DE-102007041272-B4 - Messsystem zur berührenden und zur berührungslosen Messung an stehenden und rotierenden Werkzeugen

Abstract

Messsystem (10) für berührende und berührungslose Messung an stehenden und rotierenden, Span abhebenden oder Material abtragenden Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine, mit - einer Lichtschrankenanordnung (12) zur Positionsbestimmung oder zur Bestimmung der längsten Schneide eines rotierenden Werkzeuges in der Werkzeugmaschine, wobei die Lichtschrankenanordnung (12) einen Lichtsenderteil (16) und einen Lichtempfängerteil (18) hat, die jeweils einem Schenkel (22, 24) einer im Wesentlichen U-förmigen Tragestruktur (26) der Messsystemanordnung zugeordnet sind, wobei der Lichtsenderteil (16) ausgebildet ist, einen Lichtstrahl (28) zum Lichtempfängerteil (18) zu senden; - einer multidirektionalen Messtasteranordnung (14) für drückende und/oder ziehende Messung an einem stehenden Werkzeug in Richtung einer Z-Achse sowie einer X- und/oder Y-Achse, wobei die multidirektionale Messtasteranordnung (14) einem der Schenkel (22, 24) der U-förmigen Tragestruktur (26) zugeordnet ist und an dem Schenkel (24) der U-förmigen Tragestruktur (26) angeordnet ist, wobei die multidirektionale Messtasteranordnung (14) einen Taststift (14c) umfasst, der auf einen Sensor wirkt, der ausgebildet ist Bewegungen des Taststifts (14c) in Richtung der Z-Achse sowie der X- und/oder Y-Achse in Messsignale umzusetzen; und - einer Signalelektronikschaltung (32) zur Signalformung und Signalweiterleitung an eine Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine, wobei die Signalelektronikschaltung (32) dem Messsystem zugeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Messsignale von der Lichtschrankenanordnung (12) und von dem Sensor zu empfangen und in einem gemeinsamen Signalübertragungsmedium (34) an die Maschinensteuerung weiterzuleiten.

Inventors

• Heribert Bucher
• Wolfgang Reiser
• Roland Dilger

Assignees

• BLUM-NOVOTEST GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20070831

Claims (20)

1. Messsystem (10) für berührende und berührungslose Messung an stehenden und rotierenden, Span abhebenden oder Material abtragenden Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine, mit - einer Lichtschrankenanordnung (12) zur Positionsbestimmung oder zur Bestimmung der längsten Schneide eines rotierenden Werkzeuges in der Werkzeugmaschine, wobei die Lichtschrankenanordnung (12) einen Lichtsenderteil (16) und einen Lichtempfängerteil (18) hat, die jeweils einem Schenkel (22, 24) einer im Wesentlichen U-förmigen Tragestruktur (26) der Messsystemanordnung zugeordnet sind, wobei der Lichtsenderteil (16) ausgebildet ist, einen Lichtstrahl (28) zum Lichtempfängerteil (18) zu senden; - einer multidirektionalen Messtasteranordnung (14) für drückende und/oder ziehende Messung an einem stehenden Werkzeug in Richtung einer Z-Achse sowie einer X- und/oder Y-Achse, wobei die multidirektionale Messtasteranordnung (14) einem der Schenkel (22, 24) der U-förmigen Tragestruktur (26) zugeordnet ist und an dem Schenkel (24) der U-förmigen Tragestruktur (26) angeordnet ist, wobei die multidirektionale Messtasteranordnung (14) einen Taststift (14c) umfasst, der auf einen Sensor wirkt, der ausgebildet ist Bewegungen des Taststifts (14c) in Richtung der Z-Achse sowie der X- und/oder Y-Achse in Messsignale umzusetzen; und - einer Signalelektronikschaltung (32) zur Signalformung und Signalweiterleitung an eine Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine, wobei die Signalelektronikschaltung (32) dem Messsystem zugeordnet ist und dazu eingerichtet ist, Messsignale von der Lichtschrankenanordnung (12) und von dem Sensor zu empfangen und in einem gemeinsamen Signalübertragungsmedium (34) an die Maschinensteuerung weiterzuleiten.
2. Messsystem nach Anspruch 1 , bei dem - das gemeinsame Signalübertragungsmedium eine gemeinsame drahtgebundene Signalübertragungsleitung (34) oder eine gemeinsame drahtlose Signalübertragungsstrecke ist, um Messsignale von der Lichtschrankenanordnung (12) und von der multidirektionalen Messtasteranordnung (14) an die Maschinensteuerung weiterzuleiten.
3. Messsystem nach Anspruch 1 oder 2 , bei dem - die Lichtschrankenanordnung (12) und die multidirektionale Messtasteranordnung (14) zu einer gemeinsam handhabbaren Messsystemanordnung zusammengefasst sind, und wobei - die Lichtschrankenanordnung (12) und die multidirektionale Messtasteranordnung (14) relativ zu zwei Referenzflächen (26a, 26b) oder zu einer Referenzlinie der Messsystemanordnung justiert sind.
4. Messsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Lichtschrankenanordnung (12) und/oder die multidirektionale Messtasteranordnung (14) im in der Werkzeugmaschine eingebauten Zustand der Messsystemanordnung relativ zu den zwei Referenzflächen (26a, 26b) oder zu der Referenzlinie (26c) mittels einer der Messsystemanordnung zugeordneten Verstelleinrichtung (30) nachzujustieren sind.
5. Messsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die der Messsystemanordnung zugeordnete eine Verstelleinrichtung (30) zwischen dem Lichtsenderteil (16) bzw. dem Lichtempfängerteil (18) und dem jeweiligen Schenkel (22, 24) der Tragestruktur, und/oder - die der Messsystemanordnung zugeordnete eine Verstelleinrichtung (30) zwischen der multidirektionalen Messtasteranordnung (14) und dem jeweiligen Schenkel (22, 24) oder dem Verbindungssteg (26) der Tragestruktur angeordnet ist.
6. Messsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die der Messsystemanordnung zugeordnete Verstelleinrichtung (30) wenigstens eine Kugelkalotte (52) aufweist, die in einer gegengleich geformten Vertiefung (54) aufgenommen und mittels mehrerer Befestigungseinrichtungen (56a ... 56d) zu fixieren ist.
7. Messsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die der Messsystemanordnung zugeordnete Verstelleinrichtung (30) wenigstens ein Festkörpergelenk (80', 80") aufweist, das durch mehrere Stell-/Befestigungseinrichtungen (82', 84'; 82', 84') zu verstellen/fixieren ist, um die Lichtschrankenanordnung (12) und die multidirektionale Messtasteranordnung (14) relativ zu den zwei Referenzflächen (26a, 26b) oder zu der Referenzlinie der Messsystemanordnung zu justieren.
8. Messsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Messsystemanordnung wenigstens ein lösbares Adapterbauteil (50) aufweist, das ein Funktionsteil des Lichtsenderteils (16) oder des Lichtempfängerteils (18), und / oder wenigstens ein Teil der Verstelleinrichtung (30), und/oder eine elektrische / mechanische Schnittstelle, und/oder eine Fluid-Blas-Einrichtung hat.
9. Messsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die multidirektionale Messtasteranordnung (14) am freien Endes eines Bewegungen eines Werkzeuges erfassenden Taststiftes (110) der Messsystemanordnung ein Tastelement (112) trägt, wobei - das Tastelement (112) eine pyramiden- oder kegel-(stumpf-)förmige Gestalt hat, dessen - zentrale Höhenlinie (h) in der koaxialen Verlängerung des Taststiftes (110) ausgerichtet ist, und dessen - Seitenflächen (116) zur Höhenlinie (h) in einem Winkel (alpha) geneigt sind.
10. Messsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - der Winkel (alpha) der Seitenflächen (116) zur Höhenlinie (h) so bemessen ist, dass eine Durchbiegung des Taststiftes (110) und/oder ein Schalt-Totweg (tot) der multidirektionalen Messtasteranordnung (14) soweit kompensiert werden, dass in ausgelenkter Lage des Taststiftes (110) im Schaltpunkt (S) eine von einem Werkzeug (W) angetastete Seitenfläche (116) des Tastelementes (112) annähernd senkrecht zur Antastrichtung des Werkzeuges (W) oder annähernd koaxial zur zentralen Höhenlinie (h) in deren Ruhelage orientiert ist.
11. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - eine Pneumatik-Steuer- und -zuführeinheit (120) vorgesehen ist, um aus einer Druckluftquelle stammende gereinigte Druckluft aus der Fluid-Blas-Einrichtung zur Reinigung eines zu vermessenden Werkzeuges und zur Reinigung der Tastfläche der multidirektionalen Messtasteranordnung zu einem Messort an dem Tastelement und/oder im Bereich des Messstrahls zuzuführen und/oder um eine Schutz-/ Schließeinrichtung an dem Lichtsenderteil und/oder dem Lichtempfängerteil der Lichtschrankenanordnung zu betätigen, und/oder um eine Luftsperre zu beschicken.
12. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Pneumatik-Steuer- und -zuführeinheit (120) zur Versorgung der Luftsperre ein erstes elektromagnetisch betätigbares Schaltventil (122) aufweist, das von der Maschinensteuerung mit elektrischen Betätigungssignalen zu beaufschlagen ist, wobei das erste elektromagnetisch betätigbare Schaltventil (122) gesteuert Druckluft an einen oder mehrere Sperrluftauslässe liefert.
13. Messsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - das erste elektromagnetisch betätigbares Schaltventil (122) eine federbelastete Durchlassstellung, in der die Sperrluftauslässe mit Druckluft beschickt werden und eine elektromagnetisch betätigte Sperrstellung aufweist, in der keine Druckluft zu den Sperrluftauslässen an dem Lichtsenderteil oder dem Lichtempfängerteil der Lichtschrankenanordnung gelangt.
14. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Pneumatik-Steuer- und -zuführeinheit (120) zur Betätigung der Schutz-/ Schließeinrichtung ein von der Maschinensteuerung mit Betätigungssignalen zu beaufschlagendes zweites elektromagnetisch betätigbares Schaltventil (124) aufweist.
15. Messsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - das zweite elektromagnetisch betätigbare Schaltventil (124) gesteuert Druckluft an eine oder mehrere Schutz-/ Schließeinrichtungen liefert, welche Sperrschieber in den Durchtrittsöffnungen des Messstrahls betätigen.
16. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - das zweite elektromagnetisch betätigbare Schaltventil (124) eine federbelastete Sperrstellung, in der keine Druckluft zu den Schutz-/ Schließeinrichtungen gelangt, so dass die Durchtrittsöffnungen des Messstrahls abgeschottet sind, und eine elektromagnetisch betätigte Durchlassstellung aufweist, in der die Schutz-/ Schließeinrichtungen mit Druckluft beschickt werden, so dass die Schutz-/ Schließeinrichtungen an dem Lichtsenderteil oder dem Lichtempfängerteil der Lichtschrankenanordnung offen sind und der Messstrahl an seinen Durchtrittsöffnungen aus/eintreten kann.
17. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - die Pneumatik-Steuer- und -zuführeinheit zur Betätigung der Fluid-Blas-Einrichtung ein drittes elektromagnetisch betätigbares Schaltventil (126) aufweist, das von der Maschinensteuerung mit Betätigungssignalen zu beaufschlagen ist.
18. Messsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem - das dritte elektromagnetisch betätigbare Schaltventil (126) eine federbelastete Sperrstellung, in der keine Druckluft zu der Fluid-Blas-Einrichtung um ein in deren Wirkbereich gebrachtes Werkzeug zu reinigen, sowie eine elektromagnetisch betätigte Durchlassstellung aufweist, in der die Fluid-Blas-Einrichtung mit Druckluft beschickt wird, so dass die Fluid-Blas-Einrichtung ein in deren Wirkbereich gebrachtes Werkzeug reinigen kann.
19. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - bei dem Die Pneumatik-Steuer- und zuführeinheit einen Druckluft-Einlass und mehrere Druckluft-Auslässe aufweist.
20. Messsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - dem einen Auslass eine Druck-Reduzierstufe (130) vor- oder zugeschaltet ist, um unter geringerem Druck stehendes Fluid der Fluid-Blas-Einrichtung zur Reinigung eines zu vermessenden Werkzeugs zuzuführen und /oder der Luftsperre zuzuführen.

Description

Hintergrund Nachstehend wird ein Messsystem zur berührenden und zur berührungslosen Messung an stehenden und rotierenden Werkzeugen in einer Werkzeugmaschine beschrieben. Derartige Messsysteme sind zur Span abhebenden oder Material abtragenden Bearbeitung (z. B. Fräsen, Drehen, Schleifen, Hobeln, Bohren, Senken, Reiben, Erodieren und dergleichen), auch in kombinierten Dreh-/Fräsmaschinen oder Fräs-/Drehmaschinen mit stehenden und sich drehenden Werkzeugen einzusetzen. Zur Positionsbestimmung oder zur Bestimmung der längsten Schneide eines rotierenden Werkzeuges in Werkzeugmaschinen kann eine Lichtschranke und insbesondere ein Laserlichtschranke verwendet werden. Eine Vorgehensweise ist dabei, das drehantreibbaren Werkzeug so in einem (Laserlicht-)Messstrahl zu positionieren, dass dessen Strahlengang durch das Werkzeug unterbrochen wird. Eine Unterbrechung des Messstrahles liegt vor, wenn der Messstrahl vollständig von dem Werkzeug blockiert wird oder eine Lichtenergiemenge durchgelassen wird, die einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Danach wird das Werkzeug relativ zu dem Messstrahl mit einer gewählten, möglichst konstanten Geschwindigkeit in Richtung von diesem weg bewegt, d.h. das Werkzeug wird in der gewählten Richtung bewegt. Dabei wird das Werkzeug bis zu einer Position bewegt, in welcher der Strahlengang des Messstrahls von dem Werkzeug nicht mehr unterbrochen wird, d.h. das Werkzeug von dem Messstrahl getrennt wird. Für drückende oder ziehende Messungen in Richtung einer zentralen Achse Z sowie für drückende oder ziehende Messungen in Richtung der X- und/oder Y-Achse an einem stehenden Werkzeug (zum Beispiel einer Schneidplatte) kann zum Beispiel ein Messtaster dienen, der in einem Gehäuse ein ringförmiges Stützlager hat, das eine Lagerebene (aufgespannt längs der X- und der Y-Achse) und die dazu normale zentrale Achse Z des Messtasters definiert. Ein Tragkörper kann ein ringförmiges Gegenlager haben, das eine Längsachse des Tragkörpers definiert. Zwischen dem Gehäuse und dem Tragkörper kann eine Feder eingespannt sein, die bestrebt ist, diesen in einer Ruhelage zu halten, in der die Längsachse des Tragkörpers mit der zentralen Achse Z des Messtasters übereinstimmt. Am Tragkörper kann eine Taststiftaufnahme zentral angeordnet sein, die einen Taststift aufnimmt. Ein in Ruhelage des Tragkörpers gerader Biegestab kann als Übertragungsglied dienen. Ein Ende des Biegestabes ist an der Taststiftaufnahme befestigt. Ein an das andere Ende angrenzender Abschnitt ist in Richtung der zentralen Achse geführt, um Auslenkungen des Tragkörpers aus seiner Ruhelage in geradlinige Bewegungen umzusetzen. Ein Sensor setzt solche Bewegungen des Übertragungsgliedes in Messsignale um. Das Gegenlager kann in der Ruhelage am Stützlager anliegen. Das Übertragungsglied kann an einer Stelle des Tragkörpers befestigt sein, die vom Sensor aus betrachtet jenseits der Lagerebene liegt. Stand der Technik Wenn eine (programmierbare) Steuerung für Werkzeugmaschinen sowohl Messungen an drehenden als auch an stehenden Werkzeugen erfordert, ist es bekannt, dass zum Beispiel die Firma Renishaw plc unkalibrierte Messtaster bzw. Lichtschranken anbietet. Dieser Messtaster und diese Lichtschranke werden dann bei der Montage einer Werkzeugmaschine einzeln und in sehr aufwendiger Weise auf die jeweiligen Achsen X, Y, Z ... der Werkzeugmaschine ausgerichtet und ihre Signalleitungen mit der Steuerung verbunden. Dies erfordert erhöhten Verkabelungsaufwand, Platz für die getrennten Signalleitungen im Bearbeitungsraum der Werkzeugmaschine und eine entsprechende Anzahl von Signaleingängen an der programmierbaren Werkzeugmaschinensteuerung. Die Genauigkeit einer solchen Im-Feld-Justierung ist in der Regel begrenzt und reicht für die Produktion von Präzisionsteilen meist nicht aus. Falls die Achsen-/Ebenen-Justierung dieser Messtaster und Lichtschranken sich im Betrieb der Werkzeugmaschine verstellen sollte, kann auch dies nur mit hohem Aufwand und von erfahrenem Personal behoben werden. Die DE 196 31 306 A1 beschreibt ein Laser-Lichtschranken-System mit einem Basisgehäuse, auf welchem zwei Blockgehäuse rechtwinklig angeschraubt sind. Die zwei Blockgehäuse stellen einen Laserstrahl-Sender und einen Laserstrahl-Empfänger dar. Der Laserstrahl dient der Längeneinstellung eines Planfräskopfes. Um zu verhindern, dass der Planfräskopf das Basisgehäuse trifft, ist weiter ein Anschlagstab beschrieben, der zwischen den Blockgehäusen eingespannt ist. Bei einem Kontakt des Planfräskopfes mit dem Anschlagstab wird die Maschine sofort still gelegt. Die DE 198 40 801 A1 beschreibt eine Werkzeugschleifmaschine, bei der zur Überwachung der Prozessführung eine Messeinrichtung vorgesehen ist. Diese ermöglicht sowohl die präzise Erfassung von Kanten als auch die Vermessung von Flächen und Vertiefungen. Eine automatische Kontrollmessung gestattet es der angeschlossenen Steuereinrichtung, die Prozessparameter für den Schleifvorgang automatisch nachzustellen, so da