EP2627475A1 - Werkzeugmaschine mit ultraschall-sensor - Google Patents

Werkzeugmaschine mit ultraschall-sensor

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EP2627475A1
EP2627475A1 EP11778516.2A EP11778516A EP2627475A1 EP 2627475 A1 EP2627475 A1 EP 2627475A1 EP 11778516 A EP11778516 A EP 11778516A EP 2627475 A1 EP2627475 A1 EP 2627475A1
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EP
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machine tool
sensor
tool
workpiece
tool according
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Withdrawn
Application number
EP11778516.2A
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English (en)
French (fr)
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Christian Podiebrad
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Handtmann A Punkt Automation GmbH
Original Assignee
Handtmann A Punkt Automation GmbH
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q17/00Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/20Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring workpiece characteristics, e.g. contour, dimension, hardness
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23Q15/00Automatic control or regulation of feed movement, cutting velocity or position of tool or work
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    • B23Q15/013Control or regulation of feed movement
    • B23Q15/02Control or regulation of feed movement according to the instantaneous size and the required size of the workpiece acted upon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y10T409/30Milling
    • Y10T409/303864Milling with means to weigh or test work or product

Definitions

  • the invention relates to a machine tool with
  • Worst case can not be used, but at least a costly post-processing must be done.
  • the object of the invention is to reduce these disadvantages or to avoid completely if possible.
  • Processing routine can be constructed with the inclusion of the sensor data, that is, the material removal can be carried out in two or more steps, in between always the remaining material thickness is detected. In this way, the desired material thickness can accurately with high
  • an ultrasonic sensor is used. It has surprisingly been found that by means of an ultrasonic sensor also during operation of working near the sensor
  • Used coupling medium which is on the one hand with the ultrasonic sensor, on the other hand, however, in contact with the workpiece.
  • Ultrasonic sensor used in a machine tool a so-called cooling lubricant as a coupling medium.
  • Cooling lubricant is always in use in cutting machine tools, especially in milling operations
  • the ultrasonic sensor is connected to a nozzle chamber into which the coupling medium is introduced.
  • the nozzle chamber becomes
  • the nozzle chamber for the coupling medium provided with a supply line which is connected to the already existing cooling lubricant circuit of the machine.
  • the sensor device according to the invention is movable together with the cutting tool relative to the workpiece to be machined and measured
  • a holder can be provided which is fixedly connected to the machining tool.
  • the holder is attached to a mounting flange of a motor spindle, so that it is ensured that the sensor arrangement always in a constant position in relation to
  • z. B. is a milling tool of a motor spindle.
  • the nozzle chamber for the coupling medium forms by the
  • this nozzle can be correspondingly shaped in order to achieve a specific beam characteristic of the coupling medium.
  • Milling machine be equipped with it, which is used for processing of sheets, especially light metal sheets, wherein the sheet thickness at machined places, if necessary, with the help of an appropriate control unit and the
  • the supply quantity or the liquid flow is controlled or adapted to the respective situation or processing in order to obtain the best possible sensor signal or To obtain measurement conditions.
  • the supply unit comprises a supply opening and / or a supply channel for supplying the coupling medium.
  • the supply of the coupling medium in a directed manner or defined at a location to be determined the processing or the workpiece to be machined and / or tool passed / guided. This improves the detection of the measure according to the invention.
  • the supply unit comprises the nozzle chamber and / or the nozzle.
  • the feed channel are formed together with the feed opening as the nozzle, in particular the nozzle chamber.
  • Feed port and / or the feed channel substantially
  • the senor is at least partially disposed within the tool and / or the tool holder.
  • Example directly in the center of the tool or the sensor is arranged substantially concentric and / or centric to the axis of rotation of the tool and / or the tool holder. This measure can be an optimized control behavior
  • Machine tool can be realized in a particularly advantageous manner without much effort.
  • inventive, desired or predetermined dimension of the workpiece can be generated in a single processing cycle / step.
  • the senor at least one transmission unit for wireless energy and / or signal transmission. This can be done in
  • Tool / tool holder and / or motor spindle components to a stationary or stationary unit, in particular receiving unit or to the machine control / control unit can be realized.
  • Figure 1 is a perspective view of a
  • Figure 2 is a partial view of an inventive
  • Figure 3 is a sectional view through a part of a machine tool according to the invention with a centric inside a tool
  • the machine tool 1 according to the invention comprises a
  • Milling head 2 by means of which a motor spindle 3 is pivotally mounted about at least one axis and slidably mounted in at least one direction.
  • the milling tool 4 is fixed in the motor spindle 3 and is rotated by this at high speed.
  • Ultrasonic sensor 5 fixed in a sensor holder 6.
  • the sensor holder 6 is on the mounting flange 7 of Motor spindle 3 fixed, for example screwed.
  • the ultrasonic sensor 5 is provided with a pipe section 8, which is provided with an opening 9, which points to the workpiece 10.
  • the pipe section together with the opening 9, a nozzle 11, by means of a liquid jet of a
  • Coupling medium is radiated onto the workpiece 10.
  • a supply line 12 is provided, which opens into the pipe section 8 and supplies the coupling medium.
  • the liquid coupling medium is preferably with such a flow in the
  • Nozzle 11 is introduced, that is a liquid jet
  • control unit which is connected to the ultrasonic sensor 5 via one or more lines 13, the signal of the ultrasonic sensor
  • Such control unit can thus also the dimensional accuracy of the finished workpieces are improved overall.
  • the machine tool according to the invention offers in particular in The field of light metal machining of workpieces with very high quality requirements great advantages, such as in aircraft or the same, but can of course be used elsewhere.
  • a further variant of the invention is shown schematically in section in FIG. 3, the sensor 5 being arranged concentric with the axis of rotation and at least partially directly inside the rotating tool 4 or milling cutter 4.
  • a transmitter 14 is on the rotating tool 4 and the
  • Tool holder 15 is arranged or fixed, so that this rotates during processing.
  • the receiver 16 is stationary, e.g. fixed on the stator of a motor spindle or the like and directs the
  • the tool 4 advantageously has a

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit spanabhebendem Werkzeug, um die Maßhaltigkeit des Werkstücks während der Bearbeitung zu überprüfen und gegebenenfalls zu korrigieren. Hierzu ist ein Sensor (5) zur Erfassung eines Maßes an dem zu bearbeitenden Werkstück (10) während der Bearbeitung vorgesehen.

Description

WERKZEUGMASCHINE MIT ULTRASCHALL - SENSOR
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit
spanabhebendem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Für die Bearbeitung von Werkstücken mittels spanabhebender Werkzeuge, beispielsweise mit Hilfe von Fräswerkzeugen in sogenannten Bearbeitungszentren wird bislang die Form des herzustellenden Werkstücks vorgegeben und durch eine
entsprechende Maschinensteuerung abgefahren.
Sollten an dem bearbeiteten Werkstück im nachhinein Fehler in der Maßhaltigkeit auftreten, so kann das Werkstück im
schlechtesten Fall nicht verwendetet werden, zumindest muss jedoch eine aufwendige Nachbearbeitung erfolgen.
Aufgabe der Erfindung ist, diese Nachteile zu reduzieren oder nach Möglichkeit vollständig zu vermeiden.
Dementsprechend zeichnet sich eine erfindungsgemäße
Werkzeugmaschine dadurch aus, dass ein Sensor zur Erfassung wenigstens eines Maßes an dem Werkstück während der
Bearbeitung vorgesehen ist.
Auf diese Weise ist es möglich, die Maßhaltigkeit des
Werkstücks während der Bearbeitung zu überprüfen und
gegebenenfalls zu korrigieren.
Mit Hilfe einer entsprechenden Kontrolleinheit kann das
Sensorergebnis dazu verwendet werden, eine bearbeitete Stelle am Werkstück noch einmal anzufahren, um gegebenenfalls unmittelbar während des Fertigungsprozesses dieses
BESTÄTIGUNGSKOPIE nachzuarbeiten .
Um eine gute Maßhaltigkeit zu erzielen, kann eine
Bearbeitungsroutine unter Einbezug der Sensordaten aufgebaut werden, dass heißt der Materialabtrag kann in zwei oder mehreren Schritten erfolgen, wobei zwischendurch stets die verbleibende Materialstärke erfasst wird. Auf diese Weise kann die gewünschte Materialstärke zielgenau mit hoher
Maßhaltigkeit angefahren werden.
Zu einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Ultraschall-Sensor verwendet. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass mit Hilfe eines Ultraschall-Sensors auch während des Betriebs eines in der Nähe des Sensors arbeitenden
spanabhebenden Werkzeugs eine sichere und genaue Maßerfassung, z. B. einer Materialstärke, möglich ist.
Um eine gute Einkopplung des Ultraschallsignals in den
Werkstoff zu ermöglichen, wird bevorzugt ein flüssiges
Koppelmedium verwendet, das einerseits mit dem Ultraschall- Sensor, andererseits jedoch mit dem Werkstück in Kontakt steht .
Bevorzugt wird bei dem erfindungsgemäßen Einsatz des
Ultraschall-Sensors in einer Werkzeugmaschine ein sogenanntes Kühlschmiermittel als Koppelmedium verwendet.
Kühlschmiermittel ist in spanabhebenden Werkzeugmaschinen, insbesondere bei Fräsvorgängen stets im Gebrauch, um
einerseits die spanabhebenden Werkzeuge und andererseits die Werkstücke am Arbeitsort zu schmieren und zu kühlen.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird der Ultraschall-Sensor mit einer Düsenkammer verbunden, in die das Koppelmedium eingeleitet wird. Zur Düsenkammer wird
vorteilhafterweise mit einer auf das Werkstück gerichteten Öffnung versehen, sodass das eingeleitete Koppelmedium
zielgerichtet auf das zu vermessende Material geleitet wird und somit einen Kontakt zwischen Ultraschall-Sensor und
Werkstück herstellt. Dazu wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Düsenkammer für das Koppelmedium mit einer Zuführungsleitung versehen, die an den ohnehin vorhandenen Kühlschmiermittel-Kreislauf der Maschine angeschlossen ist.
Vorteilhafterweise wird die erfindungsgemäße Sensorvorrichtung gemeinsam mit dem spanabhebenden Werkzeug gegenüber dem zu bearbeitenden und zu vermessenden Werkstück beweglich
ausgebildet. Hierzu kann eine Halterung vorgesehen werden, die ortsfest mit dem Bearbeitungswerkzeug verbunden wird. In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung wird die Halterung an einem Befestigungsflansch einer Motorspindel angebracht, sodass sichergestellt ist, dass die Sensoranordnung stets in einer gleich bleibenden Position im Verhältnis zum
spanabhebenden Werkzeug, z. B. zu einem Fräswerkzeug einer Motorspindel steht.
Die Düsenkammer für das Koppelmedium bildet durch die
beschriebene Öffnung eine Düse, durch die das Koppelmedium auf das Werkstück abgestrahlt wird. In einer vorteilhaften
Weiterbildung der Erfindung kann diese Düse entsprechend geformt werden, um eine bestimmte Strahlcharakteristik des Koppelmediums zu erzielen.
Es können verschiedene Werkstückmaschinen erfindungsgemäß mit einem Sensor versehen werden. Beispielsweise kann eine
Fräsmaschine damit ausgestattet werden, die zur Bearbeitung von Blechen, insbesondere Leichtmetallblechen verwendet wird, wobei die Blechdicke an bearbeiteten Orten gegebenenfalls mit Hilfe einer entsprechenden Kontrolleinheit und der
Rückkopplung des Sensorsignals erneut angefahren wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ist es
grundsätzlich von Vorteil, eine insbesondere steuerbare bzw. regelbare Zufuhreinheit zum Zuführen des Koppelmediums bzw. der Kühlschmierflüssigkeit vorzusehen. Hiermit kann in
vorteilhafter Weise die Zufuhrmenge bzw. der Flüssigkeitsstrom kontrolliert bzw. an die jeweilige Situation bzw. Bearbeitung angepasst werden, um ein möglichst optimales Sensorsignal bzw. Messbedingungen zu erhalten.
Vorzugsweise umfasst die Zufuhreinheit eine Zufuhröffnung und/oder einen Zufuhrkanal zum Zuführen des Koppelmediums. Hiermit kann die Zufuhr des Koppelmediums in gerichteter Weise bzw. definiert an einen zu bestimmenden Ort der Bearbeitung bzw. des zu bearbeitenden Werkstücks und/oder Werkzeuges geleitet/geführt werden. Dies verbessert die Erfassung des Maßes gemäß der Erfindung.
Beispielsweise umfasst die Zufuhreinheit die Düsenkammer und/oder die Düse. Vorteilhafterweise sind der Zufuhrkanal zusammen mit der Zufuhröffnung als die Düse insbesondere der Düsenkammer ausgebildet.
Bei einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die
Zufuhröffnung und/oder der Zufuhrkanal im Wesentlichen
konzentrisch und/oder zentrisch zur Drehachse des Werkzeuges und/oder einer Werkzeugaufnahme angeordnet. Hierdurch wird unmittelbar am Ort der Bearbeitung, insbesondere nahezu nicht abhängig von der weiteren Bearbeitungsrichtung des Werkstückes wie Fräser oder dergleichen, die Erfassung des Maßes des
Werkstückes gemäß der Erfindung realisierbar. Die führt zu einer weiteren Verbesserung der Erfassung.
Vorzugsweise ist der Sensor wenigstens teilweise innerhalb des Werkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme angeordnet. Zum
Beispiel direkt im Zentrum des Werkzeugs bzw. ist der Sensor im Wesentlichen konzentrisch und/oder zentrisch zur Drehachse des Werkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme angeordnet. Mit dieser Maßnahme kann ein optimiertes Regelverhalten
gewährleistet werden. Die Steuerung bzw. Regelung der
Werkzeugmaschine kann in besonders vorteilhafter Weise ohne großen Aufwand realisiert werden. So kann zum Teil durchaus das erfindungsgemäße, gewünschte bzw. vorgegebene Maß des Werkstückes in einem einzigen Bearbeitungszyklus/-schritt generiert werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst der Sensor wenigstens eine Übertragungseinheit zur drahtlosen Energie- und/oder Signalübertragung. Hierdurch kann in
vorteilhafter Weise die Übertragung von Energie und/oder Sensorsignalen vom sich bewegenden bzw. rotierenden
Werkzeug/Werkzeugaufnahme und/oder Motorspindelkomponenten zu einer stationären bzw. feststehenden Einheit, insbesondere Empfangseinheit bzw. zur Maschinensteuerung/Kontrolleinheit realisiert werden. Alternativ oder in Kombination hierzu kann auch eine Übertragung mittels Schleifkontakten oder
dergleichen vorgesehen werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert .
Im Einzelnen zeigen
Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer
erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine,
Figur 2 eine Teildarstellung einer erfindungsgemäßen
Werkzeugmaschine gemäß Figur 1 in der
Seitenansicht und
Figur 3 eine Schnittdarstellung durch einen Teil einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit einem zentrisch im Innern eines Werkzeuges
angeordneten Sensor.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 1 umfasst einen
Fräskopf 2, mittels dem eine Motorspindel 3 um wenigstens eine Achse schwenkbar und in wenigstens eine Richtung verschiebbar angebracht ist. Das Fräswerkzeug 4 ist in der Motorspindel 3 fixiert und wird durch diese mit hoher Drehzahl gedreht.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein
Ultraschall-Sensor 5 in einer Sensorhalterung 6 fixiert. Die Sensorhalterung 6 ist am Halterungsflansch 7 der Motorspindel 3 fixiert, beispielsweise angeschraubt.
Der Ultraschall-Sensor 5 ist mit einem Rohrstück 8 versehen, das mit einer Öffnung 9 versehen ist, die zum Werkstück 10 hinweist. Das Rohrstück bildet zusammen mit der Öffnung 9 eine Düse 11, mittels der ein Flüssigkeitsstrahl eines
Koppelmediums auf das Werkstück 10 abgestrahlt wird.
Zu diesem Zweck ist eine Zufuhrleitung 12 vorgesehen, die in das Rohrstück 8 mündet und das Koppelmedium zuführt.
Als Koppelmedium wird, wie oben angeführt bevorzugt
Kühlschmiermittel aus dem Kühlschmiermittel-Kreislauf der Werkzeugmaschine 1 verwendet. Das flüssige Koppelmedium wird dabei vorzugsweise mit einem solchen Volumenstrom in die
Düse 11 eingebracht, dass sich ein Flüssigkeitsstrahl
ausbildet, der das Werkstück 10 mit dem Ultraschall-Sensor 5 verbindet und so die Einkopplung eines Ultraschallsignals in das Werkstück 10 ebenso ermöglicht, wie die Rückkopplung eines Ultraschallsignals aus dem Werkstück 10 zum Sensor 5 hin.
Über eine nicht näher dargestellte Kontrolleinheit, die mit dem Ultraschall-Sensor 5 über eine oder mehrere Leitungen 13 verbunden ist, kann das Signal des Ultraschall-Sensors
ausgewertet und für die weitere Maschinensteuerung verwendet werden .
Auf diese Weise ist zum einen eine Qualitätskontrolle für die Werkstücke 10 bereits während der Fertigung gegeben, zum anderen ist es bei entsprechender Ansteuerung der Maschine unter Berücksichtigung des Sensorsignals möglich, die
gewünschten Maße am Werkstück 10 in einem zwei oder
mehrstufigen Verfahren herzustellen, in dem zwischendurch die entsprechende Maße gemessen und anschließend das Werkstück an dem gewünschten Ort erneut bearbeitet wird. Mit einer
derartigen Kontrolleinheit kann somit auch die Maßgenauigkeit der fertiggestellten Werkstücke insgesamt verbessert werden.
Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine bietet insbesondere im Bereich der Leichtmetallbearbeitung von Werkstücken mit sehr hohen Qualitätsanforderungen große Vorteile, beispielsweise im Flugzeugbau oder der gleichen, kann jedoch selbstverständlich auch anderweitig eingesetzt werden.
In Figur 3 ist eine weitere Variante der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt, wobei der Sensor 5 konzentrisch zur Drehachse und wenigstens teilweise direkt im Innern des rotierenden Werkzeugs 4 bzw. Fräsers 4 angeordnet ist.
Ein Sender 14 ist am rotierenden Werkzeug 4 bzw. der
Werkzeugaufnahme 15 angeordnet bzw. fixiert, so dass auch dieser während der Bearbeitung rotiert. Der Sender 14
übermittelt an bzw. tauscht mit einem Empfänger 16
Informationen bzw. Sensorsignale und ggf. Energie aus. Der Empfänger 16 ist stationär bzw. fest z.B. am Stator einer Motorspindel oder dergleichen fixiert und leitet die
Informationen bzw. Sensorsignale an die Maschinensteuerung zur Verarbeitung bzw. Steuerung/Regelung des Werkzeuges 4 gemäß der Erfindung weiter.
Das Werkzeug 4 weist in vorteilhafter Weise eine
Zentrumsbohrung als Kanal für das Kopplungsmedium bzw.
Kühlschmiermittel auf. Hierdurch wird dieses in vorteilhafter Weise auf das Werkstück 10 geleitet.
Bezugszeichenliste :
1 Werkzeugmaschine
2 Fräskopf
3 Motorspindel
4 Fräswerkzeug
5 Ultraschall-Sensor
6 Sensorhalterung
7 Halterungsflansch
8 Rohrstück
9 Öffnung
10 Werkstück
11 Düse
12 Zufuhrleitung
13 Leitung
14 Sender
15 Werkzeugaufnahme
16 Empfänger

Claims

Ansprüche :
1. Werkzeugmaschine mit spanabhebenden Werkzeug dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor (5) zur Erfassung eines Maßes an dem zu bearbeitenden Werkstück (10) während der Bearbeitung vorgesehen ist.
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor ein Ultraschall-Sensor (5) ist.
3. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein flüssiges Koppelmedium zur Einkopplung des Sensorsignals in das Werkstück (10) vorgesehen ist .
4. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlschmiermittel als
Koppelmedium vorgesehen ist.
5. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fräswerkzeug (4) vorgesehen ist .
6. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erfasste Maß die Dicke eines Metallblechs (10) ist.
7. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhröffnung und/oder ein Zufuhrkanal zum Zuführen des Koppelmediums vorgesehen ist.
8. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhröffnung und/oder der Zufuhrkanal im Wesentlichen konzentrisch und/oder zentrisch zur Drehachse des Werkzeuges und/oder einer Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
9. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor wenigstens teilweise innerhalb des Werkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
10. Werkzeugmaschine nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Wesentlichen konzentrisch und/oder zentrisch zur Drehachse des Werkzeuges und/oder der Werkzeugaufnahme angeordnet ist.
EP11778516.2A 2010-10-14 2011-10-14 Werkzeugmaschine mit ultraschall-sensor Withdrawn EP2627475A1 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010048303 2010-10-14
PCT/EP2011/005160 WO2012048883A1 (de) 2010-10-14 2011-10-14 Werkzeugmaschine mit ultraschall-sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2627475A1 true EP2627475A1 (de) 2013-08-21

Family

ID=44905990

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP11778516.2A Withdrawn EP2627475A1 (de) 2010-10-14 2011-10-14 Werkzeugmaschine mit ultraschall-sensor

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20130195573A1 (de)
EP (1) EP2627475A1 (de)
DE (1) DE102011115918A1 (de)
WO (1) WO2012048883A1 (de)

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