DE19914862A1

DE19914862A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Vermessen eines Konturverlaufs eines Werkstücks

Info

Publication number: DE19914862A1
Application number: DE1999114862
Authority: DE
Inventors: Christian Pfau; Wolfgang Eckstein
Original assignee: E Zoller GmbH and Co KG
Current assignee: E Zoller GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: DE19914862B4

Abstract

Verfahren zum Vermessen eines Konturverlaufs eines Werkstücks, insbesondere eines Werkzeuges, mit folgenden Schritten: DOLLAR A - Festlegung wenigstens einer Soll-Position eines Konturpunktes des zu vermessenden Konturverlaufs und Eingabe der Soll-Position in eine Recheneinrichtung, DOLLAR A - Anordnung des Werkstücks derart, daß die Ist-Position des Konturpunktes seiner Soll-Position entspricht, DOLLAR A - Abfahren des Konturverlaufs mit Konturverlauf-Erfassungsmitteln und Ermittlung einer beliebigen Anzahl von Ist-Positionen von Punkten des Konturverlaufs relativ zu der festgelegten Soll-Position, und DOLLAR A - Berechnung eines Konturlinienzuges auf der Grundlage der festgelegten Soll-Position und der ermittelten Ist-Positionen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vermessen eines Konturverlaufs eines Werk zeugs oder Werkstücks nach dem Oberbegriff des Patentan spruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4.

Zum automatischen Vermessen bzw. Messen von Werkzeugen wer den auf Einstell- und Meßgeräten vielfach Bildverarbei tungssysteme eingesetzt. Zum Vermessen eines Werkzeugs mit tels eines derartigen Bildverarbeitungssystems werden in der Praxis Meßpunktreihen mit einer großen Anzahl von Meß punkten über eine Tastatur und eine Bildschirmmaske in ei nen Rechner eingegeben. Bei diesen Meßpunkten handelt es sich um Soll-Werte, welche typischerweise aus zweidimensio nalen Koordinatenwerten bestehen, denen weitere Informatio nen beispielsweise hinsichtlich einer zu messenden Schnei denform des Werkzeugs hinzugefügt werden. Die eingegebenen Soll-Werte werden dann mittels eines Bildverarbeitungssy stems mit tatsächlich gemessenen Ist-Werten verglichen. Aus dem Vergleich der Ist- mit den Soll-Werten ist es dann mög lich, ein den Konturverlauf des zu vermessenden Werkzeuges darstellendes Polygon zu berechnen.

Die beschriebene manuelle Dateneingabe für komplex geformte Werkzeuge kann, beispielsweise je nach Anzahl der Schnei den, erhebliche Zeit in Anspruch nehmen. Bedienungszeiten zum Programmieren der zu messenden Schneidenform bis zu 90 Minuten werden hierbei regelmäßig in Kauf genommen.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfah rens bzw. einer Vorrichtung, mit welchem bzw. welcher das Vermessen eines Konturverlaufs eines Werkstücks sich weni ger aufwendig als bisher gestaltet.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merk malen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4.

Erfindungsgemäß ist es nun möglich, beispielsweise durch Eingabe der Soll-Position nur eines Punktes eines zu ver messenden Konturverlaufs den gesamten zu messenden Kontur verlauf zu erfassen und rechnerisch zu verarbeiten. Da ein zelne Punkte des zu vermessenden Konturverlaufs relativ zu der eingegebenen Soll-Position nur eines Punktes ermittelt werden können, ist das Vermessen des Konturverlaufs gegen über herkömmlichen Verfahren, bei welchen eine große Anzahl von Meßpunkten eingegeben werden mußte, vereinfacht.

Vorteilhafterweise sind die Mittel zur Ermittlung einer be liebigen Anzahl von Ist-Punkten des Konturverlaufs in Form eines softwaregesteuerten verfahrbaren und/oder verschwenk baren Bildverarbeitungssystems ausgebildet. Mittels der Verfahrbarkeit bzw. Verschwenkbarkeit des Bildverarbei tungssystems ist es in einfacher Weise möglich, einem vor gegebenen Konturverlauf zu folgen, auch wenn dieser das Bild- bzw. Blickfeld einer im Rahmen des Bildverarbeitungs systems verwendeten Kamera übersteigt.

Es ist ferner bevorzugt, daß die Mittel zur Ermittlung ei ner beliebigen Anzahl von Ist-Punkten in Form einer softwa regesteuerten verfahrbaren und/oder verschwenkbaren Laser meßvorrichtung ausgebildet sind. Mittels einer derartigen Lasermeßvorrichtung ist eine zu vermessende Kontur eines Werkstücks, wobei die zu vermessenden Ist-Punkte des Kon turverlaufs mit einer Soll-Position eines Ausgangspunktes in Beziehung gesetzt werden, in einfacher Weise durchführ bar.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform des er findungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Abfahren des Kontur verlaufs und/oder die Berechnung eines Konturlinienzuges auf der Grundlage der festgestellten wenigstens einen Soll- Position und der ermittelten Ist-Positionen im wesentlichen automatisch. Der Programmier- bzw. Steueraufwand für einen Bediener ist durch diese Maßnahme gegenüber herkömmlichen Verfahren stark vermindert. Es ist ebenfalls denkbar, die Konturvermessung interaktiv zu gestalten, wobei beispiels weise während der Vermessung dem Benutzer die Möglichkeit gegeben wird, Korrekturen oder Parameteränderungen einzuge ben.

Es ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, daß das Abfahren des Konturverlaufs durch statisch angeordnete Mittel zur Er mittlung einer beliebigen Anzahl von Ist-Punkten des Kon turverlaufs erfolgt, wobei das zu vermessende Werkstück in geeigneter Weise verfahren oder verschwenkt wird. Durch diese Maßnahme kann darauf verzichtet werden, verschwenk- bzw. verfahrbare Bildverarbeitungssysteme bzw. Lasermeßvor richtungen zur Verfügung zu stellen.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungs form einer Vorrichtung zum Vermessen eines Kon turverlaufs eines Werkstücks,

Fig. 2 eine schematische Schnittansicht eines zu vermes senden Werkstücks, wobei gemäß herkömmlichen Ver fahren typischerweise von Hand einzugebende Soll werte dargestellt sind, und

Fig. 3 das Werkstück der Fig. 1, wobei hier gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Er findung ein Anfangspunkt und ein Endpunkt des Konturverlaufs des Werkzeugs, welche von Hand eingegeben werden, dargestellt sind.

Entsprechend Fig. 1 umfaßt die Meßvorrichtung eine Vor richtungsbasis 10, an deren linker Stirnseite ein mit einem nicht gezeigten Rechner verbundenes Bedienpult 12 mit Ta statur 14 und Bildschirm 16 angeschlossen ist. Ein mit dem Rechner verbundener Monitor 76, der in Verbindung mit einer schematisch dargestellten Meßkamera 64 arbeitet, ist gut sichtbar für eine Bedienperson hinter dem allgemeinen Meß bereich beispielsweise an der Basis 10 auf einem Stativ 75 abgestützt. Am rechten Ende ist in der Vorrichtungsbasis 10 eine vertikale Aufnahmeeinrichtung 18 in Form eines Hochge nauigkeits-Spindelstocks 20 angeordnet, dessen Drehachse die vertikale Bezugsachse 22 der Meßvorrichtung bildet. Ein zu vermessendes Werkzeug ist in den Hochgenauigkeits- Spindelstock 20 eingespannt.

Auf der Oberseite der Vorrichtungsbasis 10 befindet sich ein in deren Längsrichtung (X-Richtung) verstellbarer Schlitten 24, der einen nach oben ragenden, quer zu der X-Richtung, d. h. in Y-Richtung, verstellbaren zweiten Schlit ten 26 trägt, an dem schließlich ein vertikal, d. h. in der Z-Richtung, verstellbarer dritter Schlitten 28 geführt ist. Die drei in X-, Y- bzw. Z-Richtung verstellbaren Teil schlitten 24, 26, 28 bilden einen dreidimensional verstell baren Koordinatenschlitten 30, wobei der vertikal verstell bare Schlitten 28 über eine Schnittstelle 34 mit der Kamera 64 (bzw. weiteren, nicht im einzelnen dargestellten Geräten zur Meßdatenaufnahme) verbunden ist. Entsprechend dem be schriebenen Koordinatenschlitten 30 ist auch die Kamera 64 in drei Richtungen verfahrbar. Es erweist sich in diesem Zusammenhang als vorteilhaft, die Kamera 64 auch schwenkbar auszubilden. Als denkbare Schwenkachse sind beispielsweise eine in die Zeichenebene hinein verlaufende Schwenkachse 100, und eine in der Zeichenebene verlaufende, gestrichelt dargestellte Schwenkachse 101 in Fig. 1 dargestellt.

Der so gewählte Aufbau ermöglicht jede erforderliche Beweg lichkeit der Kamera 64, so daß dessen Meßbereich, bei spielsweise die optische Achse der Kamera, in einfacher Weise und von der Bedienperson gut übersehbar auf das zu vermessende Objekt einstellbar ist, das in Fig. 1 von ei nem Werkzeug 36 gebildet wird. Zum Messen des Konturver laufs des Werkzeugs 36 wird die Kamera beispielsweise, in der Darstellung der Fig. 1, hinter das Werkzeug 36 gefah ren. Beleuchtungseinrichtungen, beispielsweise eine Durch licht- oder eine Auflichteinrichtung, zur Beleuchtung des Werkzeugs 36 sind in Fig. 1 nicht im einzelnen darge stellt.

Die Schlitten 24, 26, 28 sind beispielsweise mittels nicht dargestellter Motoren verfahrbar, welche entsprechend einem durchzuführenden Meßverlauf softwaregesteuert ausgebildet sein können. Es sei angemerkt, daß es ausreichend sein kann, einen lediglich in zwei Richtungen, beispielsweise der X- und der Z-Richtung verfahrbaren Schlitten zu ver wenden. Es ist beispielsweise möglich, einen Koordinaten schlitten mit zwei linearen Freiheitsgraden sowie einem Ro tationsfreiheitsgrad zu verwenden, wobei diese drei Frei heitsgrade vorteilhafterweise mittels motorischer Antriebe durchführbar bzw. durchfahrbar sind.

In Fig. 2 ist beispielhaft ein ebenfalls mit 36 bezeichne tes Schneidwerkzeug dargestellt, dessen Konturverlauf aus gemessen werden soll. Zum Vermessen dieses Konturverlaufs müssen herkömmlicherweise Meßpunkte S₁ bis S_n, welche Posi tionen von Soll-Punkten des zu vermessenden Konturverlaufs entsprechen, über eine Tastatur oder eine Bildschirmmaske in einen Rechner eingegeben werden. Die Solldaten dieser Punkte S₁ bis S_n bestehen aus X- und Z-Koordinatenwerten, denen zusätzlich noch weitere Informationen hinsichtlich der zu messenden Schneidenform hinzugefügt werden müssen. Nach Eingabe der Soll-Punkte S₁ bis S_n erfolgt eine Vermes sung der diesen Soll-Punkten S₁ bis S_n entsprechenden Ist- Punkte des tatsächlich zu vermessenden Konturverlaufs. Die Ist-Punkte des Konturverlaufs, welche den eingegebenen Soll-Punkten entsprechen, sind in Fig. 2 mit I₁ bis I_n be zeichnet. Für die Werte I₁ und I_n sind beispielhaft die Ko ordinaten x bzw. z eingezeichnet. Über jeweilige Vergleiche der Soll-Punkte mit den Ist-Punkten ist eine genaue Messung des Schneidwerkzeugs 36 durchführbar. Als nachteilig hier bei erweist sich, daß das Bildfeld einer im Rahmen eines Bildverarbeitungssystem verwendeten Kamera beschränkt ist, so daß in relativ aufwendiger Weise ein beispielsweise den ersten Punkt S₁ bzw. I₁ umfassendes Bildfeld mit einem zweiten Bildfeld, welches beispielsweise einen Punkt S₂ bzw. I₂ enthält, kombiniert werden muß.

Zur Darstellung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ist in Fig. 3 dargestellt, daß nun lediglich ein Startpunkt S_S und ein Endpunkt E_S des zu vermessenden Konturverlaufs als Ist-Werte in einen Rechner eingegeben werden sollen. Es ist auch möglich, lediglich einen Punkt, beispielsweise den Startpunkt S_S in dem Rechner einzugeben. Durch die Eingabe dieses Startpunktes ist eine Festlegung wenigstens einer Soll-Position eines Konturpunktes des zu messenden Kontur verlaufs definiert. Zweckmäßigerweise wird nun in einem weiteren Schritt das Werkzeug 36 derart positioniert, daß die Ist-Position I_S des eingegebenen Konturpunktes S_S sei ner Soll-Position entspricht. Dies kann beispielsweise da durch erfolgen, daß eine Positionierung des Werkzeugs 36 mittels des Hochgenauigkeits-Spindelstocks 20 erfolgt. Eine anschließende Aufnahme der Kontur des Werkzeugs kann nun durch geeignete Abtastmittel, welche zweckmäßigerweise ver fahrbar oder verschwenkbar ausgebildet sind, zusammen mit einer speziellen Software im wesentlichen automatisch er folgen. Es sei angemerkt, daß anstelle einer Start- und Endposition es auch ausreichend sein kann, lediglich die Startposition S_S als Soll-Punkt in den Rechner einzugeben, und ferner eine auszuführende Meßrichtung (ebenfalls mit tels Tastatur) festzulegen. Bei Verwendung von Bildverar beitungssystemen ist es beispielsweise möglich, lediglich ein Bild auszuwählen, welches der Form des Werkzeugs an der Startposition entspricht.

Es sind erfindungsgemäß keine weiteren Eingaben notwendig. Die Eingabezeit zum Messen einer beliebigen Kontur, die z. B. aus Geraden, Schrägen und Radien beliebig bestehen kann, erfolgt beispielsweise in weniger als einer Minute. Im einfachsten Fall werden hierbei lediglich X/Z-Koordi naten ermittelt, wobei ferner die Kontur in Elemente und Segmente wie beispielsweise Geraden, Kreisbögen, Ellipsen und Parabeln zerlegt werden kann. Die zu diesem Zwecke ein gesetzte Software ist in der Lage charakteristische bzw. für eine Konturverlaufsmessung geeignete Punkte zu bestim men und diese miteinander rechnerisch zu verknüpfen. Es können beispielsweise Raster vorgegeben werden, in welchen die auszuwertenden Meßwerte liegen bzw. liegen sollen. Zur Eliminierung von Streuwerten können Toleranzen für die Soll- bzw. Ist-Punkte vorgegeben werden.

Die Software ist in der Lage, die notwendigen Ist-Punkte bzw. Meßpunkte entlang des Konturverlaufs des Werkzeugs vollkommen selbständig anzusteuern.

Das zu vermessende Werkzeug kann mit oder ohne einer eige nen Rotationsbewegung vermessen bzw. aufgenommen werden. Die Rotation des Werkzeugs kann ebenfalls durch die genann te Software gesteuert werden.

Insgesamt entsteht durch die Messung ein Polygon, das als Konturlinienzug in elektronischer Form zur Weiterverarbei tung in anderen Systemen zur Verfügung gestellt werden kann. Ein derartiger Konturlinienzug kann anschließend nach Belieben ausgewertet und für Meß- bzw. Prüfprotokolle, bei spielsweise in gedruckter Form, verwendet werden. Der ge messene Konturverlauf kann auch als DXF-File grafisch auf einem Bildschirm angezeigt und ebenfalls ausgedruckt wer den, das zugehörige ASCII-File kann an jede beliebige Werk zeugmaschine ausgegeben werden, um beispielsweise ein kon trolliertes Werkzeug auf einer Schleifmaschine nachzu schleifen oder um ein gefertigtes Werkstück auf einer Schleifmaschine oder Drehmaschine nachzubearbeiten. Das ASCII-File kann jederzeit auch an eine andere, beliebige Werkzeugmaschine ausgegeben werden, die Daten aus dem ASCII-File können von jedem Programmiersystem zur Fertigung von Werkstücken und Werkzeugen weiterverwendet werden.

Es sei angemerkt, daß die beschriebene Solldateneingabe von Start- und Endpunkten nicht nur mittels Tastatur, sondern auch beispielsweise über Diskette oder ASCII-File über Schnittstellen oder im Netzwerk, oder auch durch direkten Datenbankzugriff in das System eingegeben werden kann bzw. in ein Rechnersystem übertragen werden kann.

Eine Weiterverarbeitung der mittels der beschriebenen Kon turverlaufsmessung erhaltenen ASCII-Files erfolgt bei spielsweise auf CNC-gesteuerten Werkzeugschleifmaschinen, auf CNC-gesteuerten Rundschleifmaschinen, auf Drehmaschi nen, Bearbeitungszentren und Fräsmaschinen, sowie insbeson dere auch als Soll-/Ist-Vergleich.

Die Kombinationen in den Berechnungen, d. h. beispielsweise die ermittelten Formbestandteile des Konturlinienzuges, werden dem Benutzer als Vorschlagskomponente zur freien Auswahl am Bildschirm angezeigt. Die somit gewählte Konfi guration der Elemente, beispielsweise Linie, Kreisbogen, Linie wird entsprechend der Auswahl des Bedieners vom Sy stem gelernt, die verwendete Software merkt sich gewisser maßen das vom Anwender gewünschte System.

Claims

1. Verfahren zum Vermessen eines Konturverlaufs eines Werkstücks, insbesondere eines Werkzeuges, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Festlegung wenigstens einer Soll-Position (S_S, E_S) eines Konturpunktes des zu vermessenden Konturverlaufs und Einga be der Soll-Position (S_S, E_S) in eine Recheneinrichtung,
- Anordnung des Werkstücks derart, daß die Ist-Position (S_I, E_I) des Konturpunktes seiner Soll-Position (S_S, E_S) entspricht,
- Abfahren des Konturverlaufs mit Konturverlauf-Erfassungs mitteln und Ermittlung einer beliebigen Anzahl von Ist-Po sitionen von Punkten des Konturverlaufs relativ zu der festgelegten Soll-Position (S_S, E_S), und
- Berechnung eines Konturlinienzuges auf der Grundlage der festgelegten Soll-Position (S_S, E_S) und der ermittelten Ist-Positionen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfahren des Konturverlaufs softwaregesteuert im we sentlichen automatisch erfolgt.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abfahren des Konturverlaufs durch statisch angeordneten Konturverlauf-Erfassungsmittel er folgt, wobei das Werkstück, dessen Konturverlauf zu vermes sen ist, in geeigneter Weise verfahren und/oder gedreht wird.

4. Vorrichtung zum Vermessen eines Konturverlaufs eines Werkstücks, insbesondere eines Werkzeugs (36), gekennzeich net durch

- Mittel (14, 16) zur Festlegung einer Soll-Position (S_S, E_S) wenigstens eines Punktes des zu vermessenden Konturver laufs und zur Eingabe der Soll-Position in eine Rechenein richtung,
- Mittel (20) zur Anordnung des Werkstücks derart, daß die Ist-Position des wenigstens einen Punktes seiner festgeleg ten Soll-Position entspricht,
- Mittel (64) zur Ermittlung einer beliebigen Anzahl von Ist-Positionen des Konturverlaufs relativ zu der wenigstens einen Soll-Position, und
- Mittel zur Berechnung eines Konturlinienzuges auf der Grundlage der festgelegten Soll-Position und der ermittel ten Ist-Positionen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung einer beliebigen Anzahl von Ist-Positionen in Form eines softwaregesteuerten, verfahr baren und/oder verschwenkbaren Bildverarbeitungssystems, welches eine Kamera (64) aufweist, ausgebildet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung einer beliebigen Anzahl von Ist-Positionen in Form einer softwaregesteuerten, verfahr baren und/oder schwenkbaren Lasermeßvorrichtung ausgebildet sind.