DE3737471C2 - Meßeinrichtung für Schneidwerkzeuge - Google Patents
Meßeinrichtung für SchneidwerkzeugeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zum Vermessen
einer Dimension eines in einem Werkzeughalter einer Werk
zeugmaschine aufgenommenen Schneidwerkzeugs.
Wenn zum Betrieb eines Bearbeitungszentrums oder
einer anderen Werkzeugmaschine eine speicherprogrammier
bare Steuerung verwendet wird, so ist diese Steuerung
in der Regel mit einer Anzahl von Teileprogrammen aus
gestattet. Bei der Ausführung eines Programms wird eine
Folge von Anweisungen erzeugt, die die Werkzeugmaschi
ne veranlaßt, die dabei verwendeten Fräser oder Schneid
werkzeuge längs festgelegter Wegabschnitte, bezogen auf
ein Werkstück, zu bewegen, um so das Werkstück automa
tisch zu bearbeiten.
Beim Entwurf eines Teileprogramms werden die verschie
denen Wege in der Regel unter der Annahme festgelegt,
daß die wesentlichen Abmessungen der verwendeten
Werkzeuge, z. B. die Werkzeuglänge oder der Radius,
bestimmte festgelegte Werte aufweisen. Die tatsäch
lichen oder Ist-Abmessungen eines in der Werkzeug
maschine verwendeten Werkzeugs können jedoch erheb
lich von den festgelegten oder Soll-Abmessungen ab
weichen. Die Differenz zwischen dem Soll- und dem
Ist-Wert einer Werkzeugabmessung wird als Werkzeug
verschiebung bezeichnet. Es ist selbstverständlich, daß
die Werte der Werkzeugverschiebung ermittelt und
der CNC-Steuerung zugeführt werden müssen, um die Steue
rung in die Lage zu versetzen, die Verschiebungen beim
Ausführen eines Teileprogramms zu kompensieren.
Die US-PS 3 492 467, in der eine
Steuerung zur Werkzeugverschiebung für digitale,
numerische, punktgesteuerte Werkzeugmaschinen beschrie
ben ist, zeigt eine Anordnung, mit der die tatsäch
liche Länge eines in einer Werkzeugmaschinenspindel
eingespannten Werkzeugs gemessen werden kann. Dabei
wird die Spindel zunächst an einen Spindelnullpunkt
gefahren und dann in Richtung auf einen Werkzeugmeß
wertgeber bewegt. Während die Spindel und das in ihr
eingespannte Werkzeug bewegt werden, erzeugt ein
Zähler aufeinanderfolgende Zählimpulse, die in einem
Register gespeichert werden. Wenn das Werkzeug den
Werkzeugmeßwertgeber erreicht hat, ist der Register
inhalt ein Maß für die Verschiebung des eingespannten
Werkzeugs.
Die US-PS 4 334 178 beschreibt ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Korrektur von Werk
zeuglängen und Werkzeugradien, insbesondere für nume
risch gesteuerte Werkzeugmaschinen, mit einem Punkt-
oder Bahnsteuerungssystem mittels eines Sollwert-Ist
wert-Vergleichs und zeigt eine Anordnung, bei der ein
in eine Werkzeugmaschinenspindel eingespanntes Werk
zeug auf einen Zapfen zu bewegt wird, um eine Werkzeug
länge oder einen Radius zu bestimmen. Die Geschwindig
keit des Werkzeugs und des Zapfens werden auf eine Soll
geschwindigkeit reduziert; anschließend wird ein ver
schiebbares Glied eines induktiven Senders herange
führt und auf einen Nullpunkt zu bewegt.
Aus der US-PS 4 016 784 ist eine Werkstückeinstelleinrich
tung für Dreh- oder Fräsmaschinen bekannt, die an der be
treffenden Maschine in bester Zuordnung zu dem zu bearbei
tenden Werkstück angeordnet ist. Die Einstelleinrichtung
weist einen T-förmigen Tastkörper auf, dessen benachbarte
Schenkel jeweils rechtwinklig zueinander stehen. Der Tast
körper ist um eine Achse drehbar gelagert, die zu den Ver
schiebungsrichtungen des Werkstücks und des Werkzeugs
rechtwinklig steht. An seiner dem mittleren der drei
Schenkel gegenüberliegenden Rückseite weist der Tastkörper
ein profiliertes Kopfstück auf, an dem sich der Taststift
eines linearen Wegaufnehmers abstützt, der im festen raum
lichen Abstand zu der Drehachse des Tastkörpers gehalten
ist.
Beim Antasten eines Werkzeuges wird der T-förmige Tastkör
per um seine Achse verdreht, wobei das Kopfstück an dem
Taststift des linearen Wegaufnehmers entlang gleitet und
in seiner Längsrichtung bewegt. Durch die Übersetzung der
Drehbewegung in eine Linearbewegung zwischen dem Kopfstück
und dem Taststift entsteht eine gewisse Meßunsicherheit.
Aus der FR-PS 1 210 417 ist eine Einrichtung zur Lagebe
stimmung eines beweglichen Teiles bekannt. Diese Einrich
tung umfaßt eine Spule mit einem Kern und einem Mantel aus
einem Material mit höherer Permeabilität. Mit Abstand zu
der Stirnseite dieser im wesentlichen zylindrischen Anord
nung ist ein Metallteil angeordnet, das in magnetischer
Wechselwirkung mit der Spule steht. Die Veränderung des
Abstandes des Metallteiles zu der Spule hat eine Verände
rung der Spuleninduktivität zur Folge, womit sich die
Schwingfrequenz eines angeschlossenes Oszillators entspre
chend verändert.
Die genaue Position eines Werkzeuges bzw. dessen Abnutzung
ist mit dieser Einrichtung nicht ohne weiteres erkennbar.
Das Metallteil kann auch ein Dorn einer Meßeinrichtung
sein, dessen Verschiebung gemessen wird. Damit ist ledig
lich ein Wandler geschaffen, der eine Verschiebung in ein
elektrisches Signal wandelt.
Die bekannten Vorrichtungen der oben erwähnten Art
zur Bestimmung der Werkzeugverschiebungen benötigen aufwen
dige bewegliche Teile oder zeichnen sich durch andere
komplizierte Aufbauten aus, die teuer sind und die
Meßgenauigkeit verringern. Außerdem sind einige die
ser Vorrichtungen nicht geeignet, den Meßvorgang der
Werkzeugabmessungen so schnell durchzuführen, wie es
wünschenswert ist, wenn die Radien jedes einzelnen
von etwa 60 Zähnen eines Mehrschneidenwerkzeugs zu ver
messen sind.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung
zu schaffen, um schnell mehrere Abmessungen
oder Parameter von Werkzeugen mit einer oder mehreren Schneidkanten
zu vermessen, wie z. B. die Werkzeuglänge, den Werkzeug
radius, die Verschiebung und den Schlag von Werkzeugen
mit mehreren Schneidekanten (also die Differenz der
Radien des längsten und des kürzesten Zahnes eines sol
chen Werkzeuges).
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Meßeinrich
tung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zum Ausmessen
eines in einer Werkzeugmaschine eingesetzten Werkzeugs,
wie z. B. ein in einer Werkzeugmaschinenspindel einge
spanntes Fräs- oder Schneidwerkzeug, kann unter Beibe
haltung oder Verbesserung der Meßgenauigkeit einfacher
aufgebaut sein.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es möglich,
die Werkzeugverschiebung oder den Fehler zu bestimmen,
d. h. die Differenz zwischen dem Ist- und dem Sollwert
einer Werkzeugabmessung, während der das Werkzeug sich in
einer ortsfesten Stellung und nicht in der Linearbe
wegung befindet.
Außerdem können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
Werkzeuge vermessen werden, die voneinander in Größe
und Gewicht stark abweichen.
Weiterhin ist es mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
möglich, Werkzeuge zu vermessen, die entlang einer
von zwei zueinander rechtwinklig verlaufenden Achsen
angeordnet sind.
Vorteilhafterweise ist die erfindungsgemäße Einrichtung
mit einer Vorrichtung ausgerüstet, die die Einrichtung
schützt, wenn ein Werkzeug zu weit bewegt wird.
Diese und andere Eigenschaften der Erfindung werden
anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung der be
vorzugten Ausführungsformen mit den dazugehörigen
Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
Fig. 1 eine vereinfachte Ausführungsform der erfindungs
gemäßen Meßeinrichtung in einer schematischen Seitenansicht
Fig. 2 eine Aufnehmereinrichtung der Meßeinrichtung
nach Fig. 1 in einem schematischen Schalt
plan,
Fig. 3a bis 3d eine Ausführungsform der Erfindung, um die
Radien der Zähne eines Schneidwerkzeuges
mit mehreren Schneidkanten zu vermessen,
Fig. 4 das Blockschaltbild einer elektronischen
Signalverarbeitungseinrichtung für die Meßein
richtung nach Fig. 1,
Fig. 5 eine Reihe von Schaltwellen, die durch bzw. in
der Signalverarbeitungseinrichtung nach Fig. 4 beim
Vermessen der Zahnradien eines Werkzeugs mit mehreren
Schneidkanten entstehen,
Fig. 6 eine abgewandelte Ausführungsform der erfin
dungsgemäßen Meßeinrichtung nach Fig. 1 in einem
Längsschnitt,
Fig. 7 die Meßeinrichtung nach Fig. 6 in einem Schnitt
entlang der Linie 7-7,
Fig. 8 eine Meßanordnung mit zwei Meßeinrichtungen
nach Fig. 6, um ein Schneidwerkzeug entlang
zweier zueinander senkrecht stehender Achsen
zu vermessen,
Fig. 9 die an einem Bearbeitungszentrum angeordnete
Meßanordnung nach Fig. 8 zum Vermessen eines
Werkzeugs,
Fig. 10 ein Schneidwerkzeug in einer ersten Stellung
gegenüber einer am Ende des in Fig. 6 ge
zeigten Ankers angeordnete Tastspitze,
Fig. 11 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 11-11
von Fig. 10,
Fig. 12 ein sich bezüglich der Tastspitze aus Fig. 6
in einer zweiten Stellung befindliches Schneid
werkzeug,
Fig. 13 eine Schnittdarstellung entlang der Linie 13-13
der Fig. 12 und
Fig. 14 eine an dem Ende des in Fig. 6 gezeigten Ankers
befestigte abgeänderte Tastspitze.
Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine Meßein
richtung 10 zum Messen der tatsächlichen Länge d ei
nes Werkzeugs 12, wie z. B. eines in einer Spindel 14
eines (nicht dargestellten) Bearbeitungszentrums eingespannten
Werkzeugs, wobei das Bearbeitungszentrum durch eine numerische oder
CNC-Steuerung gesteuert wird, um einen Bearbeitungs
vorgang an einem (nicht gezeigten) Teil oder Werkstück
auszuführen. Bekanntlich erzeugt die Steuerung 30 An
weisungen, die an das Bearbeitungszentrum übergeben
werden, um die (nicht gezeigten) Achsen des Bearbei
tungszentrums zu betätigen, wodurch die Spindel 14
und das Werkzeug 12 in eine ausgewählte Stellung be
züglich eines Werkstücks verfahren werden. Weitere An
weisungen werden von der Steuerung 30 an den (nicht
gezeigten) Spindelantriebsmotor übergeben, um die
Spindel 14 und das Werkzeug 12 in Umdrehung zu ver
setzen. Wie oben erläutert, muß der Fehler oder die
Werkzeugverschiebung e zwischen der tatsächlichen Länge
d eines Werkzeugs 12 und seiner in einem Teileprogramm
festgelegten nominalen Länge N genau bekannt sein. Da
mit kann der Fehler e der Werkzeuglänge durch die nu
merische Steuerung kompensiert werden, während sie das
Teileprogramm zur Betätigung des Werkzeugs 12 bei der
Ausführung eines Bearbeitungsvorganges abarbeitet.
Fig. 1 zeigt die tatsächliche Werkzeuglänge d und die
Soll-Werkzeuglänge N, gemessen von der Spindelnase 14a
der Spindel 14.
In vereinfachter Form enthält die Meßeinrichtung 10:
einen Kolben oder Anker 16 aus leitfähigem Material;
einen Rahmen 18, in dem der Anker 16 entlang einer Achse 22 verschieblich gelagert ist;
eine an dem Rah men 18 angeordnete Aufnehmereinrichtung 24 mit einem Aufnehmerelement 26, das auf der Achse 22 im Abstand zu dem Anker 16 angeordnet ist, wobei die Aufnehmer einrichtung 24 ein Spannungssignal Vy abgibt, das als Funktion des Abstandes zwischen dem Anker 16 und dem Aufnehmerelement 26 variiert; und
Mittel, wie z. B. eine Feder 28, um den Anker 16 bezüglich des Rahmens 18 so vorzuspannen, daß der Abstand zwischen dem Anker 16 und dem Aufnehmerelement 26 ohne das Vorhandensein von au ßen auf den Anker 16 einwirkenden Kräften den Wert S₁ aufweist.
einen Kolben oder Anker 16 aus leitfähigem Material;
einen Rahmen 18, in dem der Anker 16 entlang einer Achse 22 verschieblich gelagert ist;
eine an dem Rah men 18 angeordnete Aufnehmereinrichtung 24 mit einem Aufnehmerelement 26, das auf der Achse 22 im Abstand zu dem Anker 16 angeordnet ist, wobei die Aufnehmer einrichtung 24 ein Spannungssignal Vy abgibt, das als Funktion des Abstandes zwischen dem Anker 16 und dem Aufnehmerelement 26 variiert; und
Mittel, wie z. B. eine Feder 28, um den Anker 16 bezüglich des Rahmens 18 so vorzuspannen, daß der Abstand zwischen dem Anker 16 und dem Aufnehmerelement 26 ohne das Vorhandensein von au ßen auf den Anker 16 einwirkenden Kräften den Wert S₁ aufweist.
Um mittels der Meßeinrichtung 10 die Länge der Werkzeug
verschiebung e zu messen, erzeugt die Steuerung 30 Anwei
sungen, die die Spindel 14 veranlassen, das Werkzeug 12,
wie in Fig. 1 dargestellt, an die linke Seite des Ankers
16 heranzuführen und die Achse 20 der Spindel 14 sowie
des Werkzeugs 12 gegenüber der Bewegungsachse des Ankers
16 auszurichten. Die Spindel 14 und das Werkzeug 12
werden dann nach rechts in eine Position M verfahren.
M ist unter Berücksichtigung der Sollänge N so gewählt,
daß, wenn das Werkzeug 12 und die Spindel nach rechts
in Richtung auf die Position M verfahren werden, das
Werkzeug 12 den Anker 16 mitnimmt und ihn auf das Auf
nehmerelement 24 zubewegt. Auf diese Weise nimmt der
Abstand zwischen dem Anker 16 und dem Aufnehmerelement
24 auf einen Wert S₂ ab, falls die Werkzeugverschiebung e
null ist, d. h. d = N beträgt. Falls jedoch die Werk
zeugverschiebung e einen Wert ungleich null aufweist,
hat der Abstand einen Wert S₃, wobei e = S₂-S₃ ist.
Daher kann die Werkzeugverschiebung e aus den Spannungs
pegeln Vy, die auftreten, wenn der Abstand S bei den
Werten S₂ bzw. S₃ liegt,sowie aus der Kenntnis des
funktionalen Zusammenhanges zwischen Vy und dem Abstand
S bestimmt werden. Vorzugsweise ist dieser Zusammenhang
linear. Vy (S₂) kann z. B. bestimmt werden, indem die
Spannung Vy erfaßt wird, wenn die Spindel 14 in die Po
sition M gebracht wird und sich ein Werkzeug 12 mit der
genau bekannten Länge N in der Spindel 14 befindet. Eine
Signalverarbeitungseinheit 32, wie nachfolgend beschrieben,
nimmt das Spannungssignal Vy auf, um den entsprechenden
Spannungspegel Vy, der einem Abstand S₃ entspricht, zu
bestimmen.
Es ist offensichtlich, daß die Meßeinrichtung 10 ohne
weiteres verwendet werden kann, um die tatsächliche
Werkzeuglänge, ebenso wie die Werkzeugverschiebung e,
zu bestimmen, da gilt: d = N + e, wobei N ein bekannter
Wert ist.
Wenn mit der Meßeinrichtung 10 die Werkzeugverschiebung
e sehr schnell gemessen werden soll, kann die Spindel
14 sehr schnell in die Position M verfahren werden und
dann sofort aus dieser Position zurückgenommen werden.
Auf diese Weise nimmt der Abstand zwischen dem Anker
16 und der Aufnehmereinrichtung 24 zuerst auf einen
Wert S₃ ab und steigt dann wieder an. Vorteilhafterwei
se nimmt Vy entsprechend der Zu- oder Abnahme des Ab
standes zwischen dem Anker 16 und der Aufnehmereinrich
tung 24 zu oder ab. Demzufolge entspricht die Werkzeug
verschiebung e dem Minimalwert von Vy, der während der
Spindelbewegung auftritt. Um also die Verwendbarkeit
der Meßeinrichtung 10 beim schnellen Vermessen von Werk
zeugen zu verbessern, enthält die Signalverarbeitungsein
heit 32 zweckmäßigerweise eine nachfolgend beschriebene
Einrichtung, die dazu eingerichtet ist, einen solchen
Minimalwert von Vy zu erkennen oder "einzufangen".
Fig. 2 veranschaulicht die Aufnehmereinrichtung 24, die
vorteilhafterweise eine induktive Weglängenmeßeinrich
tung aufweist, und zeigt weiterhin das Aufnehmerelement
26, das bei dieser Einrichtung von einer einem Oszil
lator 34 parallelgeschalteten Induktionsspule gebil
det ist. Wenn der Oszillator 34 eine Einrichtung ent
hält, um die Spule 26 mit einem Wechselstrom I konstan
ter Amplitude zu versorgen, schwankt die Spulenspannung
V linear mit der Spulenimpedanz Z. Wenn die Spule 26
stromdurchflossen ist, erzeugt sie ein magnetisches Feld
in einem im Abstand von ihr angeordneten Körper aus
leitfähigem Material, z. B. dem Anker 16, was darin das
Entstehen von Wirbelströmen verursacht. Diese Wirbel
ströme erzeugen ein Sekundärfeld, das auf die Spule
26 zurückwirkt und deren Impedanz z verändert. Die
Veränderung der Impedanz Z ist eine Funktion des Ab
standes oder der Entfernung zwischen der Spule 26 und
dem leitfähigen Material. Die Spulenspannung V variiert
somit ebenfalls als Funktion des Abends. Solange der
Abstand zwischen der Spule 26 und dem Anker 16 inner
halb bestimmter Grenzen liegt, verändert sich die von
der Aufnehmereinrichtung 24 abgegebene Ausgangsspannung
linear mit diesem Abstand.
Fig. 3a zeigt die Spindel 14, auf der ein mehrschneidiges
Werkzeug 38 mit Zähnen 38a bis 38d eingespannt ist und
die das Werkzeug 38 nahe der Meßeinrichtung 10a posi
tioniert. Die Meßeinrichtung 10a ist identisch mit der
Meßeinrichtung 10 und hat einen mit dem Anker 16 identi
schen Anker 16a. Der Anker 16a ist jedoch so gelagert,
daß er entlang einer zur Achse der Spindel 14 senkrecht
verlaufenden Achse verschiebbar ist, zu dieser also
weder parallel verläuft noch mit dieser fluchtet. Die
Meßeinrichtung 10a arbeitet in derselben Weise wie die
Meßeinrichtung 10 und erzeugt ein Spannungssignal Vx,
das entsprechend der Verschiebung des Ankers 16a aus
einer vollständig ausgelenkten Stellung durch die Ein
wirkung eines diesen berührenden Werkzeugs variiert und
das somit einen Parameter dieses Werkzeugs darstellt.
Wenn die Meßeinrichtung 10a so ausgerichtet ist, daß
die Bewegungsachse des Ankers 16a senkrecht zu der der Spin
del 14 und dem Werkzeug 38 gemeinsamen Achse verläuft,
kann die Meßeinrichtung 10a dazu verwendet werden, die
Werkzeugverschiebung oder den Radiusfehler jedes einzel
nen Zahnes 38a bis 38d des Werkzeugs 38 bezüglich eines
festgelegten Sollradius zu bestimmen.
Gemäß Fig. 3 ist der Radius eines Zahnes der Abstand
zwischen der Spitze oder Schneide 38g des Zahnes und
der Mittelachse A des Werkzeugs 38. Beim Vermessen des
Radialfehlers werden die Spindel 14 und das Werkzeug
38 so bewegt, daß ihre gemeinsame Achse in einem Ab
stand von dem Ende des Ankers 16a liegt, wenn sich
der Anker 16a in seiner vollständig ausgefahrenen Ruhe
stellung befindet. Das Werkzeug 38 wird dann in einer
Richtung entgegen der Drehrichtung bei den Bearbeitungs
vorgängen in Umdrehung versetzt. Auf diese Weise eilt,
wie in Fig. 3a dargestellt, die gekrümmte Fläche oder
Freifläche bzw. Rückenfläche 38e des Zahns 38a der ge
raden Fläche oder Spanfläche 38f bei der Annäherung an
den Anker 16a voraus.
Fig. 3a zeigt ferner den Anker 16a in einer Stellung
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zähnen 38a und 38d
des Werkzeugs 38, in der sich der Anker 16a in seiner
vollständig vorgeschobenen Stellung befindet. Vorteil
hafterweise beträgt die Spannung des Signals Vx
7,5 V, wenn der Anker 16a vollständig ausgefahren ist.
Fig. 3b zeigt die gekrümmte Rückseite 38e des Zahnes
38a beim Berühren des Ankers 16a. Beim Weiterdrehen
des Werkzeugs 38a wird der Stempel 16a allmählich in
die Meßeinrichtung 10a hineingeschoben und die Span
nung Vx sinkt von den 7,5 V, die der vollständig vor
geschobenen Stellung entsprechen, ab.
Fig. 3c zeigt wie der Anker 16a von der Spitze oder
Schneide 38g des Zahns 38a berührt wird und er somit
für diesen Zahn um die maximale Weglänge ausgelenkt ist.
Das dieser maximalen Auslenkung entsprechende Signal
Vx ist deshalb ein Maß sowohl für den Radius ra des
Zahnes 38a als auch für den Fehler zwischen dem Radius
ra und dem Sollradius.
Fig. 3d zeigt den Anker 16a, der in seine vollständig
vorgeschobene Stellung zurückgekehrt ist, nachdem der
Zahn 38a aus dem Eingriff mit dem Anker 16a bewegt und
bevor die Berührung mit dem Zahn 38d hergestellt ist.
Dabei wird vorausgesetzt, daß die (nicht dargestellte)
Vorspannfeder der Meßeinrichtung 10a den Anker 16a unver
züglich wieder in seine vollständig vorgeschobene Stel
lung zurückbringt, sobald die Spitze eines Werkzeug
zahnes aus dem Eingriff mit dem Anker 16a herausbewegt
ist.
Die Meßeinrichtung 10a kann dazu verwendet werden, um
die Radiusverschiebung aller Zähne 38a bis 38d sehr
schnell zu bestimmen, indem das Werkzeug 38, wie in
den Fig. 3a bis 3d dargestellt, positioniert und
dann um eine volle Umdrehung gedreht wird. Das während
einer Umdrehung erzeugte Signal Vx weist vier Minima
auf, von denen jedes einen der Radien ra bis rd und
deren zugehörige Verschiebungen darstellt. Vx wird
in die, wie nachstehend beschrieben aufgebaute, Signal
verarbeitungseinheit 32 eingespeist, um die Minima zu
erkennen. Der Schlag des Werkzeugs 38, also der Unter
schied zwischen dem kleinsten und dem größten Radius
der Zähne 38a bis 38d kann aus den Radiusverschiebungen
problemlos ermittelt werden.
Soll die Meßeinrichtung 10 dazu verwendet werden, die
Zahnradiusverschiebungen eines mehrschneidigen Werkzeugs
zu bestimmen, ist es im allgemeinen wünschenswert, das
Werkzeug schnell zu drehen, um die benötigte Meßzeit zu
minimieren. Wenn jedoch die Meßeinrichtung 10 dazu be
nutzt wird, Werkzeuge mit einer zunehmend größeren Anzahl
von Zähnen zu vermessen, sinken die Zeitabschnitte
zwischen den Spannungsminima, die die Zahnradien in
einem Signal Vx charakterisieren, wenn die Umdrehungs
geschwindigkeit des Werkzeugs nicht entsprechend ver
ringert wird. Wenn sich jedoch die Zeitabschnitte ver
ringern, wird es für die Auswerteschaltung, die das
Signal Vx empfängt, immer schwieriger, zwischen
den Spannungsminima, die die Zahnradien kennzeichnen
und Signalen zu unterscheiden, die von Vibrationen oder
anderen Effekten herrühren.
Fig. 4 zeigt die Signalverarbeitungseinheit 32, die
dazu eingerichtet ist, den Zahnradiusverschiebungen
entsprechende Spannungsminima in einem Signal Vx, das
durch die Meßeinrichtung 10a erzeugt wird, zu erkennen
und zu speichern, wenn ein Schneidwerkzeug wie das
Werkzeug 38 an dem Anker 16a vorbeigedreht wird. Diese
Verarbeitungseinheit 32 enthält einen Meßstelleiium
schalter 40, einen Komparator 42, einen Taktgeber 44,
einen Zähler 46, einen Digital-Analogwandler 48 und
zwei Monoflops 50 und 52. All diese Schaltungen sind
bekannt und in einer Vielzahl von Ausführungsformen
erhältlich. Die Monoflops 50 und 52 sind miteinander
so verschaltet, daß sie eine Pegelspeicherschaltung 54
bilden, dabei ist das Monoflop 50 wiedertriggerbar
und das Monoflop 52 nicht wiedertriggerbar.
Der Meßstellenumschalter 40 empfängt das Signal Vy von
der Aufnehmereinrichtung 24 der Meßeinrichtung 10 und
das Signal Vx von einem (nicht dargezeigten) Aufnehmer
in der Meßeinrichtung 10a, die mit der Aufnehmerein
richtung 24 identisch ist. Der Meßstellenumschalter
40 ist durch ein von der numerischen Steuerung 30 kom
mendes Signal von einer Auswahlleitung 56 so gesteuert,
daß er entweder das Signal Vy oder das Signal Vx an den
Eingang 42a des Komparators 42 durchschaltet, je nach
dem, ob die Meßeinrichtung 10 oder 10a gerade verwendet
wird, um ein in der Spindel 14 eingespanntes Werkzeug zu
vermessen. Ein weiterer Eingang 42b des Komparators 42
empfängt das Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers
48. Somit stellt das Signal an dem Ausgang 42c des Kom
parators 42 ein analoges Signal dar, das der Differenz
zwischen dem Ausgangssignal des Digital-Analog-Wandlers
48 und dem Ausgangssignal der jeweils ausgewählten Meß
aufnehmereinrichtung 24 entspricht.
Weiterhin zeigt die Fig. 4 den mit dem Taktgeber 44
verbundenen Komparatorausgang 42c, wobei der Taktge
ber läuft- um aufeinanderfolgende Taktimpulse
abzugeben, wenn an dem Komparatorausgang 42c ein von
0 V verschiedenes Signal mit entweder positiver oder ne
gativer Polarität entsteht. Wenn das Komparatorausgangs
signal null ist, ist der Taktgeber jedoch angehalten.
Die erzeugten Taktimpulse werden in den Zähler 46 und
ebenso in den Eingang des Monoflops 50 eingespeist.
Der Zähler 46 wird mit jedem Taktimpuls von dem Takt
geber 44 um eins herabgezählt. Das wiedertriggerbare
Monoflop 50 wird durch jeden der aufeinanderfolgenden
Taktimpulse getriggert und stellt daher an seinem Aus
gang so lange eine logische Eins (H-Pegel) bereit, bis der
Taktgeber für die Halte zeit (Kippzeit) des Monoflops 50 vorzugs
weise 25 msec angehalten wird. Nach Ablauf einer solchen
Halte zeit wechselt das Ausgangssignal des Monoflops 50
auflogisch Null (L-Pegel), wobei das Monoflop 52 ge
triggert wird, das eine Haltezeit von lediglich 3 -sec
hat. Nach Beendigung der kurzen 3 µsec-Haltezeit wechselt
das Monoflop 52 wieder seinen Zustand, d. h. es geht von
einem hohen auf einen niedrigen Pegel. Dieser Wechsel
gelangt in den Zähler 46, um den Zähler auf sein Zähler
maximum voreinzustellen. Ersichtlicherweise ist der
Ausgang des Zählers 46, an dem eine digitale Zahl Sx ansteht,
mit der numerischen Steuerung 30 und dem Eingang des
Digital-Analog-Wandlers 48 verbunden.
Fig. 5 zeigt eine Reihe von Schaltwellen 5a bis 5d,
die die Ausgangssignale der Meßeinrichtung 10a, des
Digital-Analog-Wandlers 48, des Komparators 42 und
des Taktgebers 44 während eines Zeitintervalles T
darstellen. Während eines solches Zeitintervalles T
wird mittels der Meßeinrichtung 10a die Radiusver
schiebung des Zahnes 38a des Werkzeugs 38, wie oben
beschrieben, gemessen. Das Intervall T enthält die
aufeinanderfolgenden Zeitabschnitte T₁, T₂ und T₃.
Das Intervall T beginnt, wenn sich, während das Werk
zeug 38 durch die Spindel 14 in Umdrehung versetzt
wird, der Anker 16a der Meßeinrichtung 10a zwischen
den Zähnen 38a und 38d des Werkzeugs befindet. Somit
befindet sich der Anker 16a in seiner vollständig vor
geschobenen Stellung und das Ausgangssignal der Aufnehmer
einrichtung 24 beträgt, 7,5 V. Es ist angenommen, daß damit T₁ beginnt
daß der Zähler 46 durch das Monoflop 52, wie oben be
schrieben, neu geladen wird, so daß am Ausgang des
Analog-Digital-Wandlers 48 eine Analogspannung anlegt,
die dem maximalen Zählerstand des Zählers 46 ent
spricht. Vorteilhafterweise ist dieser Zählerstand
so gewählt, daß an dem Ausgang des Analog-Digital-
Wandlers 48 10,0 V anliegen, so daß an dem
Ausgang 42c des Komparators 42 zu Beginn des Zeitab
schnittes T₁ ein von null verschiedenes Ausgangssignal
anliegt. Dadurch wird der Taktgeber 44 getriggert, um
aufeinanderfolgende Impulse zu erzeugen, die den Zäh
ler 46 von seinem Anfangsmaximalwert solange herunter
zählen, bis das Ausgangssignal des Analog-Digital-
Wandlers 48 7,5 V beträgt, also gleich groß ist wie
das Ausgangssignal der Meßeinrichtung 10a. Daraufhin wird
das Ausgangssignal des Komparators 42 null und der
Taktgeber wird angehalten. Die Zeit, die das Ausgangs
signal des Analog-Digital-Wandlers 48 benötigte um von
10,0 V auf 7,5 V während des Zeitabschnittes T₁ abzusin
ken, hängt von der Frequenz des Taktgebers 44 ab und
liegt zweckmäßigerweise in der Größenordnung von etwa 4 msec.
Nachdem der Taktgeber angehalten ist, beginnt die Pe
gelspeicherschaltung 54, die oben beschrieben, eine
Zeitdauer von 25 msec (+ 3 µsec) abzumessen und
setzt den Zähler 46 am Ende dieser Zeitdauer zurück,
wodurch das Ausgangssignal des Analog-Digital-Wandlers
48 wieder auf einen Wert von 10,0 V ansteigt.
Der Zeitabschnitt T₂ beginnt, sobald der Zahn 38a des
Werkzeugs 38 den Anker 16a der Meßeinrichtung 24 be
rührt, wodurch der Anker 16a so bewegt wird, daß sich
der Abstand zwischen dem Anker 16a und der Aufnehmer
einrichtung 24 der Meßeinrichtung 10a verringert. Dabei
sinkt das Signal Vx von 7,5 V auf einen Spannungspegel
Vr, wenn der Anker 16a mit der Spitze des Zahnes 38a,
wie in Fig. 3c dargestellt, in Berührung ist. Vr ist
somit ein Maß für den Radius des Zahnes 38a und liegt
in der Größenordnung von 4,5 V bis 7,0 V, je nach dem,
wie groß das zu vermessende Werkzeug ist. Wenn die
Spitze des Zahnes 38a und der Anker 16a aus ihrem
Eingriff kommen, kehrt der Anker 16a unverzüglich wieder
in seine vollständig vorgeschobene Stellung zurück, und
das Ausgangssignal Vx der Aufnehmereinrichtung 24 be
trägt wieder dem dieser Stellung entsprechenden Pegel
von 7,5 V.
Während der Zeit, in der das Ausgangssignal
Vx von 7,5 V auf Vr absinkt, entspricht das Ausgangs
signal des Analog-Digital-Wandlers 48 bis auf eventuell
kurze Zeiten in der Größenordnung von etwa 20 bis 200 µsec
nicht dem Signal Vx. Daher erzeugt der Taktgeber 44
während dieser Zeit Taktimpulse, die den Zähler 46 weiter
herunter zählen und das Ausgangssignal des Analog-Digi
tal-Wandlers 48 wird weiter absinken. Sobald jedoch der
Zähler 46 den Pegel Vr (in digitaler Darstellung) er
reicht, wird das Ausgangssignal des Digital-Analog-
Wandlers 48 gleich dem Ausgangssignal der Meßeinrich
tung 10. Das Ausgangssignal des Komparators 42
wird dann zu null und der Taktgeber 44 ist angehalten.
Die digitale Darstellungsform des Spannungspegels Vr
enthält das Signal Sx, das der numerischen Steuerung
von dem Zähler 46 zugeführt wird, um den Radius des
Zahnes 38a anzuzeigen. Aus dem Signal Sx kann zusam
men mit einem vorbestimmten Spannungspegel, der bei ei
nem bekannten oder nominalen Wert eines Zahnradius auftritt,
durch die Steuerung die Radiusverschiebung ermittelt
werden.
Das Ausgangssignal des Zählers 46 ist für 25 msec, der Halte
zeit der Pegelspeicherschaltung 54, auf dem Wert Sx
gehalten. Nach Ablauf dieser Haltezeit wird der Zähler
46 zurückgesetzt, so daß der Zähler 46 mit seinem
maximalen Zählerstand geladen und in der Lage ist,
erneut Taktimpulse zu zählen. Durch die
Verwendung der Pegelspeicherschaltung 54 werden
in dem Signal Vx auftretende Spannungsminima Vm,
wie sie in Fig. 5a gezeigt sind und von Vibrationen
oder ähnlichen Effekten herrühren können, nicht mit
dem Spannungspegel Vr verwechselt.
Der Zeitabschnitt T₃ beginnt, wenn der Zähler 46 zurück
gesetzt ist. Die in den Fig. 5a bis 5d gezeigten zugehörigen Aus
gangssignale während des Zeitabschnittes T₃ sind die
gleichen wie die während des Zeitabschnittes T₁. Der
Zeitabschnitt T₃ endet, bevor ein weiterer Zahn 38a
bis 38d den Anker 16a der Meßeinrichtung 10a berührt.
Obwohl Fig. 5 ganz spezifische Zeitangaben bezüglich
der Funktionsweise verschiedener Schaltungsbaugruppen der
Signalverarbeitungseinheit 32 wiedergibt, ist selbst
verständlich, daß die benötigten Zeiten von einer Reihe
von Faktoren, wie Werkzeuggröße, Werkzeugdrehzahl,
Anzahl der Zähne oder Schneiden eines Werkzeugs, Aus
führungsgeschwindigkeit der zugehörigen numerischen
Steuerung etc. abhängen. Es kann daher notwendig sein,
die Signalverarbeitungseinheit 32 mit anderen als den
angegebenen Zeitvorgaben zu versehen. Es ist selbst
verständlich möglich, bei geeigneter Wahl der Zeitvor
gaben, die Signalverarbeitungseinheit 32 so zu konfi
gurieren, daß die entsprechenden Radien eines Schneid
werkzeugs mit etwa 60 Zähnen, Spannuten oder Schneid
elementen vergessen werden können, während das Werkzeug
an der Meßeinrichtung 10a vorbeigedreht wird.
Es ist ferner selbstverständlich, daß die Signalverarbeitungs
einheit 32 auch ohne weiteres so eingerichtet werden
kann, daß sie einen Minimalwert des Signales Vy er
kennen kann, der die Werkzeuglänge eines Werkzeuges 12
darstellt, das, wie oben beschrieben, schnell an die
Meßeinrichtung 10 heranbewegt wird.
Fig. 6 zeigt eine abgewandelte Meßeinrichtung 60 für Werk
zeuge mit einem Anker 62; eine Aufnehmereinrichtung 64; einen
Rahmen 66 und eine Feder 68. Diese Bauteile wirken
auf dieselbe Weise zusammen, wie die entsprechenden Bau
teile der Meßeinrichtungen 10 und 10a, um Meßwerte aus
gewählter Parameter von Werkzeugen, wie z. B. den Werk
zeugen 12 und 38, zu liefern. Die Aufnehmereinrich
tung 64 kann ähnlich oder identisch wie die Aufnehmer
einrichtung 24 aufgebaut sein, wobei ein die Aufnehmereinrich
tung 64 umgebendes Gewinde dazu dient, in der nachfol
gend beschriebenen Weise die Aufnehmereinrichtung 64
in dem Rahmen 66 zu haltern. Der Rahmen 66 weist ein
Gehäuse 70, eine Verschlußkappe 72 und eine Abstreifer
halteplatte 74 auf. Das Gehäuse 70 weist eine auf einer
Achse 76a liegende Bohrung 76 mit drei Bohrungsabschnit
ten 76b, 76c und 76d auf. Der Durchmesser des Bohrungs
abschnittes 76c ist kleiner als die Durchmesser der Boh
rungsabschnitte 76b und 76d, um entsprechende Schultern
76e und 76f zu bilden.
Der Anker 62 ist mittels eines Lagers 78 entlang der
Achse der Bohrung 76 verschieblich gelagert. Das Lager
78 ist in den Bohrungsabschnitt 76b so eingepaßt, daß
eine den vorderen Abschnitt des Ankers 62 umgebende
Büchse 80 darin verschieblich gelagert ist, wobei
der Abschnitt 62a des Ankers 62 vorteilhafterweise
einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Um zu
sätzlich den Anker 62 entlang der Achse der Bohrung
76 verschieblich zu lagern, sitzt in dem Bohrungsab
schnitt 76c ein auf dem Durchmesser des Ankerab
schnitts 62a abgestimmtes Lager 82. Wenn sich der
Anker 62 längs der Bohrungsachse 76a verschiebt, be
wegt sich ein hinterer Ankerabschnitt 62b durch ei
nen Schlitz 84, der in einem an der Schulter 76f an
liegenden Abstandsring 86 ausgebildet ist, auf die
Aufnehmereinrichtung 64 zu bzw. von dieser weg. Ei
ne Feder 68 ist zwischen der Schulter 62e und der auf
dem Anker 62 sitzenden Büchse 80 angeordnet, um einen
Abstand S′′ zwischen dem Anker 62 und der Aufnehmer
einrichtung 64 sicherzustellen, wenn sich der Anker
in seiner vollständig vorgeschobenen Stellung befin
det.
Fig. 6 zeigt die durch die Lage der Abstreifer
halteplatte 74 begrenzt Bewegung oder den Hub der
Büchse 80. Die Abstreiferhalteplatte 74 ist jedoch
an dem Gehäuse mittels Schraubenbolzen 88 befestigt,
die zur Veränderung des Abstandes zwischen der Ab
streiferhalteplatte 74 und dem Gehäuse 76 wahlweise
gedreht werden können. Auf diese Weise kann mittels
der Schrauben 88 der Abstand S′′ wahlweise einjustiert
werden. Eine Stellschraube 90 ist dazu vorgesehen, die
Abstreiferhalteplatte 74 zu sichern, nachdem eine
bestimmte Einstellung des Abstandes S′′ vorgenommen
wurde. Ein O-Ring 92 liegt in einer entlang des Um
fangs der Abstreiferhalteplatte 74 ausgebildeten Nut
94, um den Spalt zwischen der Abstreiferhalteplatte
74 und dem Gehäuse 70 gegen Kühlflüssigkeit oder ande
re Verunreinigungen abzudichten. Ein von der Abstrei
ferhalteplatte 74 gehalterter Abstreifring 96 umgibt
passend den Anker 62, um ebenfalls das Eindringen
von Kühlflüssigkeit oder anderen Verunreinigungen
in das Gehäuse 70 zu verhindern.
Fig. 6 zeigt die mittels eines Lagerblockes 98 in
dem Bohrungsabschnitt 76c gehalterte Aufnehmereinrich
tung 64, wobei der Lagerblock 98 eine Bohrung 98a ent
hält, die für die Aufnahme der Aufnehmereinrichtung
64 bemessen ist. Die Bohrung 98a trägt ein Gewinde,
das mit dem Gewinde 58 der Aufnehmereinrichtung 64
zusammenpaßt, wobei die Aufnehmereinrichtung 64 mit
tels einer Kontermutter 100 in dem Lagerblock 98 starr
gesichert ist. Ein in den Bohrungsabschnitt 76d ein
gepaßtes Lager 102 ermöglicht ein Verschieben des La
gerblockes 98 entlang der Achse 76a. Jedoch ist eine
Feder 104 zwischen der Mutter 100 und der Verschluß
kappe 72, die mittels Schrauben 106 mit dem Gehäuse
70 verbunden ist, angeordnet, um den Lagerblock 98
gegen den Abstandshalter 86 vorzuspannen.
Während des normalen Betriebs der Meßeinrichtung 60
hält die Feder 104 den Lagerblock 98 in einer an den
Abstandshalter 86 anliegenden Stellung. Eine in dem
Lagerblock 98 angebrachte Bohrung dient dazu, den
für den Betrieb der Meßeinrichtung 60 notwendigen Ab
stand zwischen dem Anker 62 und der Aufnehmereinrich
tung 62 sicherzustellen. Wenn nun eine Spindel 14 ein
Werkzeug im Verlauf einer Werkzeugvermessung gegen
den Anker 62 bewegt, kann sich versehentlich das Werk
zeug zu weit bewegen. Der Anker 62 könnte dann mit
relativ hoher Kraft durch das Werkzeug gegen die Auf
nehmereinrichtung 64 geschoben werden. Durch Verwen
dung des Lagerblocks 98 und der Feder 104 kann sich
die Aufnehmereinrichtung 24 infolge einer solchen
Krafteinwirkung gegen die Feder 104 bewegen, wodurch schwer
wiegende Schäden an der Aufnehmereinrichtung 64 ver
mieden werden.
Die Fig. 6 zeigt weiterhin eine mit der Aufnehmerein
richtung 64 verbundene Leitung 110, über die die Signale,
die den Abstand zwischen dem Anker 62 und der Aufnehmer
einrichtung 64 charakterisieren, einer elektronischen
Verarbeitungseinrichtung, wie z. B. der oben beschriebe
nen Signalverarbeitungseinrichtung 32 zugeführt werden.
Die Leitung 110 läuft durch eine in der Verschluß
kappe 72 angebrachte Bohrung und ist mittels einer in
dieser Bohrung eingeschraubten Schraubhalterung 112 be
festigt.
Fig. 6 stellt weiterhin eine Tastspitze oder ein Werkzeug
kontaktglied 114 dar, das am Ende des Ankers 62 angeordnet
ist und den physischen Kontakt mit den durch die Meß
einrichtung 60 zu vermessenden Werkzeugen herstellt.
Die Tastspitze 114 und deren Vorteile sind nachstehend
beschrieben.
Fig. 7 veranschaulicht die durch den Abstandshalter 86
hindurchführende Öffnung 84, die mit zwei flachen
einander gegenüberliegenden Seiten 84a und 84b versehen
ist. Der Ankerabschnitt 62b weist einen zu der Öffnung
84 komplementären Querschnitt auf und die Passung zwi
schen dem Ankerabschnitt 62b sowie der Öffnung 84 ist
hinreichend lose, damit der Anker 62 entlang der Boh
rungsachse 76a verschiebbar ist. Gleichzeitig verhindert
die abgeflachte Ausgestaltung der Öffnung 84 ein Ver
drehen des Ankerabschnitts 62b und somit des Ankers 62
bezüglich des Abstandshalters 86. Der Abstandshalter
86 kann nach dem Lösen einer Sicherungsschraube 116
gegenüber dem Gehäuse 70 im Winkel po
sitioniert werden. Eine gewählte Stellung des Abstands
halters 86 des Ankers 62 und der Tastspitze 114 blei
ben dann durch Anziehen der Sicherungsschraube 116
erhalten.
In Fig. 8 ist eine Mehrachsenmeßeinrichtung 118 mit den
Meßeinrichtungen 120 und 122 gezeigt, die beide mit der
oben beschriebenen Meßeinrichtung 60 identisch sind, ab
gesehen von dem gemeinsamen Gehäuse 124 der beiden Meß
einrichtungen 120 und 122. Das Gehäuse 124 nimmt einen
entlang einer Achse 128 verschiebbaren Anker 126 einer
Meßeinrichtung 120 sowie außerdem einen entlang
einer zu der Achse 128 senkrecht verlaufenden Achse 132
verschiebbaren Anker 130 der Meßeinrichtung 122 auf. Eine
Befestigungsfläche 134 mit Gewindebohrungen 136 ist,
wie gezeigt, an dem Gehäuse 124 einstückig ausgebildet.
Die Befestigungsfläche 134 kann dazu dienen, die Meßeinrich
tung 118 an einer Werkzeugmaschine, wie z. B. einem Be
arbeitungszentrum, so anzubringen, daß die X-Achse des
Bearbeitungszentrums parallel zu der Achse 132 und die
Y-Achse des Bearbeitungszentrums parallel zu der Achse
128 verläuft.
Fig. 8 zeigt weiterhin zwei Tastspitzen 138 und 140, die
jeweils an den Enden der beiden Anker 126 und 130 ange
ordnet sind. Die Meßaufnehmereinrichtungen 120 und 122
sind beide miteinschraubbaren Kabeldurchführungen 144, die
mit der einschraubbaren Kabeldurchführungen 112 der Meß
einrichtung 60 identisch sind, versehen und weisen Lei
tungen 146 auf, um die jeweiligen Signale Vy und Vx der
Signalverarbeitungseinheit 32 zuzuführen.
In Fig. 9 ist eine Mehrachsenmeßeinrichtung 118 dargestellt,
die an einem Bearbeitungszentrum 148 befestigt ist, das eine
Spindel 150 aufweist. Die Mehrachsenmeßeinrichtung 118
ist an dem Bearbeitungszentrum 148 so angebracht, daß
die Achse 128 der Meßeinrichtung 120 parallel zu der
Y-Achse des Bearbeitungszentrums und die Achse 132 der Meß
einrichtung 122 parallel zu der X-Achse des Bearbei
tungszentrums 148 verläuft. Dementsprechend
kann die Spindel 150 ohne weiteres derart verfahren
werden, daß die Achse eines darin eingespannten Werk
zeugs 152 mit der Achse 128 fluchtet, um, z. B. mittels
der Einrichtung 120, die Länge des Werkzeugs 152 zu
vermessen. Die Spindel 150 kann aber auch so verfahren
werden, daß die Seite des Werkzeugs 152 an der Spitze
des Ankers 130 der Meßeinrichtung 122 positioniert wird,
um den Radius des Werkzeugs 152 zu bestimmen oder,
je nach Beschaffenheit des Werkzeugs 152, auch die
jeweiligen Radien seiner Zähne oder Nuten.
Es sei betont, daß die Mehrachsenmeßeinrichtung 118 ohne
weiteres dazu geeignet ist, die Abmessungen von Werkzeu
gen zu bestimmen, deren Größen und Ausführungsformen
stark voneinander abweichen können, gleichgültig, ob diese
in einer horizontalen Spindel oder in einer vertikalen
Spindel eines Bearbeitungszentrums oder einer anderen
Werkzeugmaschine eingespannt sind.
Fig. 10 zeigt eine an dem Anker 126 angeordnete Tastspitze
138, die eine rautenförmige Werkzeugkontaktfläche 154
aufweist. Die Werkzeugkontaktfläche 154 kann eine ein
stückige ebene Fläche sein, sie kann aber auch als aus
einer Anzahl von Oberflächenelementen unterschiedlicher
Abmessungen, wie die Elemente 154a und 154b, bestehend
angesehen sein. Das Oberflächenelement 154a hat wesent
lich kleinere Abmessungen als das Oberflächenelement 154b.
In Fig. 10 ist ein mehrschneidiges Werkzeug 156 dargestellt,
das zu der Tastspitze 154 derart positioniert ist, daß eine
Drehung des Werkzeugs 156 bewirkt, daß dessen Zähne 156a
nacheinander mit dem Oberflächenelement 154a in Eingriff
kommen. Die Tastspitze 138 und der Anker 126 werden da
bei um den Radien der Zähne 156a entsprechende Wege ver
schoben, um in der oben beschriebenen Weise die Radien
bestimmen zu können.
Wie in Fig. 11 dargestellt, ist das Oberflächenele
ment 154a der Werkzeugkontaktfläche 154, verglichen mit dem
Abstand zwischen den Zähnen 156a des Werkzeugs 156
relativ klein. Demzufolge kommt nur ein einziger Zahn
des Werkzeugs 156 zu einem bestimmten Zeitpunkt mit
einem Oberflächenelement 154a in Eingriff, somit kön
nen die Tastspitze 138 und der Anker 124 in der Zeit
auch nur durch jeweils einen einzelnen Zahn bewegt
werden. Daher ist ein durch die Meßein
richtung 120 in Verbindung mit dem Anker 126 erzeugtes
Signal Vx für den jeweiligen Radius eines einzelnen
Zahnes 156a charakteristisch. Die Oberflächenerhebung
154a ist, verglichen mit dem Abstand zwischen den Zähnen,
klein genug, um es der Meßspitze 138 und dem Anker 126
zu ermöglichen, jedesmal, nachdem ein Zahn 156a aus
dem Eingriff mit dem Oberflächenelement 154a gekommen
ist und bevor der darauffolgende Zahn mit dem Oberflächen
element 154a in Eingriff kommt, wieder in ihre voll
ständig vorgeschobene Stellung zurückzukehren.
Fig. 12 zeigt das in Umdrehung versetzte Werkzeug 156,
wie es mit einem Oberflächenelement 154b anstelle des
Oberflächenelements 154a im Eingriff steht.
Fig. 13 veranschaulicht, wie nicht nur ein einzelner,
sondern mehrere Zähne 156b mit dem Oberflächenelement
154b zu einem bestimmten Zeitpunkt in Eingriff stehen,
da das Oberflächenelement 156 wesentlich größer ist.
Daher wäre das Signal, das durch Verschiebung der Tast
spitze 138 und des Ankers 126 bei einer Drehung des
Werkzeugs 156 erzeugt wird, ungeeignet, um die Radien der
einzelnen Zähne 156a zu bestimmen. Falls jedoch die Meß
einrichtung 120 mit dem Anker 126 und der Meßspitze 138
dazu verwendet werden soll, ein größeres Werkzeug als das
Werkzeug 156 zu vermessen oder um die Länge eines einzel
nen Zahnes zu vermessen, kann es vorteilhaft sein, an
stelle des kleineren Oberflächenelements 154a das größere
Oberflächenelement 154b der Tastspitze 138 mit dem
Werkzeug in Eingriff zu bringen.
Es ist ersichtlich, daß die an dem Anker 126 an
geordnete Tastspitze 138 auch eine dreieckige oder eine
beliebige andere außer der rautenförmigen Gestalt auf
weisen kann, und dennoch eine Vielzahl von Tastspitzenober
flächen unterschiedlicher Größe ergibt.
Fig. 14 zeigt eine an dem Anker 126 angeordnete Tastspitze
158 mit einer Anzahl von Oberflächenelementen 158a bis
158d, die unterschiedliche Abmessungen aufweisen und
nicht einstückig oder als Teil einer durchgehenden
ebenen Fläche ausgebildet sind.
Um ein Werkzeug, ähnlich dem Werkzeug 156, mit der ge
wünschten Tastspitzenoberfläche, wie z. B. der Tastspitze
138, in Eingriff zu bringen, muß der Anker 126 mit der
Tastspitze 138 in einer bestimmten Winkelstellung
stehen. Wie bereits oben ausgeführt, kann mit Hilfe des
ringförmigen Abstandshalters 86 und der Sicherungsschraube
116 ein derartiges ausgewähltes Positionieren durchge
führt werden.
Claims (5)
1. Meßeinrichtung zum Vermessen einer Dimension eines in
einem Werkzeughalter (14) einer Werkzeugmaschine auf
genommenen Schneidwerkzeugs (12, 156), wobei der
Werkzeughalter (14) entlang einer Längsachse in eine
Bezugsstellung verfahrbar ist,
mit einem unmittelbar mit dem Schneidwerkzeug in Ein griff zu bringenden Verschiebeanker (16), der entlang seiner Längsachse hin- und herbeweglich ist,
mit ortsfest gehalterten Signalerzeugungsmitteln (24), die sich in axialem Abstand zu dem Verschiebe anker (16) befinden, mit dem Verschiebeanker (16) über den axialen Abstand magnetisch gekoppelt sind und ein Signal abgeben, das sich entsprechend dem axialen Abstand des Verschiebeankers (16) von den Signalerzeugungsmitteln ändert,
mit Mitteln (18) zur Lagerung des Verschiebeankers (16), die derart angeordnet sind, daß bei einer Bewe gung des Werkzeughalters (14) in die Bezugsstellung das Schneidwerkzeug (12) mit dem Verschiebeanker (16) in Berührung kommt und der Verschiebeanker (16) von dem Schneidwerkzeug (12) verschoben wird, wobei der axiale Abstand zwischen dem Verschiebeanker (16) und den Signalerzeugungsmitteln (24) einen für die jeweilige Dimension kennzeichnenden Wert aufweist, und mit Signalverarbeitungsmitteln (32), durch die aus dem Signal die Dimension zu bestimmen ist.
mit einem unmittelbar mit dem Schneidwerkzeug in Ein griff zu bringenden Verschiebeanker (16), der entlang seiner Längsachse hin- und herbeweglich ist,
mit ortsfest gehalterten Signalerzeugungsmitteln (24), die sich in axialem Abstand zu dem Verschiebe anker (16) befinden, mit dem Verschiebeanker (16) über den axialen Abstand magnetisch gekoppelt sind und ein Signal abgeben, das sich entsprechend dem axialen Abstand des Verschiebeankers (16) von den Signalerzeugungsmitteln ändert,
mit Mitteln (18) zur Lagerung des Verschiebeankers (16), die derart angeordnet sind, daß bei einer Bewe gung des Werkzeughalters (14) in die Bezugsstellung das Schneidwerkzeug (12) mit dem Verschiebeanker (16) in Berührung kommt und der Verschiebeanker (16) von dem Schneidwerkzeug (12) verschoben wird, wobei der axiale Abstand zwischen dem Verschiebeanker (16) und den Signalerzeugungsmitteln (24) einen für die jeweilige Dimension kennzeichnenden Wert aufweist, und mit Signalverarbeitungsmitteln (32), durch die aus dem Signal die Dimension zu bestimmen ist.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß der Verschiebeanker (16, 62) einen Körper
aus elektrisch leitendem Material aufweist und die
Signalerzeugungsmittel (24, 26) eine induktive Ein
richtung (26) umfassen.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die Mittel (18, 70) zur Lagerung des Ver
schiebeankers einen Rahmen umfassen, in dem der Ver
schiebeanker (16, 62) längs einer Achse verschieblich
gelagert ist, und daß zwischen dem Verschiebeanker
(16, 62) und dem Rahmen (18, 70) eine Vorspannfeder
(28, 68) angeordnet ist, durch die der Verschiebean
ker beim Fehlen einer Berührung zwischen dem
Verschiebeanker (16, 62) und dem Schneidwerkzeug (12,
38, 156) in eine bekannte Stellung gegenüber der
Bezugsstellung gezwungen ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich
net, daß Halterungsmittel zum Haltern der Signal
erzeugungsmittel (16, 64) einen in dem Rahmen (18, 70)
aufgenommenen Lagerblock (98) umfassen und daß zwischen
dem Rahmen (18, 70) und dem Lagerblock (98) eine Vorspann
einrichtung (104) angeordnet ist, die im Falle eines
Überschreitens des Zustellhubs des Schneidwerkzeugs
ein Ausweichen ermöglichen.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich
net, daß die Signalverarbeitungsmittel (32) Mittel
zur Erkennung eines Minimalwertes des Meßsignals um
fassen, wobei der Minimalwert die Differenz zwischen
dem tatsächlichen Wert und dem Sollwert einer Abmes
sung des Schneidwerkzeugs kennzeichnet.
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