METHOD AND APPARATUS FOR MEASURING A TOOL OF A MACHINE-TOOL

Abstract: 1. A method of measuring the wear on a tool (12) which is received in a toolholder and is movable in a feed direction, the tip of the tool (12) being moved to a reference position in a reference plane and the position of the toolholder is then measured and is compared with a desired position which corresponds to the position of the toolholder when the non-worn tip is in register with the reference position (44), characterized in that, during travel of the tool (12) towards the workpiece (18) and/or during travel away from the workpiece (18), the tip of the tool passes through an optical measuring device (28, 30) having an optical measuring plane (44) which extends approximately transversely of the path of the tool and which serves as a reference position and detects the passage of the tip.

Description: Verfahren und Einrichtung zum Vermessen eines Werkzeuges einer Werkzeugmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die Überwachung des Werkzeugverschleisses bzw. eines Werkzeugbruches ist vor allem bei modernen NC-Werkzeugmaschinen von grosser Bedeutung. Neben den Verfahren, bei denen während des Werkzeugeingriffes deren Leistungsaufnahme als Indikator für den Werkzeugzustand gemessen wird, wird vor allem bei kleineren Bohrwerkzeugen o. dgl. mit geringer Leistungsaufnahme dessen Länge regelmässig gemessen. Es sind schon Verfahren bekannt, bei denen das Werkzeug dazu jeweils zu besonderen Messstationen gefahren werden muss, wo es dann beispieLsweise gegen eine Referenzfläche angelegt wird, wobei die Stellung des Werkzeughalters gemessen wird. Ein Nachteil dieses bekannten Verfahrens wird vor allem darin gesehen, dass der Mess- vorgang die Hauptzeit der Maschine verringert. Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der i¯ Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, welche eine Messung im wesentlichen ohne Verringerung der Hauptzeit ermöglicht. Diese Aufgabe ist erfindungsgemäss durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 genannten Merkmale gelöst. Das Werkzeug passiert auf seinem Zustellweg zum oder vom Werkstück, den es in jedem Fall durchlaufen muss und der in die nicht vermeidbare Nebenzeit fällt, die Messeinrichtung. Dabei wird die Position des Werkzeughalters, im allgemeinen ein Spindelkopf o. dgl., im Augenblick des Durchtritts der Werkzeugspitze durch eine definierte Messebene gemessen und mit einer Soll-Position für ein intaktes Werkzeug verglichen. Die Differenz der Ist-Position zur Soll-Position ist ein Mass für eine Längenänderung des Werkzeuges infolge Werkzeugbruches oder Werkzeugverschleisses. Dabei hängt es von der erzielbaren Messgenauigkeit ab, welcher#Verschleissgrad gemessen werden kann. Die Soll-Position kann vom Werkzeugeinsteller vorgegeben werden, wobei dann. sowohl beim Zustellen zum sowie beim Zurückziehen vom Werkstück. das Werkzeug vermessen und mit dem Soll-Zustand verglichen werden kann. Auf diese Weise ist gleichzeitig auch eine gewisse Kontrolle möglich, ob das richtige Werkzeug zugestellt wird. Nach einem Merkmal der Erfindung ist jedoch vorgesehen, dass die Soll-Position auf dem Zustellweg zum Werkstück ermittelt und mit der beim Zurückziehen des Werkzeuges gemessenen Ist-Position des Werkzeughalters verglichen wird. Auch damit ist eine vollständige Überwachung möglich, die, ausgehend vom ersten Einsatz des neu eingestellten Werkzeuges, nach jedem Einsatz eine VermessuUg durchgeführt wird. In einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Vermessung mit Hilfe einer Lichtschranke erfolgt. Das Werkzeug wird beim Zustellen und Zurückziehen durch eine Lichtschranke geführt, wobei die Unterbrechung und die Freigabe des Lichtstrahles jeweils als elektrische Signale ausgewertet werden; für diese Auswertung ist vorzugsweise eine elektronische Auswerte-Einheit vorgesehen. Bei Abweichung der Ist-Position des Werkzeughalters von der Soll-Position wird in der Auswerte-Einheit ein Warnsignal erzeugt, welches beispielsweise zu einer Warnanzeige, zur Abschaltung der Maschine oder zum selbsttätigenEinwechseln eines neuen Werkzeuges führen kann. 1 Die Lichtschranke ist in einer Ausgestaltung der Erfindung fest im Maschinengestell angeordnet. Wenn dem Werkzeug ausser dertellbewegung noch andere Bewegungen zugeordnet sind, ist darauf zu achten, dass es auf seinem Zustellweg zum und vom Werkstück immer durch die Lichtschranke geführt wird. Zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens dient eine Einrichtung mit einer an der Werkzeugmaschine angeordneten Messeinrichtung zur Feststellung des Durchtritts der Werkzeugspitze durch eine im wesentlichen rechtwinklig zur Zustellrichtung stehende Messebene sowie die dabei eingenommene Position des Werkzeughalters, sowie zum Vergleichen dieser Position mit einer Soll Position. Die Messeinrichtung ist vorzugsweise eine Laser Lichtschranke, welche quer zum Zustellweg des Werkzeuges ausgerichtet ist. Laser-Lichtschranken liefern einen sehr scharf gebündelten Lichtstrahl, so dass eine hohe Messgenauigkeit erzielbar ist. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind in den Patentansprüchen, der Zeichnung sowie der Beschreibung enthalten. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematisch ein Bearbeitungszentrum in einer Draufsicht; Fig. 2 eine Werkzeugaufnahme mit einem Bohrwerkzeug. Die in Fig. 1 dargestellte Werkzeugmaschine umfasst ein Maschinenbett 2, auf welchem ein Maschinenständer 4 horizontal in Richtung des Pfeiles 6 zustellbar gelagert ist. Am Maschinenständer 4 ist vertikal verschiebbar ein Spindelkopf 8 angeordnet, welcher in einer Spindel 10 ein Werkzeug 12 trägt. Der Maschinenständer 2 trägt an seiner Vorderfront einen horizontal in Richtung des Pfeiles 14 verschiebbar gelagerten Werkstücktisch 16, auf welchem ein Werkstücktisch 18 aufspannbar ist. Der Weg des Maschinenständers 4 wird mittels eines schematisch angedeuteten Massstabes 20 gemessen, und zwar wird beispielsweise die Lage einer an der Spindel 10 festgelegten Ebene 22 gegenüber dem Nullpunkt 24 des Massstabes 20 gemessen. Am Maschinenständer 2 bzw. an fest mit diesem verbundenen Bauteilen ist eine Laser-Lichtschranke 26 angeordnet mit einem Geber 28 und einem diesem gegenüberliegenden Sensor 30. Die Lichtschranke ist so angeordnet, dass der Lichtstrahl quer zur Zustellrichtung 6 des Werkzeuges 12 ausgerichtet ist. Wenn das Werkzeug eine bestimmte, durch die Lage der Lichtschranke festgelegte Höhenstellung ein nimmt, passiert die Werkzeugspitze bei der Zustellung die Lichtschranke und deckt diese ab. Dieser Vorgang kann als elektrisches Signal ausgewertet werden. Beim Zurückziehen gibt das Werkzeug den Lichtstrahl wieder frei, was wiederum als Signal ausgewertet werden kann. Zur Auswertung dieser Signale ist eine elektronische Auswerte-Einheit 32 vorgesehen, die mit dem Sensor 30 elektrisch verbunden ist. Zum Sauberhalten des optischen Systems von Kühlwasser, Spänen und anderen Verschmutzungen sind dem Geber 28 und dem Sensor 30 jeweils Blasdüsen 34 zugeordnet, durch welche Blasluft auf diese Bauteile geblasen werden kann. Ausserdem ist der Geber 28 noch durch eine Abdeckkappe 36 geschützt, die während des Messvorganges fortgeklappt werden kann. Fig. 2 zeigt eine Werkzeugaufnahme 38 mit einem eingespannten Bohrwerkzeug 40. Der Werkzeugeinsteller stellt das genaue Mass x von der Werkzeugspitze bis zu einer 5 Ebene 42 fest; die Ebene 42 fällt beim in die Spindel eingesetzten Werkzeug mit der Ebene 22 zusammen. Wenn das Werkzeug intakt ist, muss gelten C = xs. Bei einer Abweichung davon liegt Verschleiss oder Werkzeugbruch vor. Die Funktion der Einrichtung ist folgende: Wenn das Werkzeug 12 nach dem Einsatz gewechselt werden soll, wird es ausser Eingriff mit dem Werkstück 18 gebracht und dann auf der Höhe der Lichtschranke zurückgezogen, bis es den Laserstrahl 44 freigibt; in diesem Augenblick wird die durch den Buchstaben B bezeichnete Lage des Ständers 4 gemessen. Aus der Grösse B und der feststehenden Grösse A - Abstand zwischen Nullpunkt 24 und Lagerstrahl 44 - ergibt sich die Grösse C nach der Formel C = A - B. Wenn C x8, dann liegt Verschleiss oder Werkzeugbruch vor und die Auswerte-Einheit 32 erzeugt ein Warnsignal, welches in der vorne beschriebenen Weise ausgewertet wird. Die Grösse x5 kann dabei vom Werkzeugeinsteller in die Auswerte-Einheit eingegeben werden. Sie kann jedoch auch beim Zustellen des Werkzeuges durch die-Messeinrichtung selbst ermittelt werden. Dabei ergibt sich die Grösse x5 = C (für das intakte Werkzeug) in dem Augenblick, in welchem die Werkzeugspitze den Lagerstrahl unterbricht, wiederum aus der Messung der Grösse B nach der Formel C = A - B. Für den Wechsel der Werkzeuge ist in bekannter Weise ein Wechselarm 48 vorgesehen, welcher ein neues Werkzeug einem Werkzeugmagazin 46 entnimmt und gegen das gebrauchte Werkzeug tauscht.

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Vermessung eines in einem zustellbaren Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeuges, insbesondere Bohrwerkzeuges o. dgl., dadurch gekennzeichnet, - dass das Werkzeug (12) auf seinem Zustellweg zum Werk stück (18) hin und/oder vom Werkstück (18) weg eine Messeinrichtung (28, 30) passiert, - und dass die Position des Werkzeughalters (4) im Augen blick des Passierens der Werkzeugspitze durch die Mess ebene gemessen und mit einer dem Passieren des intakten Werkzeuges (12) entsprechenden Soll-Position verglichen wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Ist-Position mit einer ausserhalb der Messeinrichtung (28, 30.) ermittelten Soll-Position verglichen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Soll-Position auf dem Zustellweg zum Werkstück (18) ermittelt und mit der beim Zurückziehen vom Werkstück (18) gemessenen Ist-Position verglichen wird. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen des Werkzeughalters (4) im Augenblick des Durchgangs der Werkzeugspitze durch eine Lichtschranke (44) o. dgl. gemessen werden. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionen des Werkzeughalters (¯4) als elektrische Signale dargestellt und in einer elektronischen Auswerte-Einheit (32) ausgewertet werden. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei Abweichungen zwischen Soll- und Ist-Position des Werkzeughalters (4) in der Auswerte-Einheit (32) ein Warnsignal o. dgl. erzeugt wird. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtschranke (44) in der Werkzeugmaschine fest angeordnet ist und dass das Werkzeug (12) auf seinem Zustellweg zum und vom Werkstück (18) immer durch die Lichtschranke (44) geführt wird. 8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs¯1, gekennzeichnet durch eine an der Werkzeugmaschine angeordnete Messeinrichtung (28, 30) zur Feststellung des Durchtritts der Werkzeugspitze durch eine im wesentlichen rechtwinklig zur Zustellrichtung stehende Messebene (44). sowie die dabei eingenommene Position des Werkzeughalters (4), sowie zum Vergleichen dieser Position mit einer dem Durchtritt des intakten Werkzeuges (12) entsprechenden Soll-Position des Werkzeughalters (4). 9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Lichtschranke (44) o. dgl. ist. 10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung durch eine einen Geber (28) und einen Sensor (30) umfassende Laser Lichtschranke gebildet wird, welche quer zur Zustellrichtung des Werkzeuges (12) auf dessen Zustellweg zum Werk stück (18) hin oder vom Werkstück (18) weg ausgerichtet ist. 11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Auswerte Einheit (32) zur Auswertung der Signale der Messeinrichtung (28, 30) sowie zur Erzeugung eines Warnsignals bei Abweichung der Soll-Position von der Ist-Position des Werkzeughalters (4) vorgesehen ist. 12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1Q oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Auswerte Einheit (32) ansteuerbare AbdunkelungsklapMe (36) o. dgl. für den Geber (28) der Laser-Lichtschranke vorgesehen ist. 13. Einrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass Blasdüsen (34) o. dgl. zur Sauberhaltung des Gebers (28) sowie des Sensors (30) der Laser-Lichtschranke vorgesehen sind.

Inventors: GEIGER, MICHAEL
Applicants: FRIEDRICH DECKEL AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1983
Main classification: B23Q15
IPC codes: B23Q11, G05B19, B23Q17, G01N3, B23B47, G01M11