[go: up one dir, main page]

WO2009030585A1 - Werkzeugmaschine - Google Patents

Werkzeugmaschine Download PDF

Info

Publication number
WO2009030585A1
WO2009030585A1 PCT/EP2008/060607 EP2008060607W WO2009030585A1 WO 2009030585 A1 WO2009030585 A1 WO 2009030585A1 EP 2008060607 W EP2008060607 W EP 2008060607W WO 2009030585 A1 WO2009030585 A1 WO 2009030585A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
machine tool
spindle
laser beam
rotation axis
error
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/060607
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jochen Bretschneider
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO2009030585A1 publication Critical patent/WO2009030585A1/de

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/404—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by control arrangements for compensation, e.g. for backlash, overshoot, tool offset, tool wear, temperature, machine construction errors, load, inertia
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/24—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools using optics or electromagnetic waves
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37027—Sensor integrated with tool or machine
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37275—Laser, interferometer
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/37—Measurements
    • G05B2219/37619—Characteristics of machine, deviation of movement, gauge
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49181—Calculation, estimation, creation of error model using measured error values
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B2219/00—Program-control systems
    • G05B2219/30—Nc systems
    • G05B2219/49—Nc machine tool, till multiple
    • G05B2219/49212—Using lookup table, map, position error, temperature and position

Definitions

  • the invention relates to a machine tool and to a method for error compensation of a machine tool.
  • Machine tools are generally used e.g. used for milling, drilling, grinding, laser, cutting and / or turning of workpieces.
  • a machine tool comprising, - a permanently installed laser beam generating device for generating a laser beam,
  • control device which controls the movement of the spindle, wherein measurement data can be generated by the sensor device and transmitted to the control device, wherein the control device uses the measurement data to create and / or parameterize an error model of the machine tool.
  • this object is achieved by a method for error compensation of a machine tool, wherein a permanently generated in the machine tool laser beam generating a laser beam is generated and received by a permanent built into the machine tool sensor device, wherein the machine tool has a rotatable about a spindle axis spindle, wherein the Direction of a radiation section of the laser beam with the direction of the spindle rotation axis substantially matches, being generated by the sensor device measurement data and to a control device which controls the movement of the spindle, wherein the control device based on the measurement data creates a fault model of the machine tool and / or parameterized.
  • the error model is designed as an error table.
  • An embodiment of the error model as an error table which is e.g. contains the measured geometric error values and / or corresponding compensation values, represents a particularly simple form of a fault model.
  • the error model can also be more complex, especially in complex fault models, the error model may already be present and only the parameters of the fault model based on Measurement data are determined and the error model is parameterized with the parameters. Based on the error model, then, e.g. Offset values to be compensated by the control device during processing (online).
  • the radiation section of the laser beam passes through the spindle rotation axis, since then the geometric errors of the machine tool can be determined with particularly high accuracy, since the position of the radiation section of the laser beam exactly matches the position of the tool.
  • the machine tool has a deflection device for deflecting the laser steel, wherein the deflection device can be inserted into a tool receiving device of the spindle by means of an automatic tool changer of the machine tool, since then the geometrical errors of the machine tool are determined with particularly high accuracy can, since the position of the deflection exactly matches the position of the tool.
  • FIG. 1 shows a front view of a machine tool according to the invention during the measurement of the machine in the Z direction
  • FIG. 2 shows a front view of the machine tool according to the invention when measuring the machine in X-axis.
  • FIG. 3 shows a side view of the inventive machine tool in the measurement of the machine in the Y direction.
  • a machine tool 1 is shown in a front view in the form of a schematized view, the Z direction of the machine being measured.
  • the machine tool 1 has a stationary machine bed 3, on which a cross member 4, which is movable in the X direction, is arranged.
  • a column 5 is arranged, along which a transverse holder 6 is movable in the Z direction.
  • a spindle drive 7 is arranged, which drives a rotatably mounted spindle 2, which has a tool receiving device 8 for receiving a tool.
  • the spindle drive 7 is formed in the exemplary embodiment as a direct drive, so that the spindle 2 is present substantially in the form of a motor shaft.
  • the column 5 is further movable in the Y direction.
  • the drive systems for moving the cross member 4, the column 5 and the cross-member 6 are for the sake of clarity and since they are immaterial to the understanding of the invention, not shown.
  • the spindle 2 can thus be moved in all three Cartesian directions X, Y and Z by means of a control device 19, which may be in the form of a numerical control, for example.
  • a control device 19 On the spindle drive 7 is a permanently installed in the machine tool 1 laser beam generating device 9 is arranged, which generates a laser beam 10 for measuring the machine tool 1.
  • Hollow shaft is formed, which is arranged rotatably about a spindle rotation axis 18.
  • the laser beam 10 can be subdivided into a plurality of radiation sections, wherein in FIG. 1 a radiation section IIa, which runs through the spindle 2 designed as a hollow shaft, is provided with a reference symbol.
  • the laser beam is guided so that the radiation section IIa of the laser beam 10 passes through the spindle rotation axis 18 and in the direction of the spindle rotation axis 18 and thus in terms of position and direction in space with the spindle rotation axis 18 substantially coincides, in particular coincides.
  • the direction of the radiation section IIa of the laser beam 10 thus coincides with the direction of the spindle rotation axis 18.
  • the radiation section IIa of the laser beam 10 thus has the same direction and position as a tool introduced into the receiving device 8, so that the machine tool 1 can be measured with particularly high accuracy.
  • the laser beam generating device 9 but also laterally on the spindle drive 7 be arranged net, in which case the direction of a radiation section of the laser beam with the direction of the spindle rotation axis substantially coincides, in particular Ü coincides by the radiation section of the laser beam parallel to the spindle rotation axis 18.
  • the spindle 2 is moved in the Z direction and thus detects deviations in the machine geometry in the Z direction (eg positioning, straightness, roll, buckling, yaw and / or squareness errors ).
  • the laser beam 10 impinges on a first sensor device 12 permanently installed in the machine tool 1 for receiving the laser beam 10.
  • the movements of the spindle 2 are effected by the control device 19, which controls the movements of the spindle 2 in normal operation, controlled.
  • the control device 19 is for transmitting data with the laser radiation generating device permanently installed in the machine tool and the first sensor device permanently installed in the machine tool and a second sensor device permanently installed in the machine tool and a third sensor device permanently installed in the machine tool connected.
  • the control device 19 which controls the movement of the spindle 2, wherein the control device 19 creates an error model based on the measurement data.
  • the error model is designed in the form of an error table which contains the deviations of the position setpoint values in relation to the measured actual position values of the spindle in the form of offset values.
  • the geometric errors of the machine tool can then be compensated during the subsequent machining of a workpiece 16, for example by adding the offset values to the corresponding position command values and passing the thus-adjusted position command values to a control loop for controlling the travel movement of the spindle as control target values ,
  • the first sensor device 12 serves to measure the machine tool in the Z direction.
  • the machine tool 1 according to the invention is shown schematically in the X direction during the measurement of the machine tool.
  • a deflection device 14 for deflecting the laser beam 10 in the tool receiving device eighth automatically introduced is also controlled by the control device 19.
  • the laser beam 10 has, in addition to the radiation section IIa, which is rotated by the spindle 2. runs, another radiation section IIb, which runs in the X direction.
  • the deflection device 14 may be in the form of a mirror, for example.
  • the deflection device 14 is handled by the machine tool 1 in principle like a tool.
  • the deflected laser beam 10 is received by the second sensor device 13.
  • the geometrical errors of the machine tool 1 in the X direction are determined analogously to the geometrical errors in the Z direction.
  • a deflection device 14 held by the tool changer 15 or introduced into the tool holder 8 is regarded as part of the machine tool.
  • FIG. 3 a front view of the machine tool 1 is shown in the form of a schematic representation. 3 shows the measurement of the machine tool in the Y direction.
  • the deflecting device 14 By means of the deflecting device 14, the radiation section IIb of the laser beam 10 is directed onto the third sensor device 17 which is arranged on the machine bed 3 and which evaluates the laser beam 10.
  • the deflecting device 14 is rotated by 90 ° relative to the orientation according to FIG. 2 about the spindle rotational axis by a corresponding rotational movement of the spindle 2.
  • the column 5 is moved in the Y direction and the geometrical errors of the machine tool 1 in the Y direction are determined analogously to the geometric errors in the Z direction.
  • the machine tool may also have further sensor devices with which, for example, so-called roll, pitch and yaw errors of the machine tool can be determined and compensated.
  • the error model is used in the subsequent operation of the machine for error compensation.
  • the invention allows a simple and fast automated calibration of the machine tool, whereby the calibration of the machine can be performed in a very tight time frame and thus the workpieces can be made much more accurate than in known machine tools. Furthermore, temperature-related geometry errors of the machine can be compensated. By evaluating the chronological sequence of different error tables, a long-term condition monitoring of the machine tool can also be realized.
  • the method for error compensation can be started particularly easily with a push of a button or a function call.
  • the method according to the invention also represents a method for calibrating a machine tool.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine (1) aufweisend, - eine permanent eingebaute Laserstrahlerzeugungseinrichtung (9) zur Erzeugung eines Laserstrahls (10), - eine permanent eingebaute Sensoreinrichtung (12,13,17) zum Empfang des Laserstrahls, - eine um eine Spindeldrehachse (18) drehbare Spindel (2), wobei die Richtung eines Strahlungsabschnitts (11a) des Laserstahls (10) mit der Richtung der Spindeldrehachse (18) im Wesentlichen übereinstimmt, - eine Steuereinrichtung (19), die die Bewegung der Spindel steuert, wobei von der Sensoreinrichtung (12,13,17) Messdaten erzeugbar und an die Steuereinrichtung (19) übermittelbar sind, wobei die Steuereinrichtung (19) anhand der Messdaten ein Fehlermodell der Werkzeugmaschine (1) erstellt und/oder parametriert. Weiterhin betrifft die Erfindung ein diesbezügliches Verfahren zur Fehlerkompensation einer Werkzeugmaschine (1). Die Erfindung ermöglicht eine Fehlerkompensation bei einer Werkzeugmaschine (1).

Description

Beschreibung
Werkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine sowie ein Verfahren zur Fehlerkompensation einer Werkzeugmaschine.
Werkzeugmaschinen werden im Allgemeinen z.B. zur Fräs-, Bohr-, Schleif-, Laser-, Schneide- und/oder Drehbearbeitung von Werkstücken eingesetzt.
Bei einer Werkzeugmaschine können verschiedene geometrische Fehler auftreten. So können z.B. Positionierungs-, Gerad- heits-, Roll-, Knick-, Gier- und/oder Rechtwinkligkeitsfehler auftreten, die die Genauigkeit der Bearbeitung eines Werkstücks reduzieren. Bei handelsüblichen Werkzeugmaschinen erfolgt deshalb zur Fehlerkompensation eine Vermessung der Werkzeugmaschine, wobei die Werkzeugmaschine mit einem externen, nicht zur Werkzeugmaschine gehörigen Laserinterferometer in unterschiedlichen Aufbauten vermessen wird und solchermaßen Fehlergrößen für die Fehlerkompensation bestimmt werden. Der Laserinterferometer und die zugehörigen Sensoreinrichtungen werden nach der Vermessung der Werkzeugmaschine wieder abgebaut. Nach einem gewissen Zeitraum (z.B. im 6-Monats- Intervall) wird bei handelsüblichen Werkzeugmaschinen die
Messprozedur wiederholt. Diese Vorgehensweise weist mehrere Nachteile auf. Zum einen wird in der Zwischenzeit auftretende Veränderungen der Maschinengeometrie nicht erfasst, zum anderen ist eine automatische Kalibrierung der Werkzeugmaschine, in der die Fehlergrößen automatisch ermittelt werden und entsprechende Kompensationswerte bestimmt werden, durch z.B. einen einfachen Knopfdruck durch den Bediener nicht möglich. Weiterhin kann auf kurzfristig auftretende Veränderungen, z.B. bedingt durch Temperatureinflüsse, nicht reagiert werden
Aus dem Artikel „Lasergestütztes Fräsen mit laserstrahlintegriertem Werkzeug" aus der Zeitschrift wt Werkstattechnik online, Jahrgang 96 (2006) H.6, Seite 425-427, sind Spindeln und Werkzeuge mit integriertem Laserstrahl bekannt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Fehlerkompensation bei einer Werkzeugmaschine zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Werkzeugmaschine aufweisend, - eine permanent eingebaute Laserstrahlerzeugungseinrichtung zur Erzeugung eines Laserstrahls,
- eine permanent eingebaute Sensoreinrichtung zum Empfang des Laserstrahls,
- eine um eine Spindeldrehachse drehbare Spindel, wobei die Richtung eines Strahlungsabschnitts des Laserstahls mit der Richtung der Spindeldrehachse im Wesentlichen übereinstimmt,
- eine Steuereinrichtung, die die Bewegung der Spindel steuert, wobei von der Sensoreinrichtung Messdaten erzeugbar und an die Steuereinrichtung übermittelbar sind, wobei die Steuereinrichtung anhand der Messdaten ein Fehlermodell der Werkzeugmaschine erstellt und/oder parametriert .
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Fehlerkompensation einer Werkzeugmaschine, wobei von einer permanent in die Werkzeugmaschine eingebauten Laserstrahlerzeugungseinrichtung ein Laserstrahl erzeugt und von einer permanent in die Werkzeugmaschine eingebauten Sensoreinrichtung empfangen wird, wobei die Werkzeugmaschine eine um eine Spindeldrehachse drehbare Spindel aufweist, wobei die Richtung eines Strahlungsabschnitts des Laserstahls mit der Richtung der Spindeldrehachse im Wesentlichen übereinstimmt, wobei von der Sensoreinrichtung Messdaten erzeugt werden und an eine Steuereinrichtung, die die Bewegung der Spindel steuert, übermittelt werden, wobei von der Steuereinrichtung anhand der Messdaten ein Fehlermodell der Werkzeugmaschine erstellt und/oder parametriert wird. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Vorteilhafte Ausbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Ausbildungen der Werkzeugmaschine und umgekehrt .
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Fehlermodell als Fehlertabelle ausgebildet ist. Eine Ausbildung des Fehlermo- dells als Fehlertabelle, die z.B. die gemessenen geometrischen Fehlerwerte und/oder entsprechende Kompensationswerte enthält, stellt eine besonders einfache Form eines Fehlermodells dar. Selbstverständlich kann das Fehlermodell aber auch komplexer aufgebaut sein, wobei insbesondere bei komplexen Fehlermodellen das Fehlermodell auch schon vorhanden sein kann und lediglich die Parameter des Fehlermodels anhand der Messdaten ermittelt werden und das Fehlermodell mit den Parametern parametriert wird. Anhand des Fehlermodells können dann z.B. Offsetwerte zur Kompensation von der Steuereinrich- tung während der Bearbeitung (online) bestimmt werden.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn der Strahlungsabschnitt des Laserstahls durch die Spindeldrehachse verläuft, da dann die geometrischen Fehler der Werkzeugma- schine mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden können, da die Lage des Strahlungsabschnitts des Laserstahls genau mit der Lage des Werkzeugs übereinstimmt.
Ferner erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Werkzeugma- schine eine Umlenkeinrichtung zur Umlenkung des Laserstahls aufweist, wobei die Umlenkeinrichtung mittels eines automatischen Werkzeugwechslers der Werkzeugmaschine in eine Werkzeugaufnahmevorrichtung der Spindel einführbar ist, da dann die geometrischen Fehler der Werkzeugmaschine mit besonders hoher Genauigkeit bestimmt werden können, da die Lage der Umlenkeinrichtung genau mit der Lage des Werkzeugs übereinstimmt . Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden naher erläutert. Es zeigen:
FIG 1 eine Frontansicht einer erfindungsgemaßen Werkzeugmaschine bei der Vermessung der Maschine in Z- Richtung,
FIG 2 eine Frontansicht der erfindungsgemaßen Werkzeugma- schine bei der Vermessung der Maschine in X-
Richtung und
FIG 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemaßen Werkzeugmaschine bei der Vermessung der Maschine in Y- Richtung.
In FIG 1 ist in Form einer schematisierten Ansicht eine er- findungsgemaße Werkzeugmaschine 1 in einer Frontansicht dargestellt, wobei gerade die Z-Richtung der Maschine vermessen wird. Die Werkzeugmaschine 1 weist ein ruhendes Maschinenbett 3 auf, auf dem ein in X-Richtung verfahrbarer Querträger 4 angeordnet ist. Auf dem Querträger 4 ist eine Säule 5 angeordnet, entlang der ein Querhalter 6 in Z-Richtung verfahrbar ist. Am Querhalter 6 ist ein Spindelantrieb 7 angeordnet, der eine drehbar gelagerte Spindel 2, welche eine Werkzeugaufnahmevorrichtung 8 zur Aufnahme eines Werkzeugs aufweist, antreibt. Der Spindelantrieb 7 ist im Rahmen des Ausfuhrungsbeispiels als Direktantrieb ausgebildet, so dass die Spindel 2 im Wesentlichen in Form einer Motorwelle vorliegt.
Die Säule 5 ist weiterhin in Y-Richtung verfahrbar. Die Antriebssysteme zum Verfahren des Querträgers 4, der Säule 5 und des Querhalters 6 sind der Übersichtlichkeit halber und da sie für das Verständnis der Erfindung unwesentlich sind, nicht dargestellt. Die Spindel 2 kann solchermaßen in allen drei kartesischen Richtungen X, Y und Z mittels einer Steuereinrichtung 19, die z.B. in Form einer numerischen Steuerung vorliegen kann, verfahren werden. Auf dem Spindelantrieb 7 ist eine in die Werkzeugmaschine 1 permanent eingebaute Laserstrahlerzeugungseinrichtung 9 angeordnet, welche zur Vermessung der Werkzeugmaschine 1 einen Laserstrahl 10 erzeugt.
Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist die Spindel 2 als
Hohlwelle ausgebildet, die um eine Spindeldrehachse 18 drehbar angeordnet ist. Der Laserstrahl 10 kann dabei in mehrere Strahlungsabschnitte unterteilt werden, wobei in FIG 1 ein Strahlungsabschnitt IIa, der durch die als Hohlwelle ausge- bildete Spindel 2 verläuft, mit einem Bezugszeichen versehen ist. Im Rahmen des Ausführungsbeispiels ist dabei der Laserstrahl so geführt, dass der Strahlungsabschnitt IIa des Laserstrahls 10 durch die Spindeldrehachse 18 und in Richtung der Spindeldrehachse 18 verläuft und solchermaßen bezüglich Lage und Richtung im Raum mit der Spindeldrehachse 18 im Wesentlichen übereinstimmt, insbesondere übereinstimmt. Die Richtung des Strahlungsabschnitts IIa des Laserstahls 10 stimmt somit mit der Richtung der Spindeldrehachse 18 überein. Der Strahlungsabschnitts IIa des Laserstrahls 10 hat so- mit die gleiche Richtung und Position wie ein in die Aufnahmevorrichtung 8 eingeführtes Werkzeug, so dass die Werkzeugmaschine 1 mit besonders hoher Genauigkeit vermessen werden kann. Alternativ hierzu kann z.B. die Laserstrahlerzeugungseinrichtung 9 aber auch seitlich am Spindelantrieb 7 angeord- net sein, wobei auch in diesem Fall die Richtung eines Strahlungsabschnitts des Laserstrahls mit der Richtung der Spindeldrehachse im Wesentlichen übereinstimmt, insbesondere ü- bereinstimmt, indem der Strahlungsabschnitt des Laserstrahls parallel zur Spindeldrehachse 18 verläuft.
Zur Messung der geometrischen Fehler der Maschine in Z- Richtung wird die Spindel 2 in Z-Richtung verfahren und solchermaßen Abweichungen der Maschinengeometrie in Z-Richtung erfasst (z.B. Positionierungs-, Geradheits-, Roll-, Knick-, Gier- und/oder Rechtwinkligkeitsfehler) . Der Laserstrahl 10 trifft hierzu auf eine erste permanent in die Werkzeugmaschine 1 eingebaute Sensoreinrichtung 12 zum Empfang des Laserstrahls 10. Die Verfahrbewegungen der Spindel 2 werden von der Steuereinrichtung 19, die auch im Normalbetrieb die Verfahrbewegungen der Spindel 2 steuert, gesteuert. Weiterhin ist die Steuereinrichtung 19 zur Übermittlung von Daten mit der permanent in die Werkzeugmaschine eingebauten Laserstrah- lungserzeugungseinrichtung 9 und der permanent in die Werkzeugmaschine eingebauten ersten Sensoreinrichtung 12 und einer permanent in die Werkzeugmaschine eingebauten zweiten Sensoreinrichtung 13 und einer permanent in die Werkzeugmaschine eingebauten dritten Sensoreinrichtung 17 verbunden. Von den Sensoreinrichtungen 12, 13 und 17 werden Messdaten erzeugt und an die Steuereinrichtung 19 übermittelt, die die Bewegung der Spindel 2 steuert, wobei die Steuereinrichtung 19 anhand der Messdaten ein Fehlermodell erstellt. Das Fehlermodell ist dabei im einfachsten Fall in Form einer Fehler- tabelle ausgebildet, die die Abweichungen der Lagesollwerte in Bezug zu den gemessenen Lageistwerten der Spindel in Form von Offsetwerten enthalt. Mit Hilfe des ermittelten Fehlermodells können dann die geometrischen Fehlern der Werkzeugmaschine bei der anschließenden Bearbeitung eines Werkstucks 16 kompensiert werden, indem z.B. die Offsetwerte auf die entsprechenden Lagesollwerte addiert werden und die solchermaßen angepassten Lagesollwerte an einen Regelkreis zur Regelung der Verfahrbewegung der Spindel als Regelsollwerte weitergegeben werden. Die erste Sensoreinrichtung 12 dient dabei zur Vermessung der Werkzeugmaschine in Z-Richtung.
In FIG 2 ist schematisiert die erfindungsgemaße Werkzeugmaschine 1 bei der Vermessung der Werkzeugmaschine in X- Richtung dargestellt. Zur Vermessung der Werkzeugmaschine 1 in X-Richtung wird, mittels eines automatischen drehbar angeordneten Werkzeugwechslers 15 der Werkzeugmaschine, der bei handelsüblichen Maschinen ausschließlich dazu benutzt wird Werkzeuge in der Werkstuckaufnahmevorrichtung 8 auszuwechseln, eine Umlenkeinrichtung 14 zur Umlenkung des Laser- Strahls 10 in die Werkzeugaufnahmevorrichtung 8 automatisiert eingeführt. Dieser Vorgang wird ebenfalls von der Steuereinrichtung 19 gesteuert. Der Laserstrahl 10 weist dabei neben dem Strahlungsabschnitt IIa, der durch die Spindel 2 ver- läuft, einen weiteren Strahlungsabschnitt IIb auf, der in X- Richtung verläuft. Die Umlenkeinrichtung 14 kann z.B. in Form eines Spiegels vorliegen. Die Umlenkeinrichtung 14 wird dabei von der Werkzeugmaschine 1 im Prinzip wie ein Werkzeug behan- delt. Der umgelenkte Laserstrahl 10 wird von der zweiten Sensoreinrichtung 13 empfangen. Durch Bewegen der Spindel 2 in X-Richtung mittels Verfahren des Querträgers 4 in X-Richtung werden die geometrischen Fehler der Werkzeugmaschine 1 in X- Richtung analog zu den geometrischen Fehler in Z-Richtung er- mittelt. Es sein an dieser Stelle angemerkt, dass im Rahmen der Erfindung eine vom Werkzeugwechsler 15 gehaltene oder in die Werkzeugaufnahme 8 eingeführte Umlenkeinrichtung 14 als Bestandteil der Werkzeugmaschine angesehen wird.
In FIG 3 ist in Form einer schematisierten Darstellung eine Vorderansicht der Werkzeugmaschine 1 dargestellt. FIG 3 stellt dabei die Vermessung der Werkzeugmaschine in Y- Richtung dar. Dabei sind in FIG 3 nur die zum Verständnis der Erfindung notwendigen Komponenten dargestellt. Mittels der Umlenkeinrichtung 14 wird der Strahlungsabschnitt IIb des Laserstrahls 10 auf die am Maschinenbett 3 angeordnete dritte Sensoreinrichtung 17 gelenkt, die den Laserstrahl 10 auswertet. Hierzu wird die Umlenkeinrichtung 14 gegenüber der Ausrichtung gemäß FIG 2 um 90° um die Spindeldrehachse durch ei- ne entsprechende Drehbewegung der Spindel 2 gedreht. Anschließend wird die Säule 5 in Y-Richtung verfahren und die geometrischen Fehler der Werkzeugmaschine 1 in Y-Richtung a- nalog zu den geometrischen Fehlern in Z-Richtung ermittelt.
Solchermaßen wird im Rahmen des Ausführungsbeispiels ein Fehlermodell in Form einer Fehlertabelle erstellt, mit Hilfe derer dann die Fehler kompensiert werden können.
Selbstverständlich kann die Werkzeugmaschine neben der ers- ten, zweiten und dritten Sensoreinrichtung 12, 13 und 17 noch weitere Sensoreinrichtungen aufweisen, mit der analog z.B. so genannte Roll-, Nick- und Gierfehler der Werkzeugmaschine ermittelt und kompensiert werden können. Das Fehlermodell wird im nachfolgenden Betrieb der Maschine zur Fehlerkompensation verwendet.
Die Erfindung erlaubt eine einfache und schnelle automatisierte Kalibrierung der Werkzeugmaschine, wodurch die Kalibrierung der Maschine in einem sehr engen Zeitraster durchgeführt werden kann und somit die Werkstücke wesentlich genauer gefertigt werden können, als bei bekannten Werkzeugmaschinen. Weiterhin können auch temperaturbedingte Geometriefehler der Maschine kompensiert werden. Durch Auswertung der zeitlichen Abfolge von verschiedenen Fehlertabellen kann außerdem eine langfristige Zustandsüberwachung der Werkzeugmaschine realisiert werden.
Das Verfahren zur Fehlerkompensation kann dabei besonders einfach mit einem Knopfdruck oder einem Funktionsaufruf gestartet werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren stellt auch ein Verfahren zur Kalibrierung einer Werkzeugmaschine dar.

Claims

Patentansprüche
1. Werkzeugmaschine (1) aufweisend,
- eine permanent eingebaute Laserstrahlerzeugungseinrichtung (9) zur Erzeugung eines Laserstrahls (10),
- eine permanent eingebaute Sensoreinrichtung (12,13,17) zum Empfang des Laserstrahls,
- eine um eine Spindeldrehachse (18) drehbare Spindel (2), wobei die Richtung eines Strahlungsabschnitts (IIa) des La- serstahls (10) mit der Richtung der Spindeldrehachse (18) im Wesentlichen übereinstimmt,
- eine Steuereinrichtung (19), die die Bewegung der Spindel steuert, wobei von der Sensoreinrichtung (12,13,17) Messdaten erzeugbar und an die Steuereinrichtung (19) übermittel- bar sind, wobei die Steuereinrichtung (19) anhand der Messdaten ein Fehlermodell der Werkzeugmaschine (1) erstellt und/oder parametriert .
2. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Fehlermodell als Fehlertabelle ausgebildet ist.
3. Werkzeugmaschine nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Strah- lungsabschnitt (IIa) des Laserstahls (10) durch die Spindeldrehachse (18) verläuft.
4. Werkzeugmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Werk- zeugmaschine (1) eine Umlenkeinrichtung (14) zur Umlenkung des Laserstahls (10) aufweist, wobei die Umlenkeinrichtung (14) mittels eines automatischen Werkzeugwechslers (15) der Werkzeugmaschine (1) in eine Werkzeugaufnahmevorrichtung (8) der Spindel (2) einführbar ist.
5. Verfahren zur Fehlerkompensation einer Werkzeugmaschine (1), wobei von einer permanent in die Werkzeugmaschine (1) eingebauten Laserstrahlerzeugungseinrichtung (9) ein Laser- strahl (10) erzeugt und von einer permanent in die Werkzeugmaschine (1) eingebauten Sensoreinrichtung (12,13,17) empfangen wird, wobei die Werkzeugmaschine (1) eine um eine Spindeldrehachse (18) drehbare Spindel (2) aufweist, wobei die Richtung eines Strahlungsabschnitts (IIa) des Laserstahls
(10) mit der Richtung der Spindeldrehachse (18) im Wesentlichen übereinstimmt, wobei von der Sensoreinrichtung (12,13,17) Messdaten erzeugt werden und an eine Steuereinrichtung (19), die die Bewegung der Spindel (2) steuert, ü- bermittelt werden, wobei von der Steuereinrichtung (19) anhand der Messdaten ein Fehlermodell der Werkzeugmaschine (1) erstellt und/oder parametriert wird.
PCT/EP2008/060607 2007-09-03 2008-08-13 Werkzeugmaschine WO2009030585A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102007041827.4 2007-09-03
DE102007041827.4A DE102007041827B4 (de) 2007-09-03 2007-09-03 Werkzeugmaschine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009030585A1 true WO2009030585A1 (de) 2009-03-12

Family

ID=40130502

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2008/060607 WO2009030585A1 (de) 2007-09-03 2008-08-13 Werkzeugmaschine

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102007041827B4 (de)
WO (1) WO2009030585A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2390737A2 (de) 2010-05-28 2011-11-30 Dörries Scharmann Technologie GmbH Verfahren zur Maschinenvermessung
DE102010006504B4 (de) * 2010-01-28 2013-11-21 Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Bestimmung der Position eines Werkzeuges

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2878920A1 (de) * 2013-11-28 2015-06-03 Hexagon Technology Center GmbH Kalibrierung einer Koordinatenmessmaschine mithilfe eines Kalibrierungslaserkopfs am Werkzeugmittelspunkt
CN104325359B (zh) * 2014-11-24 2016-08-31 上海交通大学 一种局部变形量的实时非接触测量与补偿装置
CN109926828B (zh) * 2019-01-25 2020-05-05 江阴听阳机械有限公司 一种用于加工直角型鱼尾板的生产线
CN110064969A (zh) * 2019-03-21 2019-07-30 湖北江山华科数字设备科技有限公司 一种多轴数控机床体积误差激光测量与补偿系统
CN112605717B (zh) * 2020-12-08 2022-04-01 中北大学 难磨狭小空间零件的高频振动机器人打磨装置及刀具自补偿方法
CN115647451B (zh) * 2022-06-23 2024-09-27 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 一种单刃金刚石球头铣刀偏心轮廓误差补偿方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2150715A (en) * 1983-10-20 1985-07-03 Citizen Watch Co Ltd System for correcting or compensating for errors in the axial position of a spindle
EP1302743A1 (de) * 2001-10-15 2003-04-16 Mori Seiki Co., Ltd. Vorrichtung zur Messung der Genauigkeit einer Werkzeugmaschine
US6615102B1 (en) * 1998-07-10 2003-09-02 Fidia S.P.A. Process and system for compensating static errors on numerically controlled machine tools
US20030184768A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Mori Seiki Co., Ltd. Accuracy analyzing apparatus for machine tool

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62213945A (ja) * 1986-03-12 1987-09-19 Toshiba Mach Co Ltd 工作機械の熱変位補正装置
ITVE20010036A1 (it) * 2001-08-08 2003-02-08 Fpt Ind Spa Metodo per effettuare in modo automatico la correzione degli errori sistematici in macchine di misura ed in macchine operatrici ed apparecch

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2150715A (en) * 1983-10-20 1985-07-03 Citizen Watch Co Ltd System for correcting or compensating for errors in the axial position of a spindle
US6615102B1 (en) * 1998-07-10 2003-09-02 Fidia S.P.A. Process and system for compensating static errors on numerically controlled machine tools
EP1302743A1 (de) * 2001-10-15 2003-04-16 Mori Seiki Co., Ltd. Vorrichtung zur Messung der Genauigkeit einer Werkzeugmaschine
US20030184768A1 (en) * 2002-03-27 2003-10-02 Mori Seiki Co., Ltd. Accuracy analyzing apparatus for machine tool

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010006504B4 (de) * 2010-01-28 2013-11-21 Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg Verfahren zur Bestimmung der Position eines Werkzeuges
EP2390737A2 (de) 2010-05-28 2011-11-30 Dörries Scharmann Technologie GmbH Verfahren zur Maschinenvermessung
DE102010021839A1 (de) 2010-05-28 2011-12-01 Dörries Scharmann Technologie GmbH Verfahren zur Maschinenvermessung
EP2390737A3 (de) * 2010-05-28 2013-10-02 Dörries Scharmann Technologie GmbH Verfahren zur Maschinenvermessung
US8659763B2 (en) 2010-05-28 2014-02-25 Dorries Scharmann Technologie Gmbh Method for machine measurement

Also Published As

Publication number Publication date
DE102007041827A1 (de) 2009-03-05
DE102007041827B4 (de) 2018-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007041827B4 (de) Werkzeugmaschine
DE3126276C2 (de)
EP2700461B1 (de) Vorrichtung zum Einspannen eines Werkzeugs oder eines Werkstücks und Verfahren zum Betätigen einer solchen Spannvorrichtung
DE19960834B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Störungserfassung, insbesondere zur Kollisionserfassung, im Antriebssystem einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
WO2000035631A1 (de) Verfahren und schleifmaschine zur prozessführung beim schälschleifen eines werkstückes
DE102007020265A1 (de) Verschiebungs- und Auslenkungsmessvorrichtung für die Hauptspindel einer Werkzeugmaschine
DE3530576A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum vermessen eines werkstuecks
EP0707920A2 (de) Kompakter Laserbearbeitungskopf zur Lasermaterialbearbeitung mit integrierter on-line-Bahnkontrolle
EP3681670B1 (de) Vorrichtung zur ausrichtung und positionierung eines werkstücks relativ zu einem laserstrahl einer laserbearbeitungsmaschine
EP2919081B1 (de) Bearbeitungsmaschine mit Berücksichtigung von Lagefehlern bei Kollisionsprüfung
EP2835702B1 (de) Verfahren zur Vermessung wenigstens einer Rundachse einer Werkzeugmaschine
DE102017003833B4 (de) Laserbearbeitungsvorrichtung und Laserbearbeitungsverfahren
DE4108880A1 (de) Numerische steuerung fuer maschinen
DE4411263C2 (de) Verfahren zur Überprüfung der Führungsgenauigkeit einer Brennschneidmaschine und Anordnung zur Durchführung des Verfahrens
EP0729005B1 (de) Messvorrichtung zur Kontrolle der geometrischen und dynamischen Genauigkeit von NC-Werkzeugmaschinen und Industrierobotern
WO2006005700A1 (de) Regelungsverfahren für eine werkzeugmaschine mit numerischer steuerung
DE102009024752A1 (de) Verfahren zum Vermessen und/oder Kalibrieren einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine
DE2931845C2 (de) Kopiersteuerungsvorrichtung für eine Kopierfräsmaschine mit Werkzeugwechseleinrichtung
DE102009003504A1 (de) Verfahren zum Vermessen bzw. Bearbeiten einer Oberfläche und zugehörige Verrichtung
DE102013003585A1 (de) Verfahren zur Verzahnungsmessung sowie Messeinrichtung und Verzahnmaschine
DE3618349C2 (de)
DE102021109788A1 (de) Zahnradbearbeitungsvorrichtung
EP3596563B1 (de) Verfahren zum bearbeiten von werkstücken mit einem bearbeitungszentrum
DE19738096A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Positionierung eines Werkzeugs
DE10257229A1 (de) Vorrichtung zur Steuerung einer Werkzeugmaschine sowie Werkzeugmaschinen mit einer solchen Vorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 08787158

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 08787158

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1