abstand L parallel zur Drehachse des Schafts 10 ein weiterer Durchmesser D1 ermittelt bzw. bestimmt wird, der unter Ver­ wendung der tan-Funktion des Winkels α nach folgenden Beziehungen be­ rechnet wird.

D1 = D - ΔD
AD = L · tan α

Die Umrechnung des Winkels α in einen Durchmesser D1 berücksichtigt die Gegebenheiten der Praxis. Theoretisch wäre es auch möglich, den Neigungs­ winkel α direkt anzuzeigen und einzustellen. Da es sich um einen sehr klei­ nen Winkel handelt, wäre dies wenig anschaulich. In der Praxis ist es daher bei weitem vorzuziehen, wenn die Neigung durch Längenmaße definiert wird, hier also der Abstand L zwischen den Positionen der beiden Durchmesser D und D1, und die Längenänderung des Durchmessers über die Strecke L vom Wert D auf D1.

Im dargestellten Beispiel verläuft die Ebene des Durchmessers D1 durch die untere Stellschraube 26, so daß eine Drehung dieser unteren Stellschraube 26 unmittelbar eine Verstellung des Durchmessers D1 bewirkt. Die Position der Schneidkante 14 in der durch den Durchmesser D1 bzw. die untere Stellschraube 26 bestimmten Ebene ist mit III in Fig. 1 bezeichnet worden.

Nunmehr soll die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens im ein­ zelnen erläutert werden.

Zunächst wird die nicht dargestellte Kamera mit dem zugehörigen Koordina­ tenschlitten auf den Meßpunkt I an der Schneidkante verfahren. Die genaue Fokussierung des Schneidmessers 12 zur Fokus-Ebene der Kamera wird überprüft bzw. dadurch hergestellt, daß das Werkzeug in der Werkzeugauf­ nahme gedreht bzw. mit dem zugehörigen Koordinatenschlitten verfahren wird. Sobald ein scharfes Bild des Schneidmessers 12 bzw. des Kantenbe­ reichs des Schneidmessers hergestellt ist, kann davon ausgegangen werden, daß der gesuchte Durchmesser D (Einstelldurchmesser) in der Fokus-Ebene der Kamera liegt. Auf dem mit der Kamera verbundenen Monitor erscheint das in Fig. 3 gezeigte Bild des Schneidmessers.

Nunmehr werden der Werkzeugschlitten und die Werkzeugaufnahme festge­ setzt, so daß die gefundene Werkzeugposition beibehalten wird. Der ebenfalls nicht dargestellte Koordinatenschlitten (Meßschlitten), der die Kamera auf­ nimmt, wird zur rechts in Fig. 1 und 2 liegenden Rückseite des Werkzeugs verfahren, bis die Führungslinie 18 erfaßt wird. Auf dem Monitor erscheint das in Fig. 4 gezeigte Bild. Die Position der Kamera wird in bezug auf die Füh­ rungslinie 18 auf "Null gesetzt", also beispielsweise so verfahren, daß die Füh­ rungslinie 18 mit einer auf dem Monitor vorgesehenen Markierung zusam­ mentrifft. Die jetzt gefundene Position bildet den Ausgangspunkt für die an­ schließende Messung des Durchmessers D.

Zu diesem Zweck wird der die Kamera tragende Meßschlitten zurück in die in Fig. 3 gezeigte Position verfahren, in der wiederum die Meßposition I auf­ genommen wird. Der zwischen der Meßposition II (Fig. 4) und I (Fig. 3) zu­ rückgelegte Verfahrweg entspricht exakt dem derzeitigen effektiven Durch­ messer des Werkzeugs. Die Verfahrstrecke, d. h. der Durchmesser D ist links oben in den Monitor gemäß Fig. 3 eingeblendet. Während des jetzt folgenden Einstellvorganges bleibt die Kamera auf das Schneidmesser gerichtet, und es erscheint weiterhin das in Fig. 3 gezeigte Bild auf dem Monitor. Die Änderun­ gen der Werte von D und D1 während des Einstellvorganges können daher laufend auf dem Monitor verfolgt werden. Durch Drehen der Stellschrauben 24, 26 kann das gewünschte Durchmessermaß D hergestellt werden.

Zugleich soll aber der oben erläuterte Durchmesser D1 entsprechend dem Neigungswinkel α der Schneidkante eingestellt werden. Zu diesem Zweck erfaßt die Kamera den Neigungswinkel α der Schneidkante, und dieser wird nach den oben angegebenen Gleichungen in den gewünschten Durchmesser D1 umgerechnet. Der jeweilige Wert von D1 wird unten links in das Monitor­ bild gemäß Fig. 3 eingeblendet. Wenn durch Betätigung der Stellschrauben 24, 26 sowohl das Maß von D als auch das Maß von D1 so verändert werden, daß auf dem Monitor die entsprechenden vorgegebenen Werte erscheinen, ist der Einstellvorgang beendet. Das Schneidmesser wird mit Hilfe der Klemmschraube 20 festgelegt.

Es ist daher insgesamt nur ein Verfahrweg von der Position II zu der Position I notwendig. Die Einstellung der Position III (Durchmesser D1) wird er­ reicht, ohne daß der Schlitten der Kamera erneut verfahren werden muß. Insbesondere ist es nicht notwendig, wiederholt zwischen den Punkten I, II und III hin- und herzufahren, wie es beim Stand der Technik der Fall ist, so daß der damit verbundene Zeitaufwand und die dadurch hervorgerufenen Un­ genauigkeiten entfallen.

Die geschilderte Verfahrensweise setzt allerdings voraus, daß der Schaft 10 vollständig gerade in der Werkzeugaufnahme gehalten ist. In der Praxis ist es jedoch durchaus häufig, daß entweder die Werkzeugaufnahme oder der Werk­ zeugschaft aufgrund vorangegangener Belastungen einen Schlag aufweisen. In diesem Falle ermittelt die Kamera in der Position II auf der Rückseite des Schaftes die Neigung des Schaftes, und der Rechner rechnet den Verfahrweg zwischen den Punkten II und I entsprechend einer geeigneten Winkelfunk­ tion dieses Winkels zurück. Entsprechendes gilt auch für die Ermittlung des Durchmessers D1.

Der besondere Vorteil der Erfindung besteht darin, daß nach der Rückkehr der Kamera in die Position I der Schneidkante sowohl der Durchmesser D als auch der Durchmesser D1 ohne weitere Fahrbewegungen der Kamera einge­ stellt werden können und daß die Schneidkante mit der Position I während dessen stets auf dem Monitor sichtbar bleibt. Auch nach der Beendigung des Einstellvorganges und dem Festziehen der Klemmschraube 20 kann noch einmal eine abschließende Überprüfung ohne Verfahrbewegung durchgeführt werden, oder eine Verschiebung der Werte durch Festziehen der Klemm­ schraube kann korrigiert werden.

Wenn die zwischen dem Durchmesser D und dem Durchmesser D1 verlaufen­ de Kante des Schneidmessers keine Gerade bildet und somit als Neigung α der Schneidkante nicht sicher über die Kamera erfaßt wird, erfolgt zusätzlich vor dem Anfahren der Meßpunkte II und I ein Anfahren der Meßpunkte III und IV zur Feststellung des aktuellen Durchmessers D1. Die zwischen D1 und D ermittelte Differenz wird als Neigung festgestellt und als eine gerade Schneidkante interpoliert. Damit ist es möglich, auch bei balligen und konka­ ven Schneidkanten den effektiven Durchmesser D und den die Neigung des Schneidmessers bestimmenden Durchmesser D1 in der zuvor beschriebenen Weise einzustellen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Einstellen des Durchmessers von Reibahlen und derglei­ chen Schneidwerkzeuge, bei dem die Reibahle in eine auf einem Koordina­ tenschlitten montierte Werkzeugaufnahme eingespannt und mit Hilfe einer mit einer Kamera versehenen, mit einem Meßschlitten verfahrbaren Meßein­ richtung hinsichtlich des in die Fokus-Ebene gebrachten Durchmessers (D) zwischen der Schneidkante (14) und der gegenüberliegenden Führungslinie (18) des Schaftes (10) sowie der Neigung (α) der Schneidkante (14) vermes­ sen wird, indem die einzelnen Meßpunkte (I, II) durch die Kamera erfaßt und die Verfahrwege des Meßschlittens zwischen den Meßpunkten (II, I) ermit­ telt werden und das Schneidmesser (12) entsprechend dem Meßergebnis eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die der Schneidkan­ te (14) gegenüberliegende Führungslinie (18) der Reibahle mit der Kamera erfaßt und als Bezugsposition (Pos. II) festgehalten wird, daß der die Kamera aufnehmende Meßschlitten sodann verfahren wird, bis die den Durchmesser (D) bestimmende Position (Pos. I) der Schneidkante (14) von der Kamera er­ faßt wird, daß der von dem Meßschlitten zwischen den beiden Meßpositio­ nen (II, I) zurückgelegte Weg festgestellt wird, daß die Neigung (α) der Schneidkante (14) gegen die senkrechte oder eine entsprechende achsparal­ lele Linie über die Kamera erfaßt und durch einen mit dieser verbundenen Rechner in einen Durchmesser (D1) in einer auf der Schneidkante (14) ver­ setzten Position (Pos. III) umgerechnet wird, und daß der effektive Durch­ messer (D) und der die Neigung des Schneidmessers bestimmende Durch­ messer (D1) auf die vorgegebenen Werte eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuvor die den effektiven Durchmesser (D) des Werkzeugs bestimmende Ebene dadurch in die Fokus-Ebene der Kamera gebracht wird, daß das Werkzeug bzw. die Ka­ mera derart zueinander verschoben und gedreht werden, daß das Schneid­ messer (12) scharf abgebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ka­ mera beim Erfassen der rückwärtigen Führungslinie (18) des Schaftes eine etwaige Neigung des Schaftes in bezug auf den zugehörigen Koordinaten­ schlitten feststellt, und daß ggfs. der zwischen den Meßpositionen (Pos. II, Pos. I) zurückgelegte Verfahrweg zur genauen Bestimmung des effektiven Durchmessers (D) unter Berücksichtigung der Winkelfunktionen des Nei­ gungswinkels zurückgerechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß vor dem Anfahren der Meßpunkte (II) und (I) ein Anfahren der Meßpunkte (III) und (IV) zur Feststellung des aktuellen Durchmessers (D1) erfolgt.