DE-102024132188-A1 - Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, und Verfahren zu deren Steuerung

Abstract

Eine Werkzeugmaschine (10) weist ein Maschinenbett (14) und eine Einhausung (16) auf, die einen Arbeitsraum (18) umschließt. Im Arbeitsraum (18) sind ein Werkzeugspindelstock (20) zur Aufnahme eines Werkzeugs (24) und ein Werkstückhalter (40) zur Aufnahme eines Werkstücks (32) angeordnet. Der Werkzeugspindelstock (20) und der Werkstückhalter (40) sind mittels einer Maschinenkinematik (50) relativ zueinander in zumindest zwei Achsen (52, 56) NC-gesteuert verfahrbar, um ein am Werkstückhalter (40) gehaltenes Werkstück (32) zu bearbeiten. Eine auf eine Objektebene (72) ausgerichtete Kamera (70) dient zur visuellen Überwachung zumindest eines Teilbereichs des Arbeitsraumes (18). Die Kamera (70) ist dazu ausgebildet, eine Abbildung der Objektebene (72) zu erzeugen. Die Kamera (70) ist in Bezug auf die Objektebene (72) geometrisch kalibriert. Ein Bildschirm (68) dient zur Anzeige eines Wiedergabebildes (74) der von der Kamera (70) bereitgestellten Abbildung der Objektebene (72). Eine Steuereinrichtung (60) der Werkzeugmaschine (10) ist dazu ausgebildet, Bedienereingaben im Wiedergabebild (74) in Positionswerte in einem Maschinenkoordinatensystem (124) zur Steuerung der Maschinenkinematik (50) zu wandeln. Ein Verfahren dient zur Steuerung einer solchen Werkzeugmaschine (10).

Inventors

• Alexander Michael Sätzler
• Georg Conrad
• Eric Gutmann
• Frank Fiebelkorn

Assignees

• FRITZ STUDER AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241105

Claims (19)

1. Werkzeugmaschine (10), insbesondere Schleifmaschine (12), die Folgendes aufweist: - ein Maschinenbett (14), - eine Einhausung (16), die einen Arbeitsraum (18) umschließt, - einen im Arbeitsraum (18) angeordneten Werkzeugspindelstock (20) zur Aufnahme eines Werkzeugs (24), insbesondere einer Schleifscheibe (26), - einen im Arbeitsraum (18) angeordneten Werkstückhalter (40), insbesondere eine Werkstückspindel (38), zur Aufnahme eines Werkstücks (32), wobei der Werkzeugspindelstock (20) und der Werkstückhalter (40) mittels einer Maschinenkinematik (50) relativ zueinander in zumindest zwei Achsen (52, 56) NC-gesteuert verfahrbar sind, um ein am Werkstückhalter (40) gehaltenes Werkstück (32) zu bearbeiten, - eine auf eine Objektebene (72) ausgerichtete Kamera (70) zur visuellen Überwachung zumindest eines Teilbereichs des Arbeitsraumes (18), wobei die Kamera (70) dazu ausgebildet ist, eine Abbildung der Objektebene (72) zu erzeugen, und wobei die Kamera (70) in Bezug auf die Objektebene (72) geometrisch kalibriert ist, - einen Bildschirm (68) zur Anzeige eines Wiedergabebildes (74) der von der Kamera (70) bereitgestellten Abbildung der Objektebene (72), und - eine Steuereinrichtung (60), die dazu ausgebildet ist, Bedienereingaben im Wiedergabebild (74) in Positionswerte in einem Maschinenkoordinatensystem (124) zur Steuerung der Maschinenkinematik (50) zu wandeln.
2. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 , wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, anhand eines im Wiedergabebild (74) ausgewählten Startpunkts (130) und eines im Wiedergabebild (74) ausgewählten Zielpunkts (132) im Maschinenkoordinatensystem (124) einen zu überwindenden Weg (140, 142) zwischen dem Startpunkt (130) und dem Zielpunkt (132) anzuzeigen.
3. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 2 , wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, bei einer Relativbewegung zwischen dem Werkzeugspindelstock (20) und dem Werkstückhalter (40) zur Annäherung an den Zielpunkt (132) einen verbliebenden Restweg anzuzeigen.
4. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 3 , wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Maschinenkinematik (50) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkzeugspindelstock (20) und dem Werkstückhalter (40) auf Basis der Bedienereingaben und der hierauf fußenden Positionswerte mittels Streckensteuerung oder Bahnsteuerung anzusteuern.
5. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 4 , wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, die Bedienereingaben in Positionswerte zu wandeln und absolute oder relative Veränderungen der Positionswerte bei der Steuerung der zumindest zwei Achsen (52, 56) anzuzeigen.
6. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 5 , wobei die Kamera (70) im Arbeitsraum (18) oberhalb des Werkstückhalters (40) angeordnet ist.
7. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 6 , wobei die Objektebene (72) eine Horizontalebene ist, die parallel zu einer durch den Werkstückhalter (40) definierten Längsachse (36) orientiert ist.
8. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 7 , wobei die Kamera (70) eine perspektivische Abbildung der Objektebene (72) erzeugt und insbesondere ortsfest innerhalb der Einhausung (16) angeordnet ist.
9. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 8 , wobei das Wiedergabebild (74) verzerrungsbehaftet ist und insbesondere eine projektive Verzerrung und/oder eine perspektivische Verzerrung aufweist.
10. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 9 , ferner aufweisend ein Eingabegerät (134) zur Erfassung der Bedienereingaben im Wiedergabebild (74), wobei das Eingabegerät (134) zumindest als berührempfindliches Eingabegerät zur direkten Eingabe am Bildschirm (68) oder als Eingabegerät zur indirekten Eingabe ausgestaltet ist.
11. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 10 , ferner aufweisend zumindest einen Lichtzeiger (114), insbesondere einen Linienlaser, zur Projektion zumindest eines Punkts oder einer Linie (118) auf zumindest ein gegenüber der Objektebene (72) geneigtes Maschinenteil, insbesondere eine Schleifscheibe (26), zur Hervorhebung eines Schnittpunkts oder einer Schnittlinie zwischen dem Maschinenteil und der Objektebene (72).
12. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 11 , ferner aufweisend eine Hilfskamera (108) zur Erzeugung einer Hilfsansicht, wobei die Einhausung (16) eine Zugangsöffnung (64) bereitstellt, und wobei die Hilfskamera (108) auf eine von der Zugangsöffnung (64) abgewandte Rückseite des Werkstückhalters (40) ausgerichtet ist.
13. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 12 , wobei die Kamera (70) zwei oder mehr Fokusbereiche bereitstellt, und wobei zwei oder mehr Objektebenen (72) mit unterschiedlichem Objektabstand definiert sind, die an die zwei oder mehr Fokusbereiche angepasst sind.
14. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 13 , wobei das Werkzeug (24) eine Schleifscheibe (26) ist, wobei im Arbeitsraum (18), insbesondere beim Werkstückhalter (40), zumindest ein Abrichtwerkzeug (112) angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, auf Basis der Bedienereingaben im Wiedergabebild (74) Positionswerte im Maschinenkoordinatensystem (124) zur Annäherung der Schleifscheibe (26) an das Abrichtwerkzeug (112) auszugeben.
15. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 14 , wobei im Arbeitsraum (18) eine Einrichtreferenz (150) angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, auf Basis der Bedienereingaben im Wiedergabebild (74) Positionswerte im Maschinenkoordinatensystem (124) zur Annäherung eines Werkzeugs (24) oder eines Messorgans (86) an die Einrichtreferenz (150) auszugeben.
16. Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 15 , wobei am Werkzeugspindelstock (20) eine Messeinheit (84) mit zumindest einem Messorgan (86) angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung (60) dazu ausgebildet ist, auf Basis der Bedienereingaben im Wiedergabebild (74) Positionswerte im Maschinenkoordinatensystem (124) zur Annäherung des Messorgans (86) an die Einrichtreferenz (150) oder das Werkstück (32) auszugeben.
17. Verfahren zur Steuerung einer Werkzeugmaschine (10) nach einem der Ansprüche 1 - 16 , mit den folgenden Schritten: - visuelles Überwachen zumindest eines Teilbereichs des Arbeitsraumes (18) mit der auf die Objektebene (72) ausgerichteten Kamera (70), - Anzeige eines Wiedergabebildes (74) der von der Kamera (70) bereitgestellten Abbildung der Objektebene (72) auf einem Bildschirm (68), - Auswahl von Wegpunkten in dem auf dem Bildschirm (68) angezeigten Wiedergabebild (74), insbesondere Auswahl eines Startpunkts (130) und eines Endpunkts, - Bestimmung von Positionswerten im Maschinenkoordinatensystem (124) auf Basis der auf dem Bildschirm (68) gewählten Wegpunkte unter Berücksichtigung der geometrischen Kalibrierung der Kamera (70) in Bezug auf die Objektebene (72), und - Anzeige der Positionswerte auf dem Bildschirm (68).
18. Verfahren nach Anspruch 17 , ferner aufweisend: - Ansteuern der Maschinenkinematik (50) zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen dem Werkzeugspindelstock (20) und dem Werkstückhalter (40) und/oder zwischen dem Werkzeugspindelstock (20) und einem Abrichtwerkzeug (112) im Arbeitsraum (18), und - Anzeige von absoluten oder relativen Veränderungen der Positionswerte während der Relativbewegung.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18 , ferner aufweisend: - Projizieren zumindest eines Punkts oder einer Linie (118) auf ein gegenüber der Objektebene (72) geneigtes Maschinenteil zur Hervorhebung eines Schnittpunkts oder einer Schnittlinie zwischen dem Maschinenteil und der Objektebene (72), wobei die Projektion insbesondere auf ein am Werkzeugspindelstock (20) aufgenommenes Werkzeug (24) erfolgt.

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Schleifmaschine, und ein Verfahren zur Steuerung einer solchen. In beispielhaften Ausgestaltungen bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf stationäre Rundschleifmaschinen, die eine einen Arbeitsraum umgebende Einhausung aufweisen, wobei in der Einhausung eine Kamera zur Überwachung zumindest eines Teilbereichs des Arbeitsraumes angeordnet ist. Aus der EP 2 305 417 A2 ist ein optisches Assistenzsystem für Werkzeugmaschinen bekannt, bei dem eine Kamera im Arbeitsraum positioniert ist, um die Bearbeitung von oben zu überwachen, und ein mit der Kamera erfasstes Bild außerhalb des Arbeitsraums auf einem Bildschirm visualisiert wird. Hauptanwendung ist die (indirekte) visuelle Überwachung des Bearbeitungsvorgangs. Aus der JP 2008-105119 A ist eine Schleifmaschine bekannt, bei der eine von oben auf den Arbeitsraum blickende Kamera verwendet wird, um mittels der sogenannten Teach-In-Methode anhand der Bearbeitung eines Dummy-Werkstücks schrittweise anhand der angefahrenen Positionen ein NC-Programm zu erstellen. Die JP 2008-105119 A schweigt jedoch dazu, wie etwaige Verzerrungen bei der notwendigerweise perspektivischen Aufnahme mit der Kamera bei der Ermittlung der Positionsdaten und der hierauf basierenden NC-Daten anhand des Kamerabildes berücksichtigt und korrigiert werden. Aus der US 8,216,025 B2 ist eine Profilschleifmaschine bekannt, bei der der Arbeitsraum mit einer Kamera von oben überwacht wird. Auch dieses Dokument befasst sich nicht mit der Frage, wie etwaige Verzerrungen bei der notwendigerweise perspektivischen Aufnahme mit der Kamera zu behandeln sind. Werkzeugmaschinen, insbesondere solche in Form von Schleifmaschinen, sind allgemein bekannt. Beispielsweise offenbart die EP 3 936 281A1 verschiedene Konfigurationen sogenannter Rundschleifmaschinen, bei denen sowohl das Werkzeug (Schleifscheibe) als auch das Werkstück rotatorisch antreibbar sind. Mit NC-gesteuerten Rundschleifmaschinen ist häufig auch eine sogenannte Unrundbearbeitung ermöglicht, wenn die gesteuerten Achsen der Maschinenkinematik entsprechend angesteuert werden, um die gewünschten Zustellbewegungen zu erzeugen. Rundschleifmaschinen (und Unrundschleifmaschinen) können grundsätzlich für die Außenbearbeitung (beispielsweise Außenrundschleifen) und für die Innenbearbeitung (beispielsweise Innenrundschleifen) konfiguriert sein. Schleifmaschinen weisen regelmäßig Einhausungen auf, die einen Arbeitsraum umgeben. Auf diese Weise wird beispielsweise eine Verschmutzung der Umgebung mit Kühlschmierstoffen, Abrieb und dergleichen verhindert. Ferner dienen Einhausungen dem Bedienerschutz. Schließlich schützen Einhausungen auch interne Komponenten der Schleifmaschine vor äußeren Einwirkungen. Die Einhausungen von Werkzeugmaschinen sind regelmäßig mit Sichtfenstern versehen, über die die Bearbeitung visuell überwacht werden kann. Ferner sind häufig Türen und dergleichen vorgesehen, sodass ein Zugang zum Arbeitsraum für Maschinenbediener, Servicekräfte und dergleichen ermöglicht ist. Werkzeugmaschinen weisen häufig eine Bedienerseite auf, an der ein Zugang zum Arbeitsraum ermöglicht ist, zumindest aber ein Sichtfenster zur Verfügung steht. An der Bedienerseite sind häufig Bedienerschnittstellen (Bedienpanel oder dergleichen) angeordnet, damit ein Bediener die Werkzeugmaschine steuern und gleichzeitig visuell über Sichtfenster/Zugangsöffnungen überwachen kann. Beim operativen Betrieb müssen etwaige Zugangsöffnungen schon aus Sicherheitsgründen regelmäßig geschlossen sein. Ferner erfolgen Bearbeitungen regelmäßig unter Verwendung von Kühlschmierstoffen. Schließlich sind in Arbeitsräumen von Werkzeugmaschinen häufig neben den obligatorischen Komponenten wie Werkstückhalterung und Werkzeughalter nebst etwaigen Antrieben dafür weitere Komponenten verbaut, beispielsweise Handhabungstechnik für einen Werkstückwechsel, Messtechnik, zusätzliche Bearbeitungseinheiten mit Werkzeugen und dergleichen. Insbesondere bei Schleifmaschinen sind häufig auch Abbrichtwerkzeuge zum Abrichten der Schleifwerkzeuge innerhalb des Arbeitsraums angeordnet. Insgesamt ist der Arbeitsraum damit häufig schlecht einsehbar, sodass eine (direkte) visuelle Überwachung erschwert ist. Es ist grundsätzlich bekannt, Kameras im Arbeitsraum zu positionieren, um eine visuelle Überwachung des Arbeitsraums über Bildschirme von außen zu ermöglichen. Eine lediglich visuelle Überwachung erlaubt jedoch keine unmittelbare Einflussnahme auf den Bearbeitungsprozess unter Nutzung geometrischer Parameter, insbesondere eines Maschinenkoordinatensystems. Das Maschinenkoordinatensystem ist das Grundkoordinatensystem einer Werkzeugmaschine zur Beschreibung ihrer Arbeitsachsen. Die Erstellung von NC-Code mittels CAM-Programmen (Computer-aided manufacturing) auf Basis von CAD-Daten ist verbreitet. Die Ansicht der CAD-Daten erlaubt eine genaue Korrelation zwischen dem Maschinenkoordinatensystem und dem CAD-Daten-Koordinat