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Die Erfindung betrifft eine Anlage-Sensorvorrichtung zu einer Anlagemessung bei einer Werkzeugmaschine zur Bearbeitung von Werkstücken mittels Werkzeugen oder Laser, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein entsprechendes Verfahren.
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Die Werkzeugmaschine ist beispielsweise eine Fräs-, Bohr- oder Drehmaschine, die das Werkstück spanabhebend bearbeitet.
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Eine Werkzeugmaschine mit einer Sensorvorrichtung zur Messung einer Anlage eines Spannobjekts, beispielsweise eines Werkstücks, ist aus der Patentschrift
DD 264 625 A1 bekannt. Durch Anlegen eines Werkstücks an Plananlageelemente werden diese kurzgeschlossen. Die Plananlageelemente sind an einer Spindel angeordnet. Signalabnehmende Induktionsspulen am Spindelgehäuse nehmen die Signaländerungen auf.
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Nachteilig bei dieser Anordnung ist, dass der Plananlagesensor am beweglichen Spindelrotor angeordnet ist, sodass die Übertragung des Auswertesignals verhältnismäßig kompliziert ist. Ferner sind die Plananlagesensoren verhältnismäßig schwer auszutauschen. Es müssen die bewegten Teile der Werkzeugmaschine ausgebaut werden, damit man die Plananlageelemente beziehungsweise Plananlagesensoren wechseln kann.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Anlagemessung bei Werkzeugmaschinen bereitzustellen.
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Zur Lösung der Aufgabe ist eine Anlage-Sensorvorrichtung gemäß der technischen Lehre des Anspruchs 1 vorgesehen. Zur Lösung der Aufgabe ist ferner ein Verfahren gemäß der technischen Lehre eines weiteren unabhängigen Anspruchs vorgesehen.
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Die Anlage kann z. B. eine Planlage der Spannobjektfläche an der Spannfläche sein. Man kann die Anlage-Sensorvorrichtung dann auch als Planlage-Sensorvorrichtung oder Plananlage-Sensorvorrichtung bezeichnen.
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Die Werkzeugmaschine ist beispielsweise eine Laserschneidmaschine und/oder eine Werkzeugmaschine zur spanabhebenden Werkstückbearbeitung, z. B. eine Fräsmaschine und/oder Bohrmaschine und/oder Drehmaschine.
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Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass der Sensor z. B. ortsfest angeordnet werden kann. Dadurch ist sein Verschleiß geringer, und er ist außerdem leichter austauschbar. Ferner ist der Sensor nicht durch äußere Kräfte beansprucht, sondern misst nur in den eventuell vorhandenen Spalt hinein.
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Ein Grundgedanke der Erfindung ist, dass durch den Spalt zwischen dem zu spannenden Objekt, zum Beispiel einem Werkzeug oder einem Werkstück, und der Spannfläche Luft vorhanden ist, die das elektrische oder magnetische Stimulationsfeld beeinflusst. Beispielsweise hat Luft eine andere Dielektrizitätszahl als das beispielsweise metallische Spannobjekt beziehungsweise die Spannvorrichtung im Bereich der Spannfläche. Ferner ist der magnetische Fluss in einem Luftspalt anders als bei einer Anlage oder Planlage, bei der das Spannobjekt an der Spannfläche plan anliegt. Abhängig von der Anlage/Planlage beziehungsweise dem Spalt zwischen Spannfläche und Spannobjekt ändert sich beispielsweise auch eine Eindringtiefe des elektrischen und/oder magnetischen Stimulationsfeldes.
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Zweckmäßigerweise ist die Spannfläche eine ebene Fläche. Der mindestens eine Anlagesensor ist zweckmäßigerweise in der Ebene der Spannfläche oder parallel dazu angeordnet. beispielsweise misst der Anlagesensor unmittelbar in den möglicherweise vorhandenen Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche hinein.
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Der Anlagesensor ist zweckmäßigerweise ein berührungsloser kapazitiver oder induktiver Abstandssensor.
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Die Spannvorrichtung ist vorteilhaft relativ zu einem Maschinengestell der Werkzeugmaschine beweglich, zum Beispiel drehbar. In diesem Zusammenhang erweist sich die Erfindung als besonders vorteilhaft, da die Sensorvorrichtung ortsfest relativ zu der beweglichen Spannvorrichtung angeordnet sein kann. Somit kann die Spannvorrichtung beispielsweise an einem Maschinenbett, an einer Halterung oder einer Drehlagerung für die bewegliche Spannvorrichtung oder dergleichen befestigt sein. Dadurch ist der Austausch der Sensorvorrichtung vereinfacht.
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Es ist aber auch denkbar, dass die Sensorvorrichtung an einer unabhängig von der Spannvorrichtung beweglichen Sensorhalterung angeordnet ist. Dabei ist es möglich, dass die Spannvorrichtung beweglich oder ortsfest ist. Zum Beispiel kann die Sensorvorrichtung mit der beweglichen Sensorhalterung zur Messung an die Spannvorrichtung heran und nach der Messung wieder von dieser weg bewegt werden.
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Eine ortsfeste Sensorvorrichtung hat allerdings den Vorteil, dass beispielsweise ein Werkzeugwechsel oder Werkstückwechsel schneller vonstatten geht.
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Die Sensorvorrichtung ist erfindungsgemäß zum Erzeugen eines Anlagesignals, das eine Anlage oder einen Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche anzeigt, anhand einer Referenzabstandsmessung eines Referenzabstands zwischen der Sensorvorrichtung und einer neben der Spannfläche verlaufenden Außenkontur des Spannobjekts ausgestaltet. Die Außenkontur ist beispielsweise eine Außenumfangskontur, insbesondere wenn die Spannvorrichtung eine Spindel oder ein Bestandteil einer Spindel ist. Durch das Referenzsignal kann beispielsweise ein Abstand, der durch unterschiedlich ausgestaltete Spannobjekte, zum Beispiel Werkzeuge oder Werkstücke mit größerem oder kleinerem Durchmesser, bedingt ist, messtechnisch ausgeglichen werden.
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Beispielsweise weist der Anlagesensor einen zwischen einer Anlageeinstellung für die Anlagemessung und einer Referenzeinstellung für die Referenzabstandsmessung umschaltbaren Messbereich auf. Damit kann der Anlagesensor beispielsweise ortsfest verbleiben. Es ist aber auch möglich, dass ein separater Referenzsensor zur Referenzabstandsmessung bei der Sensorvorrichtung vorgesehen ist. Der Referenzsensor hat zu dem Anlagesensor beispielsweise einen axialen und/oder radialen Abstand bezüglich einer Drehachse oder sonstigen Bewegungsrichtung der Spannvorrichtung.
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Ferner ist eine bewegliche Sensorhalterung zum Verstellen des Anlagesensors zwischen einer Referenzmessposition für die Referenzabstandsmessung und einer Anlagemessposition zu der Anlagemessung möglich. Beispielsweise schwenkt die Sensorhalterung den mindestens einen Anlagesensor zwischen der Referenzmessposition und der Anlagemessposition. Auch ein lineares Verfahren ist möglich.
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Die Spannvorrichtung umfasst zweckmäßigerweise eine Spindel, zum Beispiel eine Werkzeug- oder Werkstück-Spindel. Besonders vorteilhaft ist die Erfindung im Zusammenhang mit sogenannten Hohlschaftkegel-Spannvorrichtungen (HSK) oder Stellkegel-Spannvorrichtungen.
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Die Spannfläche ist beispielsweise an einer Stirnseite eines Spindelrotors der Spindel vorgesehen. Der Messbereich des Anlagesensors verläuft quer, beispielsweise radial oder schräg zu einer Drehachse der Spindel.
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Die Sensorvorrichtung ist zweckmäßigerweise an einer den Spindelrotor lagernden Spindelhalterung oder einem die Spindel haltenden Gestell angeordnet. Somit bleibt die Sensorvorrichtung ortsfest, während der Spindelrotor drehbar ist. Die Sensorhalterung hat beispielsweise einen zu der Spannfläche, insbesondere dem Spindelrotor, vorstehenden Arm. Ferner ist es möglich, dass die Sensorhalterung eine Durchgangsöffnung aufweist, sodass beispielsweise eine Drehmomentstütze oder dergleichen durch die Sensorhalterung hindurch gesteckt und mit der Spindelhalterung verbunden werden kann, beispielsweise an diese angeschraubt werden kann.
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Die Sensorvorrichtung hat zweckmäßigerweise eine Auswerteeinrichtung zur Bildung eines Anlagesignals, das die Auswerteeinrichtung anhand von Anlage-Messwerten des Anlagesensors erzeugt. Es versteht sich, dass die Auswerteeinrichtung auch eine beabstandete Einrichtung sein kann, beispielsweise einen Bestandteil einer Steuerung der Werkzeugmaschine bilden kann. Auswerteeinrichtung kann z. B. ein Programmmodul mit Programmcode sein, der durch die Steuerung der Werkzeugmaschine ausführbar ist.
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Die Auswerteeinrichtung ist vorteilhaft zur Erfassung einer Bewegung, beispielsweise einer Rotation oder einer linearen Bewegung, der Spannvorrichtung ausgestaltet. Dies ist insbesondere im Zusammenhang mit der Referenzmessung vorteilhaft. So kann beispielsweise der sogenannte Referenzabstand durch eine bezüglich der Bewegungsrichtung des Spannobjekts und/oder der Spannvorrichtung ungleichmäßig verlaufende Außenkontur, z. B. einen Radialschlag des Spannobjekts, beeinflusst sein, was die Auswerteeinrichtung dann erfasst und bei der Bildung des Anlagesignals berücksichtigt.
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Die Auswerteeinrichtung ist vorteilhaft zur Ermittlung einer Anlage der Spannobjektfläche an der Spannfläche an mindestens zwei Messpositionen ausgestaltet. Beispielsweise wird die Sensorvorrichtung entlang der Spannfläche bewegt oder die Spannfläche wird an der Sensorvorrichtung vorbeibewegt, zum Beispiel gedreht. Mithin wird also zur Erfassung der Messpositionen die Spannvorrichtung relativ zu der Sensorvorrichtung oder umgekehrt die Sensorvorrichtung relativ zu der Spannvorrichtung bewegt.
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Zur Erzeugung des Stimulationsfeldes, das heißt des elektrischen oder magnetischen Feldes, ist ein Stimulationsfelderzeuger vorgesehen, der beispielsweise am Spannobjekt, der Spannvorrichtung oder der Sensorvorrichtung angeordnet sein kann. Im letzteren Fall ist der Stimulationsfelderzeuger als eine separate Einrichtung der Sensorvorrichtung ausgestaltet, beispielsweise als eine Induktionsspule. Es ist aber auch vorteilhaft, wenn der Stimulationsfelderzeuger einen Bestandteil des mindestens einen Anlagesensors bildet.
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Die Sensorvorrichtung kann aber auch mehrere entlang einer durch das Spannobjekt und die Spannvorrichtung gebildeten gemeinsamen Außenkontur angeordnete Anlagesensoren aufweisen. Die Außenkontur ist beispielsweise ein Außenumfang einer Werkzeug- oder Werkstück-Spindel und des in diese eingespannten Werkstücks oder Werkzeugs. Die Außenkontur kann stufig sein.
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Teil-Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine mit einer Anlage-Sensorvorrichtung,
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2a einen Ausschnitt A aus 1, wobei ein Spannobjekt in Anlage an einer Spannvorrichtung der Werkzeugmaschine ist,
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2b die Ansicht gemäß 2a, wobei ein Spalt zwischen dem Spannobjekt und einer Spannfläche der Spannvorrichtung vorhanden ist,
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3 Signalverläufe von Referenzabstandswerten eines Referenzabstandssensors und Anlagemesswerte eines Anlagesensors der Sensorvorrichtung gemäß 1 bei Anlage und bei einem kleinen Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche,
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4 die Signale entsprechend 3, jedoch bei einem größeren Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche,
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5 eine Ausschnittsansicht entsprechend Ausschnitt A von 2a eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einem Anlagesensor und einem in der Sensorvorrichtung angeordneten Stimulationsfelderzeuger,
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6 einen Ausschnitt entsprechend Ausschnitt A von 2a eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung mit einem Stimulationsfelderzeuger, der in der Spannvorrichtung angeordnet ist und ein Stimulationsfeld für einen Anlagesensor der Sensorvorrichtung erzeugt,
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7a ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensorvorrichtung bei einer Referenzabstandsmessung etwa entsprechend dem Ausschnitt A in 2a,
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7b die Sensorvorrichtung gemäß 7a, jedoch zu einer Anlagemessung in Richtung eines Spaltes zwischen dem Spannobjekt und der Spannfläche verstellt, und
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8 eine schematische Teil-Vorderansicht der Spannvorrichtung und der Sensorvorrichtung aus 1 zur Veranschaulichung eines Drehwinkelabstandes zwischen einem Referenzabstandssensor und dem Anlagesensor.
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9a die Werkzeugmaschine gemäß 1, wobei dass Spannobjekt an der Spannfläche plan anliegt,
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9b ein Signal des Anlagesensors und
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9c ein Signal des zugeordneten Referenzsensors der Sensorvorrichtung gemäß 1,
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10a eine Ansicht entsprechend 9a, wobei ein stirnseitiger Spalt zwischen dem Spannobjekt und der Spannvorrichtung vorhanden ist,
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10b ein Signal des Anlagesensors und
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10c ein Signal des Referenzsensors bei der Konfiguration gemäß 10a,
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11a die Ansicht gemäß 9a, wobei ein Radialversatz zwischen Spannobjekt und Spannvorrichtung vorhanden ist,
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11b ein Signal des Anlagesensors und
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11c ein Signal des Referenzsensors bei der Anordnung gemäß 11a.
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Bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine schematisch und nur teilweise dargestellte Werkzeugmaschine 10 dient zur Bearbeitung von ebenfalls schematisch dargestellten Werkstücken 11, beispielsweise Gussteilen oder anderen Metallteilen, mittels Werkzeugen 12. Das Werkzeug 12 ist ein Werkzeug zur spanabhebenden Werkstückbearbeitung, beispielsweise ein Fräser oder ein Drehmeißel. Das Werkzeug 12 bildet ein Spannobjekt 14, das von einer Spannvorrichtung 13 der Werkzeugmaschine 10 gehalten wird. Die Spannvorrichtung 13 ist an einem Spindelrotor 16 einer Spindel 15 vorgesehen. Das Werkzeug 12 ist in eine Werkzeugaufnahme 17 der Spindel 15 eingesteckt und eingespannt ist.
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Der Spindelrotor 16 ist an einer Spindelhalterung 18 mit Hilfe von Spindellagern 19 um eine Drehachse 20 drehbar gelagert. Die Spindel 15 wird von einem Motor 21 angetrieben.
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Ein Werkzeugschaft 22 des Werkzeugs 12 ist in eine Werkzeug-Halterung 23 der Spannvorrichtung 13 eingespannt. Die Werkzeug-Halterung 23 ist eine sogenannte HSK-Werkzeugaufnahme (HSK = Hohlschaftkegel). Die Werkzeug-Halterung 23 spannt eine Spannobjektfläche 27 an einer Stirnseite 26 des Spannobjekts 14 gegen Spannflächen 25 an einer Stirnseite 24 der Spindel 15. Die Spannflächen 25 sind in der Art von Kreissegmenten an der Stirnseite 24 angeordnet, wobei sich jeweils zwischen zwei Spannflächen 25 eine zurückversetzte Stirnfläche 29 der Stirnseite 24 befindet. Die Spannflächen 25 sind an der Stirnseite 24 entlang eines Kreises angeordnet. Die Spannobjektfläche 27 ist eine Planfläche des Werkzeugs 12, die im Idealfall plan an den Spannflächen 25 anliegt.
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Nun wäre es zwar prinzipiell möglich, die Anlage der Spannobjektfläche 27 an den Spannflächen 25 mittels konventioneller Sensoren abzutasten, beispielsweise mittels an den Spannflächen 25 angeordneter Sensoren. Diese drehen sich aber beim Betrieb der Spindel 15, so dass die Messwertübertragung schwierig ist. Bei der Werkzeugmaschine 10 ist daher ein anderes, erfindungsgemäßes Konzept gewählt, bei dem eine Sensorvorrichtung 30 die Anlage der Spannobjektfläche 27 an einer oder mehreren der Spannflächen 25 überwacht. Wenn diese Anlage, z. B. eine Plananlage, nicht vorhanden ist, das heißt beispielsweise bei einer Schrägstellung des Werkzeugs 12 bezüglich der Drehachse 20 ein Spalt 28 zwischen der Spannobjektfläche 27 und einer jeweiligen Spannfläche 25 vorhanden ist, wird dies von der Sensorvorrichtung 30a abgetastet.
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Die Sensorvorrichtung 30a ist ortsfest und dreht sich nicht mit der Spindel 15 mit. Die Sensorvorrichtung 30a hat einen Anlagesensor 31a zur Abtastung der Anlage oder des Spaltes 28 der Spannobjektfläche 27 an einer oder mehreren der Spannflächen 25. Eine Auswerteeinrichtung 32 ermittelt anhand von Anlage-Messwerten 39 des Anlagesensors 31a eine Anlage beziehungsweise einen eventuell vorhandenen Spalt 28 und sendet anhand der Anlage-Messwerte 39 ein Anlagesignal 40 an eine Steuerung 38 der Werkzeugmaschine 10.
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Ein Prozessor 33 der Auswerteeinrichtung 32 wertet die Anlage-Messwerte 39 anhand eines Auswerteprogrammmoduls 35 aus, das in einem Speicher 34 der Auswerteeinrichtung 32 gespeichert ist und durch den Prozessor 33 ausführbaren Programmcode enthält. Eine Leitung 37 zwischen der Auswerteeinrichtung 32 und der Steuerung 38 ist an eine Sende-/Empfangsschnittstelle 36 der Auswerteeinrichtung 32 angeschlossen. Es versteht sich, dass eine drahtlose Übertragung des Anlagesignals 40 ebenfalls möglich ist.
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Die Sensorvorrichtung 30 ist relativ zu der Spindel 15 ortsfest. Der Anlagesensor 31a sowie die weiteren Komponenten 33, 34, 36 sind in einer als Gehäuse ausgestalteten oder ein Gehäuse aufweisenden Sensorhalterung 41a der Sensorvorrichtung 30a angeordnet. Die Sensorhalterung 41a ist an der Spindelhalterung 18 befestigt, beispielsweise mit einer durch eine Bohrung 42 der Sensorhalterung 41a durchgesteckten Schraube 44, die in eine Schraubaufnahme 42a an der Spindelhalterung 18 eingeschraubt ist. Die Schraubaufnahme 42a dient an sich zur Aufnahme einer Drehmomentstütze (nicht dargestellt). Die Bohrung 42 ermöglicht es, dass eine solche Drehmomentstütze dennoch an der Spindel 15 befestigt werden kann, beispielsweise mit einer anstelle der relativ kurzen Schraube 44 verwendeten längeren, nicht dargestellten Schraube.
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Der Anlagesensor 31a sowie ein Referenzsensor 50 sind in einem Arm 43 der Sensorhalterung 41a angeordnet, der sich von radial außen in Richtung der Drehachse 20 zu einer gemeinsamen Außenkontur 53 des Spannobjekts 14 und der Spannvorrichtung 13 erstreckt. Somit ist es möglich, die Sensorvorrichtung 30a nachträglich an einer bereits vorhandenen Spannvorrichtung 13 anzubringen, um eine Anlage des Spannobjekts 14 an der Spannfläche 25 festzustellen.
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Der Anlagesensor 31a ist bezüglich der Drehachse 20 in einer Axialposition angeordnet, wo sich ein eventuell vorhandener Spalt 28 befinden kann. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn das Werkzeug 12 schräg zur Drehachse 20 in die Werkzeugaufnahme 17 gespannt ist (in der Zeichnung gestrichelt dargestellt). Der Anlagesensor 31a misst zur Anlagemessung sozusagen in den gegebenenfalls vorhandenen Spalt 28 hinein. Dem erfindungsgemäßen Konzept folgend, misst der Anlagesensor 31a dabei ein von einem Stimulationsfelderzeuger 45a erzeugtes Stimulationsfeld 46a, das durch den Spalt 28 hindurch verläuft beziehungsweise in den Spalt 28 hinein verläuft. Der Stimulationsfelderzeuger 45a erzeugt beispielsweise ein magnetisches oder elektrisches Stimulationsfeld, das von einem Empfänger 47 des Anlagesensors 31a erfasst wird. Der Stimulationsfelderzeuger 45a ist ein Bestandteil des Anlagesensors 31a.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich bei Anlage der Spannobjektfläche 27 an der mindestens einen Spannfläche 25 ein anderes Stimulationsfeld 46a ausbildet als bei einer nicht vorhandenen Anlage (2b), bei der der Luft enthaltende Spalt 28 zwischen der Spannfläche 25 und der Spannobjektfläche 27 vorhanden ist. Die Ausbreitung des Stimulationsfeldes 46a, insbesondere in Axialrichtung bezüglich der Drehachse 20, das heißt quer zur Längs- oder Tiefenerstreckungsrichtung des Spaltes 28, wird beispielsweise durch eine unterschiedliche Dielektrizität der Luft im Spalt 28 oder einen veränderten magnetischen Fluss in dem Spalt 28 beeinflusst.
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Der Referenzsensor 50 misst einen Referenzabstand 51 zwischen der Sensorvorrichtung 30a und einer Außenkontur 52 des Spannobjekts 14 neben der Spannfläche 25. So ist es beispielsweise möglich, Werkzeuge 12 mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden, wobei sich ein unterschiedlicher Referenzabstand 51 ergibt.
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Der Referenzsensor 50 erzeugt Referenzabstandwerte 55, welche die Auswerteeinrichtung 32 bei der Erzeugung des Anlagesignals 40 berücksichtigt. Verläufe der Anlage-Messwerte 39 einerseits bei Anlage und andererseits bei Nicht-Anlage sind beispielsweise in 3 eingezeichnet.
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Während einer jeweiligen Messung wird die Spindel 15 zumindest um eine Teildrehung gedreht. Dabei ergeben sich beispielsweise sinusförmige Referenzabstandswerte 55 aufgrund eines sogenannten Radialschlages des Spannobjekts 14 im Bereich der Einspannung in die Spannvorrichtung 13. Beispielsweise hat die Außenkontur 52 einen durch diesen Radialschlag wechselnden Referenzabstand 51 zur Sensorvorrichtung 30a. Die Referenzabstandswerte 55 schwanken mit einer Referenzabstandsamplitude 57 sinusförmig um einen Referenzabstandspegel 58.
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Wenn – anders als bei der gezeigten Messung – kein Radialschlag vorhanden ist, sind die Referenzabstandswerte konstant, sodass sie beispielsweise stets über die Zeitachse t dieselbe Amplitude S haben und beispielsweise konstant den Referenzabstandspegel 58 haben.
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Korrespondierend mit den sinusförmigen Referenzabstandswerten 55 verlaufen auch Anlage-Messwerte 56, die vom Anlagesensor 31a erzeugt werden. Die Anlage-Messwerte 56 bei Anlage haben eine sinusförmige Schwingung mit einer Anlageamplitude 59 um einen Anlagepegel 60. Zwischen den Referenzabstandwerten 55 und den Anlage-Messwerten 56 ist ein Phasenversatz 67 vorhanden, der aufgrund eines Drehwinkelabstandes 68 zwischen dem Referenzsensor 50 und dem Anlagesensor 31a vorhanden ist (8). Bei Anlage ist zwischen den Anlage-Messwerten 56 und den Referenzabstandswerten 55 beispielsweise ein Pegelabstand vorhanden. Dies hängt allerdings von der Abstimmung des Anlagesensors 31a und des Referenzsensors 50 ab, das heißt ist von Fall zu Fall anders einstellbar.
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Bei nicht vorhandener Anlage oder Plananlage, das heißt bei Vorhandensein eines Spaltes 28, ändern sich die Verhältnisse:
Der Referenzsensor 50 erzeugt dann Referenzabstandswerte 61, die gegenüber den Referenzabstandwerten 55 eine größere Referenzabstandsamplitude 63 und ferner einen etwas veränderten Referenzabstandspegel 64 aufweisen. Durch die schräge Lage (gestrichelt in 1) des Werkzeugs 12 bezüglich der Spindel 15 ändert sich beispielsweise der Radialschlag des Werkzeugs 12, was zu der größeren Referenzabstandsamplitude 63 führt. Auch die Anlage-Messwerte 62, die der Anlagesensor 31a bei nicht vorhandener Anlage beziehungsweise bei vorhandenem Spalt 28 erzeugt, haben gegenüber den Anlage-Messwerten 56 eine größere Anlageamplitude 65 und vor allem einen veränderten Anlagepegel 66.
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Die Auswerteeinrichtung 32 kann nun bereits anhand der veränderten Anlageamplitude 65 erkennen, dass keine Anlage im Vergleich zu den Anlage-Messwerten 56 vorliegt. Die Anlageamplitude 65 und die Anlageamplitude 59 können von der Auswerteeinrichtung 32 als ein Maß für die Breite des Spaltes 28, das heißt einen Abstand zwischen der Spannobjektfläche 27 und der Spannfläche 25, ausgewertet werden. Die Auswerteeinrichtung 32 übermittelt vorzugsweise in dem Anlagesignal 40 ein Maß für die Breite des Spaltes 28. Es versteht sich, dass das Anlagesignal 40 auch lediglich zwischen Anlage und Nicht-Anlage unterscheiden kann.
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Das Anlagesignal 40 kann ein analoges oder ein digitales Signal sein.
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Zweckmäßigerweise berücksichtigt die Auswerteeinrichtung 32 die Referenzabstandswerte 55, 61 bei der Bildung des Anlagesignals 40. So kann das Auswerteprogrammmodul 35 beispielsweise ausgestaltet sein, um eine Differenz zwischen den Anlage-Messwerten 56, 62 und den Referenzabstandswerten 55, 61 zur Bildung des Anlagesignals 40 zu bilden. Selbstverständlich können die Anlage-Messwerte 56, 62 und/oder die Referenzabstandswerte 55, 61 vor der Bildung dieses Differenzsignals mit einem Gewichtungsfaktor beaufschlagt werden.
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In 4 ist eine Situation mit einem noch größeren Spalt 28 dargestellt. Referenzabstandwerte 70 des Referenzsensors 50 haben im Vergleich zu den Referenzabstandsamplituden 57, 63 eine wesentlich größere Referenzabstandsamplitude 72. Auch eine Anlageamplitude 73 von Anlage-Messwerten 71 ist wesentlich größer als die Anlageamplituden 59, 65. Es wird deutlich, dass eine noch stärkere Schrägstellung des Werkzeugs 12 bezüglich der Drehachse 20 sowohl auf die Referenzabstandswerte 70 Einfluss hat als auch ganz besonders auf die Anlage-Messwerte 71. Hier kommt das erfindungsgemäße Konzept zum Tragen, dass nämlich der Anlagesensor 31a den größeren Einfluss des vergrößerten Luft-Spaltes 28 erfasst, indem der Anlagesensor 31a sozusagen in den Luft-Spalt 28 hinein misst beziehungsweise das dort befindliche Stimulationsfeld 46a erfasst.
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Dieses Konzept ist auch bei den in den 5, 6, 7a und 7b dargestellten Ausführungsbeispielen verwirklicht:
Eine Sensorvorrichtung 31b hat einen Stimulationsfelderzeuger 45b, der von einem Anlagesensor 31b separat ist. Der Stimulationsfelderzeuger 45b erzeugt beispielsweise ein elektrisches und/oder magnetisches Stimulationsfeld 46b, das über das Spannobjekt 14, das vorzugsweise aus Metall besteht, hinweg in den eventuell vorhandenen Luft-Spalt 28 zwischen der Spannobjektfläche 27 und der Spannfläche 25 hinein verläuft. Der Anlagesensor 31b ist sozusagen lediglich ein Empfänger für das Stimulationsfeld 46b.
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Ferner ist es denkbar, einen Stimulationsfelderzeuger in dem Spannobjekt oder der Spannvorrichtung zu platzieren, was in 6 dargestellt ist. Ein Stimulationsfelderzeuger 45c ist im Bereich der Spannfläche 25 an der Spannvorrichtung 13 angeordnet. Der Stimulationsfelderzeuger 45c ist beispielsweise ein Magnet, der ein Stimulationsfeld 46c erzeugt. Dieses wird von einem Anlagesensor 31c erfasst. Das Spannobjekt 14 leitet das Stimulationsfeld 46c zu dem Anlagesensor 31c hin. Der Anlagesensor 31c ist nicht im Bereich des möglichen Spalts 28, sondern dazu parallel in einer zu der Spannfläche 25 parallelen Ebene 80 angeordnet.
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Bei einer in den 7a, 7b dargestellten Sensorvorrichtung 30d ist nur ein Anlagesensor 31d vorhanden, jedoch kein separater Referenzsensor. Der Anlagesensor 31d ist zu einer Anlagemessung und einer Referenzabstandsmessung ausgestaltet. In diesem Zusammenhang sei erwähnt, dass die Referenzabstandsmessung die Qualität der Messung der Anlage zwar verbessert, aber nicht zwingend notwendig ist.
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Eine Sensorhalterung 41d der Sensorvorrichtung 30d ist zwischen einer Referenzmessposition 81 zur Messung des Referenzabstandes 51 und einer Anlagemessposition 82 zur Messung der Anlage der Spannobjektfläche 27 an der Spannfläche 25 beweglich, beispielsweise schwenkbar und/oder, wie beim Ausführungsbeispiel, linear beweglich. Der Anlagesensor 31d hat einen Stimulationsfelderzeuger 45d zur Erzeugung eines Stimulationsfeldes 46d. In der Referenzmessposition 81 misst der Anlagesensor 31d zunächst den Referenzabstand 51. Sodann wird die Sensorhalterung 41d in Richtung der Spannfläche 25 verstellt, sodass der Anlagesensor 31d eine mit dem möglichen Spalt 28 korrespondierende Axialposition einnimmt. Dann dringt das Stimulationsfeld 46d in den Spalt 28 ein (7b) und wird durch die dort vorhandene Luft gegebenenfalls beeinflusst. Dies erfasst der Anlagesensor 31d.
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Zweckmäßigerweise ist die Sensorhalterung 41 nicht nur axial bezüglich der Drehachse 20, sondern auch mit einem weiteren Drehbewegungsfreiheitsgrad verstellbar, sodass sie zwischen den beiden Messpositionen 81, 82 einerseits und einer davon beabstandeten Warteposition 83 bewegt werden kann. Zu einer jeweiligen Anlagemessung wird die Sensorvorrichtung 30d aus der Warteposition 83 in die Messpositionen 81, 82 verstellt, danach wieder in die Warteposition 83 zurückbewegt.
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Ferner können mehrere entlang der durch das Spannobjekt 14 und die Spannvorrichtung 13 gebildeten gemeinsamen Außenkontur 53 Anlagesensor vorgesehen sein, z. B. zusätzlich zu dem Anlagesensor 31a ein winkelversetzter Anlagesensor 31a'.
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In den 10–12 ist im Einzelnen noch einmal verdeutlicht, wie sich die verschiedenen Anlagefehler bei der Werkzeugmaschine 10 auswirken und von beispielsweise der Sensoreinrichtung 30a erfasst werden:
Bei idealer Anlage (9a) erzeugen der Anlagesensor 31a und der dem Werkzeug 12 zugeordnete und dessen Außenkonur abtastende Referenzsensor 50, sozusagen der Werkzeugsensor, konstante Anlagewerte 85 sowie Referenzwerte 86. Es versteht sich, dass die Amplitude der Anlagewerte 85 und der Referenzwerte 86 von einer Produktionstoleranz beispielsweise der jeweiligen Sensoren 31a, 50, von dem Werkzeug 12 sowie der Spannvorrichtung 13 und dergleichen abhängt. So sind beispielsweise anstelle der Anlagewerte 85 auch Anlagewerte 85' oder 85'' möglich.
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Wenn ein stirnseitiger Anlagefehler bzw. stirnseitiger Plananlagefehler vorliegt, der in 10a schematisch dargestellt ist, erzeugen der Anlagesensor 31a und der Referenzsensor 50 Anlagewerte 87 sowie Referenzwerte 88. Bei Drehwinkeln 0, 2π, 4π etc. (0, 360°, 720° etc.) sind die Anlagewerte 87 beispielsweise jeweils null. Dies ergibt sich beispielsweise dadurch, dass das Werkzeug 12 an einem Anlagepunkt 88 plan an der Stirnseite 24 anliegt, so dass der zugeordnete Anlagewert 87 null ist. Diametral gegenüber dem Anlagepunkt 89 hingegen ist der Spalt 28 maximal, so dass die Anlagewerte 87 bei Drehpositionen π, 3π etc jeweils ihr Maximum haben.
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Ein Fehler an der Außenkontur, eine Verschmutzung 90, am radialen Außenumfang des in der Werkzeugaufnahme 17 sitzenden Teils des Spannobjekts 14 bzw. des Werkzeugs 12 führt zu einem Radialschlag des Spannobjekts 14 bezüglich der Spannvorrichtung 13, beim Ausführungsbeispiel z. B. ein sogenannter Kegelanlagefehler. So ist beispielsweise eine Drehachse 91 um einen Versatz 92 zu der Drehachse 20 der Spindel 15 versetzt. Daraus resultieren Anlagewerte 93 des Anlagesensors 31a sowie Referenzwerte 94 des Referenzsensors 50, die jeweils etwa sinusförmig sind. Der Versatz 92 zwischen den Drehachsen 20, 91 ist in 11a überproportional groß dargestellt.
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Mit der erfindungsgemäßen Technologie, Anlagefehler anhand einer Messung in einen möglichen Spalt hinein bzw. im Bereich eines möglichen Spaltes, der sich bei einem Anlagefehler ergibt, zu ermitteln, können auch überlagerte Effekte, d. h. beispielweise ein Achsversatz oder Radialschlag ähnlich wie bei der Anordnung gemäß 11a, und/oder ein stirnseitiger Anlagefehler ähnlich wie bei 10a als überlagerter Effekt ermittelt werden.
