[发明专利]在机加工中心创建数字孪生

说明书

本发明涉及一种用于切割材料的机加工中心(1)，该机加工中心由切割机(2a)和设定设备(5)组成，其中，该设定设备(5)具有定位设备(8)、照明设备(9，9a)和图像传感器(11)，其中，该定位设备(8)将要通过该照明设备(9，9a)照亮的工具单元(10)保持在该图像传感器(11)的前方，其方式为使得该图像传感器(11)被该工具单元(10)部分地遮挡，其中，该图像传感器(11)在至少一个空间坐标方向上的最大延伸度大于该工具单元(10)在相同空间坐标方向上的最大延伸度，并且其中，使用被遮挡区域的延伸度的值来确定该工具单元(10)的外形轮廓。

技术领域

本发明涉及一种用于切割材料的机加工中心、涉及一种相应的方法、以及涉及一种相应的用途。

背景技术

在本申请的上下文中，工具单元最初也被理解为是指单独的工具，比如例如铣刀。然而，在大多数情况下并且因此优选地，术语“工具单元”应当被理解为是指由工具夹具、内置于工具夹具中的切割工具以及任何配件组成的完整单元。

所谓的工具预设

工具的切割刃的位置长期以来一直是机床所考虑的。

为此，事先以工装表单的形式在纸上定义、或者以零件清单的形式以数字方式定义工具单元的数据。这些文档通常至少包含采用工具名称及其各个零件的项目编号的形式的数据、以及具有公差的切割刃的目标位置尺寸。

在工具组装过程中，基于这些数据来组装和测量完整的工具，并在必要时对其进行调整。参考所谓的预设。该预设确保工具的切割刃的位置尺寸对于所计划的机加工是可接受的。

切割刃的实际位置尺寸被手动地或以已知的电子方式传送到机器的控制器。

然后，切割机的控制器能够通过调整移动路径来补偿工具的切割刃包含的、在一定范围内的位置偏差。

切割刃的位置通常使用数码相机以光学方式来测量。

由于测量切割刃需要较高的精确度(该精确度通常在0.001mm至0.02mm之间的范围内)，因此相机具有较高的分辨率。然而，这仅需要较小的记录窗。因此，当前系统仅记录大约为5mm×5mm至10mm×10mm的区域。

相应的相机安装在距工具旋转轴的限定距离处，并且能够在Z轴方向上平行于工具的旋转轴且在Y轴方向上垂直于工具的旋转轴而移动。相机的光学器件被设计成使得其焦点恰好位于包含工具的旋转轴的、与相机的观察方向垂直的平面中。聚焦区域(即，景深)包括在焦平面的前方和后方的较小区域。通常使用远心透镜。

对完整工具单元的碰撞检查

然而，在现代机加工中心中，对切割刃位置的考虑并不能止于此。

替代地，通常在现代机加工中心中进行碰撞监测。为此，至少从计算方面模拟整个机加工过程，并检查工具单元与工件或周围部件(机床工作台、夹紧设备等)之间是否存在碰撞。

关于切割刃位置的数据不足以达成此目的；替代地，需要关于相应工具单元的包封轮廓的外观的信息，该信息负责确定旋转的工具单元是(仍然)具有必要的间隙还是会在机加工过程中的任何点意外地与工件碰撞。因此，需要完整工具的数字图像(所谓的“数字孪生(digital twin)”)。

关于包封轮廓的数据能够并且必须手动输入。

作为替代方案，如今使用工具或工具夹具及配件的制造商已经为其产品记录并传递给其客户的数据(如果是这样的情况的话)——此类数据并不总是可获得的。然而，数据就其格式而言并不是统一的，并且这些数据并不总是完全准确的。在实践中还发现，在例如工具夹具和切割工具(为这两者都提供了制造商特定的关于包封轮廓的数据集)的组装过程中会产生不准确性。在专用工具的情况下，通常无法从制造商处获得图纸。