DE3530576C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen der Abmessungen eines Werkstücks - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Abmessungen eines Werkstücks.

Die Technologie der automatisierten spanabhebenden Präzisions­ bearbeitung entwickelt sich mit großer Geschwindigkeit. Syste­ me, die gänzlich von manuellen Operationen abhängig sind, sind weitgehend durch Systeme ersetzt worden, bei denen Ferti­ gungsteile auf numerisch gesteuerten Universalmaschinen herge­ stellt werden. Das Schneiden oder anderweitiges Abtragen von Material erfolgt zwar in solchen Systemen automatisch, es sind jedoch immer noch zahlreiche manuelle Operationen erfor­ derlich, hauptsächlich zum Messen der bearbeiteten Abmessun­ gen und zum Vornehmen von Schneidwerkzeugeinstellungen unter Verwendung einer bei der numerischen Steuerung üblichen Schneidwerkzeug­ versetzung oder -korrektur. Diese manuellen Messungen und Ein­ stellungen des Schneidwerkzeuges sind notwendig, um eine große Anzahl von Variablen zu berücksichtigen, wie beispielsweise Verschleiß des Schneidwerkzeuges, Umpositionierung und/oder Austausch des Schneidwerkzeuges; Abmessungsänderungen des Schneidwerkzeuges, des Werkstückes und der Bearbeitungsvorrich­ tung selbst wegen Erwärmung, Durchbiegung unter Belastung, usw.

Beispielsweise müssen bei einer typischen Operation, die mit einer numerisch gesteuerten (NC) Werkzeugmaschine, z. B. einer Drehmaschine, ausgeführt wird, gewisse Einstellungen, z. B. Werk­ zeugversetzungen oder -korrekturen, durch die Bedienungsperson manuell vor­ genommen werden, nachdem die Maschine für das Herstellen eines besonderen Werkstücks oder Teils eingestellt worden ist. Vor dem Start der spanabhebenden Bearbeitung muß die Bedienungs­ person das Schneidwerkzeug zu einer Werkzeugeinstellfläche vorschieben und die Werkzeugposition durch manuelles Messen des Zwischenraums zwischen dem Werkzeug und einer Referenzober­ fläche bestimmen. Das erfolgt normalerweise mit einem Stück Beilegmateriallehre od. dgl., und diese Messungen bilden dann die Ba­ sis für manuell auszuführende Werkzeugversetzungen. Wenn die Drehmaschine eine Werkzeughalteeinrichtung, wie beispielsweise einen Mehrwerkzeugrevolverkopf, aufweist, muß diese Operation getrennt für jedes Werkzeug sowie für jede der Bewegungsach­ sen der Maschine ausgeführt werden. Vor dem Ausführen des letzten oder Fertigbearbeitungsschnittes für eine besondere Werkstückoberfläche werden die verschiedenen Abmessungen der halbfertigbearbeiteten Werkstückoberfläche unter Verwendung einer Handlehre gemessen. Das ermöglicht der Bedienungsperson, die erforderliche Korrektur des Schneidwerkzeuges zu bestim­ men, die für den Fertigbearbeitungsschnitt benutzt wird. Nach­ dem der Fertigbearbeitungsschnitt ausgeführt worden ist, wird das Werkstück wieder mit der Handlehre geprüft, um die Über­ einstimmung der Istabmessungen der fertigbearbeiteten Ober­ fläche mit den Sollabmessungen zu messen.

Die oben beschriebenen manuellen Operationen sind individuell zeitraubend und machen einen beträchtlichen Anteil der Gesamt­ zeit aus, die zur spanabhebenden Bearbeitung eines besonderen Werkstücks auf die gewünschten Abmessungen erforderlich ist. Dadurch wird die Fertigungskapazität der Werkzeugmaschine be­ grenzt. Bei den heutigen Kosten einer Dreh- oder Fräsmaschine (Bearbeitungszentrum) wird jede Reduzierung der Fertigungs­ kapazität der Werkzeugmaschine wirtschaftlich bedeutsam. Weiter öffnen alle diese manuellen Operationen den Ferti­ gungsprozeß für menschliche Fehler.

Es ist allgemein erkannt worden, daß die Lösung der vor­ genannten Probleme darin besteht, die manuellen Messungen und die manuellen Einstellungen des Schneidwerkzeuges zu automatisieren, z. B. durch die Verwendung eines computerge­ stützten numerischen Steuersystems (CNC-System). In einem solchen System kann der Computer entweder entfernt von der numerischen Steuereinheit angeordnet oder aber in letzterer untergebracht sein, z. B. in Form eines Mikrocomputers. Statt dessen kann die Recheneinrichtung auch entfernt von der numerischen Steu­ ereinheit sowie eingebaut in diese vorgesehen werden. Statt des Ladens aufeinanderfolgender Datenblöcke, die auf Band od. dgl. gespeichert sind, wie es bei einem gewöhnlichen NC-System der Fall ist, ist ein computergestütztes numerisches Steuersystem in der Lage, ganze Programme zu speichern und sie in einer gewünschten Folge aufzurufen, die Programme aufzubereiten, z. B. durch Hinzufügen oder Weglassen von Blöcken, und die Berechnungen von Korrekturen und dgl. auszuführen.

Vollautomatische Systeme haben zwar auf dieser Entwicklungs­ stufe des Gebietes der spanabhebenden Präzisionsbearbeitung noch nicht im großen Umfang Einzug gehalten, ein beträchtli­ ches Ausmaß an Entwicklungsarbeit ist jedoch bislang aufge­ wendet worden, wovon viel sich auf Spezialfälle beschränkt hat, bei denen ein einzelner spanabhebender Bearbeitungsvor­ gang wiederholt ausgeführt wird. Es ist auch bekannt, einen Sensor in Form eines Tasttriggermeßfühlers auf dem Bett der Bearbeitungsvorrichtung oder an einem Schwenkarm, der bei Be­ darf weggeschwenkt werden kann, zu befestigen. Die Position des Schneidwerkzeuges kann gegenüber einem solchen Meßfühler kalibriert werden, indem die Werkzeugposition festgehalten wird, wenn der Kontakt mit dem Meßfühler erfolgt. Aus den beobachteten Abweichungen zwischen den programmierten und den tatsächli­ chen Positionen kann eine kompensierende Korrektur be­ stimmt und in dem der CNC-Einrichtung zugeordneten Spei­ cher abgespeichert werden. Die Korrektur kompensiert die Differenz zwischen der programmierten Kontaktposition und der tatsächlichen Kontaktposition.

Ein System und ein Verfahren, welche die oben beschriebenen Merkmale beinhalten, sind in der US-PS 4 382 215 beschrieben. Dort ist ein Tastmeßfühler, ein sogenannter "Renishaw-3 Dimensional Touch Trigger Probe", in der Werkzeughalteeinrichtung befestigt. Der letzt­ genannte Meßfühler wird zuerst an Bezugs- oder Referenzober­ flächen kalibriert und wird anschließend zum Kalibrieren des Werk­ zeugsensormeßfühlers benutzt. Erst dann wird die Schneidkante des gewählten Werkzeuges durch Kontakt mit dem Werkzeug­ sensormeßfühler kalibriert. Die anfänglichen Werkzeugkorrektu­ ren, die aus den Ergebnissen dieser Operation bestimmt wer­ den, werden in der numerischen Steuereinrichtung gespeichert. Nachdem die spanabhebende Bearbeitung ausgeführt worden ist, wird der Tasttriggermeßfühler wieder kalibriert und dann zum Prüfen der spanabhebend bearbeiteten Oberfläche(n) des Werkstücks benutzt. Die so erzielte Information bestimmt die letzten Korrekturen, die für den Fertigbearbeitungs­ schnitt erforderlich sind. Anschließend kann die fertigbe­ arbeitete Oberfläche geprüft werden, um ihre Übereinstim­ mung mit den Sollabmessungen zu ermitteln. Der Tasttrigger­ meßfühler hat zwar einen einfachen Aufbau, er muß jedoch für eine Gruppe von zu prüfenden Merkmalen speziell ausge­ bildet sein. Die Meßfühler selbst, die normalerweise als han­ delsübliche Produkte von besonderen Lieferanten gekauft werden, sind nicht nur teuer, sondern auch zerbrechlich und können im übrigen nicht sämtliche Schnitte erreichen.

Ein für eine Meßaufgabe geeigneter Taststift ist in der DE 27 12 181 B1 beschrieben, mit dem Schwingungen, die bei der Berührung des Werkstücks durch die Meßkugel des Taststiftes entstehen, erfaßt werden.

Ein weiteres Beispiel der Tastprüfung ist in der US-PS 4 195 250 beschrieben. Diese US-Patentschrift beschreibt einen Taster, der sich unter numerischer Steuerung bewegt und abwechselnd mit dem Werkstück in Kontakt gebracht wird. Ein digitales Meßsystem wird zum Erzeugen einer Impulsserie zur Messung des Ausmaßes der Bewegung des Tasters benutzt. Die Impulserzeu­ gung wird eingeleitet, wenn ein Spannungswert sich ändert, wenn der Taster das Werkstück berührt, und somit wird eine Impulsserie auf den Tasterkontakt mit dem Werkstück hin ge­ startet und gestoppt, was einen Impulszählwert ergibt, der in einen Meßwert der Sollabmessung umgewandelt wird. Die ge­ samte Systemkomplexität wird durch die Verwendung der Vor­ richtung vergrößert, die in dem System benutzt wird, welches in der US-PS 4 195 250 beschrieben ist, und deshalb kann die Systemzuverlässigkeit verringert werden, was mit nachteili­ gen Auswirkungen verbunden ist. Kosten sind bei dieser Imple­ mentierung ebenfalls ein maßgebender Faktor.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Bestimmen der Abmessungen eines Werkstücks derart auszugestalten, daß sie zur automatischen spanabhebenden Präzisionsbearbeitung eines Werkstücks geeignet sind und einen relativ einfachen und billigen Aufbau gestatten.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 bzw. 9 gelöst.

Die Erfindung und durch sie erzielbare Vorteile werden nun anhand der Beschreibung und Zeichnungen von Ausführungs­ beispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vereinfachte Seitenansicht einer Ho­ rizontalrevolverdrehmaschine, die mit der Erfindung versehen ist,

Fig. 2 eine vereinfachte Draufsicht auf die Revol­ verdrehmaschine nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Kennlinie, die das Verständnis der Ar­ beitsweise der Erfindung erleichtert,

Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Messens eines Durch­ messers und

Fig. 5 ein elektrisches Blockschaltbild, das den elektrischen Signalweg zwischen dem Be­ schleunigungsmesser, der auf dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten Revolverkopf befestigt ist, und der numerischen Steuereinrichtung, die in Fig 1 gezeigt ist, zeigt.

Fig. 1 und 2 zeigen eine vereinfachte Darstellung ei­ nes Systems zur spanabhebenden Bearbeitung in Form einer horizontalen Revolverdrehmaschine. Eine Revolverdrehma­ schine arbeitet typisch längs zwei zueinander rechtwinke­ ligen Achsen, der X-Achse und der Z-Achse, wobei die X- Achse eine sich quer über das Maschinenbett erstreckende Achse ist, wogegen die Z-Achse sich in Richtung der Länge des Maschinenbettes erstreckt. Das Bett der Drehmaschine weist einen Rahmen 10 auf, der zwei Führungen 12 und 13 trägt, welche sich längs der Z-Achse erstrecken. Die Mittellinie oder Drehachse 14 der Drehmaschinenspindel 16 ist parallel zu der Z-Achse. Ein Support oder Hauptschlitten 18 ist auf den Führungen 12 und 13 verschiebbar angeordnet und kann in zwei Richtungen längs der Z-Achse entweder in Vor­ wärtsrichtung (zu dem Werkstück hin, -Z) oder in Rück­ wärtsrichtung (von dem Werkstück weg, +Z) positioniert werden. Das Positionieren des Supports 18 längs der Z- Achse erfolgt mittels einer nicht dargestellten Leitspin­ delanordnung, die durch eine herkömmliche Gleichstrom­ stellmotoranordnung angetrieben werden kann.

Der Support 18 trägt darüber hinaus zwei mit Abstand von­ einander angeordnete Querführungen 20 und 21, auf denen ein Querschlitten 24 verschiebbar angeordnet ist, so daß er längs der X-Achse positionierbar ist. Das Positionie­ ren des Querschlittens 24 in der X-Achse erfolgt eben­ falls mittels einer Leitspindelanordnung, die durch einen Gleichstrom-Stellmotor angetrieben werden kann. Die Elektromotoren oder die Leitspindeln können jeweils einen herkömmlichen Resolver oder Drehmelder aufweisen, der mit ihnen gekuppelt ist und ein Rückführungssignal liefert, das die Drehposition des entsprechenden Bauteils angibt. Diese Rückführungssignale stellen die Linearposition des Supports 18 und des Querschlittens 24 längs ihrer Achsen dar. Statt dessen können geeignete elektronische oder opto­ elektronische Codiervorrichtungen benutzt werden, welche Signale liefern, die die Linearposition des Supports 18 und des Querschlittens 24 direkt darstellen.

Ein Revolverkopf 26 ist auf dem Querschlitten 24 befestigt und hat mehrere Werkzeugplätze 28, an denen jeweils ein Werkzeughalter oder ein Halter für einen tasterartigen Tastmeßfühler befestigbar ist. In der gezeigten Anord­ nung können an dem Revolverkopf 26 typisch acht gesonder­ te Schneidwerkzeuge oder Tastmeßfühler an den Werkzeug­ plätzen 28 befestigt werden. Durch geeignetes Weiter­ schalten, d. h. Drehen des Revolverkopfes 26, kann jedes Werkzeug oder jeder Meßfühler in seine Betriebsstellung gebracht werden, wie es in der Zeichnung gezeigt ist. In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist der Revolverkopf der Einfachheit halber in Fig. 2 mit einem einzelnen Werkzeughalter 30 dargestellt, der ein Schneid­ werkzeug 29 trägt, und mit zwei Tasterhaltern 31, die zwei Arten von Tastermeßfühlern 32 aufweisen, welche im folgenden beschrieben sind.

Das Bett der Drehmaschine, die in Fig. 1 gezeigt ist, weist weiter eine Spindelantriebs- und -getriebevorrich­ tung 34 auf, die an einem Ende desselben angeordnet ist. Die drehbare Spindel 16 ragt aus der Spindelantriebs- und -getriebevorrichtung 34 hervor und trägt ein Spann­ futter 36, welches einen Satz Backen 38 zum Festhalten eines Werkstücks 41 aufweist. Die Spindel 16 hat darüber hinaus eine Spindelnase oder -fläche 40, die an dem Spann­ futter 36 anliegt. Der Schnitt der Ebene der Nase 40 mit der Spindelachse oder Mittellinie 14 definiert die "O"-Position oder den Ursprung, ab welchem der Hersteller der besonderen Werkzeugmaschine Maschinenelement- und Schneidwerkzeuglagespezifikationen zur Verwendung bei der Programmierung des Systems festlegt. Sämtliche Programm­ positionen werden zwar auf den Ursprung bezogen, das Meß­ system der Werkzeugmaschine selbst zählt oder mißt jedoch immer relativ zu einer Ausgangsposition. Die letztgenann­ te Position befindet sich normalerweise so weit von der Spindelnase und der Mittellinie weg, wie sich der Support 18 und der Querschlitten 24 bewegen können.

Das Spannfutter 36 ist auf bekannte Weise mit einem Be­ zugsring versehen, der wenigstens zwei Positionsreferenz­ oberflächen oder -bezugsoberflächen hat, die zu der X- bzw. Z-Achse rechtwinkelig sind. Jede dieser Oberflächen ist in einem bekannten, kalibrierten Abstand von der Ursprungs- oder "O"-Position angeordnet. Wie dargestellt, bildet die externe zylindrische Oberfläche 42 des Spannfutters 36 eine Referenzoberfläche, wogegen die Spannfutterstirn­ fläche 44 die andere Referenzoberfläche bildet. Bei Be­ darf kann auch eine besondere Bezugssäule (nicht darge­ stellt) verwendet werden.

In Fig. 1 ist eine numerische Steuereinheit (NC-Einheit) 46 mit einer Anzahl verschiedener Komponenten in dem Sys­ tem, wie beispielsweise den Gleichstrom-Stellmoto­ ren, den Resolvern, dem akustischen Wandler, usw., elek­ trisch verbunden. Die numerische Steuereinheit 46 hat eine Bandtransporteinrichtung 48, welche die Werkstück- und Maschinensteuerung für die spanabhebende Bearbeitung des Werkstücks speichert. Das Programm kann zum Bei­ spiel benutzt werden zum Weiterschalten des Revolverko­ pfes; zum Einschalten des Kühlmittels, das für die span­ abhebende Bearbeitung erforderlich ist; zum Drehen der Spindel in einer gewählten Richtung und mit einer ge­ wählten Drehzahl; zum Bewegen des Meßfühlers oder des Werkzeugs in einer besonderen Folge von Schritten zum Kalibrieren, Messen, für Schneidzwecke durch Positionieren des Supports 18 und des Querschlittens 24; und für verschie­ dene andere Zwecke. Das Band kann außerdem verschiedene Daten enthalten, wie beispielsweise die gewünschten Ab­ messungen einer besonderen Oberfläche, die maschinell be­ arbeitet werden soll, sowie die zulässige Bearbeitungs­ toleranz für jede Abmessung und gewisse Parameter, die in Abhängigkeit von dem Teil, das zu bearbeiten ist, und von dem besonderen Werkzeug oder den Werkzeugen, die be­ nutzt werden sollen, usw., berücksichtigt werden müssen.

Die numerische Steuereinheit 46 kann einen Computer ent­ halten, beispielsweise einen Mikrocomputer, der auf ge­ speicherte Codewörter auf dem Band anspricht. Der Mikro­ computer veranlaßt dann, daß geeignete Steuersignale ab­ gegeben werden, zum Beispiel an die Gleichstromstell­ motoren, die zu Bandkommandos führen werden. Der Mi­ krocomputer dient außerdem zum Verarbeiten der durch ver­ schiedene Prüfoperationen gewonnenen Daten und zum Be­ rechnen von Korrekturen, die Modifizierungen der Schneid­ operationen erzeugen können, welche durch das Bearbei­ tungsprogramm ausgeführt werden. Alle diese Funktionen können bei Bedarf in einem entfernt angeordneten Compu­ ter ausgeführt werden, beispielsweise in einem Zentral­ computer eines verteilten numerischen Steuersystems, so daß die verarbeiteten Daten der numerischen Steuereinheit 46 zugeführt werden, die dann die geeigneten Steuersignale erzeugt. In einer solchen Anordnung erfolgt die Berechnung normalerweise in der numerischen Steuereinheit 46.

Die Daten, die aus den Prüfoperationen erhalten werden, Rückführungsdaten aus den Resolvern und Daten, die über das Programm selbst eingegeben werden, werden durch den Mikrocomputer verarbeitet, um die vorgenannten Korrektu­ ren zu berechnen. Motorsteuersignale, die aus den verar­ beiteten Daten gewonnen werden, werden mit den Positions­ rückführungsdaten verglichen, die aus den Motorresolvern oder aus anderen Positionsrückführungseinrichtungen em­ pfangen werden. Es wird ein Regelkreis gebildet, in welchem die Differenz, die bei dem Vergleich der beiden Signale bestimmt wird, die Position der Schneidkante oder die Po­ sition des Meßfühlers steuert. Die numerische Steuerein­ heit 46 kann außerdem benutzt werden, um die physikalischen Abmessungen des Werkstückes zu berechnen, anzuzeigen und auszudrucken sowie Abweichungen von den programmierten Werten zu berechnen und die geeigneten zulässigen Bearbei­ tungstoleranzen anzuzeigen. In einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform ist die numerische Steuereinheit 46 in Form der Vorrichtung implementiert, die im Handel von der General Electric Company unter der Bezeichnung Mark Century® 2000 Computer Numerical Control erhältlich ist. Eine ausführ­ lichere Beschreibung der gesamten Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Bearbeitungssystems und der benutzten Software findet sich in der oben erwähnten US-PS 4 382 215.

Es ist auch möglich, das Schneidwerkzeug selbst als Tast­ meßfühler und zum Prüfen durch Fühlkontakt mit dem umlau­ fenden Werkstück über eine Beschleunigungsmesservibrations­ aufnahmetechnik zu benutzen. Dieses System wird zwar auf beabsichtigte Weise arbeiten, manche Praktiker zögern je­ doch, die Werkzeugtastprüftechnik anzuwenden, weil sie befürchten, daß das Werkstück beschädigt werden kann, wenn es zum Vermessen benutzt wird.

Die hier beschriebene Erfindung schafft eine Vermessungstechnik, die benutzt werden kann, um die vorerwähnte Werkzeugvermessungstechnik zu er­ gänzen, indem ein nichtschneidendes Werkzeug an einer Stel­ le auf einem Revolverkopf benutzt wird, wo sich normaler­ weise ein Schneidwerkzeug befindet. Das nichtschneidende Werkzeug soll lediglich an dem Werkstück reiben, wenn die­ ses sich dreht, statt das Werkstück zu schneiden oder aus­ zuhöhlen. Ein Unterschied zwischen den beiden Berührungs­ arten kann aufgrund der Differenz in der Amplitude und den spektralen Kenndaten ermittelt werden, was die Kennlinie in Fig. 3 veranschaulicht. Gemäß Fig. 3 ist ein relativ niedriger Amplitudenrauschpegel als Hintergrundrauschen vorhanden, wogegen Schwingungen, die von dem Werkstück als Ergebnis des Reibens des Tasters ausgehen, ein Signal re­ lativ konstanter Amplitude oberhalb des Rauschpegels dar­ stellen und wogegen ein Schneiden oder Aushöhlen des Werk­ stückes zu einem Signal führt, das eine relativ höhere und sich verändernde Amplitude hat. Demgemäß wird ein nicht­ schneidendes Werkzeug, bevorzugt in Form eines Tasters, wie er in Fig. 4 gezeigt ist, der eine Präzisionshartmetallku­ gel 50 aufweist, die einen Durchmesser von beispielsweise 4,76 mm hat und an dem Ende eines Metallsta­ bes 52 mit einem Durchmesser von 3,18 mm be­ festigt ist, an einem Halterelement 30′ befestigt, das in einen der Werkzeugplätze 28 paßt, die in Fig. 1 gezeigt sind. Eine solche Anordnung ist in der Lage, eine "reibende" Berührung an dem Werkstück 41 herzustellen, indem sie quer zu der Oberfläche des Werkstücks 41 oder zu der Mittellinie 14 ausgerichtet wird, wie es in Fig. 4 gezeigt ist. Bei Be­ darf kann jedoch die Stab- und Kugelkombination in die Stirnfläche des Halteelemente 30′ eingeführt werden, um einen Meßfühler zu schaffen, der zu der Maschinenmittellinie 14 parallel ist. Diese beiden Anordnungen, die beide in Fig. 2 gezeigt sind, befinden sich an benachbarten Plätzen des Werkzeugrevolver­ kopfes 26.

Gemäß Fig. 5 wird das Reibungssignal als ein Berührungssi­ gnal durch einen Beschleunigungsmesser 62 aufgenommen, der oben auf dem Werkzeugrevolverkopf 26 befestigt und mit der numerischen Steuereinheit 46 über einen Drehkoppler 64, ei­ ne Signalaufbereitungsschaltung 66 und eine Schnittstellen­ schaltung 68 verbunden ist. Der Beschleunigungsmesser 62 kann irgendeine im Handel erhältliche Vorrichtung sein. Bei­ spielsweise hat sich der Beschleunigungsmesser, Modell Nr. 1018, der Vibra-Metrics als zufriedenstel­ lend erwiesen. Die Signalaufbereitungsschaltung 66 enthält eine Verstärkungs- und Bandpaßfiltereinrichtung sowie eine Diskriminatoreinrichtung zum Eliminieren von Störsignalen. Die Signalprozessorschaltung 68 bildet eine geeignete Schnittstelle zu der numerischen Steuereinheit 46. Der Be­ schleunigungsmesser 62 braucht nicht mit irgendeiner spe­ ziellen Kopplung mit dem Taster 32 versehen zu sein. Der Beschleunigungsmesser 62 wird einfach auf dem Revolverkopf 26 befestigt, so daß er über den Revolverkopf 26 Reibungs­ schwingungen aufnimmt, die in dem Taster 32 durch Kontakt mit dem umlaufenden Werkstück oder der Bezugsoberfläche her­ vorgerufen werden. Wichtig ist, daß es eine Relativbewegung zwischen dem Taster 32 und der Kontaktoberfläche gibt, so daß "Reibungsschwingungen" er­ zeugt werden.

Die Vorrichtung, bei der der als Reibungstaster ausgebilde­ te Meßfühler benutzt wird, welcher auf dem Werkzeugrevolver­ kopf befestigt ist, bildet eine Einrichtung zum direkten Messen eines Werkstückdurchmessers, statt auf eine Radius­ messung beschränkt zu sein. Die Unmöglichkeit, direkte Durchmessermessungen durchführen zu können, ist einer der großen Nachteile von bekannten Tastmeßverfahren, bei denen von Bezugsoberflächen und von einem herkömmlichen Schneid­ werkzeug als einem Berührungsmeßfühler Gebrauch gemacht wird.

Beim Messen eines Durchmessers mit dem Tastermeßfühler wird die Kugel mit dem Werkstück 41 auf beiden Seiten der Mit­ tellinie 14 in Reibkontakt gebracht, was sich aus der Dar­ stellung in Fig. 4 ergibt. Wenn Kontakt auf jeder Seite des Werkstückes hergestellt worden ist, wird die Lage jedes Kontakts (d. h. der Oberfläche des Werkstücks) in dem Werk­ zeugmaschinenkoordinatensystem ermittelt. Die Durchmesser­ messung erfolgt dann durch eine bekannte Subtraktionstech­ nik für die beiden Meßfühlerpositionen. Die Berechnung wird in der numerischen Steuereinheit 46 durchgeführt. Das ist eine genauere Technik als das Verdoppeln einer Radiusmes­ sung, weil es keine Kompensation der Referenzveränderung wegen der Temperatur erfordert. Diese Positionstechnik er­ fordert außerdem nicht, daß das Schneidwerkzeug, auf Ver­ setzung geprüft oder mit anderen Einrichtungen, wie bei­ spielsweise Bezugsoberflächen, versehen wird. Die Erfindung schafft trotzdem ein Werkzeugmaschinenmeßsystem, welches bei Bedarf Radiusmessungen gestattet. Beispielsweise kann ein Radius (oder eine andere Abmessung) des Werkstücks ge­ messen werden, indem zuerst der Taster mit einer der Be­ zugsoberflächen (z. B. der Bezugsoberfläche 42 für den Radius oder der Bezugsoberfläche 44 für die Länge) in Berührung ge­ bracht wird, um eine erste Position der Tasteroberfläche zu ermitteln. Das läuft auf eine Eichung der Tasterposition hinaus, da die Bezugsoberflächenlage innerhalb des Maschinenkoordi­ naten-Referenzsystems präzise bekannt ist. Nachdem der Ta­ ster geeicht worden ist, wird er umpositioniert, um das um­ laufende Werkstück in dem Punkt zu berühren, wo der Radius bestimmt werden soll. Die Tasterposition in dem Kontakt­ punkt wird festgehalten. Durch Ermitteln der Differenz zwi­ schen den beiden Positionen wird der Radius bestimmt. Der Beschleunigungsmesser 62 (ein akustischer Sensor) erkennt den Reibkontakt in beiden Positionen des Meßfühlers über Reibungsvibrationen, welche über den Taster übertragen wer­ den.

Es sind jedoch noch weitere Ausführungsbeispiele möglich.

Claims (12)

1. Verfahren zum Bestimmen der Abmessungen eines Werk­ stücks auf einem Bearbeitungssystem, umfassend folgende Schritte:

• - Stationäres Anordnen des Werkstücks innerhalb eines Koordinatensystems des Bearbeitungssystems;
• - Berühren einer Bezugsoberfläche des Bearbeitungssystems mit einem nichtschneidenden Werkzeug, um die Position des Werkzeugs mit Bezug auf die Koordinatenachsen des Bearbei­ tungssystems zu bestimmen, wobei zur Erzeugung eines Reibungs­ kontaktes das Werkzeug in Drehung versetzt wird;
• - Bringen des in Drehung versetzten Werkzeugs in einen Reibungskontakt mit dem stationären Werkstück;
• - Abfühlen des Reibungskontaktes mit dem Werkstück und Erzeugen eines diesen anzeigenden elektrischen Signals;
• - Aufbereiten des elektrischen Signals und Anlegen desselben an eine Abmessungsbestimmungseinrichtung; und
• - Bestimmen der Abmessung der Werkstückoberfläche relativ zu der Bezugsoberfläche in dem Kontaktpunkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

• - Abfühlen des Reibungskontakts in zwei entgegengesetzten Be­ rührungspunkten auf jeder Seite des Werkstücks und Erzeugen von elektrischen Signalen;
• - Aufbereiten der elektrischen Signale und Anlegen derselben an die Abmessungsbestimmungsvorrichtung; und
• - Bestimmen der Abmessung des Werkstücks in den beiden Berührungspunkten auf die elektrischen Signale hin.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Abfühlens des Reibungskontakts das Abfühlen von von dem Werkstück ausgehenden Reibungsschwingungen mit­ tels eines Beschleunigungsmessers beinhaltet.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß als das nichtschneidende Werkzeug ein Taster verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Taster verwendet wird, der ein Teil mit abgerundetem Ende hat, welches am Ende eines Stabes angeordnet ist, der an einem Werkzeughalter befestigt ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkzeughalter auf einem Revolverkopf eines numerisch gesteuerten Bearbeitungssystems befestigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Bestimmens beinhaltet, die Ab­ messung in einer numerischen Steuereinheit des Bearbeitungs­ systems zu bestimmen.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bearbeitungssystem eine Drehmaschine aufweist.

9. Vorrichtung zum Bestimmen der Abmessungen eines Werk­ stücks, das zur spanabhebenden Bearbeitung in einer Werk­ zeugmaschine befestigt ist, umfassend:
einen Tastermeßfühler (32), der in einer Werkzeughalte­ einrichtung (31) der Werkzeugmaschine für eine Drehung während eines Meßvorgangs gehaltert ist und eine Oberfläche zum Berühren von anderen Oberflächen (42, 44) innerhalb eines Koordinatenreferenzsystems der Werk­ zeugmaschine hat;
eine Einrichtung (46) zum Steuern der Position der Werk­ zeughalteeinrichtung (31) innerhalb des Koordinatenreferenz­ systems und zum Liefern von diese Position anzeigenden Signalen;
einen Sensor (62) zum Abfühlen von Schwingungen, die in dem Tastermeßfühler (32) hervorgerufen werden, um Kontaktanzeige­ signale immer dann zu liefern, wenn die Werkzeughalteeinrichtung (31) so positioniert ist, daß Kontakt zwischen der Oberfläche des Tastermeßfühlers (32) und stationären anderen Ober­ flächen innerhalb des Koordinatenreferenzsystems hervorgerufen wird, wobei es bei Drehung des Tastermeßfühlers eine Relativbewegung zwischen der Tasteroberfläche und diesen anderen Oberflächen gibt; und eine Einrichtung (66, 68) zum Empfangen der Positionsan­ zeigesignale und der Kontaktanzeigesignale, um die Relativ­ position dieser anderen Oberflächen innerhalb des Koordina­ tenreferenzsystems zu bestimmen, wobei die Relativposition der Oberflächen auf dem Werkstück (41) die Werkstückab­ messungen angibt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor einen Beschleunigungsmesser (62) aufweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastermeßfühler (32) einen langgestreckten Stab (52) aufweist, der mit einem Ende in der Werkzeughalte­ einrichtung (31) befestigbar ist und an seinem anderen Ende eine Kugel (50) trägt, deren äußere Oberfläche die Oberfläche zur Berührung der anderen Oberflächen innerhalb des Koordinatenreferenzsystems bildet.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse des Stabes (52) senkrecht zu der Achse der Relativbewegung zwischen dem Werkstück (41) und dem Tastermeßfühler (32) angeordnet ist.