MikroKomp: Werkzeugvermessung und erweiterte Schneidenformkompensation

Diamantwerkzeuge werden in Werkzeugmaschinen vorwiegend bei der hochpräzisen Drehbearbeitung und beim Abrichten von Schleifscheiben in Schleifmaschinen eingesetzt. Beide Bearbeitungsverfahren zielen auf Fertigungstoleranzen des gesamten Prozesses kleiner als 1 µm. Formfehler des Werkzeugs können in diesem Genauigkeitsbereich nicht mehr vernachlässigt werden.

Der bisherige Ansatz der Annäherung der Geometrie der Schneidenspitze durch einen einfachen Radius ist für diese gestiegenen Ansprüche an die Fertigungsgenauigkeit unzureichend. So wandert die Position des Arbeitspunktes während der Bearbeitung innerhalb eines Schneidenabschnittes. Abweichungen der aktuellen Schneidenform von der idealen Radiusform bilden sich als Formfehler im Werkstück ab. Bestehende und die in Steuerungen implementierte Verfahren zur Schneidenradiuskompensation stoßen hier an ihre Grenzen.

Im Projekt MikroKomp entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer IPK eine Lösung für die Erfassung und steuerungstechnische Kompensation verschleißbedingter geometrischer Fehler an Werkzeugschneiden. Die Besonderheit liegt darin, dass gegenüber der bisherigen Lösung die Schneidenspitze nicht vereinfacht als Radius angenähert, sondern die tatsächliche Geometrie derSchneide einschließlich verschleißbedingter Formabweichungen im Algorithmus berücksichtigt wird. Dazu wird die Schneidenform berührungslos erfasst und eine geometrische Beschreibung der Randkontur des Werkzeugs generiert. Diese wird dann zur Berechnung der Bahnbewegungen für die Steuerung genutzt. Statt der bisher üblichen einfachen Äquidistantenbildung wird die Schneiden-Randkontur entlang der Werkstückkontur abgerollt und eine »Pseudo-Äquidistante« als Bahn gebildet. Dabei stößt man beim bildgestützten Vermessen an die Grenzen, die durch die Wellenlänge des Lichts gesetzt sind, und die nur durch speziell ausgelegte Objektive und speziell darauf ausgelegte bildverarbeitende Algorithmen beherrscht werden können. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden Lösungen folgenden drei Kernbereichen entwickelt.