-
Stand der
Technik
-
Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Vermessen eines Werkzeugs.
-
Aus
der
DE 102 58 055
A1 sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Befestigen
eines Werkzeugs in einem Werkzeugfutter bekannt, bei dem ein Werkzeug
zuerst vermessen, dann in einem Werkzeugfutter auf Sollposition
positioniert und in Sollposition im Werkzeugfutter eingeschrumpft
wird.
-
Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum
Vermessen eines Werkzeugs anzugeben, aufgrund derer das Werkzeug
besonders sicher in einem Werkzeugfutter befestigt werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung
durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
-
Vorteile der
Erfindung
-
Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum Vermessen eines Werkzeugs
mit einem Messmittel und einer Steuereinheit.
-
Es
wird vorgeschlagen, dass die Steuereinheit zur Ermittlung der Position
des Schaftendes des Werkzeugs bei in einer Aufnahmeöffnung eines Werkzeugfutters
in eine Sollposition gebrachtem Werkzeug relativ zu einem Element
der Aufnahmeöffnung
vorgesehen ist. Hierdurch kann erkannt werden, wenn ein Werkzeug
einen zu kurzen Schaft aufweist, um in gewünschter Weise – und ohne
im Werkzeugfutter Schaden anzurichten – im Werkzeugfutter in der
Sollposition befestigt werden zu können. Bei Werkzeugen mit einem
zu langen Werkzeugschaft kann beispielsweise eine Kollision mit
einem Element des Werkzeugfutters, beispielsweise einem Kühlflüssigkeitsanschlussstück, frühzeitig
erkannt werden, möglichst
bevor das Werkzeug in das Werkzeugfutter eingeführt wird. Eine übermäßige Beanspruchung des
Werkzeugfutters oder des Werkzeugschafts kann vermieden werden.
-
Das
Element der Aufnahmeöffnung
ist zweckmäßigerweise
ein Element, das einen Schrumpfbereich der Aufnahmeöffnung begrenzt. Die
Ermittlung der Position des Schaftendes kann eine Berechnung sein,
beispielsweise ein Vergleich von zwei Längen, die sich auf das Schaftende
bzw. das Element beziehen, wobei das Werkzeug dafür nicht
real in der Sollposition positioniert sein muss. Vorteilhafterweise
wird die Ermittlung der Position des Schaftendes vor dem Einführen des
Werkzeugs in die Aufnahmeöffnung
durchgeführt,
damit ein Bediener der Vorrichtung frühzeitig auf einen bevorstehenden
tatsächlichen
oder eventuellen Fehler hingewiesen werden kann. Vorteilhafterweise
ist die Steuereinheit zur Verknüpfung
der Position mit einer hinterlegten axialen Position des Elements
der Aufnahmeöffnung
vorgesehen, wodurch ein unmittelbarer Vergleich der – ggf. späteren – Istposition
des Schaftendes mit einem Sollpositionsbereich des Schaftendes ermöglicht wird.
-
In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Steuereinheit
zum Abbrechen eines Befestigungsvorgangs des Werkzeugs im Werkzeugfutter
vorgesehen, wenn das Schaftende des in Sollposition angeordneten
Werkzeugs außerhalb
eines vorgegebenen Bereichs liegend ermittelt wird. Hierdurch kann
auch bei einem vollautomatischen Befestigungsablauf oder einer Abwesenheit
eines Bedieners ein fehlerhaftes Befestigen oder ein Befestigen des
Werkzeugs in einer unerwünschten
Weise im Werkzugfutter vermieden werden.
-
Vorteilhafterweise
ist das Element der Aufnahmeöffnung
eine Aufweitung der Aufnahmeöffnung,
wodurch einer Beschädigung
des Werkzeugfutters beim Einschrumpfen kurzer Werkzeuge entgegengewirkt
werden kann. Beim Einschrumpfen eines Werkzeugs in einem Schrumpffutter
entstehen große
Spannkräfte,
welche beim Abkühlen
des Schrumpffutters auftreten. Umschließt nur ein Teil des Schrumpfbereichs
der Aufnahmeöffnung
den Werkzeugschaft, so treten diese großen Spannkräfte nur in dem Bereich auf,
in dem der Werkzeugschaft umschlossen ist. Am Ende des Werkzeugschafts
lassen diese Spannkräfte
abrupt nach, so dass dort in der Aufnahmeöffnung kleine Absätze entstehen
können,
durch die die Aufnahmeöffnung
beschädigt
wird. Bei mehrmaliger Wiederholung eines solchen Vorgangs können Werkzeuge
in dieses Werkzeugfutter wegen der Absätze nicht mehr eingeschrumpft
werden. Zur Vermeidung solcher Fehler ist in der Aufnahmeöffnung eine
Aufweitung, ein so genannter Einstich, vorgesehen, der zweckmäßigerweise
so angeordnet ist, dass das Schaftende eines neuen Werkzeugs im
Bereich der Aufweitung zu liegen kommt.
-
Zweckmäßigerweise
ist die Steuereinheit dazu vorgesehen, ein Signal auszugeben, wenn
das Schaftende des Werkzeugs bei in Sollposition gebrachtem Werkzeug
außerhalb
der Aufweitung zu liegen kommt. Zudem kann der Befestigungsvorgang automatisch
abgebrochen werden.
-
Die
Steuereinheit ist zweckmäßigerweise
zu einer Steuerung einer Bewegung eines Positioniermittels zum Positionieren
des Werkzeugs in der Sollposition vorgesehen, wodurch ein besonders
präzises
Vermessen und anschließendes
Positionieren des Werkzeugs in Sollposition erreicht werden kann. Insbesondere
ist das Positioniermittel in Verbindung mit der Steuereinheit zur
Steuerung einer Bewegung des Werkzeugs in die Sollposition hinein
vorbereitet, beispielsweise indem das Positioniermittel als ein Greifer
ausgeführt
ist. Hierdurch kann das Werkzeug stets unter gleich bleibenden Bedingungen
in die Sollposition geführt
und dort besonders präzise
positioniert werden.
-
In
einer weiteren Ausführungsform
ist die Steuereinheit zur Ermittlung der Position des Endes einer
zylindrischen Form des Werkzeugschafts als Schaftende vorgesehen.
Hierdurch kann die Position desjenigen Teils des Schaftendes ermittelt
werden, der für
ein unerwünschtes
Eindrücken
von Absätzen in
die Aufnahmeöffnung
verantwortlich ist. Das Schaftende ist hierbei nicht nur als einzelner
Punkt oder einzelne Fläche
zu verstehen, sondern als ein endseitiger Bereich des Schafts, der
beispielsweise eine Kante, eine Verjüngung oder eine Wöl bung aufweisen
kann. Das Schaftende schließt
zweckmäßigerweise
in von der Werkzeugspitze abgewandter Richtung an einen zylindrischen
Bereich des Werkzeugschafts an.
-
Mit
weiterem Vorteil ist die Steuereinheit in Verbindung mit dem Messmittel
zur Ermittlung der Position des Schaftendes eines außerhalb
des Werkzeugfutters angeordneten Werkzeugschafts vorgesehen. Hierbei
ist das Messmittel zweckmäßigerweise
ein optisches Messmittel. Es kann auf eine aufwendige Abtastung
des Werkzeugschafts des in Sollposition im Aufnahmebereich positionierten
Werkzeugs verzichtet und eine Vermessung des Werkzeugs bereits durchgeführt werden,
wenn das Werkzeug noch außerhalb
des Aufnahmebereichs angeordnet ist. Hierdurch kann ein Befestigungsfehler
einfach und früh
erkannt werden.
-
Die
Positionierung des Werkzeugs in Sollposition kann derart geschehen,
dass das Werkzeug mit einem Auflagepunkt am Schaftende auf das Positioniermittel
gelegt und hierdurch in Sollposition gebracht wird. Ein für eine Beschädigung der
Aufnahmeöffnung
kritischer Punkt oder Bereich des Schaftendes kann eine axiale Strecke
von diesem Auflagepunkt entfernt sein. Um bei einer solchen Anordnung zu
einem zuverlässigen
und schadlosen Einschrumpfen des Werkzeugs zu gelangen, ist es vorteilhaft,
wenn die Steuereinheit bei der Ermittlung der Position des Schaftendes
zur Verarbeitung des axialen Abstands des Endes einer zylindrischen
Form des Werkzeugschafts bis zu einem Auflagepunkt des Positioniermittels
am Schaftende vorgesehen ist.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Steuereinheit in Verbindung mit dem Messmittel
zur Ermittlung der Position eines Elements des Werkzeugs und daraus
zur Ermittlung einer Verfahrstrecke zur Positionierung des Werkzeugs in
Sollposition vorgesehen. Hierdurch können zur Positionierung des
Werkzeugs durchgeführte
Vermessungsvorgänge
zur Ermittlung der Position des Schaftendes mitverwendet werden,
wodurch die Ermittlung besonders einfach und zügig durchführbar ist.
-
In
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Steuereinheit
in Verbindung mit dem Messmittel zur Ermittlung der Position eines
Elements des Werkzeugfutters vorgesehen. Hierdurch kann die Position
des Elements der Aufnahmeöffnung
relativ zum Werkzeug einfach und sehr exakt erfasst werden. Das
Element ist zweckmäßigerweise ein
solches Element des Werkzeugfutters, von dem der axiale Abstand
zum Element der Aufnahmeöffnung
bekannt und insbesondere in der Steuereinheit zur Weiterverarbeitung
hinterlegt ist, beispielsweise eine Kante im Bereich der Öffnung der
Aufnahmeöffnung.
-
Bei
einer Vermessung des Werkzeugs, bei der das Schaftende dem insbesondere
optischen Messmittel nicht unmittelbar zugänglich ist, kann die Ermittlung
der Position des Schaftendes besonders einfach erfolgen, wenn die
Steuereinheit in Verbindung mit dem Messmittel zur Erfassung der
Position eines Elements eines Positioniermittels zum Positionieren
des Werkzeugs in der Sollposition vorgesehen ist.
-
Die
Erfindung ist außerdem
vorteilhaft anwendbar bei einem Verfahren zum Vermessen eines Werkzeugs,
bei dem das Werkzeug vermessen wird. Es wird vorgeschlagen, dass
die Position des Schaftendes des Werkzeugs bei in einer Aufnahmeöffnung eines
Werkzeugfutters in eine Sollposition gebrachtem Werkzeug relativ
zu einem Element der Aufnahmeöffnung
ermittelt wird. Wie oben beschrieben, kann das Werkzeug auf diese
Weise besonders einfach und sicher im Werkzeugfutter befestigt werden. Es
wird vorteilhafterweise die Position des Schaftendes des Werkzeugs
ermittelt, die es bei in Sollposition gebrachtem Werkzeug relativ
zu einem Element der Aufnahmeöffnung
einnehmen würde.
Die Ermittlung kann somit auch dann stattfinden, wenn das Werkzeug
nicht oder noch nicht in Sollposition positioniert ist.
-
Zeichnung
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
-
Es
zeigen:
-
1 ein
Werkzeugmess- und Einstellgerät,
-
2 ein
Werkzeugfutter mit einem Werkzeug in einer Vermessungsposition,
-
3 das
Werkzeug in seiner Sollposition in einer Aufnahmeöffnung des
Werkzeugfutters,
-
4 ein
das Werkzeugfutter durchgreifendes Positioniermittel in einer Vermessungsposition und
-
5 ein
Werkzeugmess- und Einstellgerät mit
einem Werkzeuggreifer.
-
Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
-
1 zeigt
eine als Werkzeugmess- und Einstellgerät ausgeführte Vorrichtung 2 zum
Befestigen eines Werkzeugs 4 in einem Werkzeugfutter 6. Die
Vorrichtung 2 umfasst ein Messmittel 8 mit einer Kamera 10,
die vertikal und horizontal, wie durch die Pfeile angedeutet, verfahrbar
ist. Außerdem
umfasst die Vorrichtung 2 ein Induktionsheizgerät 12,
das an einem Turm 14 vertikal verfahrbar ist und um das Werkzeugfutter 6 gelegt
werden kann. Innerhalb einer Spindel 16 der Vorrichtung 2 ist
ein Positioniermittel 18 angeordnet, das vertikal verfahrbar
und zum Durchgreifen des Werkzeugfutters 6 vorgesehen ist. Auf
dem Werkzeugfutter 6 ist ein Haltemittel 20 aufgesetzt,
das zum Halten des Werkzeugs 4 außerhalb des Werkzeugfutters 6 vorgesehen
ist. Zum Anzeigen des Vermessungsvorgangs durch das Messmittel 8 umfasst
die Vorrichtung 2 des Weiteren ein Anzeigemittel 22 in
Form eines Bildschirms, das ein Eingabemittel in Form einer Bildschirmtastatur
zur Eingabe von Daten und Bedienerbefehlen enthält. Zur Steuerung des Messmittels 8,
des Induktionsheizgeräts 12,
des Positioniermittels 18 und der Anzeigeeinheit 22 weist
die Computers in einem Unterschrank 26 der Vorrichtung 2 angeordnet
ist. Es ist genauso denkbar, dass die Steuereinheit 24 in
mehreren Geräten
verteilt dezentral an der Vorrichtung 2 angeordnet ist.
-
Zum
Befestigen des Werkzeugs 4 in einer Aufnahmeöffnung 28 des
Werkzeugfutters 6 wird das Werkzeug 4 in eine
Halteöffnung 30 des
Haltemittels 20 eingeführt,
das wiederum an einer Außenfläche 32 des
Werkzeugfutters 6 abgestützt ist. Nun wird das Positioniermittel 18 von
der Steuereinheit 24 nach oben verfahren, bis es am Werkzeugschaft 34 des
Werkzeugs 4 anliegt und das Werkzeug 4 ein Stück weit
anhebt. Dieses Anheben wird von einer Bildverarbeitung der Steuereinheit 24 in
Verbindung mit der Kamera 10 erkannt, und die Bewegung
des Positioniermittels 18 wird gestoppt. Nun wird die Position 36 eines
charakteristischen Elements 38 des Werkzeugs, beispielsweise
eines Schneidenendes, vermessen, wobei die Position 36 relativ
zu einem Nullpunkt 40 auf dem Werkzeugfutter 6 oder
zu einem Nullpunkt 42 (siehe 1) eines
internen Maßstabs
des Messmittels 8 bezogen ist. Aus der Position 36 und
einer bekannten Sollposition 44, die das charakteristische
Element 38 nach der Befestigung des Werkzeugs 4 im
Werkzeugfutter 6 einnehmen soll, berechnet die Steuereinheit 24 nun
eine Verfahrstrecke 46, um die das Positioniermittel 18 nach
unten verfahren werden muss, um das Werkzeug 4 in Sollposition 44 zu
bringen.
-
Nun
könnten
das Werkzeug 4 und das Haltemittel 20 entfernt,
das Positioniermittel 18 um die Verfahrstrecke 46 nach
unten verfahren und das Induktionsheizgerät 12 um einen Aufnahmebereich 48 des Werkzeugfutters 6 gelegt
werden, um den Aufnah mebereich 48 zu erhitzen und damit
aufzuweiten. Nach einer ausreichenden Aufweitung des Aufnahmebereichs 48 könnte das
Werkzeug 4 an das Positioniermittel 18 gelegt
und hierdurch in der Sollposition 44 positioniert werden,
wie in 3 gezeigt ist. Hierbei kann es allerdings sein,
dass ein Schaftende 50 des Werkzeugschafts 34 außerhalb
eines als Erweiterung der Aufnahmeöffnung 28 ausgeführten Elements 52 zu
liegen kommt und im zylindrischen Bereich der Aufnahmeöffnung 28 verbleibt.
Durch das starke Zusammenpressen des Aufnahmebereichs 48 um
den Werkzeugschaft 34 kann hierbei ein unerwünschter
kleiner Absatz innerhalb der Aufnahmeöffnung 28 entstehen.
-
Aus
diesem Grund ist die Steuereinheit 24 zur Ermittlung der
Position 54 des Schaftendes 50 des in Sollposition 44 gebrachten
Werkzeugs 4 relativ zum Element 52 des Werkzeugfutters 6 vorgesehen.
Zu einer solchen Ermittlung wird das Positioniermittel 18 vor
dem Einführen
des Werkzeugs 4 in die Aufnahmeöffnung 28 von unten
vollständig
durch das Werkzeugfutter 6 hindurchgeführt, bis seine als Anschlagfläche ausgeführte Spitze 56 eine
Position 58 oberhalb des Werkzeugfutters 6 erreicht,
die von der Steuereinheit 24 in Verbindung mit der Kamera 10 automatisch
erkannt wird. Eine solche Position 58 ist in 4 gezeigt.
Es ist auch möglich,
dass das Positioniermittel 18 vor dem Erhitzen des Aufnahmebereichs 48 in
der in 2 gezeigten Position verbleibt, ohne um die Verfahrstrecke 46 nach
unten verfahren zu werden. Die Position 58 wird durch die
Steuereinheit 24 in Verbindung mit der Kamera 10 erfasst
und abgespeichert. Nun wird die Kamera 10 ein Stück weit
nach unten verfahren, und eine Position 60 einer Oberkante
des Werkzeugfutters 6, die wie alle anderen Po sitionen
auf einen der Nullpunkte 40, 42 bezogen ist, wird
durch optische Abtastung ermittelt. Aus einem in der Steuereinheit 24 hinterlegten
Abstand 64 zwischen der Position 60 der Oberkante 62 und der
Position 66 des Elements 52 kann nun die Position 66 bezogen
auf einen der Nullpunkte 40, 42 von der Steuereinheit 24 berechnet
werden. Zusätzlich kann
aus der Position 58 der Spitze 56 und der bekannten
Verfahrstrecke 46 die Position 54 des Schaftendes 50 innerhalb
der Aufnahmeöffnung 28 berechnet
werden und die Position 54 des Schaftendes 50 mit
der Position 66 des Elements 52 verglichen werden.
Liegt die Position 54 des Schaftendes 50 innerhalb
eines vorgegebenen Bereichs 68, so gibt die Steuereinheit 24 die
Durchführung
der weiteren Verfahrensschritte zum Befestigen des Werkzeugs 4 im Werkzeugfutters 6 frei.
Liegt die Position 54 außerhalb des Bereichs 68,
so bricht die Steuereinheit 24 den Befestigungsvorgang
ab und gibt ein entsprechendes Signal auf dem Anzeigemittel 22 und
eventuell ein zusätzliches
akustisches Signal für
einen Bediener aus.
-
Die
für das
Eindrücken
eines Absatzes in die Aufnahmeöffnung 28 verantwortliche
kritische Stelle ist das Ende 70 (siehe 3)
der zylindrischen Form des Werkzeugschafts 34. Da dieses
Ende 70 nicht unbedingt mit dem Auflagepunkt des Positioniermittels 18 am
Schaftende 50 übereinstimmen
muss, ist in der Steuereinheit 24 ein Abstand 72 zwischen
dem Ende 70 der zylindrischen Form und dem Auflagepunkt
am Schaftende 50 hinterlegt, wobei sich der Abstand 72 auf
den axialen Abstand und nicht den Gesamtabstand bezieht. Hierdurch
ist die Steuereinheit 24 zur Berechnung der Position des
Endes 70 in der Lage, und es kann überprüft werden, ob das Ende 70 innerhalb
des Bereichs 68 zu liegen kommt. Unabhängig davon, ob die Steuereinheit 24 den
Abstand 72 ermittelt, wird im Folgenden das Schaftende 50 als
ein Bereich verstanden, der das Ende 70 der zylindrischen
Form des Werkzeugschafts 34 mit einschließt.
-
In 5 ist
ein Ausschnitt einer weiteren Vorrichtung 74 zum Befestigen
des Werkzeugs 4 im Werkzeugfutter 6 gezeigt.
-
Im
Wesentlichen gleich bleibende Bauteile sind grundsätzlich mit
den gleichen Bezugszeichen beziffert. Ferner kann bzgl. gleich bleibender
Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung zum Ausführungsbeispiel
in den 1 bis 4 verwiesen werden. Die nachfolgende
Beschreibung beschränkt sich
im Wesentlichen auf die Unterschiede zum Ausführungsbeispiel in den 1 bis 4.
Anstelle des stangenförmigen
Positioniermittels 18 umfasst diese Vorrichtung 74 einen
Werkzeuggreifer 76 als Positioniermittel, der zusätzlich zum
nicht gezeigten Induktionsheizgerät am Turm 14 befestigt
und in vertikaler Richtung auf und ab verfahrbar ist. Durch den
Werkzeuggreifer 76, der den Werkzeugschaft 34 umgreift, wird
das Werkzeug 4 derart zentriert gehalten, dass es bei einer
Abwärtsbewegung
des Werkzeuggreifers 76 in die Aufnahmeöffnung 28 des Werkzeugfutters 6 eingeführt wird.
-
Zum
Befestigen des Werkzeugs 4 im Werkzeugfutter 6 wird
das Werkzeug 4 durch den Werkzeuggreifer 76 vor
die Kamera 10 gehalten und dort mit Hilfe der Steuereinheit 24 vermessen,
so dass die Position 36 eines charakteristischen Elements 38 des
Werkzeugs 4 relativ zu einem der Nullpunkte 40, 42 bekannt
ist. Anschließend
wird die Kamera nach unten verfahren und die Position 78 des
Schaftendes 50 vermessen, wobei das Schaftende 50 von
der Steuereinheit 24 in Verbindung mit der Kamera 10 automatisch
erkannt und vermessen wird. Als Schaftende 50 wird hierbei
zweckmäßigerweise
die Position 78 des Endes 70 der zylindrischen
Form des Werkzeugschafts 34 bestimmt. Aus der Position 36 und
der Sollposition 44 wird nun die Verfahrstrecke 46 berechnet,
wodurch mit Hilfe der bekannten Position 78 nunmehr die
Position 54 des Schaftendes 50 bei in Sollposition 44 positioniertem
Werkzeug 4 in der Aufnahmeöffnung 28 bekannt
ist. Ist die Position 66 des als Aufweitung ausgeführten Elements 52 – beispielsweise
bezüglich
des Nullpunkts 40 – bekannt,
so kann direkt geprüft
werden, ob die Position 54 innerhalb des Bereichs 68 zu
liegen kommen würde.
Ist die Position 66 nicht bekannt, so kann, wie zu 4 beschrieben,
die Position 60 ermittelt und aus dem abgespeicherten Abstand 64 die
Position 66 des Elements 52 errechnet werden.
Würde die
Position 54 außerhalb
des Bereichs 68 zu liegen kommen, so wird der weitere Befestigungsvorgang,
also das Erwärmen
des Aufnahmebereichs 48, gestoppt, und ein Signal wird
an den Bediener ausgegeben.
-
- 2
- Vorrichtung
- 4
- Werkzeug
- 6
- Werkzeugfutter
- 8
- Messmittel
- 10
- Kamera
- 12
- Induktionsheizgerät
- 14
- Turm
- 16
- Spindel
- 18
- Positioniermittel
- 20
- Haltemittel
- 22
- Anzeigemittel
- 24
- Steuereinheit
- 26
- Unterschrank
- 28
- Aufnahmeöffnung
- 30
- Halteöffnung
- 32
- Außenfläche
- 34
- Werkzeugschaft
- 36
- Position
- 38
- Element
- 40
- Nullpunkt
- 42
- Nullpunkt
- 44
- Sollposition
- 46
- Verfahrstrecke
- 48
- Aufnahmebereich
- 50
- Schaftende
- 52
- Element
- 54
- Position
- 56
- Spitze
- 58
- Position
- 60
- Position
- 62
- Oberkante
- 64
- Abstand
- 66
- Position
- 68
- Bereich
- 70
- Ende
- 72
- Abstand
- 74
- Vorrichtung
- 76
- Werkzeuggreifer
- 78
- Position