WO2007087922A1 - System und verfahren zur erfassung einer geometrie eines werkstücks - Google Patents

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WO2007087922A1
WO2007087922A1 PCT/EP2006/069377 EP2006069377W WO2007087922A1 WO 2007087922 A1 WO2007087922 A1 WO 2007087922A1 EP 2006069377 W EP2006069377 W EP 2006069377W WO 2007087922 A1 WO2007087922 A1 WO 2007087922A1
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geometry
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processing step
machining
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Dirk Jahn
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
    • G05B2219/50071—Store actual surface in memory before machining, compare with reference surface

Definitions

  • the invention relates to a system and a method for detecting a geometry of a workpiece for its machining ⁇ tion and a machine tool comprising such a system.
  • the invention is used, for example, in the manufacture of a component with a production machine in which the geometry of the blank from which the component is to be manufactured must be known in order to determine a suitable manufacturing strategy.
  • the choice of optimal manufacturing strategy not only depends on the desired geometry, the so-called target geometry of the component, but also on the volume and geometry of the underlying blank. In particular, if the blanks were produced by casting, the blank geometry can vary widely. Because of the variance of these castings, it is often desirable to develop an adaptive, raw material geometry-dependent manufacturing strategy. Prerequisite ⁇ tion for this is that the geometry of each workpiece or each blank is known before the machining process.
  • Knowing the blank geometry in advance of a production step carried out with a production machine is particularly desirable in the case of machining.
  • These component dimensions are a measure of the actual volume of the component to be cut during production.
  • the NC program and the for the machining tool provided therefore taking into ⁇ the component allowances schreib be selected.
  • the determination of the Roteilgeometrie and thus the determination of the tolerances of the component to be produced is carried out today usually by means of a mechanical measuring system or castings over Aufforcetabellen.
  • a mechanical measuring system the underlying workpiece is scanned with a measuring head.
  • the workpiece In order to achieve the most accurate determination of the blank geometry, the workpiece usually has to be approached several times.
  • the invention has for its object to facilitate the determination ei ⁇ ner suitable manufacturing strategy for the machining of a workpiece.
  • the object is achieved by means of a system for determining geo ⁇ metric changes of a workpiece which can be generated by a processing step, the system comprising: at least one camera for generating at least one from ⁇ image of the workpiece before the machining step, a storage area for target geometry values, which is to have the workpiece after the processing step, - determining means for determining workpiece geometry ⁇ values that the workpiece before the processing step ⁇ has, based on the at least one image and calculation means for calculating Differenzgeometrie- values, which a difference between the Werk Swissgeomet- rierier and describe the target geometry values.
  • the object is achieved by a method for determining geometric changes of a workpiece, which can be generated by a processing step, with the following method steps:
  • the knowledge of the Dif ⁇ is ferenz geometry values, the difference between the Geomet ⁇ rie of the workpiece before processing and describe after machining ⁇ tung, an essential input variable.
  • the OF INVENTION ⁇ -making is now based on the realization that a Particularly efficient and rapid determination of differential geometry values can be achieved using a visual method.
  • an image of the workpiece to be machined is first he testifies ⁇ with the help of at least one camera.
  • the desired geometry of the component to be produced after the machining step is stored in the memory area in the form of desired geometric values.
  • a differential consideration of the desired geometry values and the workpiece geometry values by ⁇ is characterized by the Diffe ⁇ ence geometry values.
  • the advantage of the herein described optical system for detecting the workpiece geometry in comparison with the methods known from the prior art is that the visual detection of the geometry is considerably faster than the scanning of the workpiece geometry with the aid of a measuring head.
  • the position of the workpiece within the machine tool or the up ⁇ jig to be at least roughly known. Otherwise, the probe must be moved manually to a suitable starting position in order to carry out the measuring procedure manually.
  • manual operations mean additional time ⁇ effort in the machine, which fully loaded the main time of Ma ⁇ machine. If such a manual measuring process takes place within a clamping station, then the non-productive time is considerably burdened. With the aid of the visual system according to the invention for detecting the workpiece geometry, such an increase in the main time or secondary time can be avoided.
  • the detection according to the invention the geometry of the workpiece before the machining step is advantageous in particular in driving zerspannenden ⁇ Ver.
  • the calculation means for calculating the differential geometry values in the form of at least one oversize pre ⁇ see that inside the processing step to achieve the desired geometry len values to be removed from the workpiece.
  • the volume to be cut during the machining of the workpiece depends on the or the dimensions of the component.
  • the manufacturing strategy in comparison with the prior art are considerably reduced the time required of such optimization.
  • the differential geometry values can be drawn on the one hand as a basis for determining an optimal tool for the production zoom ⁇ .
  • the differential geometry can te and specifically also NC-controlled art manufacturing processes ⁇ to optimize a machining program Hérange ⁇ covered. Therefore, the system in another vorteilhaf ⁇ ter embodiment, the invention adaptation means for adaptation to a geometry values for controlling the machining of the workpiece machining program space provided in dependence of the Differenzgeo ⁇ .
  • the memory area is provided for storing a setpoint geometry model corresponding to the setpoint geometry which describes the workpiece after the processing step.
  • the system has model setting means for generating the setpoint omete ⁇ emodells.
  • this mode creator Stel ⁇ averaging means can be used to generate the desired geometry model to Ba ⁇ sis of the machining program. Should be in Memory area still no desired geometry model be present, it is automatically generated in such an embodiment of the invention from the machining program and then stored in the memory area.
  • the determining means is for determining the workpiece geomet ⁇ ehong in the form of a workpiece geometry model pre ⁇ see. Approximate shape
  • the calculation means for calculating Dif ⁇ are ferenz geometry values provided based on the target geometry model and the workpiece geometry model.
  • the geometries of the workpiece are compared with each other before and after machining to provide a basis for optimal determination of a production Strate ⁇ energy to produce.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized, for example, in that the determination means for determining the workpiece geometry values are provided by extraction of edges of the workpiece from the image.
  • the system comprises selection means for selecting one of the machining tool ⁇ suitable processing step on a machine tool on the basis of the differential geometry values.
  • Is beispielswei ⁇ se at a zerspannenden method first determines an allowance, so can the basis of the oversize and the associated volume to zerspannenden a possible tool breakage can be avoided by an appropriately sized working ⁇ generating the machine tool based on the determined Differenzgeomet- ⁇ ehong or the cutting layout is adjusted accordingly.
  • a machine tool with a system according to one of the previously described embodiments is advantageous in the field of production technology.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a method for detecting a geometry of a workpiece
  • FIG. 2 shows a system for detecting a geometry of a workpiece.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a method for detecting a geometry of a workpiece 1.
  • the work ⁇ piece 1 is located on a workpiece table 7 a Aufspannstation.
  • a machining step a step-shaped profile is to be milled into the workpiece 1 at an edge of the cuboidal blank. This milling process is to be carried out with an NC-controlled milling machine.
  • the allowance characterizes the volume to be cut using the milling machine.
  • the ⁇ ses can be used as a basis for the choice of a suitable tool.
  • the milling process is ert gesteu ⁇ by a machining program 4, which runs on a numerical control milling machine.
  • the NC machining program 4 is adapted in the illustrated method as a function of the or the oversizes.
  • an image is generated of the workpiece to be machined by means of a first 1 ⁇ Ka ra. 2 Re to wide ⁇ images of the workpiece 1 by means of the camera 2 can be provided that the workpiece 7 is rotatably supported, the workpiece 1 can be brought into different positions, gene to erzeu ⁇ .
  • a workpiece geometry model 6 is generated from the images. This is an Kant model of the considered object.
  • objects, as in the illustrated example, the workpiece table 7, have been calculated out of the images initially.
  • a desired geometry model 5 is automatically generated, which describes the dimensions of the workpiece after the milling process.
  • the ter is the oversizes the component charak ⁇ finally differential geometry values.
  • the differential geometry values 3 are used on the one hand to select a suitable tool of the milling machine.
  • the difference geometry values 3 serve as the basis for an adaptation of the processing program 4 with regard to an optimal production strategy.
  • the system 2 shows a system for detecting a geometry of a workpiece 1, which is positioned on a workpiece table 7.
  • the geometry of this workpiece 1, which serves as a blank for a production process, is as fast as possible and efficient.
  • the system includes a camera 2.
  • HMI 8 Human Machine Interface
  • a user of the system can activate a command to determine the allowance of the part to be manufactured.
  • different images of the workpiece 1 are generated by the camera, wherein the workpiece table 7 between ⁇ the images is rotated in each case to make new Perspekti ⁇ ven of the component on the camera 2 detectable.
  • the images are sent from the camera 2 to a PC 9.
  • determining means in the form of a program implemented Computerpro ⁇ provided rie tone for determining Maschinen Swissgeomet ⁇ having the workpiece before the machining step.
  • Computerpro ⁇ 9 computation means are implemented to calculate difference values on the PC geometry describing a difference between the workpiece geometry values and the desired geometry values.
  • the PC 9 contains a SpeI cher Scheme ⁇ , in which the target geometry values, which is intended to have the workpiece after the machining step, are stored in the form of a target geometry model. Furthermore, the PC 9
  • the described determination of differential geometry values representing the desired change in workpiece geometry during the Describe manufacturing step is advantageous not only in the above-described separating manufacturing processes.
  • the method can be used in all production steps in which a change in the workpiece geometry is to take place.
  • forming processes z. B. in which components are produced from solid blanks by permanent change in shape, a detection of Rohteilgeomet ⁇ e be ⁇ by means of an optical method be useful to optimize the Um ⁇ molding process.
  • Examples of such forming processes include forging, pressing, rolling, extrusion, folding, deep drawing, beading, flanging, straightening and bending.
  • an application of the invention in coating methods is conceivable in which the geometry is changed by added masses.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks (1) zu dessen Bearbeitung. Um eine Optimierung einer Fertigungsstrategie für die Bearbeitung eines Werkstücks (1) zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass das System mindestens eine Kamera (2) zur Erzeugung mindestens eines Abbildes des Werkstücks (1) vor einem Bearbeitungsschritt, einen Speicherbereich für Sollgeometriewerte, die das Werkstück (1) nach dem Bearbeitungsschritt aufweisen soll, Bestimmungsmittel zur Bestimmung von Werkstückgeometriewerten, die das Werkstück (1) vor dem Bearbeitungsschritt aufweist, anhand des mindestens einen Abbildes und Berechnungsmittel zur Berechnung von Differenzgeometriewerten (3), die eine Differenz zwischen den Werkstückgeometriewerten und den Sollgeometriewerten beschreiben aufweist.

Description

Beschreibung
System und Verfahren zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks
Die Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks zu dessen Bearbei¬ tung sowie eine Werkzeugmaschine umfassend ein derartiges System.
Die Erfindung kommt beispielsweise bei der Fertigung eines Bauteils mit einer Produktionsmaschine zum Einsatz, bei der die Geometrie des Rohteils, aus dem das Bauteil gefertigt werden soll, bekannt sein muss, um eine geeignete Fertigungs- Strategie zu bestimmen. Die Wahl der optimalen Fertigungs¬ strategie hängt nicht nur von der gewünschten Geometrie, der so genannten Sollgeometrie, des herzustellenden Bauteils ab, sondern auch von dem Volumen und der Geometrie des zugrunde liegenden Rohteils. Insbesondere dann, wenn die Rohteile durch Gießverfahren hergestellt wurden, kann die Rohteilgeometrie stark schwanken. Aufgrund der Varianz dieser Gussteile ist es daher häufig wünschenswert, eine adaptive, rohteilgeo- metrieabhängige Fertigungsstrategie zu entwickeln. Vorausset¬ zung hierfür ist, dass die Geometrie jedes Werkstücks bzw. jedes Rohteils vor dem Bearbeitungsvorgang bekannt ist.
Die Kenntnis der Rohteilgeometrie im Vorfeld eines mit einer Produktionsmaschine durchgeführten Fertigungsschrittes ist insbesondere im Falle der zerspannenden Bearbeitung wün- sehenswert. Hierbei bestimmt die Differenz zwischen der Geo¬ metrie des zugrunde liegenden Werkstücks und der Geometrie des fertigen Bauteils das oder die so genannten Bauteilaufma- ße. Diese Bauteilaufmaße sind ein Maß für das tatsächlich zu zerspannende Volumen des Bauteils bei der Fertigung. Für eine optimale Wahl der Fertigungsstrategie, z.B. für die Fertigung mit Hilfe einer NC-Maschine, sollte das NC-Programm und das für die Bearbeitung vorgesehene Werkzeug daher unter Berück¬ sichtigung der Bauteilaufmaße gewählt werden.
Die Bestimmung der Roteilgeometrie und damit die Bestimmung der Aufmaße des herzustellenden Bauteils erfolgt heute in der Regel mittels eines mechanischen Messsystems oder bei Guss- teilen über Aufmaßtabellen. Bei Verwendung eines mechanischen Messsystems wird das zugrunde liegende Werkstück mit einem Messkopfes abgetastet. Um eine möglichst genaue Bestimmung der Rohteilgeometrie zu erreichen, muss das Werkstück in der Regel mehrfach angefahren werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Ermittlung ei¬ ner geeigneten Fertigungsstrategie für die Bearbeitung eines Werkstücks zu erleichtern.
Die Aufgabe wird mit Hilfe eines Systems zur Bestimmung geo¬ metrischer Veränderungen eines Werkstücks gelöst, die durch einen Bearbeitungsschritt erzeugbar sind, wobei das System umfasst: mindestens eine Kamera zur Erzeugung mindestens eines Ab¬ bildes des Werkstücks vor dem Bearbeitungsschritt, einen Speicherbereich für Sollgeometriewerte, die das Werkstück nach dem Bearbeitungsschritt aufweisen soll, - Bestimmungsmittel zur Bestimmung von Werkstückgeometrie¬ werten, die das Werkstück vor dem Bearbeitungsschritt auf¬ weist, anhand des mindestens einen Abbildes und Berechnungsmittel zur Berechnung von Differenzgeometrie- werten, die eine Differenz zwischen den Werkstückgeomet- riewerten und den Sollgeometriewerten beschreiben.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Bestimmung geometrischer Veränderungen eines Werkstücks gelöst, die durch einen Bearbeitungsschritt erzeugbar sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
Erzeugen mindestens eines Abbildes des Werkstucks vor dem Bearbeitungsschritt mit mindestens einer Kamera, Bestimmen von Werkstύckgeometriewerten, die das Werkstück vor dem Bearbeitungsschritt aufweist, anhand des mindes¬ tens einen Abbildes und
Berechnen von Differenzgeometriewerten, die eine Differenz zwischen den Werkstückgeometriewerten und Sollgeometrie¬ werten beschreiben, die das Werkstück nach dem Bearbeitungsschritt aufweisen soll.
Zur Optimierung eines z.B. mit Hilfe einer Werkzeugmaschine durchgeführten Fertigungsschrittes ist die Kenntnis der Dif¬ ferenzgeometriewerte, die die Differenz zwischen der Geomet¬ rie des Werkstücks vor der Bearbeitung und nach der Bearbei¬ tung beschreiben, eine wesentliche Eingangsgröße. Der Erfin¬ dung liegt nunmehr die Erkenntnis zugrunde, dass eine beson- ders effiziente und schnelle Bestimmung dieser Differenzgeo¬ metriewerte mit Hilfe eines visuellen Verfahrens erreicht werden kann. Hierzu wird zunächst mit Hilfe der mindestens einen Kamera ein Bild des zu bearbeitenden Werkstücks er¬ zeugt. Je nach dem, welche Bearbeitungsschritte an dem Werk- stück durchgeführt werden sollen, können natürlich auch mehrere Abbilder des Werkstücks erzeugt werden. In der Regel ist es vorteilhaft, hierzu verschiedene Perspektiven des Werk¬ stücks mit Hilfe der Kamera abzubilden. Dies kann z.B. da¬ durch realisiert werden, dass entweder die Kamera gedreht o- der geschwenkt wird oder aber das Werkstück in seiner Lage verändert wird. Weiterhin können natürlich auch mehrere Kame¬ ras von dem System umfasst sein, so dass die verschiedenen Perspektiven des Werkstücks von mehr als einer Kamera abge¬ bildet werden.
Anhand des oder der Abbilder des Werkstücks werden anschlie¬ ßend die Werkstückgeometriewerte bestimmt, die die Geometrie des Werkstücks vor dem Bearbeitungsschritt kennzeichnen.
Die nach dem Bearbeitungsschritt gewünschte Geometrie des herzustellenden Bauteils ist in Form von Sollgeometriewerten im Speicherbereich hinterlegt. Als Grundlage für die Optimie- rung der Fertigungsstrategie wird eine Differenzbetrachtung der Sollgeometriewerte und der Werkstückgeometriewerte durch¬ geführt. Das Ergebnis dieser Betrachtung ist durch die Diffe¬ renzgeometriewerte charakterisiert .
Der Vorteil des hierbei beschriebenen optischen Systems zur Erfassung der Werkstύckgeometπe im Vergleich zu den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist, dass die visuelle Erfassung der Geometrie erheblich schneller ist, als die Ab- tastung der Werkstückgeometrie mit Hilfe eines Messkopfes.
Bei den bekannten mechanischen Verfahren muss zur Bestimmung der Rohteilgeometrie bzw. der Werkstückgeometrie dieses in der Regel mehrfach angefahren werden. Um Kollisionen zu ver¬ meiden, kann bei dieser Art der kontaktbasierten Bestimmung der Rohteilgeometrie der verwendete Messtaster nur sehr lang¬ sam an das Werkstück herangefahren werden. Daher sind derartige aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren im Ver¬ gleich zum erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung der Werkstückgeometrie erheblich zeitaufwendiger.
Auch muss bei den bekannten mechanischen Verfahren die Lage des Werkstücks innerhalb der Werkzeugmaschine bzw. der Auf¬ spannvorrichtung zumindest grob bekannt sein. Andernfalls muss der Messtaster manuell an eine geeignete Startposition gefahren werden, um den Messvorgang manuell vorzunehmen. Derartige manuelle Vorgänge bedeuten jedoch zusätzlichen Zeit¬ aufwand in der Maschine, welches voll die Hauptzeit der Ma¬ schine belastet. Findet ein solcher manueller Messvorgang innerhalb einer Aufspannstation statt, so wird hierdurch die Nebenzeit erheblich belastet. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen visuellen Systems zur Erfassung der Werkstückgeometrie kann eine solche Erhöhung der Hauptzeit bzw. Nebenzeit vermieden werden.
Die erfindungsgemäße Erfassung der Werkstückgeometrie vor dem Bearbeitungsschritt ist insbesondere bei zerspannenden Ver¬ fahren vorteilhaft. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfin- düng sind daher die Berechnungsmittel zur Berechnung der Dif¬ ferenzgeometriewerte in Form mindestens eines Aufmaßes vorge¬ sehen, welches innerhalb des Bearbeitungsschrittes zum Erzie¬ len der Sollgeometriewerte vom Werkstück abzutragen ist. Das zu zerspannende Volumen bei der Bearbeitung des Werkstücks hängt von dem oder den Aufmaßen des Bauteils ab. Um den Werkzeugverschleiß eines solchen zerspannenden Prozesses zu mini¬ mieren und/oder die Fertigungszeit so gering wie möglich zu halten, ist daher eine Optimierung der Fertigungsstrategie unter Berücksichtigung des oder der Aufmaße zweckmäßig. Durch die zugrunde liegende optische Bestimmung der Werkstückgeo¬ metrie vor der Bearbeitung und die daraus folgende Bestimmung des Aufmaßes kann der Zeitaufwand einer solchen Optimierung der Fertigungsstrategie im Vergleich zum Stand der Technik erheblich reduziert werden.
Die Differenzgeometriewerte können zum einen als Basis zur Bestimmung eines optimalen Werkzeugs für die Fertigung heran¬ gezogen werden. Zum anderen können die Differenzgeometπewer- te aber auch insbesondere bei NC-gesteuerten Fertigungspro¬ zessen zur Optimierung eines Bearbeitungsprogrammes herange¬ zogen werden. Daher weist das System in weiterer vorteilhaf¬ ter Ausgestaltung der Erfindung Adaptionsmittel zur Adaption eines zur Steuerung der Bearbeitung des Werkstücks vorgesehe- nen Bearbeitungsprogramms in Abhängigkeit der Differenzgeo¬ metriewerte auf.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Speicherbereich zum Speichern von einem den Sollgeometπewer- ten entsprechenden Sollgeometriemodell, welches das Werkstück nach dem Bearbeitungsschritt beschreibt, vorgesehen.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das System Modellerstellungsmittel zur Erstellung des Sollge- ometπemodells auf. Beispielsweise können diese Modellerstel¬ lungsmittel zur Generierung des Sollgeometriemodells auf Ba¬ sis des Bearbeitungsprogramms herangezogen werden. Sollte im Speicherbereich noch kein Sollgeometriemodell vorhanden sein, so wird dieses bei einer derartigen Ausgestaltungsform der Erfindung automatisch aus dem Bearbeitungsprogramm erzeugt und im Speicherbereich anschließend abgelegt.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Bestimmungsmittel zur Bestimmung der Werkstück- geometπewerte in Form eines Werkstückgeometriemodells vorge¬ sehen. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser Ausfüh- rungsform sind die Berechnungsmittel zur Berechnung der Dif¬ ferenzgeometriewerte anhand des Sollgeometriemodells und des Werkstückgeometriemodells vorgesehen. Hierbei werden anhand der entsprechenden Modelle die Geometrien des Werkstücks vor und nach der Bearbeitung miteinander verglichen, um eine Grundlage für die optimale Bestimmung einer Fertigungsstrate¬ gie zu erzeugen.
Zur Bestimmung der Werkstückgeometriewerte bieten sich ver¬ schiedene Bilderkennungsalgoπthmen an. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist z.B. dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungsmittel zur Bestimmung der Werkstück¬ geometriewerte durch Extraktion von Kanten des Werkstücks aus dem Abbild vorgesehen sind.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das System Auswahlmittel zur Auswahl eines für den Bearbei¬ tungsschritt geeigneten Werkzeugs einer Werkzeugmaschine auf Grundlage der Differenzgeometriewerte auf. Wird beispielswei¬ se bei einem zerspannenden Verfahren zunächst ein Aufmaß be- stimmt, so kann anhand des Aufmaßes und des damit verbundenen zu zerspannenden Volumens ein etwaiger Werkzeugbruch dadurch vermieden werden, dass ein entsprechend dimensioniertes Werk¬ zeug der Werkzeugmaschine auf Grundlage der Differenzgeomet- πewerte bestimmt wird oder die Schnittaufteilung entspre- chend angepasst wird. U.a. zur Optimierung der Bearbeitungszeit, zur Reduktion des Werkzeugverschleißes, zur Vermeidung von Werkzeugbruch und zur Sicherstellung der Qualität des zu produzierenden Bauteils ist im Umfeld der Fertigungstechnik eine Werkzeugma- schine mit einem System gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen vorteilhaft.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und er- läutert.
Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks und
FIG 2 ein System zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks .
FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks 1. Das Werk¬ stück 1 befindet sich auf einem Werkstücktisch 7 einer Aufspannstation. In einem zerspannenden Bearbeitungsschritt soll in das Werkstück 1 an einer Kante des quaderförmigen Rohteils ein stufenförmiges Profil eingefräst werden. Dieser Fräsvor- gang soll mit einer NC-gesteuerten Fräsmaschine durchgeführt werden.
Um für diesen Bearbeitungsschritt eine optimale Fertigungs¬ strategie zu bestimmen, soll mit Hilfe des dargestellten Ver- fahrens mit möglichst geringem Zeitaufwand das Aufmaß des ge¬ frästen Fertigteils bestimmt werden. Das Aufmaß kennzeichnet das mit Hilfe der Fräsmaschine zu zerspannende Volumen. Die¬ ses wiederum kann als Grundlage für die Wahl eines geeigneten Werkzeugs genutzt werden. Auf Grundlage des Aufmaßes kann auf den Verschleiß des Werkzeugs bei der Durchführung des Fräs¬ vorgangs geschlossen werden und somit ein geeignetes Werkzeug gewählt werden. Der Fräsvorgang wird durch ein Bearbeitungsprogramm 4 gesteu¬ ert, welches auf einer numerischen Steuerung der Fräsmaschine abläuft. Zur Optimierung des Fertigungsvorganges wird in dem dargestellten Verfahren das NC-Bearbeitungsprogramm 4 in Ab- hängigkeit des oder der Aufmaße adaptiert.
Zur Bestimmung der Aufmaße wird zunächst mit Hilfe einer Ka¬ mera 2 ein Abbild des zu bearbeitenden Werkstücks 1 erzeugt. Sofern der Werkstück 7 drehbar gelagert ist, kann das Werk- stück 1 in verschiedene Positionen gebracht werden, um weite¬ re Abbilder des Werkstücks 1 mit Hilfe der Kamera 2 zu erzeu¬ gen .
Anhand eines mathematischen Algorithmus wird aus den Abbil- dern ein Werkstückgeometriemodell 6 erzeugt. Hierbei handelt es sich um ein Kantmodell des betrachteten Objektes. Bei der Erstellung dieses Kantenmodells 6 sind Umgebungsobjekte, wie in dem dargestellten Beispiel der Werkstücktisch 7, aus den Abbildern zunächst herausgerechnet worden.
Aus dem Bearbeitungsprogramm 4 wird automatisch ein Sollgeometriemodell 5 generiert, welches die Abmaße des Werkstücks nach dem Fräsvorgang beschreibt. Somit ergeben sich die Aufmaße des herzustellenden Bauteils durch einen Vergleich des Werkstückgeometriemodells 6 und des Sollgeometriemodells 5. Durch eine Differenzbildung werden schließlich Differenzgeo¬ metriewerte 3 generiert, die die Aufmaße des Bauteils charak¬ terisieren. Die Differenzgeometriewerte 3 werden zum einen dazu verwendet, ein geeignetes Werkzeug der Fräsmaschine aus- zuwählen. Zum anderen dienen die Differenzgeometriewerte 3 als Grundlage für eine Adaption des Bearbeitungsprogramms 4 im Hinblick auf eine optimale Fertigungsstrategie.
FIG 2 zeigt ein System zur Erfassung einer Geometrie eines Werkstücks 1, welches auf einem Werkstücktisch 7 positioniert ist. Um die Geometrie dieses als Rohteil für einen Ferti- gungsprozess dienenden Werkstücks 1 möglichst schnell und ef- fizient zu erfassen, umfasst das System eine Kamera 2. Über ein HMI 8 (Human Machine Interface) kann ein Anwender des Systems einen Befehl zur Bestimmung des Aufmaßes des zu fertigenden Teils aktivieren. Nach der Aktivierung des Systems über das HMI 8 werden von der Kamera 2 verschiedene Abbilder des Werkstücks 1 erzeugt, wobei der Werkstücktisch 7 zwi¬ schen den Abbildern jeweils gedreht wird, um neue Perspekti¬ ven des Bauteils über die Kamera 2 erfassbar zu machen. Die Abbilder werden von der Kamera 2 an einen PC 9 gesendet. Auf dem PC 9 sind Bestimmungsmittel in Form eines Computerpro¬ gramms implementiert, die zur Bestimmung von Werkstückgeomet¬ riewerten vorgesehen sind, die das Werkstück vor dem Bearbeitungsschritt aufweist. Ebenfalls in Form eines Computerpro¬ gramms sind auf dem PC 9 Berechnungsmittel zur Berechnung von Differenzgeometriewerten implementiert, die eine Differenz zwischen den Werkstückgeometriewerten und den Sollgeometriewerten beschreiben. Weiterhin enthält der PC 9 einen Spei¬ cherbereich, in dem die Sollgeometriewerte, die das Werkstück nach dem Bearbeitungsschritt aufweisen soll, in Form eines Sollgeometriemodells hinterlegt sind. Ferner weist der PC 9
Adaptionsmittel auf, mit denen ein zur Steuerung der Bearbei¬ tung des Werkstücks 1 vorgesehenes Bearbeitungsprogramm in Abhängigkeit der Differenzgeometriewerte adaptiert werden kann .
Nach dem mit Hilfe des PC's 9 aus den Abbildern des Werk¬ stücks 1 zunächst ein Werkstückgeometriemodell generiert wur¬ de, dieses mit dem Sollgeometriemodell verglichen wurde und anschließend die Differenzgeometriewerte bestimmt wurden, wird das Bearbeitungsprogramm automatisch auf dem PC 9 ent¬ sprechend der Differenzgeometriewerte adaptiert. Das auf die¬ se Weise optimierte Bearbeitungsprogramm wird anschließend vom PC 9 auf eine numerische Steuerung 10 der für die Bear¬ beitung vorgesehenen Werkzeugmaschine geladen.
Die beschriebene Bestimmung der Differenzgeometriewerte, die die gewünschte Veränderung der Werkstückgeometrie während des Fertigungsschrittes beschreiben, ist nicht nur bei den zuvor beschriebenen trennenden Fertigungsverfahren vorteilhaft. Das Verfahren kann bei sämtlichen Fertigungsschritten eingesetzt werden, bei denen eine Veränderung der Werkstückgeometrie er- folgen soll. Auch bei umformenden Verfahren z. B., bei denen Bauteile aus festen Rohteilen durch bleibende Formänderung erzeugt werden, kann eine Erfassung der Rohteilgeometπe mit¬ tels eines optischen Verfahrens zweckmäßig sein, um den Um¬ formvorgang zu optimieren. Beispiele für derartige umformende Verfahren sind Schmieden, Eindrücken, Walzen, Strangpressen, Falten, Tiefziehen, Sicken, Bördeln, Richten und Biegen. Weiterhin ist eine Anwendung der Erfindung bei beschichtenden Verfahren denkbar, bei denen die Geometrie durch hinzugefügte Massen verändert wird.

Claims

Patentansprüche
1. System zur Bestimmung geometrischer Veränderungen eines Werkstucks (1), die durch einen Bearbeitungsschritt erzeugbar sind, wobei das System umfasst: mindestens eine Kamera (2) zur Erzeugung mindestens eines Abbildes des Werkstucks (1) vor dem Bearbeitungsschritt, einen Speicherbereich für Sollgeometriewerte, die das Werkstuck (1) nach dem Bearbeitungsschritt aufweisen soll, Bestimmungsmittel zur Bestimmung von Werkstuckgeometrie¬ werten, die das Werkstuck (1) vor dem Bearbeitungsschritt aufweist, anhand des mindestens einen Abbildes und Berechnungsmittel zur Berechnung von Differenzgeometπe- werten (3), die eine Differenz zwischen den Werkstuckgeo metπewerten und den Sollgeometriewerten beschreiben.
2. System nach Anspruch 1, wobei die Berechungsmittel zur Berechnung der Differenzgeo¬ metriewerte (3) in Form mindestens eines Aufmaßes vorgesehen sind, welches innerhalb des Bearbeitungsschrittes zum Erzie¬ len der Sollgeometriewerte vom Werkstuck (1) abzutragen ist.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das System Adaptionsmittel zur Adaption eines zur Steu- erung der Bearbeitung des Werkstucks (1) vorgesehenen Bearbeitungsprogramms (4) in Abhängigkeit der Differenzgeometπe- werte (3) aufweist.
4. System nach Anspruch 1,2 oder 3, wobei der Speicherbereich zum Speichern von einem den Sollge¬ ometriewerten entsprechenden Sollgeometriemodell (5), welches das Werkstuck (1) nach dem Bearbeitungsschritt beschreibt, vorgesehen ist.
5. System nach Anspruch 4, wobei das System Modellerstellungsmittel zur Erstellung des Sollgeometriemodells (5) aufweist.
6. System nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Bestimmungsmittel zur Bestimmung der Werkstückgeo- metπewerte in Form eines Werkstύckgeometπemodells (6) vor¬ gesehen sind.
7. System nach Anspruch 6 wobei die Berechnungsmittel zur Berechnung der Differenzgeo¬ metriewerte (3) anhand des Sollgeometriemodells (5) und des Werkstύckgeometπemodells (6) vorgesehen sind.
8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmungsmittel zur Bestimmung der Werkstückgeo- metπewerte durch Extraktion von Kanten des Werkstücks (1) aus dem Abbild vorgesehen sind.
9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System Auswahlmittel zur Auswahl eines für den Be- arbeitungsschπtt geeigneten Werkzeugs einer Werkzeugmaschine auf Grundlage der Differenzgeometriewerte (3) aufweist.
10. Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines Werkstücks (1), wobei die Werkzeugmaschine ein System nach einem der Ansprü¬ che 1 bis 9 aufweist.
11. Verfahren zur Bestimmung geometrischer Veränderungen eines Werkstücks (1), die durch einen Bearbeitungsschritt er¬ zeugbar sind, mit folgenden Verfahrensschritten:
Erzeugen mindestens eines Abbildes des Werkstucks vor dem Bearbeitungsschritt mit mindestens einer Kamera (2), Bestimmen von Werkstückgeometriewerten, die das Werkstück (1) vor dem Bearbeitungsschritt aufweist, anhand des min¬ destens einen Abbildes und
Berechnen von Differenzgeometriewerten (3), die eine Differenz zwischen den Werkstückgeometriewerten und Sollgeo- metπewerten beschreiben, die das Werkstück (1) nach dem Bearbeitungsschritt aufweisen soll.
12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Differenzgeometriewerte (3) in Form mindestens ei¬ nes Aufmaßes berechnet werden, welches innerhalb des Bearbei¬ tungsschrittes zum Erzielen der Sollgeometriewerte vom Werk- stück (1) abzutragen ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei eines zur Steuerung der Bearbeitung des Werkstücks (1) vorgesehenes Bearbeitungsprogramm (4) in Abhängigkeit der Differenzgeometriewerte (3) adaptiert wird.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13, wobei ein den Sollgeometriewerten entsprechendes Sollgeomet¬ riemodell (5) in einem Speicherbereich gespeichert wird, wel- ches das Werkstück (1) nach dem Bearbeitungsschritt be¬ schreibt .
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Sollgeometriemodell (5) erstellt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Werkstückgeometriewerte in Form eines Werkstückgeo¬ metriemodells (6) bestimmt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Differenzgeometriewerte (3) anhand des Sollgeomet¬ riemodells (5) und des Werkstückgeometriemodells (6) berech¬ net werden.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei die Werkstückgeometriewerte durch Extraktion von Kanten des Werkstücks (1) aus dem Abbild bestimmt werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei ein für den Bearbeitungsschritt geeignetes Werkzeug ei¬ ner Werkzeugmaschine auf Grundlage der Differenzgeometπewer- te (3) ausgewählt wird.
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