DE102005034107A1

DE102005034107A1 - Mess- und/oder Einstellgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahmespindel

Info

Publication number: DE102005034107A1
Application number: DE102005034107A
Authority: DE
Inventors: Felix Thiel; Christian Pfau
Original assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Current assignee: E Zoller GmbH and Co KG; E Zoller GmbH and Co KG Einstell und Messgeraete
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2005-07-21
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2025-07-22
Also published as: DE102005034107B4

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Mess- und/oder Einstellgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahmespindel (10), mit einer Recheneinheit (12) mit einem Messprogramm zum Auswerten der von einer Messdatenerfassungseinheit (14) erfassten Messwerte eines eingespannten Messobjekts (16). DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit (12) dazu vorgesehen ist, wenigstens einen ersten Parameter (R, PHI, chi) des Messprogramms zu verarbeiten, der eine Kenngröße für einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel (10) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Mess- und/oder Einstellgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahmespindel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Vermessen eines Werkzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Aus dem Stand der Technik ist ein Mess- und Einstellgerät zum Vermessen einer Schneidkante eines Werkzeugs bekannt, in dem ein Taumel- und Rundlauffehler an einem Schaft des in der Werkzeugaufnahmespindel eingespannten Werkzeugs bestimmt und im Programmablauf berücksichtigt werden kann. Dieser Taumel- und Rundlauffehler setzt sich aus Beiträgen der Werkzeugaufnahmespindel, eines Werkzeugfutters und des Werkzeugs zusammen und muss bei jedem Messvorgang für jedes Werkzeug neu bestimmt werden.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugaufnahmespindel bzw. deren Lagerung kostengünstiger auszugestalten, ohne Präzisionseinbußen in einem Messergebnis hinnehmen zu müssen. Sie wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Mess- und/oder Einstellgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahmespindel, mit einer Recheneinheit mit einem Messprogramm zum Auswerten der von einer Messdatenerfassungseinheit erfassten Messwerte eines eingespannten Messobjekts.

Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, wenigstens einen ersten Parameter des Messprogramms zu verarbeiten, der eine Kenngröße für einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel bildet. Der Parameter kann vorteilhaft von der Recheneinheit beim Auswerten der Messwerte genutzt werden. Ein durch Rundlauf- und/oder Taumelfehler bedingter Fehler in einem Messergebnis ist dann kompensierbar. Dadurch kann trotz eines Rundlauf- und/oder Taumelfehlers eine hohe Präzision im Ergebnis der Auswertung sichergestellt werden, so dass ein solcher Rundlauf- und/oder Taumelfehler in Kauf genommen werden kann. Dadurch können insbesondere in der Lagerung der Werkzeugaufnahmespindel und auch in einer mechanischen Ausgestaltung der Werkzeugaufnahmespindel Kosteneinsparungspotenziale erschlossen werden. Die Recheneinheit umfasst eine Speichereinheit zum Speichern des Messprogramms.

Als Kenngröße für einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel ist ein Parameter nutzbar, wenn der Parameter zumindest hauptsächlich durch den Rundlauf- und/oder Taumelfehler bestimmt ist und wenn sich der Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel umkehrbar eindeutig aus dem Parameter ergibt. Dabei kann der Parameter besonders vorteilhaft Teil eines Parametersatzes sein, der neben einem Betrag und einer Phase des Rundlauffehlers auch einen Betrag und eine Phase des Taumelfehlers umfasst.

Ein Rundlauf- oder Taumelfehler kann sich ergeben, wenn eine ideale Drehachse des Mess- und/oder Einstellgeräts, um welche die Werkzeugaufnahmespindel drehbar ist, von einer Einspannachse der Werkzeugaufnahmespindel abweicht. Als „Einspannachse" soll in diesem Zusammenhang eine Symmetrieachse einer häufig kegelförmigen Ausnehmung der Werkzeugaufnahmespindel bezeichnet werden, die zur Aufnahme eines Werkzeugfutters des zu vermessenden oder einzustellenden Werkzeugs oder eines Adapters vorgesehen ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, den ersten Parameter bei der Auswertung der Messwerte zur Korrektur des Rundlauf- und/oder Taumelfehlers zu nutzen. Dadurch kann das Mess- und/oder Einstellgerät einfach und effektiv justiert werden. Prinzipiell wäre auch eine Ausgabe der Messwerte zusammen mit dem Taumelfehler denkbar. Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang auch „ausgelegt" und „ausgestattet" verstanden werden.

Ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, abhängig von dem ersten Parameter eine zumindest zweidimensionale Koordinaten transformation wenigstens eines Messpunkts durchzuführen, kann insbesondere eine Vielzahl von Messpunkten bzw. ein ganzes Bild einfach und mit gleicher Genauigkeit korrigiert werden.

Die Phasen der Rundlauf- und/oder Taumelfehler können sicher erfasst werden, wenn das Mess- und/oder Einstellgerät wenigstens eine Sensoreinheit zum Erfassen einer Drehlage der Werkzeugaufnahmespindel umfasst, die besonders vorteilhaft in einen Antrieb der Werkzeugaufnahmespindel integriert sein kann.

Ist die Recheneinheit zum Bestimmen von zumindest einem weiteren Parameter vorgesehen, der eine Kenngröße für einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler eines Adapterelements zum Anpassen der Werkzeugaufnahmespindel an einem Werkzeugfuttertyp bildet, kann eine geeignete Justierung des Mess- und/oder Einstellgeräts für eine Vielzahl von verschiedenartigen Adaptertypen bzw. Aufsätzen durch eine einfache Wahl des Parameters erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn Recheneinheit zum Verarbeiten von zumindest zwei, unterschiedlichen Adapterelementen zugeordneten Kenngrößen für deren jeweiligen Rundlauf- und/oder Taumelfehler vorgesehen ist.

Dabei kann ein Gesamtfehler, der den Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel und den Rundlauf- und/oder Taumelfehler des Adapterelements neben weiteren Fehlerbeiträgen kumulativ berücksichtigt, einfach und ohne eine zusätzliche Messung bestimmt werden, wenn die Recheneinheit in wenigstens einem Messprogramm den ersten Parameter und den weiteren Parameter additiv berücksichtigt.

Ferner wird vorgeschlagen, dass das Mess- und/oder Einstellgerät ein Mittel zum Erkennen eines Typs eines in die Werkzeugaufnahmespindel eingesetzten Adapterelements umfasst. Dadurch kann der dem erkannten Typ zugeordnete erste Parameter von der Recheneinheit selbsttätig aus der Speichereinheit ausgelesen und in einem Messprogramm eingesetzt werden.

Ist die Recheneinheit zum Ausführen eines Kalibrierungsprogramms zum Bestimmen des ersten Parameters vorgesehen, kann die Kalibrierung vorteilhaft zu jedem, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Zeitpunkt vorgenommen bzw. erneuert werden. Im Kalibrierungsprogramm kann ein geeichtes Messobjekt, beispielsweise ein Kalibrierungsdorn, zum Einsatz kommen.

Ferner geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Vermessen von in eine drehbare Werkzeugaufnahmespindel eingespannten Werkzeugen, wobei ein Rundlauf- und/oder Taumelfehler erfasst wird.

Es wird vorgeschlagen, dass in einem Kalibrierungsschritt ein Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel erfasst wird. Dadurch kann auf eine Werkzeugaufnahmespindel und auf eine Lagerung von geringerer Rundlaufgüte zurückgegriffen werden, wodurch Kosteneinsparungspotenziale ohne Einbußen in einer Genauigkeit realisierbar sind.

Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu weiteren sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 ein Mess- und Einstellgerät mit einer Werkzeugaufnahmespindel,
2 die Werkzeugaufnahmespindel aus 1 mit einem Kalibrierungsdorn und
3 die Werkzeugaufnahmespindel aus 1 mit einem Adapterelement und mit einem Kalibrierungsdorn.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt ein Mess- und Einstellgerät mit einer Werkzeugaufnahmespindel 10 zum Einspannen eines zu vermessenden Messobjekts 16, das insbesondere als in ein Werkzeugfutter 24 eingespanntes Werkzeug ausgebildet sein kann, und mit einer Messdatenerfassungseinheit 14. Die Messdatenerfassungseinheit 14 umfasst eine Kamera 28 und eine Beleuchtungseinheit 30 und dient der Vermessung des Messobjekts 16 in einem Durchlichtverfahren.
Zum Auswerten der von der Messdatenerfassungseinheit 14 erfassten Messwerte umfasst das Mess- und Einstellgerät eine Recheneinheit 12, in der verschiedene Messprogramme implemen tiert sind, und eine Speichereinheit 18 zum Speichern verschiedener Parameter der Messprogramme und zum Speichern der Messergebnisse. Die Recheneinheit 12 ist über eine Graphikkarte mit einem Monitor 32 verbunden, auf dem die Recheneinheit 12 die von der Kamera 28 erfassten Schattenrisse des Messobjekts 16 zusammen mit Hilfslinien und weiteren Bedienerinformationen während des Ablaufs der Messprogramme darstellt.
Während des Messprogramms ermittelt das Mess- und Einstellgerät weitgehend selbsttätig charakteristische Größen des eingespannten Werkstücks bzw. Messobjekts 16. Im Falle eines spanabtragenden Werkzeugs sind dies insbesondere die Lage und Anordnung von Schneiden, die Länge und ein Wirkradius des Werkzeugs.
Die Werkzeugaufnahmespindel 10 weist einen kegelförmigen oder zylindrischen Aufnahmebereich 34 auf, in den ein Adapterelement 22 eingespannt werden kann (3). Das Adapterelement 22 ist seinerseits durch einen geeigneten Aufnahmebereich 38 zum Spannen des Werkzeugfutters 24 ausgelegt, wobei die Werkzeugaufnahmespindel 10 durch das Adapterelement 22 an einen Typ des Werkzeugfutters 24 anpassbar ist. Will der Bediener ein Messobjekt 16 mit einem Werkzeugfutter 24 eines anderen Typs vermessen, kann er das Mess- und Einstellgerät durch ein einfaches Austauschen des Adapterelements 22 umrüsten. Die erfindungsgemäße Lösung ist für jeden, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Typ des Werkzeugfutters 24 einsetzbar. Trotz der Hochwertigkeit der Werkzeugaufnahmespindel 10 kann es durch geringe Fertigungstoleranzen zu einer Abweichung zwischen einer Symmetrieachse 36 des Aufnahmebereichs 34 und einer Drehachse 40 der Werkzeugaufnahmespindel 10 kommen (2). Die Drehachse 40 bildet eine ideale Messachse des Mess- und Einstellgeräts.
Die Abweichung der Symmetrieachse 36 von der Drehachse 40 bedingt einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler. Ein Rundlauffehler entsteht durch eine Parallelverschiebung der Symmetrieachse 36 zu der Drehachse 40, während ein Taumelfehler entsteht, wenn ein nicht verschwindender Winkel χ zwischen der Symmetrieachse 36 und der Drehachse 40 besteht.
Zum Bestimmen des Rundlauf- und Taumelfehlers der Werkzeugaufnahmespindel 10 kann ein Bediener über eine Eingabeeinheit 42 ein Kalibrierungsprogramm aktivieren. Zum Ausführen des Kalibrierungsprogramms muss der Bediener einen Kalibrierungsdorn 44 (2) in den Aufnahmebereich 34 einspannen. Das Mess- und Einstellgerät vermisst dann verschiedene Punkte einer von der Messdatenerfassungseinheit 14 ermittelten Kontur in wenigstens drei um jeweils 120° voneinander abweichenden Drehlagen der Werkzeugaufnahmespindel 10. Im konkreten Ausführungsbeispiel vermisst das Mess- und/oder Einstellgerät die Konturpunkte in 360, um jeweils 1° voneinander abweichenden Punkten und bestimmt aus den Messpunkten nach einem Verfahren der geringsten quadratischen Abweichung einen Taumelkreis. Durch die hohe Zahl von Messpunkten kann ein Einfluss geringfügiger Formabweichungen und/oder Verschmutzungen reduziert oder eliminiert werden. Aus der Drehlagenabhängigkeit der horizontalen Lage der auf verschiedenen vertikalen Ebenen bzw. Höhen liegenden Punkte bzw. aus den auf verschiedenen Höhen ermittelten Taumelkreisen ermittelt die Recheneinheit 12 durch einfache geometrische Operationen Parameter R, ϕ, χ, die eine Kenngröße für den Rundlauf- bzw. Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel 10 bilden. Der erste Parameter R beschreibt einen Betrag des Rundlauffehlers bzw. einen Radius, mit dem sich bei einer Drehung der Werkzeugaufnahmespindel 10 in einer bestimmten Horizontalebene die Symmetrieachse 36 um die Drehachse 40 dreht. Der zweite Parameter ϕ beschreibt eine Phase des Rundlauf- bzw. Taumelfehlers und der dritte Parameter χ beschreibt einen Winkel, um den die Symmetrieachse 36 relativ zu der Drehachse 40 geneigt ist.
Zum Bestimmen des Parameters ϕ bzw. der Phase nutzt die Recheneinheit 12 ein von einer als ROD-Geber ausgebildeten Sensoreinheit 20 zum Erfassen der Drehlage der Werkzeugaufnahmespindel 10 abgegriffenes Signal. Die Sensoreinheit 20 ist als Drehgeber ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können weitere Parameter ermittelt werden, beispielsweise ein weiterer Winkel für den Fall einer windschiefen Anordnung der Symmetrieachse 36 zur Drehachse 40. Ferner kann die Parametrisierung des Rundlauf- und/oder Taumelfehlers in jeder anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Weise erfolgen. Die Größenordnungen der Parameter sind zur besseren Erkennbarkeit stark überzogen dargestellt.
Ferner ist die Recheneinheit 12 zur Ausführung weiterer Kalibrierungsprogramme ausgelegt, die jeweils die Kalibrierung eines der verschiedenen Adapterelemente 22 betreffen. Analog zu dem oben beschriebenen Kalibrierungsprogramm setzt der Bediener einen adapterspezifischen Kalibrierungsdorn 46 in den Aufnahmebereich 38 des Adapterelements 22 ein (3). Der Kalibrierungsdorn 46 weist einen Anschluss auf, der dem Anschluss des Werkzeugfutters 24 entspricht.
Die Recheneinheit 12 ermittelt analog zu dem oben beschriebenen Kalibrierungsprogramm jeweils einen Satz von weiteren Parametern R₁, ϕ₁, χ₁, die Kenngrößen für die Rundlauf – und Taumelfehler des zu kalibrierenden Adapterelements 22 bilden. Die Rundlauf- und Taumelfehler sind durch eine Abweichung zwischen der Drehachse 40 der Werkzeugaufnahmespindel 10 und einer Symmetrieachse 48 des Aufnahmebereichs 38 des Adapterelements 22 bedingt, wobei in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung auch die Abweichungen zwischen der Symmetrieachse 36 und der Symmetrieachse 48 ermittelt werden können. In diesem Fall können der durch die Parameter R, ϕ, χ charakterisierte Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel 10 und der Rundlauf- und Taumelfehler des Adapterelements 22 zur Berücksichtigung eines Rundlauf- und Taumelfehlers des aus der Werkzeugaufnahmespindel 10 und dem Adapterelement 22 bestehenden Gesamtsystems vektoriell addiert werden, so dass die verschiedenen Parameter additiv bzw. kumulativ berücksichtigt werden.
Vor oder während eines Messvorgangs kann der Bediener die dem eingesetzten Adapterelement 22 zugeordneten Parameter R₁, ϕ₁, χ₁ auswählen. Die Recheneinheit 12 lädt diese Parameter R₁, ϕ₁, χ₁ dann aus der Speichereinheit 18 und berücksichtigt den darin codierten Rundlauf- und Taumelfehler in den anschließend durchgeführten Messprogrammen. Dazu führt die Recheneinheit 12 zu jedem erfassten zweidimensionalen Messpunkt eine den Rundlauf- und/oder Taumelfehler kompensierende, zweidimensionale Koordinatentransformation bzw. Drehung durch.
In einer besonders komfortablen Ausgestaltung der Erfindung ist das Mess- und Einstellgerät mit einem Mittel 26 zum Erkennen eines Typs des in die Werkzeugaufnahmespindel 10 eingesetzten Adapterelements 22 ausgestattet, welches in 1 gestrichelt dargestellt ist. Das Mittel 26 liest selbsttätig ein an dem Adapterelement 22 angeordnetes Kennzeichnungselement 50. Die Recheneinheit 12 lädt selbsttätig diejenigen Parameter R₁, ϕ₁, χ₁ aus der Speichereinheit 18, die dem durch das Mittel 26 erkannten Adapterelement 22 zugeordnet sind. Ist dem durch das Mittel 26 erkannten Adapterelement 22 kein Satz von Parametern R₁, ϕ₁, χ₁ zugeordnet, fordert die Recheneinheit 12 den Bediener über den Monitor 32 zur Durchführung eines Kalibrierungsprogramms auf. Die Recheneinheit 12 könnte durch das Mittel 26 auch den Kalibrierungsdorn 44 erkennen und das Kalibrierungsprogramm bei eingesetztem Kalibrierungsdorn 44 selbsttätig starten.
Weist das Mess- und Einstellgerät eine Werkzeugaufnahmespindel 10 auf, in die ohne weitere Adapterelemente 22 unmittelbar ein Messobjekt 16 eingespannt werden kann, entfallen die weiteren Kalibrierungsprogramme zum Kalibrieren der Adapterelemente 22 und es können unmittelbar die Parameter R, ϕ, χ verwendet werden.

10: Werkzeugaufnahmespindel
12: Recheneinheit
14: Messdatenerfassungseinheit
16: Messobjekt
18: Speichereinheit
20: Sensoreinheit
22: Adapterelement
24: Werkzeugfutter
26: Mittel
28: Kamera
30: Beleuchtungseinheit
32: Monitor
34: Aufnahmebereich
36: Symmetrieachse
38: Aufnahmebereich
40: Drehachse
42: Eingabeeinheit
44: Kalibrierungsdorn
46: Kalibrierungsdorn
48: Symmetrieachse
50: Kennzeichnungselement
R: Parameter
ϕ: Parameter
χ: Parameter
R₁: Parameter
ϕ₁: Parameter
χ₁: Parameter

Claims

Mess- und/oder Einstellgerät mit einer drehbaren Werkzeugaufnahmespindel (10), mit einer Recheneinheit (12) mit einem Messprogramm zum Auswerten der von einer Messdatenerfassungseinheit (14) erfassten Messwerte eines eingespannten Messobjekts (16), dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) dazu vorgesehen ist, wenigstens einen ersten Parameter (R, ϕ, χ) des Messprogramms zu verarbeiten, der eine Kenngröße für einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel (10) bildet.
Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) dazu vorgesehen ist, den ersten Parameter (R, ϕ, χ) bei der Auswertung der Messwerte zur Korrektur des Rundlauf- und/oder Taumelfehlers zu nutzen.
Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) dazu vorgesehen ist, abhängig von dem ersten Parameter (R, ϕ, χ) eine zumindest zweidimensionale Koordinatentransformation wenigstens eines Messpunkts durchzuführen.
Mess- und/oder Einstellgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sensoreinheit (20) zum Erfassen einer Drehlage der Werkzeugaufnahmespindel (10).
Mess- und/oder Einstellgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) zum Bestimmen von zumindest einem weiteren Parameter (R₁, ϕ₁, χ₁) vorgesehen ist, der eine Kenngröße für einen Rundlauf- und/oder Taumelfehler eines Adapterelements (22) zum Anpassen der Werkzeugaufnahmespindel (10) an einen Typ eines Werkzeugfutters (24) bildet.
Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Recheneinheit (12) zum Verarbeiten von zumindest zwei, unterschiedlichen Adapterelementen (22) zugeordneten Kenngrößen für deren jeweiligen Rundlauf- und/oder Taumelfehler vorgesehen ist.
Mess- und/oder Einstellgerät nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Mittel (26) zum Erkennen eines Typs eines in die Werkzeugaufnahmespindel (10) eingesetzten Adapterelements (22).
Mess- und/oder Einstellgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (12) zum Ausführen eines Kalibrierungsprogramms zum Bestimmen des ersten Parameters (R, ϕ, χ) vorgesehen ist.
Verfahren zum Vermessen von in eine drehbare Werkzeugaufnahmespindel (10) eingespannten Messobjekten (16), wobei ein Rundlauf- und/oder Taumelfehler (R, ϕ, χ) erfasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Kalibrierungsprogramm ein Rundlauf- und/oder Taumelfehler der Werkzeugaufnahmespindel (10) erfasst wird.