Beschreibung

Hintergrund

Hier werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kontrolle / Vermessung eines Werkzeugs beschrieben. Details hierzu sind in den Ansprüchen definiert; aber auch die Beschreibung und die Zeichnung enthalten relevante Angaben zur Struktur und zur Funktionsweise sowie zu Varianten des Verfahrens und den Vorrichtungskomponenten.

Zur Realisierung der Vorrichtungsaspekte und zur Ausführung der Verfahrensaspekte kann das Werkzeug zur dessen Rotation und Bewegung relativ zu einem Werkstück in einer Werk- stückbearbeitungsmaschine aufgenommen sein. Die Werkstückbearbeitungsmaschine kann eine (numerisch gesteuerte) Werkzeugmaschine (NC-Maschine), ein (Mehrachsen-)Bearbei- tungszentrum, eine (Mehrachsen-)Fräsmaschine oder dergl. sein. Nachstehend wird für alle diese oder derartigen Maschinen auch der Begriff Werkzeugmaschine verwendet. Eine solche Maschine hat eine Spindel, an der ein Werkzeug oder ein Werkstück montiert ist. Die Spindel kann fest positioniert oder zum Beispiel in drei orthogonalen Richtungen X, Y, Z innerhalb eines Arbeitsraums der Maschine bewegt und zur Rotation um diese Achsen angetrieben werden.

In ein Werkzeugmagazin der Werkzeugmaschine eingesetzte Werkzeuge müssen vor ihrer ersten Verwendung in einem Bearbeitungsprozess in Länge und Radius sowie weiterer relevanter Parameter präzise vermessen werden. Die bei Spindeldrehzahl ermittelten Werkzeugdaten werden dabei automatisch unter einer spezifischen Werkzeugnummer in die Werkzeugtabelle der NC-Steuerung eingetragen. Anschließend sind die Werkzeugdaten bei jedem Einsatz dieses Werkzeugs bekannt und für die Bearbeitung verfügbar.

Das Werkzeug kann durch die Werkzeugmaschine in einen Mess-Raum, einen zur Messung festgelegten Bereich, eines Mess-Strahls bewegt werden. Der Mess-Strahl detektiert die Nähe der Oberfläche beispielsweise mit einer kapazitiven, induktiven oder optischen Einrichtung. Mit Hilfe des Mess-Strahls werden entsprechende Messdaten erzeugt und an eine Steuerung weitergeleitet, die ein Computerprogramm enthalten kann. Aus der Positionsinformation der Werkzeugmaschine und den Messdaten der Mess-Vorrichtung kann die (numerische) Steuerung die genauen Abmessungen des Werkzeugs ermitteln. Stand der Technik

Aus der DE 101 40 822 Al ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Positionsbestimmung von drehantreibbaren Werkzeugen bekannt, das den Moment verwendet, in dem das zu ver- messende Werkzeug und ein Mess-Strahl sich voneinander trennen. Dazu wird das Werkzeug so in dem Messstrahl positioniert, dass dessen Strahlengang unterbrochen wird, also das Werkzeug den Mess-Strahl wenigstens teilweise abschattet. Eine Unterbrechung des Mess- strahles liegt vor, wenn der Mess-Strahl vollständig von dem Werkzeug blockiert wird oder eine Lichtmenge durchgelassen wird, die einen vorbestimmten Grenzwert unterschreitet. Der Grenzwert ist in Abhängigkeit der Lichtmenge definiert, die mindestens erforderlich ist, um mittels eines für den Mess-Strahl verwendeten Empfängers ein Signal auszugeben, das den Empfang des Mess-Strahles angibt. Eine Unterbrechung kann gegeben sein, wenn eine Teilabschattung des Mess-Strahles durch das Werkzeug zu einer durchgelassenen Lichtmenge von 50% der ausgesendeten Lichtmenge führt.

Zur Festlegung der Ausgangsposition werden die bekannten, ungefähren Maße des zu vermessenden Werkzeuges verwendet, oder das Werkzeug wird durch Aktivierung einzelner oder mehrerer Achsen der Werkzeugmaschine in Art einer Suchbewegung so lange bewegt, bis sich das Werkzeug in dem Mess-Strahl befindet. Währenddessen oder danach wird das Werkzeug gedreht. Anschließend wird das Werkzeug relativ zu dem Mess-Strahl mit einer gewählten, möglichst konstanten Geschwindigkeit in Richtung von diesem weg bewegt. Dabei wird das Werkzeug zu einer Mess-Position bewegt, in der der Mess-Strahl von dem Werkzeug nicht mehr unterbrochen wird, d.h. das Werkzeug von dem Mess-Strahl getrennt wird. Der Moment der Trennung wird dann erreicht, wenn die Unterbrechung des Mess-Strahles durch das Werkzeug zu einer Abschattung führt, bei der die durchgelassene Lichtmenge für eine Auslösung eines Signals des Empfängers ausreicht. Die Mess-Position wird, beispielsweise unter Verwendung von durch eine Steuerung einer Werkzeugmaschine ermittelten Achsen positionen erfasst und zum Ermitteln einer Position für das Werkzeug verwendet. Die Mess- Position wird erfasst, wenn der Mess-Strahl für wenigstens eine Umdrehung des Werkzeuges nicht unterbrochen wird.

Die DE 10 2013 011 307 Al betrifft ein Verfahren zum Vermessen eines in einer Werkzeugmaschine aufgenommenen Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide oder Kante, mit den Schritten: Bereitstellen einer Mess-Vorrichtung, aufweisend einen Laserstrahler und einen Laserstrahlempfänger zur berührungslosen Abtastung eines Werkzeugs mittels eines von dem Laserstrahler zu dem Laserstrahlempfänger gesandten Mess-Strahls, wobei der Laserstrahlempfänger ein für ein Maß einer Abschattung des Mess-Strahls bei der Abtastung des Werkzeugs mittels des Mess-Strahls repräsentatives Signal ausgibt; Bereitstellen einer Auswerte- einrichtung zum Empfangen und Verarbeiten des wenigstens einen Signals, um dieses Signal zu verarbeiten und ein Ausgangssignal auszugeben; Einführen des Werkzeugs in den Mess- Strahl so, dass eine zu messende wenigstens eine Schneide oder Kante des Werkzeugs, wäh- rend dieses rotiert, in den Mess-Strahl eintaucht und wieder verlässt; Erzeugen des Aus- gangssignals, das ein Ergebnis eines Vergleichens des wenigstens einen Signals mit dem Schwellenwert repräsentiert; Verändern des Maßes einer Stellgröße in der Auswerteeinrich ^¬ tung und/oder der Mess-Vorrichtung um das Signal oder den Schwellenwert umzuformen; Mehrfaches Wiederholen der Schritte: Rotieren des Werkzeugs in dem Mess-Strahl, Erzeugen des Ausgangssignals, und Verändern des Maßes einer Stellgröße; Auswerten des Maßes der Stellgröße, bei dem das Ausgangssignal eine charakteristische Größe annimmt.

Diese Vorgehensweise verkürzt die Mess-Zeit bisher bekannter Verfahren, bei denen in der Regel das Werkzeug relativ zum Messstrahl verfahren wird. Beim Einwechseln des Werk- zeugs in die Spindel der Werkzeugmaschine wird ein Korrekturwert in der numerischen Steuerung ausgewählt. Die Werkzeuglänge wird aus dem Werkzeugspeicher eingelesen, damit das Werkzeug entsprechend positioniert werden kann. Die Messung kann dann drückend oder ziehend erfolgen, auch orientiert und stehend. Das Ergebnis der Messung der Werkzeuglänge wird dann mit den Daten im Werkzeugspeicher verglichen. Wenn die Werkzeuglänge nicht innerhalb der Bruchtoleranz liegt, wird eine Fehlermeldung ausgegeben.

Die DE 1 99 503 31 Al betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Schneidengeometrie eines drehantreibbaren Werkzeugs, mit einem Mess-System, mit folgenden Schritten: Festlegen eines zu prüfenden Bereichs auf dem Werkzeug; Drehen des Werkzeugs mit einer gewählten Drehzahl; Aussenden eines Mess-Strahls, der einen Mess-Bereich festlegt; Positionieren des Werkzeugs, so dass eine durch die Drehung entstehende Hüllfläche seines zu prüfenden Bereichs in den Mess-Bereich eintaucht; und Detektieren von Signalen, die Wechselwirkungen des Mess-Strahls mit Hindernissen auf seinem Ausbreitungsweg angeben. Dabei werden Soll- Zeitpunkte bestimmt, an denen ein dem zu prüfenden Bereich entsprechender Bereich eines eine Soll-Teilung aufweisenden Referenzwerkzeugs in den Mess-Bereich eintaucht. Das Mess- System wird mit der Drehung des Werkzeugs synchronisiert. Das Detektieren wird nachfolgend während gewählter Detektions-Zeitintervalle durchgeführt, die die Soll-Zeitpunkte umfassen.

Die W02004/056528A1 betrifft eine Werkzeuganalysevorrichtung zur Verwendung an einer Werkzeugmaschine, mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, wobei der Lichtempfänger Licht von dem Lichtsender empfängt und ein die empfangene Lichtmenge angebendes Signal erzeugt. Ein Wandler dient zur Bereitstellung von Daten, die eine numerische Dar- Stellung des von dem Empfänger erzeugten Signals enthalten. Diese Daten werden verarbei- tet und ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Daten mit einer vorbestimmten Bedingung übereinstimmen. Die vorbestimmte Bedingung repräsentiert eine Abfolge von Abweichungen in dem Licht von dem Lichtsender, das an dem Lichtempfänger empfangen wird, wobei die minimalen und/oder maximalen Werte im Wesentlichen mit einer Kurve eines erwarteten Typs übereinstimmen.

Diese herkömmlichen Vorgehensweisen dauern relativ lange und sind der Produktivität der Werkzeugmaschine abträglich.

Bisherige Vorgehensweisen erlauben keine schnelle und präzise Messung aller Schneidenlängen eines Werkzeugs in einem einzigen Mess-Vorgang / einer einzigen Mess-Bewegung in einem fokussierten (Laser-)Lichtstrahl eines berührungslosen Mess-Systems, um die Rundlaufeigenschaften des Werkzeugs in der Spindel zu beurteilen. Sie sind lediglich in der Lage, die längste oder kürzeste Schneide eines Werkzeugs über einen Schaltpunkt zu bestimmen. Eine Korrektur des Schaltpunkts ist nicht möglich. Dabei sind mehrere Mess-Bewegungen mit sukzessive reduzierten Vorschubgeschwindigkeiten notwendig, um die längste Schneidenlän ^¬ ge zu ermitteln. Zusätzliche Mess-Bewegungen sind erforderlich, um die kürzeste Schneidenlänge zu ermitteln. Die längste und die kürzeste Schneidenlänge können nicht in einem Mess-Vorgang / einer Mess-Bewegung gleichzeitig ermittelt werden. Die Messung aller Schneidenlängen eines Werkzeugs mit Hilfe eines Lasermesssystems in einem einzelnen Mess-Vorgang ist bisher nicht möglich.

Für eine Messgenauigkeit im pm-Bereich ist die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs bei der Mess-Bewegung auf das gewünschte Vorschub/Drehzahl-Verhältnis anzupassen. Dies erhöht die Messdauer. Zur Bestimmung der Schneidenlängen des Werkzeugs mit einer Genauigkeit von zum Beispiel < 1 pm ist das Vorschub/Drehzahl-Verhältnis auf < 1 pm pro Umdrehung des Werkzeugs einzustellen. Mit anderen Worten darf die Vorschubbewegung für die zu betrachtenden Schneiden 1 mm pro Umdrehung des Werkzeugs nicht überschreiten. Bei einer Spindeldrehzahl von 5 = 3000 min ¹ darf die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs F = 3 mm / min nicht überschreiten, um die Auflösung A von 1 pm zu gewährleisten ( A = F/S).

Störungen durch Kühlmittel oder Werkstoffspäne beeinflussen die Genauigkeit des Messergebnisses. Bisherige Messmethoden sind nicht in der Lage, solche Störungen ausreichend zuverlässig aus dem Messergebnis herauszufiltern bzw. zu eliminieren. Zugrundeliegendes Problem

Die Längen einiger oder aller Schneiden eines Werkzeugs in einer Werkzeugmaschine sollen durch einen einzigen Mess-Vorgang vorzugsweise mit Hilfe eines berührungslosen (Laser- licht-)Mess-Systems bestimmt werden. Vorzugsweise liegt am Ende des Mess-Vorgangs eine absolute Referenz-Position oder -Länge vor, die sich auf die längste Schneide bezieht. Die hier vorgestellte Vorgehensweise / Anordnung soll den Zeitbedarf pro Mess-Vorgang bei hoher Mess-Genauigkeit reduzieren.

Vorgeschlagene Lösung

Die hier vorgestellte Mess-Bereichserweiterung ermöglicht das Messen aller Schneiden eines Werkzeugs durch Erweitern des nutzbaren analogen Mess-Bereichs einer Mess-Vorrichtung für die analoge Aufzeichnung der Schneidenlängen während der Messung. Ein dabei verwendetes Verfahren zum Kontrollieren eines in eine Werkzeugmaschine einzusetzenden Werkzeugs mit wenigstens einer Schneide hat folgende Schritte:

a) Bereitstellen einer Mess-Vorrichtung, aufweisend

- einen Lichtstrahler, eingerichtet zum Abgeben eines Mess-Strahls für ein berührungsloses Abtasten des Werkzeugs mittels des Mess-Strahls, und

- einen Lichtstrahlempfänger, eingerichtet zum Empfangen des Mess-Strahls und zum Ausgeben eines für ein Maß einer Abschattung des Mess-Strahls durch das Werkzeug repräsen ^¬ tativen Abschattungssignals;

b) Bereitstellen einer Auswerteeinrichtung, eingerichtet zum Empfangen und Verarbeiten des Abschattungssignals aus dem Lichtstrahlempfänger;

c) Rotieren des Werkzeugs;

d) Bewegen des rotierenden Werkzeugs relativ zu dem Mess-Strahl soweit, bis das Werkzeug eine Startposition erreicht, in der die oder jede Schneide des Werkzeugs in den Mess-Strahl soweit eintaucht und diesen dabei soweit abschattet, dass eine untere und eine obere Schaltschwelle eines Mess-Bereichs der Auswerteeinrichtung erreicht oder unterschritten ist; e) Bewegen des mit einer vorbestimmten Drehzahl rotierenden Werkzeugs mit einer zumindest annähernd konstanten Vorschubgeschwindigkeit, ausgehend von dieser Startposition aus dem Mess-Strahl heraus, oder von einer Startposition oberhalb der oberen Schaltschwelle in den Mess-Strahl hinein bis die kürzeste Schneide die untere Schwelle unterschreitet, und

f) Erfassen des durch die oder jede Schneide des Werkzeugs beim Abschatten des Mess- Strahls erzeugten Abschattungssignals in Bezug auf sein örtliches und zeitliches Auftreten während des Herausbewegens des rotierenden Werkzeugs aus dem Mess-Strahl heraus; g) Ermitteln des Ereignisses, dass zumindest für eine Schneide des Werkzeugs das Abschat- tungssignal die untere Schaltschwelle des Mess-Bereichs nicht unterschreitet und die obere Schaltschwelle des Mess-Bereichs nicht überschreitet, so dass ein während des Bewegens des rotierenden Werkzeugs aus dem Mess-Strahl heraus erzeugtes maximales Abschattungssignal sich oberhalb der unteren und unterhalb der oberen Schaltschwelle des Mess-Bereichs befindet; wobei

- die Vorschubgeschwindigkeit im Verhältnis zum von einer Strahl-Querabmessung des Mess- Strahls abhängigen Mess-Bereich der Auswerteeinrichtung so bestimmt wird, dass wenigstens eine der Schneiden während wenigstens einer Umdrehung des rotierenden Werkzeugs an unterschiedlichen Positionen ein jeweiliges, oberhalb der unteren und unterhalb der oberen Schaltschwelle des Mess-Bereichs befindliches maximales Abschattungssignal hervorruft;

- bei jeder Umdrehung des rotierenden Werkzeugs die ermittelten maximalen Abschattungssignale jeder Schneide

- sich entsprechend der zeitlichen Verschiebung und örtlichen Veränderung des Werkzeugs um einen zumindest annähernd konstanten Versatzbetrag unterscheiden, und

-- zu einem resultierenden repräsentativen Abschattungssignal für diese Schneide überlagert werden.

Vorteile. Varianten, Eigenschaften

Um ein Maß der Abschattung einzelner Schneiden des Werkzeugs in einem (Laser-)Licht- Strahl oder Mess-Strahl aufzuzeichnen, wird bei der hier vorgestellten Vorgehensweise der nutzbare analoge Mess-Bereich durch den Fokusdurchmesser des Mess-Strahls vorgegeben und begrenzt. Für präzise, hochaufgelöste Messungen [pm/Digit] ist ein kleiner Durchmesser des Mess-Strahls vorteilhaft. Bisher wurde eine analoge Aufzeichnung unterschiedlich langer Schneiden in einem gebündelten oder kohärenten Mess-Strahl mit einem geringen Durchmesser an einer festen Messposition als nachteilig erachtet, da der nutzbare Mess-Bereich eingeschränkt ist. Der Versuch alle Schneidenlängen mit einer analogen Aufzeichnung an einer festen Messposition zu erfassen, liefert bei großen Unterschieden in den Schneidenlän- gen aufgrund des eingeschränkten analogen Mess-Bereichs in den meisten Fällen kein vollständiges Ergebnis. In dieser Konstellation mit stark unterschiedlichen Schneidenlängen bei eingeschränktem Mess-Bereich sind bei einer festen Messposition entweder nur die maximalen Abschattungssignale der kürzeren Schneiden im analogen Mess-Bereich sichtbar oder die maximalen Abschattungssignale der längeren Schneiden sichtbar, aber selten alle Schneiden gleichzeitig in dem an der festen Messposition betrachteten Mess-Bereich. Um das in der Auswerteeinheit ermittelte Ergebnis einer analogen Aufzeichnung mit Bewegung zu einem Bezug im Maschinenkoordinatensystem zu bringen, ist deshalb eine Referenzmessung mit Schaltpunkt hilfreich. Derart in Bezug auf eine Schneide oder Kante des Werkzeugs (oder eines Werkstücks) er ^¬ zeugte Ausgangssignale können bei der hier vorgestellten Vorgehensweise dann in der Auswerteeinrichtung direkt oder in einer nachgeordneten Steuerungseinheit ausgewertet wer- den. Dies geschieht in einer Variante mit den Schritten: Erzeugen eines Schaltpunkts aus den resultierenden repräsentativen Abschattungssignalen, und Ausgeben des Schaltpunkts an eine Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine.

Die Kombination aus analoger Datenaufzeichnung und dem Generieren eines Schaltpunkts zur Vermessung von Werkzeugen erlaubt bei der hier vorgestellten Vorgehensweise auch die Berechnung einer etwaigen Mess-Ungenauigkeit, die durch das Vorschub/Drehzahl-Verhältnis im Schaltpunkt auftreten kann. Durch die Kenntnis der Mess-Ungenauigkeit und deren Signalisierung an die NC-Steuerung der Werkzeugmaschine lässt sich die Präzision der Messung auf das gewünschte Maß bringen.

Der bei der hier vorgestellten Vorgehensweise ausgegebene Schaltpunkt kann mit Hilfe eines Vergleichs des Zeitpunktes der Schaltpunktausgabe und der berechneten Länge der Schneide mittels Verarbeitungsstufen und weiteren Auswertungen optimiert werden. Ein etwaiger Fehler aufgrund des Vorschub/Drehzahl-Verhältnisses kann dabei ebenfalls dokumentiert und kompensiert werden.

Diese hier vorgestellte Vorgehensweise verkürzt die lange Mess-Zeit bisher bekannter Verfahren, bei denen das Werkzeug relativ zum Messstrahl verfahren wird. Die hier vorgestellte Vorgehensweise hat den Vorteil, dass das relativ langsame Bewegen des Werkzeugs relativ zum Laserstrahl durch die hier vorgestellten Schritte wesentlich schneller ausführbar ist, ohne einen Verlust bei der Messgenauigkeit zu erhalten.

Die unterschiedlichen Längen der Schneiden des Werkzeugs werden in einem Messvorgang erfasst. Dazu wird das rotierende Werkzeug zunächst so im Mess-Strahl positioniert, dass alle Schneiden vollständig in den Lichtstrahl eintauchen und diesen vollständig abschatten/unterbrechen. In dieser Stellung des Werkzeugs ist der verfügbare analoge Mess-Bereich im unteren Spannungsbereich dauerhaft oder periodisch unterschritten. Ausgehend von dieser Startposition wird das - mit derselben oder einer anderen Drehzahl 5- rotierende Werkzeug mit einer konstanten Vorschubgeschwindigkeit v aus dem Lichtstrahl heraus bewegt. Diese Drehzahl 5und die konstante Vorschubgeschwindigkeit wird der Mess-Vorrichtung signalisiert, und ggf. - sofern in der Steuerung bekannt - auch die Anzahl der Schneiden K des Werkzeugs. Aus der bekannten Drehzahl S [min ¹ ] und der daraus resultierenden Zeitkonstanten T = 1 / S [min] für eine Umdrehung des Werkzeugs, sowie der konstanten Vorschubgeschwindigkeit v [mm/min /des Werkzeugs kann in der Mess-Vorrichtung oder einer nachgeordneten Steue- rung das beim Eintauchen der Schneiden des Werkzeugs erzeugte Abschattungssignal örtlich und zeitlich präzise erfasst und zugeordnet werden. Durch die kontinuierliche Bewegung des Werkzeugs mit der konstanten Vorschubgeschwindigkeit i^aus dem Mess-Strahl heraus, ver ^¬ ändert sich die Position der einzelnen Schneidenlängen relativ zum analogen Mess-Bereich im zeitlichen Abstand einer Zeitkonstanten T nach jeder vollständigen Umdrehung des Werk- zeugs. Den Zusammenhang zwischen der Positionsänderung deitaS der Schneide im analogen Mess-Bereich und einer vollständigen Umdrehung des Werkzeugs beschreibt die Bezie ^¬ hung deitaS = v * T frm].

Solange alle Schneiden des Werkzeugs den analogen Mess-Bereich noch vollständig unter ^¬ schreiten, ist eine präzise (Orts-/Längen-)Bestimmung der Schneiden noch nicht möglich.

Erst wenn eine Schneide den analogen Mess-Bereich nicht mehr vollständig unterschreitet, also wenn sich das erzeugte maximale Abschattungssignal innerhalb des analogen Mess-Be ^¬ reichs befindet, ist eine präzise (Orts-/Längen-)Bestimmung der Schneiden möglich.

Als maximales Abschattungssignal ist hier der Bereich des Abschattungssignals verstanden, der hervorgerufen wird, wenn die Spitze oder außenliegende Kante eines Werkzeugs am weitesten in den Mess-Strahl eintaucht.

Deshalb beginnt die zeitliche und örtliche Aufzeichnung mit Auswertung der Abschattungssignale erst, wenn die erste (kürzeste) Schneide einen unteren Schwellwert im analogen Mess-Bereich nicht mehr unterschreitet (Zeitpunkt W = 0 [me, min]).

Die Vorschubgeschwindigkeit v [mm/min] mrd im Verhältnis zum verfügbaren analogen Mess-Bereich (Querabmessung £> des Mess-Strahls in Richtung der Bewegung des Werkzeugs (bei einem kreisrund fokussierten Mess-Strahl ist das dessen Durchmesser) abzüglich eines unteren und eines oberen Grenzbereichs) so gewählt, dass jede Schneide über mindestens eine oder mehrere Umdrehungen /V (zum Beispiel N =1 - 16, vorzugsweise N = 8 Umdrehungen an versetzten Positionen im analogen Mess-Bereich den Mess-Strahl abschattet. Die pro Umdrehung ermittelten maximalen Abschattungssignale dieser Schneide unterscheiden sich bei der hier vorgestellten Vorgehensweise entsprechend der zeitlichen Verschiebung und örtlichen Veränderung des Werkzeugs um eine - bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit v- konstante Positionsänderung deitaS = v * T frm] Die für Bruchteile oder Vielfache von nicht vollständigen Umdrehungen ermittelten maxima- len Abschattungssignale unterscheiden sich bei der hier vorgestellten Vorgehensweise entsprechend der zeitlichen Verschiebung und örtlichen Veränderung des Werkzeugs um eine - bei konstanter Vorschubgeschwindigkeit -zeitabhängige relative Positionsänderung dei- taS(t) = v * (tk - tO) = v * t = v * N * T [miti], wobei W = 0 [me, min] den Zeitpunkt des Beginns der Aufzeichnung mit Auswertung kennzeichnet, tk > W [me, min] der zu betrach- tende Zeitpunkt mit einem maximalen Abschattungssignal einer Schneide K ist, tfrs, min] die verstrichene Zeitdauer seit dem Zeitpunkt ft? ist, N [ ohne Einheit] d i e Anzahl der vollstän- digen und/oder Bruchteilen von Umdrehungen seit Beginn der Aufzeichnung mit Auswertung zum Zeitpunkt W = 0 [me, min] ist, T = 1 / Drehzahl [min ¹ ] des Werkzeugs, und v [mm/min] die Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs ist. Bei nicht vollständigen Umdrehungen kann der Wert N anstelle eines positiven Ganzzahl wertes {N=0 _/ 1, 2, 3, ...) auch einen positiven Wert aus dem Bereich der Rationalen Zahlen annehmen (/V = (tk - tOJ / T mit N >= 0). So können die Mess-Werte jedes beliebigen Zeitpunktes tk [me, minjbzw. jeder Umdrehung N in Beziehung zueinander gesetzt und zu einem resultierenden repräsentativen Mess-Wert für diese / jede Schneide überlagert werden.

Bei der hier vorgestellten Vorgehensweise durchlaufen alle Schneiden des Werkzeugs über mindestens eine oder mehrere Umdrehungen den analogen Mess-Bereich des Mess-Strahls. Die resultierenden repräsentativen Messwerte der anderen Schneiden können in Relation zu der längsten Schneide und zueinander bestimmt werden. Mit anderen Worten kann der relative Abstand von jeder Schneide zu ihrer nachfolgenden Schneide durch den konstanten Versatzbetrag bestimmt (berechnet, graphisch ermittelt) werden und mit den tatsächlichen Messwerten der anderen Schneiden verglichen und kontrolliert werden.

Erreicht die letzte (längste) Schneide des Werkzeugs eine obere Schaltschwelle im analogen Mess-Bereich, wird die zeitliche und örtliche Aufzeichnung der Abschattungssignale mit der Ausgabe eines Schaltsignals an die Maschinensteuerung für die Referenzmessung beendet. Diese Schaltpunktposition dient als Referenz zur Berechnung der absoluten Länge der letzten (längsten) Schneide. Da die resultierenden repräsentativen Mess-Werte der kürzeren Schneiden in Relation zur letzten (längsten) Schneide ebenfalls ermittelt werden, kann auch jede dieser Schneidenlängen absolut und nicht nur relativ bestimmt werden.

Bei der hier vorgestellten Vorgehensweise durchlaufen alle Schneiden des Werkzeugs über mindestens eine oder mehrere Umdrehungen den analogen Mess-Bereich des Mess-Strahls. Das Erzeugen des Schaltpunkts aus den resultierenden repräsentativen Abschattungssigna- len, und das Ausgeben des Schaltpunkts an die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine erfolgt, wenn die letzte (längste) Schneide die obere Schaltschwelle des Mess-Bereichs über ^¬ schritten / verlassen hat. Der Zeitpunkt der Ausgabe des Schaltpunkts wird in der Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine oder in der Mess-Vorrichtung gespeichert um für eine etwaige spätere Schaltpunktkorrektur verfügbar zu sein.

Zu jedem Zeitpunkt, an dem für eine Schneide die maximale Abschattung des Mess-Strahls erkannt wird, startet in der Auswerteeinrichtung oder einem der Mess-Vorrichtung nachgela- gerten Prozessor eine Uhr mit einer Erwartungszeit E [me] = 1.1 * i(f * 60[s/min] / S[l/min] d.h. E [me] = 1.1 * T [me] ofe der nächsten maximalen Abschattung durch dieselbe Schneide nach einer weiteren vollständigen Umdrehung entspricht. Dabei ist E abhängig von S, der Drehzahl des Werkzeugs pro Minute bzw. der daraus berechneten Zeit T für eine vollständige Umdrehung. Diese Uhr wird solange zurückgesetzt und erneut gestartet (getriggert), wie ei ^¬ ne weitere oder dieselbe Schneide eine Abschattung des Mess-Strahls hervorruft. Wenn die Uhr abläuft, genauer gesagt, wenn die maximalen Abschattungssignale aller Schneiden des Werkzeugs im Mess-Strahl oberhalb der oberen Schaltschwelle liegen und somit keine weitere Abschattung des Mess-Strahls erfasst wurde, wird der Schaltpunkt ausgegeben. Die Zeitdauer zwischen dem letzten neu starten der Uhr und der Ausgabe des Schaltpunkts entspricht der Erwartungszeit E, welche in Fig. 5 als Zeitspanne i- _oii angegeben ist.

Bei einer Variante der hier vorgestellten Vorgehensweise werden während der Bewegung des Werkzeugs im Mess-Strahl erfasste, im Abschattungssignal vorhandene Informationen ausgeblendet. In einer der Varianten dient eine erste Verarbeitungsstufe zur Eliminierung einer Klasse nicht relevanter Informationen im Abschattungssignal. Diese Klasse nicht relevanter Informationen im Abschattungssignal hat ihren Tiefpunkt nicht zwischen der oberen und der unteren Schaltschwelle des Mess-Bereichs. Solche Informationen werden aus dem Abschat ^¬ tungssignal eliminiert, herausgefiltert. Die Länge einer Schneide kann nur ermittelt werden, wenn der Tiefpunkt, die Spitze der Schneide, innerhalb des Messstrahls sichtbar ist.

In einer weiteren Variante der hier vorgestellten Vorgehensweise wird in einer zweiten Verarbeitungsstufe ein Ausgangs-Signal(-zug), enthaltend Abschattungssignale aus M Umdrehungen des Werkzeugs, aus einem Eingangs-Signal(-zug) gebildet, enthaltend Abschattungs ^¬ signale aus U Umdrehungen, wobei gilt U >= M. In einer Variante werden für jeden Wert im Ausgangs-Signal(-zug) mehrere zeitlich korrespondierende Werte des Eingangs-Signal(-zug)s zu einem Wert zusammengefasst. So wird ein Ausgangs-Signal der Länge M Umdrehungen des Werkzeugs aus einem Eingangs-Signal der Länge ί/Umdrehungen gebildet. Für jeden Wert im Ausgangs-Signal der Verarbeitungsstufe stehen ein oder mehrere Werte, zum Bei- spiel drei oder vier Werte, die zu unterschiedlichen Zeitpunkten und an unterschiedlichen Positionen des Werkzeugs aufgezeichnet wurden, zur Verfügung. Dazu werden diese Werte in der zweiten Verarbeitungsstufe zu einem Wert zusammengefasst. Daten mit relevanten Informationen werden in einer Variante linearisiert und von Digit-Werten in pm-Werte umge- rechnet. Außerdem wird für jeden relevanten Messwert die örtliche Veränderung mit Hilfe der zeitlichen Positionsänderung de/taS berücksichtigt.

In einer weiteren Variante der hier vorgestellten Vorgehensweise werden in einer dritten Verarbeitungsstufe singuläre Störungen aus der Abfolge der Abschattungssignale jeder Schneide eliminiert. Auf diese Weise werden nur sich wiederholende Ereignisse, also die regelmäßige Abschattung des Mess-Strahls durch die Schneiden zur Auswertung herangezogen. Mit Hilfe der dritten Verarbeitungsstufe können diese sich wiederholenden Ereignisse von Einzelereignissen, wie zum Beispiel einem am Werkzeug anhaftenden Kühlmitteltropfen oder einem Fräs-Span, unterschieden und zur Weiterverarbeitung ausgegeben werden.

Dazu werden in einer Variante die Abschattungssignale auf wiederkehrende Ereignisse untersucht um deren Periodizität zu erkennen. Anschließend werden einer Umdrehung des Werkzeugs entsprechende Abfolgen der Abschattungssignale als Signalblöcke zusammengefasst und mit den Abfolgen der Abschattungssignale einer oder mehrerer folgender Umdrehungen des Werkzeugs übereinandergelegt. Hieraus werden zu jedem Abtastzeitpunkt die einzelnen Signalwerte in den Abfolgen der Abschattungssignale miteinander verglichen, jeweils das Minimum ausgewählt, wobei die mathematische Art für die Auswahl des Wertes zu einem Abtastzeitpunkt sich unterscheiden kann und auch durch Maximum, Mittelwert, Median oder ähnlichen Methoden realisiert sein kann, und als Ausgangs-Wert der dritten Verarbeitungs- stufe ausgegeben. So wird eine Störung in Form zum Beispiel eines Kühlmitteltropfen ausgeblendet, da nur sich in allen Signalblöcken wiederholende Ereignisse, die also in allen Signalblöcken Vorkommen, zu den Ausgangs-Werten hinzugefügt werden.

Durch Anwendung dieser Verarbeitungsstufen wird ein Mess-Signal, das bei der Bewegung des Werkzeugs in einem kleinen Mess-Bereich, dem fokussierten Mess-Strahl, aufgenommen wird, in einen größeren Mess-Bereich gespreizt. Die Berechnung der Länge der einzelnen Schneiden erfolgt unter Betrachtung der letzten (längsten) Schneide als Referenz, mit der relativen Länge = 0, und der Betrachtung der Differenzen der übrigen Schneiden hierzu.

Aufgrund des Vorschub/Drehzahl-Verhältnisses hat der an die Maschinensteuerung ausgege bene Schaltpunkt einen Fehler und entspricht nicht dem Maß für die Länge der letzten (läng- sten) Schneide. Mit Hilfe der berechneten Längen und dem Zeitpunkt der Schaltpunktauslösung wird bei diesem Verfahren dieser Fehler korrigiert.

Der oben erwähnte zeitliche Fehler bei der Ausgabe des Schaltpunkts aufgrund des Vor- schub-/Drehzahl-Verhältnisses entsteht durch die Differenz zwischen der oberen Schalt ^¬ schwelle und der Eintauchtiefe / Länge der schaltpunktauslösenden Schneide beim letzten Trigger-Zeitpunkt. Hier wird die Länge jeder Schneide berechnet, also auch die Länge der Schneide, für die der Schaltpunkt zur Maschinensteuerung ausgegeben wird. Berechnet man für den Zeitpunkt der Schaltpunktausgabe eine Länge und vergleicht diesen Wert mit der Schneide für die dieser Schaltpunkt ausgegeben wurde, erhält man den Fehler durch das Vorschub-/Drehzahl-Verhältnis, sowie die in der Mess-Vorrichtung bekannten Abweichungen durch die um die Erwartungszeit E verzögerte Ausgabe des Schaltpunkts und den bekannten Versatz zwischen der kalibrierten Schaltpunktschwelle, zum Beispiel bei 50% Lichtintensität am Lichtstrahlempfänger, und der bei diesem Verfahren verwendeten oberen Schaltpunktschwelle, zum Beispiel bei 90% Lichtintensität am Lichtstrahlempfänger. Dieser Fehler wird der Maschinensteuerung als Korrekturwert mitgeteilt.

Die (Laser-)Mess-Vorrichtung und die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine kommu nizieren bei der hier vorgestellten Vorgehensweise drahtlos oder über eine Datenleitung, zum Beispiel PROFIBUS, um notwendige Informationen und Signale auszutauschen. Die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine signalisiert für die Messung relevante Parameter, wie Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs und ggf. auch die Anzahl der Schnei- den des Werkzeugs an die Mess-Vorrichtung. Die Mess-Vorrichtung signalisiert von ihr ermit telte Ergebnisse an die Maschinensteuerung.

Durch das analoge Abtasten und Erfassen des Abschattungssignals für jede Schneide während sich diese mit konstanter Drehzahl und konstanter Vorschubgeschwindigkeit durch den Mess-Strahl bewegt, wird bei der hier vorgestellten Vorgehensweise der nutzbare Mess-Be- reich für die analoge Aufzeichnung der Längen der Schneiden gespreizt. Im Gegensatz zu bisherigen Messungen mit Schaltpunkt, bei denen die Genauigkeit durch das Vorschub/Drehzahl-Verhältnis vorgegeben ist, so dass für präzise Messungen die Vorschubgeschwindigkeit reduziert werden muss, wodurch sich die Messdauer erhöht, wird bei der hier vorgestellten Vorgehensweise das Ergebnis einer analogen Aufzeichnung zum Maschinenkoordinatensystem in Bezug gesetzt, indem aus der analogen Datenaufzeichnung bei der Vermessung von Werkzeugen ein Schaltpunkt generiert wird. So können durch die wesentlich kürzere Dauer der einzelnen Messungen in der gleichen Zeit eine Vielzahl an Messungen mit der hier vorgestellten Vorgehensweise ausgeführt werden. Dies erhöht auch die Genauigkeit sowie die Messsicherheit.

Mit der hier vorgestellten Vorgehensweise ist auch eine Messung unter rauen Umgebungsbedingungen möglich. Wiederholte Messungen, wie sie bei herkömmlichen Verfahren erforder ^¬ lich waren, sind mit der hier vorgestellten Vorgehensweise nicht mehr notwendig. Singuläre Störeinflüsse zum Beispiel durch Tropfen oder Späne können mit der hier vorgestellten Vorgehensweise zuverlässig ausgeblendet werden. Solche Störeinflüsse, die bei herkömmlichen Verfahren eine Fehlmessung verursacht haben, führen mit der hier vorgestellten Vorgehensweise nicht zu einer Störung. Mit der hier vorgestellten Vorgehensweise sind weniger Messbewegungen und Positionierungen des Werkzeugs relativ zum Mess-Strahl durch die Maschinensteuerung auszuführen. Daher können kürzere Messzeiten erreicht werden. Auch besteht mit der hier vorgestellten Vorgehensweise die Möglichkeit, einen an die Maschinensteuerung ausgegebenen Schaltpunkt zu korrigieren. Insgesamt wird mit der hier vorgestellten Vorgehensweise eine zuverlässige Bestimmung der Länge /Position aller Schneiden eines Werk- zeugs bei Durchführung lediglich einer Messung erreicht.

In einem weiteren Aspekt wird hier eine Vorrichtung zum Kontrollieren eines in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine einzusetzenden Werkzeugs bereitgestellt. Diese Vorrichtung ist ausgestattet mit einer Mess-Vorrichtung, aufweisend einen Lichtstrahler, einge richtet zum Abgeben eines Mess-Strahls für ein berührungsloses Abtasten des Werkzeugs mittels des Mess-Strahls, und einen Lichtstrahlempfänger, eingerichtet zum Empfangen des Mess-Strahls und zum Ausgeben eines für ein Maß einer Abschattung des Mess-Strahls durch das Werkzeug repräsentatives Abschattungssignals; sowie einer Auswerteeinrichtung, programmiert und eingerichtet zum Empfangen und Verarbeiten des Abschattungssignals aus dem Lichtstrahlempfänger; Empfangen und Verarbeiten eines Signals aus einer Steuerung der Werkzeugmaschine über das Rotieren des Werkzeugs und Bewegen des rotierenden Werkzeugs relativ zu dem Mess-Strahl; Veranlassen einer Mitteilung, an die Steuerung der Werkzeugmaschine, dass das Werkzeug eine Startposition erreicht, in der die oder jede Schneide des Werkzeugs in den Mess-Strahl soweit eintaucht und diesen dabei soweit ab- schattet, dass eine untere und eine obere Schaltschwelle eines Mess-Bereichs der Auswer- teeinrichtung erreicht oder unterschritten ist; Veranlassen eines Bewegens des mit einer vorbestimmten Drehzahl rotierenden Werkzeugs mit einer zumindest annähernd konstanten Vorschubgeschwindigkeit, ausgehend von dieser Startposition aus dem Mess-Strahl heraus, und Erfassen des durch die oder jede Schneide des Werkzeugs beim Abschatten des Mess- Strahls erzeugten Abschattungssignals in Bezug auf sein örtliches und zeitliches Auftreten während des Herausbewegens des rotierenden Werkzeugs aus dem Mess-Strahl heraus; Ermitteln des Ereignisses, dass zumindest für eine Schneide des Werkzeugs das Abschat- tungssignal die untere Schaltschwelle des Mess-Bereichs nicht unterschreitet und die obere Schaltschwelle des Mess-Bereichs nicht überschreitet, so dass ein während des Bewegens des rotierenden Werkzeugs aus dem Mess-Strahl heraus erzeugtes maximales Abschattungs- signal sich oberhalb der unteren und unterhalb der oberen Schaltschwelle des Mess-Bereichs befindet; wobei die Vorschubgeschwindigkeit im Verhältnis zum von einer Strahl-Querabmes- sung des Mess-Strahls abhängigen Mess-Bereich der Auswerteeinrichtung so bestimmt ist, dass wenigstens eine der Schneiden während einer für eine Auswertung ausreichenden Anzahl von Umdrehungen des rotierenden Werkzeugs an unterschiedlichen Positionen ein jeweiliges, oberhalb der unteren und unterhalb der oberen Schaltschwelle des Mess-Bereichs befindliches maximales Abschattungssignal hervorruft; bei jeder Umdrehung des rotierenden Werkzeugs die ermittelten maximalen Abschattungssignale jeder Schneide sich entsprechend der zeitlichen Verschiebung und örtlichen Veränderung des Werkzeugs um einen zumindest annähernd konstanten Versatzbetrag unterscheiden, und zu einem resultierenden repräsen ^¬ tativen Abschattungssignal für diese Schneide überlagert werden.

In einer oder mehreren Varianten ist bei dieser Vorrichtung die Steuerung dazu program ^¬ miert und eingerichtet ist, einen oder mehrere der oben stehenden Verfahrensschritte auszu ^¬ führen.

Es sei verstanden, dass alle drei Verarbeitungsstufen bzw. die dort jeweils ausgeführten Da ^¬ tenverarbeitungen, oder auch nur zwei oder eine der Verarbeitungsstufen eingesetzt werden können, um die Qualität der Kontrolle/Messung zu verbessern.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Weitere Einzelheiten, Merkmale, Ziele, Vorteile, Anwendungsmöglichkeiten, Vorteile und Wirkungen der vorliegend beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung derzeit bevorzugter Varianten und den zugehörigen Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale und Schritte für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen.

Fig. 1 veranschaulicht in einer schematischen Darstellung eine Variante einer Mess-Situation mit der hier beschriebenen Lösung in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine. Fig. la, 2 - 7 veranschaulichen Diagramme zu erfassten und verarbeiteten Signalverläufen.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

In Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung zum Vermessen eines in einer Werkstückbearbei- tungsmaschine aufgenommenen Werkzeugs WZG mit wenigstens einer Schneide oder Kante K veranschaulicht. Diese Vorrichtung hat eine Mess-Vorrichtung MV mit einem Laserstrahler LS, der dazu eingerichtet ist einen Mess-Strahl MS abzugeben, und einen zu dem Laserstrahler LS präzise ausgerichteten Laserstrahlempfänger LE. Der Laserstrahler LS ist dazu einge- richtet, den Mess-Strahl MS zu dem Laserstrahlempfänger LE zur berührungslosen Abtastung des Werkzeugs WZG zu senden, wenn ein entsprechendes Ansteuersignal zur Steuerung der Laserleistung PLS an dem Laserstrahler LS anliegt. Der Laserstrahlempfänger LE ist dazu ein- gerichtet, ein für ein Maß einer Abschattung des Mess-Strahls MS bei der Abtastung des Werkzeugs WZG mittels des Mess-Strahls MS repräsentatives Signal S1 auszugeben. Dieses repräsentative Signal S1 hat einen durchgehenden Wertebereich WB mit einer oberen Grenze OG und einer unteren Grenze UG. Zur sicheren Auswertbarkeit des repräsentativen Sig nals S1 in der Steuer- und Auswerteeinrichtung ECU wird der verwendete Wertebereich durch eine obere und eine untere Schaltschwelle OSS und USS eingegrenzt.

Letzteres ist auch in dem Diagramm der Fig. la veranschaulicht, bei der an der Ordinate das repräsentative Signal Sl, und an der Abszisse ein Maß für das Eintauchen der Kante K des Werkzeugs WZG in den Mess-Strahl MS (Eintauchtiefe ET) aufgetragen ist. Bei dem hier gezeigten Verlauf des repräsentativen Signals Sl über der Eintauchtiefe ET handelt es sich um einen gebündelten Mess-Strahl MS mit kreisrundem Querschnitt.

Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ECU der Vorrichtung ist zum Empfangen und Verarbei- ten des repräsentativen Signals Sl eingerichtet. Die Auswerteeinrichtung ECU verarbeitet dieses repräsentative Signal Sl und gibt ein Ausgangssignal AS aus. Dieses Ausgangssignal AS umfasst in einer Variante nur einen Schaltpunkt; in einer weiteren Variante umfasst dieses Ausgangssignal AS auch noch einen Korrekturwert. Des Weiteren kann das Ausgangssignal AS auch Anweisungen zum Bewegen und oder Rotieren des Werkzeugs umfassen. Sowohl die Details des Schaltpunkts als auch die Details des Korrekturwerts sowie zu den Anweisungen zum Bewegen und oder Rotieren des Werkzeugs sind nachstehend im Einzelnen erläutert.

Wenn das Werkzeug WZG rotiert und vorher/gleichzeitig oder danach seine Schneiden/Kannten K in den Mess-Strahl MS hinein- oder herausbewegt werden, hat dies zur Folge, dass wenigstens eine Schneide oder Kante K des Werkzeugs WZG in den Mess-Strahl MS eintaucht und diesen wieder verlässt. Auf diese Weise wird die bei dem Laserstrahlempfänger LE ankommende Lichtmenge aus dem Messstrahl MS moduliert.

Damit liefert die Steuer- und Auswerteeinrichtung ECU der Vorrichtung nach dem Verarbei- ten des repräsentativen Signals S1 ein Ausgangssignal AS, an eine numerische Steuerung NC der Werkzeugmaschine.

Mit dieser Konfiguration ist ein Verfahren zum Kontrollieren oder Vermessen des in der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine einzusetzenden Werkzeugs auszuführen.

Fig.l veranschaulicht das Positionieren des WZG in der Startposition. Dazu wird in der numerischen Steuerung NC der Werkzeugmaschine ein Positionier-Satz oder Mess-Satz gestartet, der ein Rotieren des Werkzeugs WZG und ein Bewegen des rotierenden Werkzeugs WZG re lativ zu dem Mess-Strahl MS bewirkt soweit, bis das Werkzeug eine Startposition erreicht, in der die oder jede Schneide des Werkzeugs in den Mess-Strahl soweit eintaucht und diesen dabei soweit abschattet, dass eine untere und eine obere Schaltschwelle eines Mess-Bereichs der Auswerteeinrichtung erreicht oder unterschritten ist.

Die Fig. 2 erläutert die Schaltpunktausgabe anhand eines Signalverlaufs der Abschattung des Mess-Strahls durch die Schneiden eines rotierenden Werkzeugs WZG. Im oberen Teil der Ab bildung ist der Signalverlauf zu sehen. Die Bewegung der Schneiden K durch den Mess-Strahl MS ist an den Digit Werten ersichtlich.

In Fig. 2 ist veranschaulicht, wie die Bewegung der Schneiden K durch den Mess-Strahl am Digit-Wert (Ordinate) erkennbar ist. Hierbei liegt die (obere) Schaltschwelle OSS nicht, wie im Stand der Technik üblich, bei 50%, sondern bei einem höheren Schwellenwert (zum Beispiel 90% Lichtintensität am Lichtstrahlempfänger). Jeweils zum Zeitpunkt maximaler Abschattung des Mess-Strahls MS durch eine Schneide K, die noch unterhalb der oberen Schaltschwelle OSS stattfindet, wird in der Auswerteeinrichtung ECU eine Uhr (Timer) mit einer Erwartungszeit ^der nächsten maximalen Abschattung durch dieselbe Schneide gestartet, wobei E abhängig ist von der Drehzahl n des Werkzeugs pro Minute. Diese Uhr in der Auswerteeinrichtung ECU wird jedes Mal zurückgesetzt und erneut gestartet, wenn eine weitere Schneide K eine (maximale) Abschattung des Mess-Strahls MS hervorruft, die noch unterhalb der oberen Schaltschwelle OSS stattfindet. Wenn die Erwartungszeit E der Uhr abläuft, ohne dass die Auswerteeinrichtung ECU eine Abschattung des Mess-Strahls MS erfasst, wird ein Schaltpunkt an die numerische Steuerung NC ausgegeben. Die Zeitspanne zwischen dem letzten Unterschreiten der (oberen) Schaltschwelle und der Ausgabe des Schaltpunkts entspricht der Erwartungszeit E.

Diese Bewegung des rotierenden Werkzeugs wird mit einem Mess-Satz in der numerischen Steuerung NC der Werkzeugmaschine ausgeführt. Der Mess-Satz in der numerischen Steuerung NC der Werkzeugmaschine bewirkt ein Bewegen des mit der vorbestimmten Drehzahl n rotierenden Werkzeugs WZG mit einer zumindest annähernd konstanten Vorschubgeschwin- digkeit v, ausgehend von der Startposition aus dem Mess-Strahl MS heraus. Außerdem er- folgt ein Signalisieren der Drehzahl n des rotierenden Werkzeugs und der konstanten Vor- schubgeschwindigkeit noh der Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine an die Mess- Vorrichtung MV.

Während des Bewegens des rotierenden Werkzeugs WZG erfolgt das Erfassen des durch die oder jede Schneide K des Werkzeugs WZG beim Abschatten des Mess-Strahls MS erzeugten Abschattungssignals in Bezug auf sein örtliches und zeitliches Auftreten während des Heraus- bewegens des rotierenden Werkzeugs WZG aus dem Mess-Strahl MS heraus.

In der Auswerteeinrichtung ECU erfolgt ein Ermitteln des Ereignisses, dass zumindest für eine Schneide K des Werkzeugs WZG das Abschattungssignal die untere Schaltschwelle USS des Mess-Bereichs nicht unterschreitet und die obere Schaltschwelle OSS des Mess-Bereichs nicht überschreitet, so dass ein während des Bewegens des rotierenden Werkzeugs WZG aus dem Mess-Strahl MS heraus erzeugtes maximales Abschattungssignal sich oberhalb der unteren Schaltschwelle USS und unterhalb der oberen Schaltschwelle OSS des Mess-Bereichs befindet.

Eine zeitliche und örtliche Aufzeichnung mit Auswertung der Abschattungssignale durch die Mess-Vorrichtung beginnt, wenn eine kürzeste Schneide des Werkzeugs WZG eine untere Schaltschwelle USS im analogen Mess-Bereich nicht mehr unterschreitet. Dieses Ereignis definiert einen Zeitpunkt W = Ome, an dem sich die ersten relevanten Informationen für den Beginn einer Auswertung befinden.

Zur Verbesserung der Signalqualität und der ausgegebenen Daten / der Genauigkeit des ausgegebenen Schaltpunkts werden in einer ersten Verarbeitungsstufe im Abschattungssignal solche Informationen eliminiert, die ihren Tiefpunkt nicht zwischen der oberen und der unteren Schaltschwelle des Mess-Bereichs haben. Dabei zeigt Fig. 3, wie in der Auswerteeinrichtung ECU eine Eliminierung von Signalteilen erfolgt, die keine auswertbare Information enthalten. Ist der Tiefpunkt des Abschattungssig- nals nicht innerhalb des Bereichs zwischen der oberen Schaltschwelle OSS und unteren Schaltschwelle USS (Fig. 3 links), wird das Abschattungssignal der jeweiligen Schneide K eli- miniert (Fig. 3 rechts), um nur die relevanten Informationen auszuwerten. Die tatsächliche Länge einer Schneide kann nur ermittelt werden, wenn der Tiefpunkt, also die Spitze der Schneide, sich zwischen der oberen Schaltschwelle OSS und unteren Schaltschwelle USS des Mess-Strahls befindet.

Dabei wird die Vorschubgeschwindigkeit im Verhältnis zum von einer Strahl-Querabmessung des Mess-Strahls abhängigen Mess-Bereich von der Auswerteeinrichtung so bestimmt, dass wenigstens eine der Schneiden K während einer für eine Auswertung ausreichenden Anzahl von Umdrehungen des rotierenden Werkzeugs WZG an unterschiedlichen Positionen ein jeweiliges, oberhalb der unteren und unterhalb der oberen Schaltschwelle des Mess-Bereichs befindliches maximales Abschattungssignal hervorruft. Dies ist zum Beispiel in Fig. 3 für die im linken Diagramm erste Schneide des Werkzeugs WZG mit vier Schneiden erkennbar, welche auch das 5., 9., und 13. Abschattungssignal, jeweils um einen konstanten Wert nach oben versetzt, hervorruft. Dieser Versatz ergibt sich daraus, dass bei jeder Umdrehung des rotierenden Werkzeugs die ermittelten maximalen Abschattungssignale jeder Schneide K sich entsprechend der zeitlichen Verschiebung und örtlichen Veränderung des Werkzeugs um einen zumindest annähernd konstanten Versatzbetrag unterscheiden.

Genauer gesagt bestimmt die Auswerteeinrichtung ECU den Versatzbetrag aus einer Positionsänderung de/taS der jeweiligen Schneide K des Werkzeugs WZG im analogen Mess- Bereich bei einer vollständigen Umdrehung des Werkzeugs WZG als de!taS = v * T, wobei die Zeitkonstante T= 1 / Drehzahl pro Minute [min ¹ ] des Werkzeugs, und v [mm/min] die konstante Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs ist.

Dabei ist die Vorschubgeschwindigkeit v [mm/min] des Werkzeugs WZG im Verhältnis zum verfügbaren analogen Mess-Bereich so gewählt, dass jede Schneide K des Werkzeugs WZG über mindestens eine oder mehrere Umdrehungen an versetzten Positionen im analogen Mess-Bereich den Mess-Strahl MS abschattet. So unterscheiden sich pro Umdrehung des Werkzeugs WZG ermittelte maximale Abschattungssignale dieser Schneide K entsprechend der zeitlichen Verschiebung und örtlichen Veränderung des Werkzeugs WZG um die Positionsänderung de/taS. Wenn alle Schneiden K des Werkzeugs WZG über mindestens eine oder mehrere Umdrehungen den analogen Mess-Bereich zwischen der unteren Schaltschwelle USS und der oberen Schaltschwelle OSS des Mess-Strahls MS durchlaufen, ist der relative Abstand jeder Schneide zur nachfolgenden Schneide jeweils durch den konstanten Versatzbetrag der Positionsänderung deltaS(K) = v * T/ K bestimmt, wobei K >=1 [ohne Einheit] die Anzahl der Schneiden des Werkzeugs WZG ist, die als symmetrisch verteilt / angeordnet angenommen werden.

Allgemein gilt: Die Auswerteeinrichtung ECU bestimmt den relativen Versatzbetrag des Abschattungssignals einer / jeder Schneide im Vergleich zum Abschattungssignal der ersten (kürzesten) Schneide zu einem beliebigen Zeitpunkt tk > ffl [me, min] sek Beginn der Aufzeichnung und Auswertung der Abschattungssignale zum Zeitpunkt W =0 [me, min] aus einer Positionsänderung deitaS(t) frm] = v * (tk - tO) = v * t, mit t = (tk - tO) = N * T [me, min], wobei N = (tk - tO) / T >=0 [ohne Einheit] die Anzahl der teilweise und/oder vollständig ausgeführten Umdrehungen seit dem Zeitpunkt ft? beschreibt, und die Zeitkonstante T= 1 / Drehzahl pro Minute [min ¹ ] des Werkzeugs ist. In diesem allgemein beschriebenen Zusammenhang ist die Kenntnis über die genaue Anzahl der Schneiden K nicht erforderlich, sondern nur die verstrichene Zeitdauer t = (tk - W) seit dem Zeitpunkt ft?, sowie die

Zeitkonstante Tfrs, min] für eine Umdrehung des Werkzeugs WZG und die konstante Vorschubgeschwindigkeit v [mm/min 7 des Werkzeugs.

Die Zeit t = (tk - W) kann entweder durch die Anzahl der teilweise und/oder vollständig ausgeführten Umdrehungen seit dem Zeitpunkt ft? beschrieben werden, oder als ein Vielfaches der Samplezeit ts [me] = 1/fs, wobei fs fos^j i Abtastfrequenz zum Einlesen der Messwerte A7ist. Der Messwert XO zum Zeitpunkt ft? wird in einem Messwertspeicher mit Index / ^' = 0 gespeichert. Bei jedem neu eingelesenen Messwert Xi wird der Index i jeweils um einen Zähler i = i + 1 inkrementiert und der Messwert unter dem neuen Index i im Messwertspeicher gespeichert. Alternativ bestimmt die Auswerteeinrichtung ECU die Zeit faus dem Zusammenhang t [me] = i / fs, wobei / ^' der aktuelle Messwert-Index zu einem Messwert A7ist und fsfrs^J ie SampleRate (Abtastfrequenz) zum Einlesen der Messwerte 7ist.

Die Auswerteeinrichtung ECU beendet die zeitliche und örtliche Aufzeichnung der Abschattungssignale mit der Ausgabe des Schaltsignals an die Maschinensteuerung NC. Dabei erfolgt das Erzeugen des Schaltpunkts aus den resultierenden repräsentativen Abschattungssignalen, und das Ausgeben des Schaltpunkts an die Maschinensteuerung NC der Werkzeugmaschine, wenn die letzte Schneide K die obere Schaltschwelle OSS des Mess-Bereichs überschritten hat. Dabei wird auch der Zeitpunkt der Ausgabe des Schaltpunkts in der Maschinen- Steuerung NC der Werkzeugmaschine oder in der Auswerteeinrichtung ECU der Mess-Vorrichtung MV gespeichert.

Wie in Fig. 4 veranschaulicht, wird in einer weiteren Verarbeitungsstufe in der Auswerteeinrichtung ECU ein Ausgangs-Signal(-zug), enthaltend Abschattungssignaie aus M Umdrehungen des Werkzeugs, aus einem Eingangs-Signal(-zug) gebildet, enthaltend Abschattungssignale aus U Umdrehungen. Dabei gilt U >= M. Dazu werden für jeden Wert im Ausgangs- Signal(-zug) mehrere zeitlich korrespondierende Werte des Eingangs-Signal(-zug)s zu einem Wert zusammengefasst. So wird ein Ausgangs-Signal der Länge M Umdrehungen des Werkzeugs aus einem Eingangs-Signal der Länge U Umdrehungen gebildet. Für jeden Wert im Ausgangs-Signal dieser zweiten Verarbeitungsstufe stehen ein oder mehrere Werte, zum Beispiel drei oder vier Werte, zur Verfügung. Diese Werte werden in der zweiten Verarbeitungsstufe zu einem Wert zusammengefasst. Daten mit relevanten Informationen werden ggf. linearisiert und von Digit-Werten in pm-Werte umgerechnet.

Die Auswerteeinrichtung ECU führt die Umrechnung von Digit-Werten in pm-Werte mit Hilfe eines Umrechnungspolynoms wie folgt aus: S(x) [mhi] = f(x[Digits]), wobei S(x) die Eintauchtiefe der Werkzeugschneide in den Mess-Strahl zu einem bestimmten Digit-Wert ist und die Funktion /Mas Polynom für die Umrechnung beschreibt. Unter Berücksichtigung des zeitabhängigen relativen Versatzbetrages deltaS(t) [mpi] ergibt sich die entsprechende Eintauchtiefe der Werkzeugschneide S [mhh]z\l einem bestimmten Zeitpunkt /aus der Summe 5 frm] = S(x) [mi ] + deltaS(t) [mhh].

Die zweite Verarbeitungsstufe fasst gemäß Fig. 4 zum Beispiel Informationen aus den Um drehungen U=l, 6, 11 und U-3 zu einer resultierenden Umdrehung 1F zusammen. Ist für einen Index keine oder nur eine gültige, nicht verarbeitete Information vorhanden, wird der Wert in 1F entsprechend gesetzt. Sind mehrere gültige Informationen vorhanden, werden diese mit geeigneten mathematischen Methoden zusammengefasst. Als geeignete Methode kann zum Beispiel eine Mittelwert-Bildung oder Median-Bildung eingesetzt werden, aber auch eigen definierte Auswerte-Algorithmen sind möglich. Mit der zweiten Verarbeitungsstufe werden diese einzelnen Umdrehungen U des Werkzeugs WZG und die dabei auftretenden Abschattungssignale durch die Schneiden K zu einer Signalfolge zusammengefasst, die eine einzige Umdrehung (1F, 2F, 3F, ...) des Werkzeugs WZG synthetisiert. Da die einzelnen Umdre hungen U zu einem unterschiedlichen Zeitpunkt aufgenommen werden, muss der zeitliche Versatz im Zusammenhang mit der angegebenen Vorschubgeschwindigkeit bei der Umrech nung in pm mitberücksichtigt werden. Eine dritte Verarbeitungsstufe bewirkt, wie in Fig. 5 veranschaulicht, dass im Ausgangs-Signal singuläre Störungen aus der Abfolge der Abschattungssignale jeder Schneide eliminiert werden. Dabei werden die Abschattungssignale auf wiederkehrende Ereignisse untersucht um die Periodizität der Abschattungssignale zu erkennen. Basierend auf der Periodizität der Abschattungssignale werden einer Umdrehung des Werkzeugs WZG entsprechende Abfolgen der Abschattungssignale als Signalblöcke zusammengefasst und mit den Abfolgen der Ab- schattungssignale einer oder mehrerer folgender Umdrehungen (1F, 2F, 3F, ...) des Werk- zeugs WZG korreliert. Anschließend werden zu jedem Abtastzeitpunkt die einzelnen Signal- werte in den Abfolgen der Abschattungssignale miteinander verglichen, jeweils das Minimum ausgewählt, wobei die mathematische Methode zur Bestimmung des repräsentativen Wertes zu diesem Abtastzeitpunkt auch durch Maximum, Mittelwert, Median oder ähnlichen Methoden realisiert sein kann, und dieses als Ausgangs-Wert (1B) der dritten Verarbeitungsstufe ausgegeben.

Wie in Fig. 5 erkennbar, bewirkt die dritte Verarbeitungsstufe das Eliminieren von einzelnen, sporadischen Ereignissen während der Aufzeichnung der Abschattungssignale. Im Beispiel ist zu Beginn im Signal ein sich nicht wiederholendes Ereignis A dargestellt. Dieses wird durch die dritte Verarbeitungsstufe herausgefiltert und für die nachfolgenden Auswertungen nicht weiter berücksichtigt.

Fig. 6 erläutert, wie ein zeitlicher Fehler bei der Ausgabe des Schaltpunkts kompensiert wird. Hierzu dienen die Schritte Berechnen der Länge jeder Schneide, einschließlich der Länge der Schneide, für die der Schaltpunkt zur Maschinensteuerung ausgegeben wird, Vergleichen einer für den Zeitpunkt der Schaltpunktausgabe berechneten Länge mit der aus der Abschattung ermittelten Länge der Schneide für die dieser Schaltpunkt ausgegeben wurde, und Si- gnalisieren der Differenz an die Maschinensteuerung als Korrekturwert. Mit Hilfe dieser Berechnung werden außerdem die in der Mess-Vorrichtung bekannten Abweichungen durch die um die Erwartungszeit E verzögerte Ausgabe des Schaltpunkts und den Versatz zwischen ka- librierter Schaltpunktschwelle, zum Beispiel bei 50% Lichtintensität am Lichtstrahlempfänger, und der bei diesem Verfahren verwendeten oberen Schaltpunktschwelle, zum Beispiel bei 90% Lichtintensität am Lichtstrahlempfänger, korrigiert.

Fig. 7 veranschaulicht eine komplette, für eine Messbereichserweiterung vorliegende Aufnahme. Im Signal sind die Verläufe der einzelnen Schneiden eingezeichnet, die im analogen Mess-Bereich für eine bestimmte Zeit-Dauer während der Messung kurzzeitig sichtbar sind. Durch die Bewegung des Werkzeugs WZG während der Messung befindet sich die Kante K einer Schneide immer an einer unterschiedlichen Position. Die Kante K einer / jeder Schneide taucht bei Punkt la ... 4a erstmalig in den begrenzten analogen Mess-Bereich ein, durchläuft diesen Mess-Bereich aufgrund der konstanten Messgeschwindigkeit während mehrerer Um- drehungen und verlässt den analogen Mess-Bereich bei Punkt 1 ... 4 wieder. Bei unterschiedlichen Längen der Schneiden sind deren Kanten nicht alle gleichzeitig im analogen Mess-Be- reich sichtbar. Der Verlauf der rot eingezeichneten Linien ist bei Digits keine Gerade, wie es aufgrund der konstanten Vorschubgeschwindigkeit sein sollte, da die Werte zuerst mit Hilfe von Linearisierungskennlinien umgerechnet werden.

Insgesamt werden dann die Abschattungssignale jeder Schneide K zu einem resultierenden repräsentativen Abschattungssignal für diese / jede Schneide in der oben beschriebenen Weise überlagert.

Die Mess-Vorrichtung MV und die Maschinensteuerung NC der Werkzeugmaschine tauschen drahtlos oder über eine Datenleitung notwendige Informationen und Signale aus. Dabei signalisiert die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine für die Messung relevante Parameter, wie Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit des Werkzeugs an die Mess-Vorrichtung. Die Mess-Vorrichtung signalisiert von ihr ermittelte Ergebnisse an die Maschinensteuerung der Werkzeugmaschine.

Die vorangehend beschriebenen Varianten des Verfahrens und der Vorrichtung dienen ledig lich dem besseren Verständnis der Struktur, der Funktionsweise und der Eigenschaften der vorgestellten Lösung; sie schränken die Offenbarung nicht etwa auf die Ausführungsbeispiele ein. Die Fig. sind schematisch, wobei wesentliche Eigenschaften und Effekte zum Teil deutlich vergrößert dargestellt sind, um die Funktionen, Wirkprinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmale zu verdeutlichen. Dabei kann jede Funktionsweise, jedes Prinzip, jede technische Ausgestaltung und jedes Merkmal, welches / welche in den Fig. oder im Text of fenbart ist / sind, mit allen Ansprüchen, jedem Merkmal im Text und in den anderen Fig., anderen Funktionsweisen, Prinzipien, technischen Ausgestaltungen und Merkmalen, die in dieser Offenbarung enthalten sind oder sich daraus ergeben, frei und beliebig kombiniert werden, so dass alle denkbaren Kombinationen der beschriebenen Lösung zuzuschreiben sind. Dabei sind auch Kombinationen zwischen allen einzelnen Ausführungen im Text, das heißt in jedem Abschnitt der Beschreibung, in den Ansprüchen und auch Kombinationen zwischen verschiedenen Varianten im Text, in den Ansprüchen und in den Fig. umfasst. Die vorstehend erläuterten Vorrichtungs- und Verfahrensdetails sind zwar im Zusammenhang dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, dass sie auch unabhängig voneinander sind und auch frei miteinander kombinierbar sind. Die in den Fig. gezeigten Verhältnisse der einzelnen Teile und Abschnitte hiervon zueinander und deren Abmessungen und Proportionen sind nicht einschränkend zu verstehen. Vielmehr können einzelne Abmessungen und Propor- tionen auch von den gezeigten abweichen. Auch die Ansprüche limitieren nicht die Offenbarung und damit die Kombinationsmöglichkeiten aller aufgezeigten Merkmale untereinander. Alle aufgezeigten Merkmale sind explizit auch einzeln und in Kombination mit allen anderen Merkmalen hier offenbart.