DE102016112439A1

DE102016112439A1 - Optisches Messsystem, insbesondere für eine Fertigungsmaschine

Info

Publication number: DE102016112439A1
Application number: DE102016112439.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Müller; Eduard Reithmeier
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2017-09-28
Also published as: WO2017162543A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Messsystem (1), insbesondere für eine Fertigungsmaschine (3), mit wenigstens einem optischen Sensor (17), welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Abbildung (16) eines Messbereichs (21) einer Oberfläche (20) eines Objekts (2) zu erfassen. Das optische Messsystem (1) ist gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsbehälter (31) zur Aufnahme einer Flüssigkeit (32), wobei der Flüssigkeitsbehälter (31) ausgebildet und angeordnet ist, so dass zumindest der Messbereich (21) des Objekts (2) derart in der Flüssigkeit (32) des Flüssigkeitsbehälters (31) angeordnet werden kann, so dass die Abbildung (16) des Messbereichs (21) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein optisches Messsystem, insbesondere für eine Fertigungsmaschine, gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1, eine Fertigungsmaschine mit einem derartigen optischen Messsystem gemäß des Anspruchs 10 sowie ein optisches Messverfahren gemäß des Anspruchs 16.
Bei der Fertigung von Werkstücken ist es erforderlich, die vorgegebenen Maße möglichst genau einzuhalten, damit das fertige Werkstück den Vorgaben der Konstruktion möglichst exakt entspricht. Dies gilt insbesondere für die Fertigung von Präzisionsbauteilen, bei denen Maßgenauigkeiten bzw. Fertigungstoleranzen der Bauteilgeometrie im Mikrometerbereich eingehalten werden müssen. Derartige Fertigungsverfahren können insbesondere spanende Fertigungsverfahren wie beispielsweise Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen, Sägen, elektromechanisches Abtragen etc. sein.
Zur Kontrolle der Fertigungstoleranzen sind entsprechend genaue Messsysteme erforderlich, welche Maßgenauigkeiten z.B. im Bereich 1 µm bis 10 µm erfassen können. Derartige hochpräzise Messsysteme können optisch oder taktil arbeiten. Im Bereich der optischen Messverfahren zur Geometrie- bzw. Oberflächenmessung kann beispielsweise das Verfahren des Laserlichtschnitts eingesetzt werden, welches auch als Lasertriangulation bekannt ist. Hierbei wird z.B. mittels eines Linienlasers ein Laserstrahl als Signallicht auf die zu überwachende Oberfläche des Werkstücks als Messobjekt gerichtet und das reflektierte Laserlicht z.B. mit einer Kamera erfasst, deren Position und Orientierung relativ zur Laserstrahlquelle bekannt ist. Ändert sich die Entfernung des Messobjektes zur Laserstrahlquelle bzw. zur Kamera, so ändert sich auch der Winkel, unter dem das reflektierte Laserlicht von der Kamera erfasst wird. Damit ändert sich die Position des Abbildes des reflektierten Laserlichts auf dem Fotoempfänger der Kamera. Aus dieser Positionsänderung kann mit Hilfe der Winkelfunktionen die Entfernung des Messobjektes von der Laserstrahlquelle bzw. von der Kamera berechnet werden. Mit anderen Worten kann mittels Lasertriangulation aus der Bildposition des reflektierten Laserstrahls die Distanz zwischen Laserstrahlquelle bzw. Kamera und Werkstück berechnet werden.
Zur Kontrolle der Fertigungstoleranzen während der Fertigung ist es bekannt, das zu fertigende Werkstück zwischendurch oder nach Abschluss der Bearbeitung aus der Fertigungsmaschine zu entnehmen, um es an einer separaten Arbeitsstation oder in einem Messlabor messen zu können. Dort kann z.B. eine taktile und bzw. oder optische Geometrie- bzw. Oberflächenmessung durchgeführt werden.
Nachteilig ist hierbei, dass das Werkstück aus der Fertigungsmaschine zu entfernen, zur weiteren Arbeitsstation zu transportieren sowie nach erfolgter Messung wieder zur Fertigungsmaschine zurück zu transportieren ist, sofern dort wenigstens ein weiterer Fertigungsschritt durchzuführen ist. Auch kann es an der weiteren Arbeitsstation erforderlich sein, das Werkstück für die taktile oder optische Messung einzuspannen und bzw. oder auszurichten. Dies verursacht Aufwand und kostet Zeit. Ferner kann hierdurch die Fertigungsmaschine während dieser Schritte ungenutzt stillstehen, was die Fertigungskosten erhöhen kann.
Hierbei ist auch zu bedenken, dass das Werkstück im Falle einer weiteren Bearbeitung nach der Geometriemessung nicht nur erneut in der Fertigungsmaschine z.B. eingespannt sondern auch wieder ausgerichtet werden muss. Gerade bei hochpräzise zu fertigenden Werkstücken kann dies sehr problematisch sein, falls die Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks nach der Geometriemessung nicht wieder derart hergestellt werden kann, wie die Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks vor der Entnahme für die Messung gewesen ist. Somit kann das Entnehmen des Werkstücks aus der Fertigungsmaschine für die Geometriemessung durch eine abweichende Positionierung bzw. Ausrichtung des Werkstücks in der Fertigungsmaschine danach gerade zu Abweichungen von den gewünschten Maßen führen.
Nachteilig ist bei dieser Art der Messung auch, dass die eigentliche Fertigung für die Messung unterbrochen werden muss. Mit anderen Worten können Fertigung und Messung lediglich abwechselnd jedoch nicht gleichzeitig stattfinden. Somit ist diese Art der Messung nicht geeignet, um im Rahmen einer Online-Prozessüberwachung, d.h. einer Prozessüberwachung während des laufenden Fertigungsprozesses, eingesetzt zu werden.
Nachteilig ist ferner, dass das Werkstück üblicherweise zu reinigen ist, bevor eine taktile bzw. optische Messung erfolgen kann, weil z.B. Spanungsrückstände diese Messungen stören können. Auch werden bei vielen Fertigungsverfahren wie der spanenden Bearbeitung üblicherweise Flüssigkeiten wie z.B. Kühlmittel, Schmiermittel bzw. Kühl-/Schmiermittel eingesetzt. Diese Flüssigkeiten können an dem Werkstück anhaften und insbesondere optische Messverfahren stören, so dass die Reinigung des Werkstücks vor der Messung erfolgen muss, um Störungen zu vermeiden. Derartige Störungen können sich insbesondere bei hochpräzisen Messsystemen mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich derart auswirken, dass die Messungen negativ beeinflusst werden oder sogar keine sinnvollen Messungen mehr möglich sind, weshalb die Reinigung des Werkstücks unerlässlich sein kann. Der Schritt der Reinigung stellt jedoch einen zusätzlichen Aufwand dar, der auch zusätzliche Zeit kostet und die Fertigungskosten erhöhen kann. Diese Reinigung kann mittels Druckluft erfolgen.
Mit anderen Worten ist es üblich, das zu fertigende Bauteil entweder vollständig oder teilweise zu fertigen, es dann der Fertigungsmaschine zu entnehmen, es zu reinigen, zu einer weiteren Arbeitsstation wie z.B. einem Messlabor zu transportieren und es dort unter sauberen und definierten Bedingungen zu messen. Anschließend muss das Werkstück ggfs. wieder zur gleichen oder einer anderen Fertigungsmaschine transportiert und dort positioniert bzw. ausgerichtet werden. All dies kostet Zeit, verursacht Aufwand und kann die zuvor beschriebenen Nachteile mit sich bringen.
Daher ist es bekannt, optische Messsysteme zur Messung der Geometrie des Werkstücks in einer Fertigungsmaschine derart anzuordnen, dass das Werkstück gemessen werden kann, ohne dieses aus der Fertigungsmaschine und insbesondere aus der Einspannung bzw. Aufnahme entfernen zu müssen. Hierdurch kann Zeit eingespart und zumindest einige der zuvor beschriebenen Nachteile zumindest teilweise vermieden werden. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Messung der Werkstückgeometrie während der Fertigung und damit eine Online-Prozessüberwachung ermöglicht werden.
Problematisch ist hierbei jedoch, dass ein optisches Messsystem in einem Schutzgehäuse angeordnet werden muss, um das optische Messsystem vor äußeren Einflüssen wie z.B. Spänen und bzw. oder Flüssigkeiten wie z.B. Kühl-/Schmiermittel zu schützen. Um dennoch optisch wirken zu können, muss das flüssigkeitsdicht ausgebildete Schutzgehäuse ein Sichtfenster oder dergleichen aufweisen, durch dass hindurch das optische Messsystem die zu messende Oberfläche bzw. den zu messenden Erfassungsbereich der Oberfläche des Werkstücks optisch erfassen können kann. Alternativ kann das optische Messsystem auch außerhalb des Bearbeitungsraum der Fertigungsmaschine angeordnet werden, um es auf diese Weise vor Spänen und bzw. oder Flüssigkeiten zu schützen, ohne dass ein Schutzgehäuse erforderlich ist. Jedoch ist auch in diesem Fall ein Sichtfenster in der Fertigungsmaschine oder dergleichen erforderlich, damit das optische Messsystem das Werkstück optisch erfassen kann.
Nachteilig ist bei dem Sichtfenster, dass sich Verunreinigungen wie z.B. Späne und bzw. oder Flüssigkeiten wie z.B. Kühl-/Schmiermittel auf der Seite des Bearbeitungsraums an dem Sichtfenster ablagern können. Diese können die Wirkungsweise des optischen Messsystems einschränken und sogar eine optische Messung des Werkstücks im Bearbeitungsraum der Fertigungsmaschine verhindern. Auch können sich Flüssigkeiten und bzw. oder Verunreinigungen an der Oberfläche des Werkstücks ablagern und hierdurch die gemessene Geometrie verfälschen. All dies gilt insbesondere bei hochpräzisen optischen Messsystemen, welche auf derartige Störungen besonders empfindlich reagieren können.
Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, das Sichtfenster mittels Druckluft von z.B. Spänen und bzw. oder Flüssigkeiten zu reinigen. Alternativ ist auch die Anwendung eines Wischers vergleichbar einem Scheibenwischer bei Kraftfahrzeugen bekannt. Ferner ist es bekannt, die Sichtscheibe mit hoher Drehzahl rotieren zu lassen, so dass Verunreinigungen von der Scheibe abgetragen werden können.
Nachteilig ist bei all diesen Maßnahmen, dass diese nicht sehr robust sind, d.h. die Verunreinigungen üblicherweise nur teilweise aber nicht vollständig von der Sichtscheibe abgetragen werden. Die verbleibenden Verunreinigungen können jedoch ausreichend sein, um ein optisches Messsystem bzw. optisches Messverfahren zu stören bzw. dessen Anwendung unmöglich zu machen. Dies gilt insbesondere für hochpräzise optische Messsysteme im Mikrometerbereich, welche bereits durch z.B. Flüssigkeitsschichten im Mikrometerbereich stark beeinflusst bzw. verhindert werden können. So können die verbliebenen Verunreinigungen dazu führen, dass eine ausreichend scharfe optische Abbildung der zu überwachenden Oberfläche des Werkstücks als Messobjekt nur unzureichend oder sogar gar nicht erfasst werden kann.
Es kann jedoch auch vorkommen, dass durch die Verunreinigungen wie insbesondere durch einen dünnen Flüssigkeitsfilm eine Störung der optischen Erfassung auftreten kann, welche in den Messdaten gar nicht als solche erkennbar ist. Die Messdaten können dann korrekt aussehen, jedoch dennoch durch die Flüssigkeit beeinflusst sein. In diesem Fall können Messdaten erfasst werden, welche fehlerhaft sind, jedoch nicht von korrekt erfassten Messdaten zu unterscheiden sind. Auf diese Weise kann z.B. eine fehlerhafte Bauteilgeometrie erfasst und weiterverarbeitet werden, was gerade bei hochpräzisen Anwendungen problematisch sein kann.
Zur Vermeidung dieser Nachteile kann das Sichtfenster regelmäßig entsprechend gut gereinigt werden. Hierzu ist allerdings der Fertigungsprozess zu unterbrechen, um das Sichtfenster und bzw. oder das Werkstück vollständig von den störenden Verunreinigungen befreien zu können, z.B. mittels Druckluft. Dies kann zu einer Erhöhung der Fertigungszeit mit entsprechenden Kosten führen. Auch kann in diesem Fall ebenfalls nur zu konkreten Zeitpunkten eine störungsfreie Messung durchgeführt werden, so dass die Art der Messung für eine Online-Prozessüberwachung nicht geeignet sein kann.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein optisches Messsystem bzw. ein optisches Messverfahren der eingangs beschriebenen Art bereit zu stellen, so dass eine optische Messung einer Oberfläche eines Objekts, insbesondere eines Werkstücks während der Fertigung, trotz Einsatz von Flüssigkeiten wie z.B. Kühl-/Schmiermitteln ermöglicht werden kann. Insbesondere soll dies in der spanenden Fertigung ermöglicht werden. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten optischen Messsystemen und optischen Messverfahren aufgezeigt werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1, durch die Merkmale des Anspruchs 10 sowie durch die Merkmale des Anspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein optisches Messsystem, insbesondere für eine Fertigungsmaschine. Mittels des optischen Messsystems können z.B. die Topographie einer Oberfläche oder andere Eigenschaften einer Oberfläche wie z.B. deren Rauheit, deren Reflektivität oder deren Struktur optisch gemessen werden können.
Als Fertigungsmaschine kommen vorzugsweise spanende Fertigungsmaschinen in Betracht, bei denen während der spanenden Bearbeitung Flüssigkeiten wie z.B. Kühlmittel, Schmiermittel oder Kühl-/Schmiermittel eingesetzt werden. Dies kann vorzugsweise als Bearbeitungsverfahren das Fräsen, Drehen, Bohren, Schleifen, Sägen, elektromechanisches Abtragen etc. sein.
Das erfindungsgemäße optische Messsystem kann dabei ein Bestandteil einer Vorrichtung wie z.B. einer Fertigungsmaschine sein, wobei das optische Messsystem in der Vorrichtung stationär angeordnet oder innerhalb der Vorrichtung vorzugsweise mittels einer Positioniereinheit geführt beweglich sein kann. Alternativ kann das optische Messsystem auch portabel sein, um z.B. von einer Person bewegt und eingesetzt werden zu können.
Das erfindungsgemäße optische Messsystem weist wenigstens einen optischen Sensor auf, welcher z.B. eine Kamera sein kann. Der optische Sensor ist ausgebildet und angeordnet, eine Abbildung eines Messbereichs einer Oberfläche eines Objekts zu erfassen. Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Messsystems auf eine Fertigungsmaschine kann das Objekt ein zu bearbeitendes Werkstück sein. Der Messbereich stellt eine Bereich bzw. einen Abschnitt einer Oberfläche dar, welche optisch zu untersuchen ist.
Das erfindungsgemäße optische Messsystem ist durch einen Flüssigkeitsbehälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit gekennzeichnet, wobei diese Flüssigkeit bei einer spanenden Bearbeitung z.B. ein Kühlmittel, ein Schmiermittel oder ein Kühl-/Schmiermittel sein kann.
Vorzugsweise ist die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter identisch mit den Flüssigkeiten, welche bei der jeweiligen Anwendung verwendet werden. Hierdurch kann vermieden werden, dass sich unterschiedliche Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Brechungsindizes vermischen, was Auswirkungen auf optische Messungen haben kann. Bei einer spanenden Fertigung entspricht daher die Flüssigkeit im Flüssigkeitsbehälter vorzugsweise der Flüssigkeit wie z.B. dem Kühl-/Schmiermittel, welche zur Schmierung und Kühlung des Werkzeugs ohnehin verwendet wird.
Der Flüssigkeitsbehälter ist dabei ausgebildet und angeordnet, so dass zumindest der Messbereich des Objekts derart in der Flüssigkeit des Flüssigkeitsbehälters angeordnet werden kann, so dass die Abbildung des Messbereichs vom optischen Sensor durch die Flüssigkeit hindurch erfasst werden kann. Der Flüssigkeitsbehälter kann jede Form aufweisen, die für die jeweilige Anwendung günstig und geeignet ist, die jeweilige Flüssigkeit wie zuvor beschrieben aufzunehmen. Der Flüssigkeitsbehälter kann ein einstückiges Element sein oder mehrere Bestandteile wie z.B. einen Behälterbereich und ein Sichtfenster aufweisen. Das Anordnen des Messbereich des Objekts in der Flüssigkeit kann dabei sowohl dadurch erfolgen, dass das Objekt zum optischen Messsystem hin bewegt wird, als auch dadurch, dass das optische Messsystem zum Objekt hin bewegt wird.
Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, den Messbereich des Objekts bewusst in der Flüssigkeit anzuordnen anstelle den Messbereich von einer Flüssigkeit, welche die optische Messung stören kann, fern- bzw. freizuhalten. Mit anderen Worten wird erfindungsgemäß ein optisches Messsystem geschaffen, so dass der Messbereich während der optischen Erfassung des Messbereichs in eine Flüssigkeit wie z.B. einem Kühl-/Schmiermittel eingetaucht bzw. von einer Flüssigkeit wie z.B. einem Kühl-/Schmiermittel bedeckt werden kann. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Flüssigkeit die optische Messung nicht bzw. nicht wesentlich beeinflusst bzw. stört, weil die Flüssigkeit den Messbereich vollkommen und durchgängig umgibt, so dass konstante und definierte Messbedingungen geschaffen werden können. Hierdurch kann der Messbereich auch von Flüssigkeitsspritzern oder Flüssigkeitstropfen geschützt werden. Ferner können durch die Flüssigkeit hindurch Messungen im Mikrometerbereich möglich sein.
Dabei sind ein Flüssigkeitsbehälter sowie eine Flüssigkeit anzuwenden, welche eine ausreichende optische Durchlässigkeit (Transmission) aufweisen, so dass das jeweilige optische Messverfahren bzw. optische Messsystem angewendet werden kann. Die Flüssigkeit kann im Flüssigkeitsbehälter stehen oder strömen, z.B. um anhaftende Späne vom Werkstück zu entfernen.
Vorteilhaft ist hierbei auch, dass als schützende Flüssigkeitsschicht des Messbereichs eine sehr geringe Schichtdicke ausreichen kann. Gleichzeitig kann die Lichtabschwächung durch eine sehr geringe Flüssigkeitsschicht sehr gering gehalten werden. Auch können Flüssigkeiten mit einer hohen Lichtabsorption zum Einsatz kommen.
Vorteilhaft ist hierbei ferner, dass auf das Entfernen der Flüssigkeitsreste zur Durchführung der optischen Messung verzichtet werden kann. Auf diese Weise kann auf den entsprechenden Aufwand verzichtet werden, was Zeit und Kosten sparen kann. Auch kann auf eine zusätzliche Druckluftversorgung für das optische Messsystem verzichtet werden, welche zur Reinigung z.B. einer Sichtscheibe von Flüssigkeitsresten bisher erforderlich sein kann. Hierdurch können zusätzliche Kosten vermieden bzw. Kosten gegenüber derartigen bekannten optischen Messsystemen gesenkt werden, deren Sichtfenster mit Druckluft zu reinigen ist.
Vorteilhaft ist ebenso, dass die optische Messung innerhalb z.B. einer Fertigungsmaschine erfolgen kann. Somit kann der Aufwand und die Zeit zum Entfernen des zu messenden Objekts aus der Fertigungsmaschine, der Transport zu einem weiteren Arbeitsplatz zur Durchführung der optischen Messung sowie der Rücktransport und das erneute Ausrichten und Einspannen entfallen.
Vorteilhaft ist weiterhin, dass die optische Messung z.B. bei einer Fertigungsmaschine in der gleichen Einspannung wie die Bearbeitung erfolgen kann. Hierdurch kann eine höhere Maßgenauigkeit und damit eine höhere Fertigungsqualität erreicht werden.
Mit anderen Worten wird erfindungsgemäße statt einer Säuberung des Objekts und ggfs. der Sichtscheibe von einer Flüssigkeit wie z.B. einem Kühl-/Schmiermittel die optische Messung durch die Flüssigkeit hindurch durchgeführt. Hierdurch kann die Flüssigkeit ihre störenden Eigenschaften verlieren. Es können konstantere Messbedingungen als bisher bekannt geschaffen werden, ohne dass es einer Säuberung von Objekt bzw. Sichtfenster bedarf. Dies kann zu einer Zeitersparnis führen.
Das erfindungsgemäße optische Messsystem kann vielfältig einsetzbar sein. So kann das optische Messsystem stationär angeordnet sein, so dass das Objekt zu dem optischen Messsystem hin bewegt und dort in die Flüssigkeit eingetaucht bzw. von der Flüssigkeit bedeckt werden muss, um den Messbereich optisch erfassen zu können. Nach der optischen Messung kann das Objekt wieder aus der Flüssigkeit entfernt werden, z.B. um das Objekt weiter bearbeiten zu können. Hierdurch kann das optische Messsystem fest angeordnet werden, was den Aufwand der Nutzung gegenüber einem beweglichen optischen Messsystem reduzieren kann.
Alternativ kann das optische Messsystem auch stationär angeordnet und das Objekt z.B. im Rahmen seiner Bearbeitung durch die Flüssigkeit hindurch am optischen Messsystem vorbei bewegt werden. Eine derartige Anwendung kann beispielsweise ein rotierendes Objekt wie z.B. ein Werkstück bei der Drehbearbeitung sein. In diesem Fall kann das Werkstück auf einer Seite optisch messen und gleichzeitig z.B. auf der radial gegenüberliegenden Seite bearbeitet werden. In diesem Fall kann mittels der optischen Messung eine Online-Prozessüberwachung erfolgen.
Alternativ kann das Objekt auch stationär angeordnet sein und sich das optische Messsystem gegenüber dem Objekt bewegen, um dieses optisch zu messen.
Zum einen kann bei der spanenden Bearbeitung wie z.B. dem Fräsen das optische Messsystem gemeinsam mit einem Werkzeug wie z.B. einem Fräser gegenüber dem Werkstück mitbewegt werden. Auf diese Weise kann eine Online-Prozessüberwachung erfolgen, um die Qualität der Bauteilfertigung möglichst während der Fertigung zu überwachen. Auch lassen sich auf diese Weise die Herstellungsparameter noch während der Herstellung anpassen und eine optimale Fertigungsqualität erreichen. Im Gegensatz hierzu kann bei einer separaten Labormessung immer nur nach einem Teilschritt der Fertigung kontrolliert werden, ob die Toleranzen eingehalten sind. Hierbei kann es vorkommen, dass das Bauteil verworfen werden muss, falls nach der Fertigung festgestellt wird, dass die Toleranzen nicht mehr erfüllbar sind.
Zum anderen kann ein bewegliches Messsystem unabhängig vom Werkzeug gegenüber dem Objekt zum Messbereich hinbewegt werden, um dort z.B. auf die zu messende Oberfläche aufgesetzt zu werden. Diese Bewegung kann z.B. mittels einer Positioniereinheit oder auch von Hand erfolgen. In diesem Fall ist das zwischen der zu messenden Oberfläche und dem optischen Messsystem bzw. dessen Flüssigkeitsbehälter eingeschlossene Volumen mit der Flüssigkeit zu füllen, um dann die Messung erfindungsgemäß durch die Flüssigkeit hindurch durchführen zu können.
Im Falle eines transparenten Objekts besteht auch die Möglichkeit, sowohl das Objekt als auch das optische Messsystem stehend anzuordnen und eine optische Messung des Messbereichs des Objekts durch dieses hindurch durchzuführen, z.B. bei einem Objekt aus Glas oder dergleichen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das optische Messsystem ferner ein Sichtfenster auf, welches ausgebildet und zwischen dem optischen Sensor und der Flüssigkeit derart angeordnet ist, so dass der optische Sensor die Abbildung durch das Sichtfenster hindurch erfassen kann. Auf diese Weise ist mittels des Sichtfensters eine Trennung des optischen Sensors von der Flüssigkeit bzw. vom Arbeitsraum der Fertigungsmaschine möglich. Der optische Sensor kann z.B. in einem Schutzgehäuse flüssigkeitsdicht angeordnet sein, wobei das Sichtfenster Bestandteil des Schutzgehäuses ist, so dass eine Erfassung des Abbildes des Messbereichs durch das Sichtfenster des Schutzgehäuses hindurch möglich sein kann. Die Verwendung eines Schutzgehäuses kann gerade bei sensiblen optischen Messgeräten sehr sinnvoll sein. Alternativ kann das Sichtfenster auch ein Bestandteil des Flüssigkeitsbehälters sein. Auch kann der Flüssigkeitsbehälter zumindest abschnittsweise durch das Sichtfenster und das Schutzgehäuse gebildet werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Sichtfenster unmittelbar an den Flüssigkeitsbehälter oder an die Flüssigkeit angrenzend angeordnet. Das Sichtfenster kann an den Flüssigkeitsbehälter anliegen, so dass ein direkter Übergang des Strahlengangs von der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsbehälter und durch das Sichtfenster hindurch zum optischen Sensor ermöglichst werden kann. Vorteilhaft ist hierbei, dass mittels eines in dieser Richtung geschlossenen Flüssigkeitsbehälter die Flüssigkeit gegenüber dem Sichtfenster sicher gehalten werden kann, so dass Dichtigkeitsprobleme wie im Falle eines direkten Übergangs der Flüssigkeit zum Sichtfenster vermieden werden können.
Alternativ kann das Sichtfenster an eine Aussparung des Flüssigkeitsbehälters angrenzen bzw. kann das Sichtfenster vom Flüssigkeitsbehälter umgeben bzw. ein Bestandteil des Flüssigkeitsbehälters sein. Hierdurch kann ein direkter Übergang des Strahlengangs von der Flüssigkeit durch das Sichtfenster hindurch zum optischen Sensor ermöglicht werden. Jedoch ist die Dichtigkeit der Flüssigkeit zum Sichtfenster sicherzustellen, um den optischen Sensor zu schützen.
In allen Fällen kann ein kompakter Aufbau des optischen Messsystems erreicht werden. Ferner kann das optische Messsystem einteilig aufgebaut werden, d.h. Flüssigkeitsbehälter und Sichtfenster bzw. Schutzgehäuse können zusammenhängend angeordnet sein, was eine einfachere Handhabung z.B. bei der Montage und Demontage ermöglichen kann. Auch kann die Strecke zwischen dem Messbereich und dem optischem Sensor gering gehalten werden. Hierdurch kann auch vermieden werden, dass Gegenstände, welche die optische Messung stören könnten, zwischen das Sichtfenster und den Flüssigkeitsbehälter gelangen können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das Sichtfenster gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter beabstandet angeordnet. Hierdurch kann der Übergang des Strahlengangs von der Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsbehälter hindurch, dann durch ein weiteres Medium wie z.B. durch Luft und anschließend durch das Sichtfenster zum optischen Sensor erfolgen. Dies kann einen zweiteiligen Aufbau des optischen Messsystems ermöglichen, so dass der Flüssigkeitsbehälter und das übrige optische Messsystem separat gehandhabt wie z.B. einzeln montiert und demontiert werden können. Vorteilhaft ist hierbei, dass der Flüssigkeitsbehälter einfach einzeln ausgewechselt werden kann, z.B. zum Austausch der Flüssigkeit oder bei Beschädigung oder Verschmutzung.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Flüssigkeitsbehälter wenigstens eine Dichtung auf, welche ausgebildet ist, die Flüssigkeit gegenüber der zu messenden Oberfläche zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, fluiddicht abzudichten. Auf diese Weise kann ein teilweise oder vollständig fluiddichtes Flüssigkeitsreservoir im Innenraum des Flüssigkeitsbehälters geschaffen werden, so dass möglichst definierte und während der Messung gleichbleibende Messbedingungen geschaffen werden können. Die Dichtung kann vorzugsweise elastisch, z.B. aus Gummi, ausgebildet sein, um sich flexibel der zu messenden Oberfläche anpassen zu können und hierdurch eine möglichst hohe Dichtigkeit zu schaffen. Vorzugsweise wird dabei der Flüssigkeitsbehälter mit der Dichtung auf die zu messende Oberfläche gedrückt, um die Dichtigkeit zu erhöhen.
Je nach Ausgestaltung des optischen Messsystems kann der Flüssigkeitsbehälter in diesem Fall durch einen Behälterbereich und die Dichtung geschaffen werden, so dass die optische Messung durch den Behälterbereich hindurch stattfinden kann. Alternativ kann im Behälterbereich auch eine Aussparung angeordnet sein, welche einem Sichtfenster eines Schutzgehäuses gegenüber angeordnet und gegenüber diesem abgedichtet ist. Alternativ kann das Sichtfenster auch ein Bestandteil des Flüssigkeitsbehälters sein. Alternativ kann der Flüssigkeitsbehälter auch keinen Behälterbereich aufweisen, sondern direkt durch das Sichtfenster, einen Teilbereich des Schutzgehäuses des optischen Messsystems sowie die Dichtung gebildet werden.
Vorteilhaft ist die Verwendung einer Dichtung insbesondere dann, wenn das optische Messsystem auf die zu messende Oberfläche aufgesetzt wird. In diesem Fall ist das hierdurch eingeschlossene Volumen um den Messbereich herum zunächst mit Luft gefüllt, so dass die Luft durch die Flüssigkeit ersetzt werden muss, um die erfindungsgemäße Messung durch die Flüssigkeit hindurch ausführen zu können. Hierbei kann die Flüssigkeit jedoch an den Kontaktstellen zwischen dem Flüssigkeitsbehälter und der zu messenden Oberfläche aus dem eingeschlossenen Volumen entweichen, was die Messbedingungen stören bzw. die Anwendung der erfindungsgemäßen Messung durch die Flüssigkeit hindurch verhindern könnte. Dies kann möglichst vollständig, zumindest aber in dem Maße durch die Dichtung verhindert werden, dass die Messung erfindungsgemäß durchgeführt werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Flüssigkeitsbehälter wenigstens eine Flüssigkeitszuführung auf, welche ausgebildet ist, dem Flüssigkeitsbehälter die Flüssigkeit zuzuführen. Die Flüssigkeitszuführung kann beispielsweise als eine Öffnung im Flüssigkeitsbehälter ausgebildet sein, durch die hindurch z.B. mittels eines Schlauches die Flüssigkeit in das Innere des Flüssigkeitsbehälters eingebracht werden kann. Hierdurch kann die Flüssigkeitsmenge im Flüssigkeitsbehälter vorbestimmt beeinflusst werden. Vorzugsweise ist der Flüssigkeitsbehälter bei Anwendungen, bei denen ein beweglicher Flüssigkeitsbehälter von oben auf die zu messende Oberfläche aufgesetzt wird, vollständig mit der Flüssigkeit zu füllen, um eine erfindungsgemäße Messung vollständig durch die Flüssigkeit hindurch zu ermöglichen. Dies kann durch die Flüssigkeitszuführung ermöglicht werden. Ferner kann eine z.B. verunreinigte Flüssigkeit auf diese Weise einfach und schnell zumindest teilweise ausgetauscht werden.
Dabei kann eine Flüssigkeitszufuhr zum einen bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung erfolgen, bei denen der Flüssigkeitsbehälter nach oben hin offen ist und ein bewegliches Objekt von oben in den Flüssigkeitsbehälter eingetaucht oder ein beweglicher Flüssigkeitsbehälter von unten zum Objekt hin bewegt wird. Zum anderen kann eine Flüssigkeitszufuhr bei Anwendungen der vorliegenden Erfindung erfolgen, bei denen ein beweglicher Flüssigkeitsbehälter von oben auf die zu messende Oberfläche aufgesetzt wird und die Luft innerhalb des Flüssigkeitsbehälters durch die Flüssigkeit zu ersetzen ist. Hierbei kann insbesondere ein Flüssigkeitsverlust z.B. aufgrund eines nicht vollständig abdichtenden Randes des Flüssigkeitsbehälters bzw. dessen Dichtung durch eine vorzugsweise kontinuierliche Flüssigkeitszufuhr derart ausgeglichen werden, dass für die Messung ununterbrochen konstante erfindungsgemäße Messbedingungen geschaffen werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Flüssigkeitszuführung als Flüssigkeitsdüse ausgebildet, so dass die Flüssigkeit dem Flüssigkeitsbehälter mit einem vorbestimmten Druck zugeführt werden kann. Auf diese Weise kann der Messbereich der zu messenden Oberfläche von Verunreinigungen befreit werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Flüssigkeitsbehälter wenigstens eine Beleuchtung auf, welche ausgebildet ist, zumindest den Messbereich beleuchten zu können. Dies können vorzugsweise mehrere LEDs oder dergleichen sein. Vorteilhaft ist hierbei, dass auf diese Weise z.B. für optische Messverfahren wie insbesondere für Bildverarbeitungsverfahren die erforderliche Helligkeit innerhalb des Flüssigkeitsbehälters geschaffen werden kann. Vorzugsweise kann der Messbereich von mehreren Seiten beleuchtet werden, um eine möglichst gleichmäßige Beleuchtung zu erreichen und bzw. oder Schattenbildungen z.B. durch Verunreinigungen im Messbereich und bzw. oder in der Nähe des Messbereichs zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist das optische Messsystem ausgebildet, den Messbereich mittels eines optischen Verfahrens, insbesondere mittels (Laser-)Triangulation, Fokusvariation, konfokaler Mikroskopie, Weißlichtinterferometrie, Bilderkennung und bzw. oder Streifenprojektion, geometrisch zu messen. Auf diese Weise können optische Verfahren auf das vorliegende erfindungsgemäße optische Messsystem angewendet werden, um deren Vorteile hier zu nutzen.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Fertigungsmaschine mit wenigstens einem optischen Messsystem wie zuvor beschrieben. Auf diese Weise können die Eigenschaften und Vorteile des erfindungsgemäßen optischen Messsystems bei einer Fertigungsmaschine genutzt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Fertigungsmaschine ferner eine Positioniereinheit auf, welche ausgebildet und angeordnet ist, ein zu messendes Objekt in dem Flüssigkeitsbehälter des optischen Messsystems derart zu positionieren, so dass zumindest der Messbereich des Objekts derart in der Flüssigkeit angeordnet ist, so dass die Abbildung des Messbereichs vom optischen Sensor durch die Flüssigkeit hindurch erfasst werden kann. Das zu messende Objekt ist vorzugsweise das zu bearbeitende Werkstück.
Vorteilhaft ist hierbei, dass das optische Messsystem stationär angeordnet und das zu messende Objekt diesem zugeführt werden kann. Hierdurch kann eine optische Messung innerhalb der Fertigungsmaschine erfolgen, ohne dass das Objekt aus der Fertigungsmaschine entfernt werden muss. Dies kann die Zeit und den Aufwand der Fertigung reduzieren. Vorteilhaft ist dabei, dass viele Fertigungsmaschinen für die Werkstückbearbeitung ohnehin ein Achsensystem aufweisen bzw. benötigen, welches als Positioniersystem verwendet bzw. einfach hierzu erweitert werden kann. Damit lässt sich dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung in diese Fertigungsmaschinen sehr leicht integrieren. Eine aufwendige Anpassung der Fertigungsmaschine ist nicht notwendig.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Fertigungsmaschine ferner eine Positioniereinheit auf, welche ausgebildet und angeordnet ist, den Flüssigkeitsgehälter des optischen Messsystems auf dem zu messenden Objekt derart zu positionieren, so dass zumindest der Messbereich des Objekts derart in der Flüssigkeit angeordnet werden kann, so dass die Abbildung des Messbereichs vom optischen Sensor durch die Flüssigkeit hindurch erfasst werden kann. Auf diese Weise kann eine erfindungsgemäße Messung an verschiedenen Stellen der zu messenden Oberfläche des Objektes erfolgen, indem das optische Messsystem dort mittels der Positioniereinheit aufgesetzt wird. Hierdurch kann das erfindungsgemäße optische Messsystem bei Objekten eingesetzt werden, welche z.B. zu groß und bzw. oder zu schwer sind, um diese einem stationären optischen Messsystem zuzuführen. Ferner kann auf diese Weise vermieden werden, dass das Objekt bewegt werden muss, was zu einer Veränderung der Positionierung und bzw. oder Ausrichtung führen könnte.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Fertigungsmaschine ferner eine Positioniereinheit auf, welche ausgebildet und angeordnet ist, ein zu messendes Objekt von unten gegen den Flüssigkeitsgehälter des optischen Messsystems derart zu positionieren, so dass zumindest der Messbereich des Objekts derart in der Flüssigkeit angeordnet werden kann, so dass die Abbildung des Messbereichs vom optischen Sensor durch die Flüssigkeit hindurch erfasst werden kann. Auf diese Weise kann eine alternative Art der Zuführung und Messung des Objektes zu dem stationären optischen Messsystem erfolgen, um z.B. die nach oben zeigende Oberfläche z.B. eines schweren und großflächigen Objektes erfindungsgemäß messen zu können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Positioniereinheit ferner ausgebildet und angeordnet, das zu messende Objekt gegenüber einem Werkzeug derart zu positionieren, so dass der Messbereich des Objekts mittels des Werkzeugs bearbeitet werden kann. Hierdurch kann ein Ein- und Ausspannen des Objekts vermeiden werden, um es messen zu können. Dies spart nicht nur Zeit und vermeidet Aufwand, sondern es können auf diese Art und Weise Abweichungen vermieden werden, welche aus dem erneuten Positionieren des Objekts beim Wechsel zwischen Bearbeitung und Messung resultieren können.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist die Fertigungsmaschine ferner ein Werkzeug auf, welches ausgebildet und angeordnet ist, das Objekt bearbeiten zu können, wobei die Fertigungsmaschine ausgebildet ist, das Objekt derart zu positionieren, dass das Objekt mittels des Werkzeugs bearbeiten und gleichzeitig die Abbildung des Messbereichs des Objekts vom optischen Sensor durch die Flüssigkeit hindurch erfasst werden kann. Dies kann beispielsweise beim Konditionieren bzw. Abrichten von Schleifscheiben bzw. bei der Drehbearbeitung eingesetzt werden. Auch kann das optische Messsystem gemeinsam mit einem Fräswerkzeug mitgeführt werden. In beiden Fällen kann auf diese Art und Weise eine Online-Prozessüberwachung ermöglicht werden, indem das Messergebnis direkt zur Beeinflussung des Bearbeitungsprozesses genutzt werden kann. Hierzu kann beispielsweise das optische Messsystem an die Steuerung der Fertigungsmaschine als Auswerteeinheit angeschlossen sein, so dass eine Beeinflussung der Prozessparameter in Abhängigkeit des optischen Messergebnisses ermöglicht werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein optisches Messverfahren mit wenigstens dem Schritt:

• Erfassen einer Abbildung eines Messbereichs einer Oberfläche eines Objekts mittels eines optischen Sensors.

Das erfindungsgemäße optische Messverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich des Objekts derart in einer Flüssigkeit angeordnet ist, so dass die Abbildung des Messbereichs vom optischen Sensor durch die Flüssigkeit hindurch erfasst werden kann.
Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels;
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
3 eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Messsystems gemäß des ersten Ausführungsbeispiels;
4 eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Messsystems gemäß des ersten Ausführungsbeispiels;
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anwendung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels; und
6 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anwendung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels. Das optische Messsystem 1 weist eine Beleuchtungseinheit 12 in Form eines Lasers 12 auf, welcher einen Laserstrahl durch eine Optik 13 hindurch zur Laserschnitterzeugung als Signallicht 15 abgibt. Das Signallicht 15 stellt den optischen Pfad des ausgesendeten Lichts 15 des Lasers 12 dar. Das Signallicht 15 wird mittels einer Ausrichtungseinheit 14 in Form eines Spiegels 14 abgelenkt und in dieser Richtung von dem optischen Messsystem 1 nach außen hin abgegeben.
Wird das Signallicht 15 von einem Objekt 2 reflektiert, wird das Signallicht 15 auf dem optischen Pfad des reflektierten Lichts 16 als Abbildung 16 eines Messbereichs 21 des Objekts 2 wieder von der optischen Messeinrichtung 1 empfangen bzw. erfasst. Hierzu dient ein optischer Sensor 17 in Form einer Kamera 17, welcher eine Abbildungsoptik 18 in Form eines Objektivs 18 vorgeschaltet ist.
Zum Schutz vor äußeren Einflüssen sind die zuvor beschriebenen Komponenten des optischen Messsystems 1 in einem Gehäuse 10 als Schutzgehäuse 10 enthalten. Damit das Signallicht 15 das Schutzgehäuse 10 verlassen und das Abbild 16 von der Kamera 17 innerhalb des Schutzgehäuses 10 erfasst werden kann, weist das Schutzgehäuse 10 an der entsprechenden Stelle ein Sichtfenster 11 auf, welches ausreichend lichtdurchlässig ist, um die zuvor genannten Voraussetzungen zu erfüllen.
Das bereits erwähnte Objekt 2, welches es optisch zu messen gilt, ist in der Darstellung der 1 oberhalb des optischen Messsystems 1 angeordnet. Hierbei soll eine Oberfläche 20 des Objekts 2 bzw. ein Messbereich 21 dieser Oberfläche 20, welche nach unten zum optischen Messsystem 1 hin ausgerichtet ist, gemessen werden. Auf diesen Messbereich 21 trifft das Signallicht 15 des optischen Messsystems 1 und wird von dort als Abbildung 16 des Messbereichs 21 zum optischen Messsystem 1 hin reflektiert.
Stellt nun das Objekt 2 ein Werkstück 2 dar, welches mittels spanender Bearbeitung zu fertigen ist, kommt es üblicherweise zum Einsatz einer Flüssigkeit 32 als Kühl-Schmiermittel 32, um ein Werkzeug 34 während der Bearbeitung zu kühlen und zu schmieren, vgl. 3 und 4. Derartige Flüssigkeiten 32 können jedoch das zuvor beschriebene optische Messsystem 1 stören, indem die Flüssigkeit 32 den optischen Pfad des ausgesendeten Lichts 15, d.h. das Signallicht 15, sowie den optischen Pfad des reflektierten Lichts 16, d.h. der Abbildung 16 des Messbereichs 21, z.B. durch Brechung derart beeinflussen kann, dass eine optische Messung insbesondere bei hochpräzisen Messungen im Mikrometerbereich nur noch schlecht bis gar nicht mehr möglich sein kann.
Das erfindungsgemäße optische Messsystem 1 ist dennoch geeignet, im Arbeitsraum 30 einer Fertigungsmaschine 3, in welchem Flüssigkeiten 32 eingesetzt werden, erfolgreich angewendet zu werden. Hierzu weist das optische Messsystem 1 einen Flüssigkeitsbehälter 31 auf, welcher oberhalb des Sichtfensters 11 angeordnet ist. In diesem ersten Ausführungsbeispiel liegt die Unterseite des Flüssigkeitsbehälters 31 direkt auf dem Sichtfenster 11 auf und der Flüssigkeitsbehälter 31 ist mit dem Schutzgehäuse 10 verbunden. Der Flüssigkeitsbehälter 31 ist ausreichend transparent, so dass sowohl das Signallicht 15 als auch die Abbildung 16 ausreichend durch den Flüssigkeitsbehälter 31 hindurchdringen können.
Der Flüssigkeitsbehälter 31 ist mit derselben Flüssigkeit 32 gefüllt, welche auch als Kühl-/Schmiermittel 32 in der Fertigungsmaschine 3 eingesetzt wird. Dabei ist in der Darstellung der 1 das Werkstück 2 zur Durchführung der optischen Messung soweit von oben in die Flüssigkeit 32 eingetaucht, dass die zu messende Oberfläche 20 samt Messbereich 21 in der Flüssigkeit 32 angeordnet ist. Somit trifft das Signallicht 15 von der Optik 13 kommend nach Umlenkung durch den Spiegel 14 durch das Sichtfenster 11 und den Flüssigkeitsbehälter 31 hindurch innerhalb der Flüssigkeit 32 auf den Messbereich 21. Die vom Messbereich 21 reflektierte Abbildung 16 tritt ebenfalls durch die Flüssigkeit 32, durch den Flüssigkeitsbehälter 31 sowie durch das Sichtfenster 11 hindurch auf das Objektiv 18 der Kamera 17 innerhalb des Schutzgehäuses 10.
Auf diese Weise können Reste der Flüssigkeit 32, welche von der Bearbeitung stammen, vgl. 3 und 4, und an dem Werkstück 2 im Messbereich 21 anhaften, die optische Messung nicht stören, weil sich der Messbereich 21 erfindungsgemäß während der optischen Messung ohnehin innerhalb der Flüssigkeit 32 im Flüssigkeitsbehälter 31 befindet. Somit können innerhalb des Flüssigkeitsbehälters 31 wohldefinierte und konstante optische Messbedingungen geschaffen werden, welche durch die Flüssigkeit 32 nicht gestört werden können. Dies ermöglicht eine optische Messung, insbesondere mit hoher Genauigkeit, in der Umgebung einer Fertigungsmaschine 3, wie sie bisher nicht bekannt ist.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. Das optische Messsystem 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich lediglich dadurch vom optischen Messsystem 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels, dass beim optischen Messsystem 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels ein Abstand zwischen dem Sichtfenster 11 und der Unterseite des Flüssigkeitsbehälters 31 vorhanden ist. Hierdurch können der Flüssigkeitsbehälter 31 und das Schutzgehäuse 10 samt Sichtfenster 11 unabhängig voneinander gehandhabt und angeordnet werden.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten erfindungsgemäßen Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Messsystems 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. Wie bereits zuvor mit Bezug auf die 1 beschrieben, kann das erfindungsgemäße optische Messsystem 1 im Arbeitsraum 30 einer Fertigungsmaschine 3 eingesetzt werden. In der Darstellung der 3 weist diese Fertigungsmaschine 3 ein Werkzeug 34 mit einer Werkzeugschneide 35 auf, mittels der eine spanende Bearbeitung des Werkstücks 2 erfolgen kann. Zur Kühlung und Schmierung der Werkzeugschneide 35 weist die Fertigungsmaschine 3 eine Flüssigkeitszufuhr 33 in Form einer Flüssigkeitsdüse 33 auf, mittels der die Flüssigkeit 32 in den Arbeitsraum 30 und insbesondere auf die Werkzeugschneide 35 gesprüht werden kann.
Die Fertigungsmaschine 3 weist ferner eine Positioniereinheit 36 auf, welche das Werkstück 2 sowohl in einer horizontalen Bewegungsrichtung A als auch in einer vertikalen Bewegungsrichtung B bewegen und positionieren kann. Auf diese Weise ist es möglich, das von der Positioniereinheit 36 gehaltene Werkstück 2 dem Werkzeug 34 zuzuführen, es dort unter dem Einsatz der gesprühten Flüssigkeit 32 spanend bearbeiten zu lassen und es dann zur optischen Messung nach rechts zum optischen Messsystem 1 zu bewegen, um es dort in der Flüssigkeit 32 eingetaucht optisch zu messen. Auf dieses Weise kann eine abwechselnde Bearbeitung und optische Messung innerhalb der Fertigungsmaschine 3 erfolgen, ohne das Werkstück 2 aus der Fertigungsmaschine 3 entfernen zu müssen. Auch kann die Bearbeitung des Werkstücks 2 nach der optischen Messung in der beibehaltenen Einspannung der Positioniereinheit 36 fortgesetzt werden.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten erfindungsgemäßen Anwendung des erfindungsgemäßen optischen Messsystems 1 gemäß des ersten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall wird das Werkstück 2 um seine Rotationsachse R rotiert. Mit seiner Unterseite taucht das Werkstück 2 in die Flüssigkeit 32 im Flüssigkeitsbehälter 31 ein, wo die optische Messung erfolgt. Gleichzeitig kann das Werkstück 2 mit seiner Oberseite durch das Werkzeug 34 z.B. spanend bearbeitet werden, welches samt Flüssigkeitsdüse 33 entsprechend angeordnet ist. Dies kann z.B. beim Abrichten einer Schleifscheibe 2 als Werkstück 2 der Fall sein. Auf diese Weise kann eine optische Messung direkt während der spanenden Bearbeitung erfolgen, so dass das Messergebnis in eine Online-Prozessüberwachung des Bearbeitungsprozesses eingebunden werden kann, um eine laufende Kontrolle bzw. Korrektur der Prozessparameter durchführen zu können.
5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anwendung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels. In diesem Fall ist das optische Messsystem 1 oberhalb des Objektes 2 angeordnet. Dabei kann das optische Messsystem 1 mittels eines Positioniersystems 36 sowohl in einer horizontalen Bewegungsrichtung A als auch in einer vertikalen Bewegungsrichtung B bewegt und positioniert werden. Das Objekt 2 ist stationär angeordnet.
Gemäß dieser erfindungsgemäßen Anwendung wird das optische Messsystem 1 mit seinem nach unten zeigenden und nach unten offenen Flüssigkeitsbehälters 31 auf den Messbereich 21 der Oberfläche 20 des Objekts 2 aufgesetzt. Um hierbei Unebenheiten der Oberfläche 20 des Objekts 2 auszugleichen und eine Dichtigkeit der Flüssigkeitsbehälters 31 herzustellen, weist der nach unten zeigende Rand des Flüssigkeitsbehälters 31 eine umlaufende Dichtung 37 aus Gummi auf. Gleichzeitig wird der Flüssigkeitsbehälter 31 durch die Positioniereinheit 36 auf die Oberfläche 20 des Objekts 2 gedrückt, um die Dichtigkeit der Dichtung 37 zu erhöhen.
Da in diesem Zustand der Innenraum des Flüssigkeitsbehälters 31 luftgefüllt ist, wird nun der Innenraum des Flüssigkeitsbehälters 31 über eine Flüssigkeitszuführung 38 des Flüssigkeitsbehälters 31 mit der Flüssigkeit 32 vollständig gefüllt, so dass zwischen dem Messbereich 21 und dem Sichtfenster 11 ausschließlich die Flüssigkeit 32 vorhanden ist. Auf diese Weise können auch in diesem Fall die Bedingungen geschaffen werden, um eine erfindungsgemäße Messung durchzuführen. Dabei kann eine kontinuierliche Flüssigkeitszufuhr erfolgen, um ggfs. durch Undichtigkeiten verursachte Flüssigkeitsverluste des Flüssigkeitsbehälters 31 so schnell und vollständig ausgleichen zu können, dass konstante erfindungsgemäße Messbedingungen gewährleistet werden können.
Die Flüssigkeitszuführung 38 ist als Flüssigkeitsdüse 38 ausgebildet und zum Messbereich 21 hin ausgerichtet, um den Messbereich 21 durch eine Flüssigkeitszufuhr mit einem vorbestimmten Druck von Verunreinigungen befreien zu können. Dies kann die Qualität der Messung verbessern.
Des Weiteren weist der Flüssigkeitsbehälter 31 an seiner Innenseite mehrere Beleuchtungen 39 in Form von LEDs 39 auf, um den Innenraum des Flüssigkeitsbehälters 31 z.B. für den Einsatz von Messverfahren wie z.B. Bildverarbeitungsverfahren beleuchten zu können.
6 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anwendung eines erfindungsgemäßen optischen Messsystems 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels. Auch in diesem Fall ist das optische Messsystem 1 oberhalb des Objektes 2 angeordnet. Jedoch kann das Objekt 2 mittels eines Positioniersystems 36 sowohl in einer horizontalen Bewegungsrichtung A als auch in einer vertikalen Bewegungsrichtung B bewegt und positioniert werden. Das optische Messsystem 1 ist stationär angeordnet.
Bezugszeichenliste

A: horizontale Bewegungsrichtung der Positioniereinheit 36
B: vertikale Bewegungsrichtung der Positioniereinheit 36
R: Rotationsachse des Werkstücks 2
1: optisches Messsystem
10: Gehäuse, Schutzgehäuse
11: Sichtfenster
12: Beleuchtungseinheit, Laser
13: Optik der Beleuchtungseinheit z.B. zur Lichtschnitterzeugung
14: Ausrichtungseinheit der Beleuchtungseinheit, Spiegel, Prisma
15: optischer Pfad des ausgesendeten Lichts, Signallicht
16: optischer Pfad des reflektierten Lichts, Abbildung des Messbereichs 21
17: optischer Sensor, Kamera
18: Abbildungsoptik des optischen Sensors, Objektiv
2: Objekt, Werkstück, Schleifscheibe
20: zu messende Oberfläche des Objekts 2
21: Messbereich der Oberfläche 20 des Objekts 2
3: Fertigungsmaschine
30: Arbeitsraum der Fertigungsmaschine 3
31: (transparenter) Flüssigkeitsbehälter
32: Flüssigkeit, Kühl-/Schmiermittel
33: Flüssigkeitszufuhr, Flüssigkeitsdüse der Fertigungsmaschine 3
34: Werkzeug
35: Werkzeugschneide
36: Positioniereinheit
37: (elastische) Dichtung des Flüssigkeitsbehälters 31
38: Flüssigkeitszuführung, Flüssigkeitsdüse des Flüssigkeitsbehälters 31
39: Beleuchtung, LEDs des Flüssigkeitsbehälters 31

Claims

Optisches Messsystem (1), insbesondere für eine Fertigungsmaschine (3), mit wenigstens einem optischen Sensor (17), welcher ausgebildet und angeordnet ist, eine Abbildung (16) eines Messbereichs (21) einer Oberfläche (20) eines Objekts (2) zu erfassen, gekennzeichnet durch einen Flüssigkeitsbehälter (31) zur Aufnahme einer Flüssigkeit (32), wobei der Flüssigkeitsbehälter (31) ausgebildet und angeordnet ist, so dass zumindest der Messbereich (21) des Objekts (2) derart in der Flüssigkeit (32) des Flüssigkeitsbehälters (31) angeordnet werden kann, so dass die Abbildung (16) des Messbereichs (21) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst werden kann.
Optisches Messsystem (1) gemäß Anspruch 1, ferner mit einem Sichtfenster (11), welches ausgebildet und zwischen dem optischen Sensor (17) und der Flüssigkeit (32) derart angeordnet ist, so dass der optische Sensor (17) die Abbildung (16) durch das Sichtfenster (11) hindurch erfassen kann.
Optisches Messsystem (1) gemäß Anspruch 2, wobei das Sichtfenster (11) unmittelbar an den Flüssigkeitsbehälter (31) oder an die Flüssigkeit (32) angrenzend angeordnet ist.
Optisches Messsystem (1) gemäß Anspruch 2, wobei das Sichtfenster (11) gegenüber dem Flüssigkeitsbehälter (31) beabstandet angeordnet ist.
Optisches Messsystem (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsbehälter (31) wenigstens eine Dichtung (37) aufweist, welche ausgebildet ist, die Flüssigkeit (32) gegenüber der zu messenden Oberfläche (20) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, fluiddicht abzudichten.
Optisches Messsystem (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsbehälter (31) wenigstens eine Flüssigkeitszuführung (38) aufweist, welche ausgebildet ist, dem Flüssigkeitsbehälter (31) die Flüssigkeit (32) zuzuführen.
Optisches Messsystem (1) gemäß Anspruch 6, wobei die Flüssigkeitszuführung (38) als Flüssigkeitsdüse (38) ausgebildet ist, so dass die Flüssigkeit (32) dem Flüssigkeitsbehälter (31) mit einem vorbestimmten Druck zugeführt werden kann.
Optisches Messsystem (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flüssigkeitsbehälter (31) wenigstens eine Beleuchtung (39) aufweist, welche ausgebildet ist, zumindest den Messbereich (21) beleuchten zu können.
Optisches Messsystem (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das optische Messsystem (1) ausgebildet ist, den Messbereich (21) mittels eines optischen Verfahrens, insbesondere mittels (Laser-)Triangulation, Fokusvariation, konfokaler Mikroskopie, Weißlichtinterferometrie, Bilderkennung und/oder Streifenprojektion, geometrisch zu messen.
Fertigungsmaschine (3), mit wenigstens einem optischen Messsystem (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche.
Fertigungsmaschine (3) gemäß Anspruch 10, ferner mit einer Positioniereinheit (36), welche ausgebildet und angeordnet ist, ein zu messendes Objekt (2) in dem Flüssigkeitsbehälter (31) des optischen Messsystems (1) derart zu positionieren, so dass zumindest der Messbereich (21) des Objekts (2) derart in der Flüssigkeit (32) angeordnet ist, so dass die Abbildung (16) des Messbereichs (21) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst werden kann.
Fertigungsmaschine (3) gemäß Anspruch 10, ferner mit einer Positioniereinheit (36), welche ausgebildet und angeordnet ist, den Flüssigkeitsgehälter (31) des optischen Messsystems (1) auf dem zu messenden Objekt (2) derart zu positionieren, so dass zumindest der Messbereich (21) des Objekts (2) derart in der Flüssigkeit (32) angeordnet werden kann, so dass die Abbildung (16) des Messbereichs (21) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst werden kann.
Fertigungsmaschine (3) gemäß Anspruch 10, ferner mit einer Positioniereinheit (36), welche ausgebildet und angeordnet ist, ein zu messendes Objekt (2) von unten gegen den Flüssigkeitsgehälter (31) des optischen Messsystems (1) derart zu positionieren, so dass zumindest der Messbereich (21) des Objekts (2) derart in der Flüssigkeit (32) angeordnet werden kann, so dass die Abbildung (16) des Messbereichs (21) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst werden kann.
Fertigungsmaschine (3) gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Positioniereinheit (36) ferner ausgebildet und angeordnet ist, das zu messende Objekt (2) gegenüber einem Werkzeug (34) derart zu positionieren, so dass der Messbereich (21) des Objekts (2) mittels des Werkzeugs (34) bearbeitet werden kann.
Fertigungsmaschine (3) gemäß Anspruch 10, ferner mit einem Werkzeug (34), welches ausgebildet und angeordnet ist, das Objekt (2) bearbeiten zu können, wobei die Fertigungsmaschine (3) ausgebildet ist, das Objekt (2) derart zu positionieren, dass das Objekt (2) mittels des Werkzeugs (34) bearbeiten und gleichzeitig die Abbildung (16) des Messbereichs (21) des Objekts (2) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst werden kann.
Optisches Messverfahren, mit wenigstens dem Schritt: Erfassen einer Abbildung (16) eines Messbereichs (21) einer Oberfläche (20) eines Objekts (2) mittels wenigstens eines optischen Sensors (17), dadurch gekennzeichnet, dass der Messbereich (21) des Objekts (2) derart in einer Flüssigkeit (32) angeordnet ist, so dass die Abbildung (16) des Messbereichs (21) vom optischen Sensor (17) durch die Flüssigkeit (32) hindurch erfasst wird.