DD220124A1 - Einrichtung zur optischen ueberwachung spanender werkzeuge - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Ueberwachung spanender Werkzeuge, die beispielsweise in NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, wobei die Einrichtung einen fotoelektrischen Messfuehler aufweist, in dessen Strahlengang die Schneide des Werkzeuges eintaucht, und der mit einer Auswerteeinrichtung in Verbindung steht. Ziel ist eine Einrichtung, die gegenueber den bekannten Einrichtungen einen geringeren Aufwand erfordert und eine hoehere Genauigkeit der Messergebnisse ermoeglicht. Hierbei sollen mit Hilfe verhaeltnismaessig einfacher Messtechnik und bei wesentlich reduzierter Speicherkapazitaet eine Ueberwachung der Werkzeuge moeglich sein, wobei der Einfluss der Maschinengenauigkeit auf die gewonnenen Messsignale ausgeschlossen ist. Erfindungsgemaess ist der Messfuehler innerhalb der Einrichtung in mehreren Freiheitsgraden elastisch beweglich angeordnet und weist einen starr mit ihm verbundenen Anschlag auf, der in den Bereich des Strahlenganges, der nicht von der Schneide des Werkzeuges verdeckt wird, hineinragt und der auf das Werkzeug gerichtete Anlageflaechen besitzt. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung

Einrichtung zur optischen Überwachung spanender werkzeuge

Anwendungsgebiet der Erfindung .

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur optischen Überwachung spanender Werkzeuge, die insbesondere in der automatischen Fertigung, beispielsweise in ITC-gesteuerten 'Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, -wobei die Einrichtung einen foto elektrisch en Meßfühler, bestehend aus Licht sen der und -empfänger und zur Beeinflussung des Lichtstrahles erforderlichen optischen Bauteilen, aufweist, in d.essen Strahlengang die Schneide des Werkzeuges eintaucht, und der mit einer Auswert eeinri cn tung, beispielsweise mit der Steuerung der Werkzeugmaschine in Verbindung steht. .

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Ih hochautomatisierten Werkzeugmaschinen sind zur Überwachung der unmittelbar mit dem spanenden Werkzeug verbundenen Prozesse Meßeinrichtungen, insbesondere Meßfühler eingesetzt, deren Signale Auskunft über Werk zeug an Wesenheit, Werkzeugposition, We rk zeug ve rs ch le iß , ' We rk ze ug bruch u. a. g eb en. Di es e Signale werden in den Steuereinrichtungen der Werkzeugmaschine verarbeitet und beispielsweise zur automatischen Unterbrechung

OA ΠΠ

' ' . ' . · · · \· ί ,

de s Ze rs panung sv or gang es mit ans eh Ii efi en dein We rk ze ug we ch se 1 verwendet. Zur Überwachung des 'Sehne id en zu st an des wird bei der direkten Messung der Verschleißgrößen V er se blei ßmar kenbreite ,Ko Iktiefe, Sehne idkant enve rs at ζ und Schneidenbruch ermittelt. Dazu ist ein Verfahren bekannt, das zur Überwachung der Werkzeugschneide mit einem in eine HC-Steuerung eingegebenen Programm arbeitet , durch welches die Werkzeugschneide mit ihrer Außen kontur entlang eines Lichtpunktes eines; f ο to elektrisch en Keß fühl ers bewegt 'und bei einem Fehler' in der Kontur der Werkzeugschneide ein Warnsignal ausgelöst wird .(EB-OS:.2 747 487). Dabei geht es um das Abtasten der Werkzeugschneide durch einen in. Schnittrichtung verlaufenden gebündelten Lichtstrahl.· Dadurch v/ird zwar der gesamte interessierende. Sehn ei de nb er ei bh dargestellt, jedoch ist umfangreiche Rechnerkapazität erforderlich, um den wiederholten Vergleich mit der Sollkontur zu vollziehen. Die Schneide wird in genüg en dkl eine η Abständen abgetastet.- Für jede Ließ st el Ie 'muß dementsprechend ein Sollwert gespeichert werden. Bin weiterer ITachte.il besteht darin, daß die Positionierung des 'ferkzeugs und die Relativbewegung zwischen Werkzeug und Füh- '; ler durch die Achsen der Werkzeugmaschine erfolgt unqdarait .... Maschinerif ehler durch Positionierabweichungen und Wärmedeformation in das Keßergebnis eingehen und dieses somit verfälschen. .." ". " . .

Als weitere Un ge nauigk ei t geht der Fehler des Wegmeß syst ems ' der Verstellung der Werk zeug schnei de in das Ließergebnis ein, ."'.da als Maß für den Verschleiß der werkzeugschneide die Größe angenommen wird, um die die Werkzeugschneide verstellt werden muß, um den Liehtpunkt wieder in der ursprünglichen Weise abzudecken. Die Änderung der Lichtintensität wird lediglich zur Auslösung eines St euer Vorganges ausgenutzt und nicht quanti- ,

- tat i ν erfaßt.. : , V .

Ziel der Erfindung · · .· ._ ' -

Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur optischen Überwachung spanender:'Werkzeuge· zu schaffen, die gegenüber -

den bekannten Einrichtungen einen geringeren Aufwand erfordert und eine höhere Genauigkeit der Meßergebnisse errnög- ·... licht.

Darlegung des Wesens der Erfindung ' ' .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,. die bekannten optischen Einrichtungen derart zu verändern, daß mit Hilfe verhältnismäßig einfacher Meßtechnik und bei wesentlich reduzierter Speicherkapazität eine Überwachung der Werkzeuge möglieh ist, wobei der Einfluß der Maschinenungenauigkeit, beispielsweise infolge von Positionierabweichungen, der Vorschubantriebe., auf die gewonnenen Keßsignale ausgeschlossen ist. Pern er soll eine quantitative Analyse des am Licht empfänger ankommenden Signals möglich sein.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Heßfühler innerhalb der Einrichtung in mehreren, zweckmäßigerweise in mehr als zwei Freiheitsgraden elastisch beweglich angeordnet ist und einen starr mit ihm verbundenen Anschlag aufweist, der in den Bereich des Strahlenganges, der nicht von der Schneide des Werkzeuges verdeckt wird, hineinragt und der auf das Werkzeug gerichtete Anlage flächen besitzt, so daß bei Anlage nich tv er schleißend er Bereiche des Werkzeugs an diesen Anlageflächen zwischen der Schneide des Werkzeugs und dem Anschlag ein Spalt entsteht, durch den der Lichtstrahl hindurchtritt. · _f

.Um eine elastische freie Beweglichkeit des Meßfühlers in men-, reren Freiheit sgra de η der Bewegung eines Körpers innerhalb der Einrichtung zu ermöglichen, kann der Heßfühler federnd an der Einrichtung befestigt sein. Ebenso ist es möglich, außer der federnden Befestigung den Meßfühler zusätzlich in Dr eh führungen, bei spie Is v/eise Kugelgelenken zu lagern. Die gleiche 'Wirkung wird dadurch erzielt, daß der Meßfühler vollständig in gummi el as ti se he s iJaterial eingebettet ist.

Der Anschlag kann als Schablone ausgebildet sein, die die ; llegativform der Schneide des Werkzeugs aufweist.

Un eine Beeinflussung des Meßsignals durch Lichtquellen außerhalb der Meßeinrichtung zu verhindern, kann der Lichtsender des Heßfühlers mit einer Spannungsfrequenz von einigen kltz gespeist ^!w er den. , · ' . .. '-.;

Durch die. erfind ungs gemäße Lösung v/ird jegliche Auswirkung der durch die Maschinenungeiiauigkeit bedingten Fehler ,auf das Meßergebnis vermieden. Es ist ge währ leistet,- daß das Werkzeug bei jedem lüeßvorgang die gleiche Position innerhalb des, Meßfühlers einnimmt ·' Das ist insbesondere dann erforderlich, wenn beispielsweise bei Messungen des -Verschleißfort schritte das Erfassen der Änderung des Meßsignals gegenüber dem Ausgangszustand durch m eh im al ig e Me ss un ge η erforderlich ist. Dazu v/ird der Zerspanungsprozeß unterbrochen und das Werkzeug so ,in Meßpos ition gebracht, daß es mit seinen, nicht vers.chleißenden Bereichen an den Anlage flächen des in dem Meßfühler be-', festigten Anschlages, zur Anlage kommt. Da dasWerkzeug mir grob positioniert werden soll und auch bei Feinpositionierung infolge von Abweichungen der Vorschubeinrichtung en bei jedem , neuen ,Meßvorgang-eine etwas andere Lage einnimmt als beim vorherigen'., bewegt sich der Meßfühler während, des'Anlagepro-. -zess.es ·30 lange,' bis das Werkzeug satt an den Anlageflächen des Anschlages anliegt. Dabei setzt er dem Werkzeug ständig einen -,durch seine elastische Anordnung bedingten Widerstand entgegen. Dadurch" ist immer ein und dieselbe Relativ lage zwischen Werkzeugschneide und Verschleißmeßeinrichtung gewährleistet, so daß auch der Spalt zwischen Anschlag und Schneide bei unverschlissener. Schneide immer konstant bzw. bei verschlissener Schneide genau _vum den Betrag des Schneidkantenversatzes größer geworden ist. . Im letzteren Fäll macht sich die Erweiterung des Spaltes in einer dem Verschleiß entsprechenden Vergrößerung des durch den Spalt gelangenden Lichtstrahles und damit: in einer Änderung des elektrischen Signals deut lieh *

Das Erfassen der Änderung des Heßsignals gegenüber dem-Signal bei unverschlissener¹ Schneide ist besonders gut dadurch möglich, daß der Lichtstrahl einen schmalen Spalt, der durch den

An se ial ag und die Schneide des Werkzeugs gebildet wird, passiert. Die .Änderung des Heß sign als ist etwa in der Größenordnung des Ge samt signal s und damit im Verhältnis zum Ge samt signal sehr groß, so daß eine ausreichende Auf lo-sung des .Meßsignals möglich ist. Der Vorteil der Erfindung besteht in der verhältnismäßig' einfachen Bauweise der Einrichtung. An sich bekannte ο Ot is ehe Vers ch Ie iß einrichtungen werden durch die

Erfindung wesentlich verbessert, indem ihre Zuverlässigkeit "' erhöht und dadurch ihr An?; en dung sb er eich erweitert wird.

, Ausführungsbeispiel -

nachfolgend soll die Erfindung an einem Beispiel näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen ..

Pig. 1 : ' eine schematische Darstellung des Prinzips der Einrichtung und

FIq, . 2: die Befestigiing des Lleßfühlers der Einrichtung an der Werkzeugmaschine. ' .

Wie aus Pig. 1 ersichtlich, weist die Einrichtung einen Generator 1 auf, der eine 6 kHz-Spannung erzeugt, die über eine Vers tärk erst ufe 2 einem Meßfühler 3 zugeführt wird. Das vom Keßfühler 3 gelieferte Ausgangssignal wird in einem Bandpaß' 4 von Premdeinflüssen gefiltert und einem Verstärker 5 zugeführt, der ein Ausgangssignal 6 für die weitere Verarbeitung, z.3. in einer Steuerung der Werkzeugmaschine, liefert. Der Meßfühler 3 besteht aus einer Infrarot diode 7 j deren Licht-, strahlen 8, von einer optischen Linse S gebündelt, auf die . zu überwachende Schneide eines Werkzeuges 10 sowie auf. eine Schablone 11 auftreffen, die als fester Anschlag am Meßfühler 3 angeordnet ist. Ina vorliegenden Beispiel ist die Schablone 11 genau gegenüber der Schneide des Werkzeuges 10 angeordnet. Wie aus KLg. 2 zu erkennen ist, besitzt die Schablone 11 die H eg at iv form der Schneide des Werkstückes 10 und weist Anlageflächen 12 auf, an denen nichtverschleißende Bereiche des Werkzeuges 10 anliegen. Somit ist zwischen Schablone 1.1 und der Schneide des Werkzeugs 10 ein der !Form der

'Schneide ent sprech-ender Spalt 13 entstanden. Die Breite des Spalts 13 soll etwa in der Größenordnung des au erwartenden Sclmeidkantenversatzes der Schneide gewählt werden, um die .verhältnismäßig kleinen iin de rung en in der Lichtintensität -in «folge der Sp al tv er br ei te rung bei verschlissener Sehn'ei de exakt auswerten zu körnen. Das durch den Spalt 13 hindurch-. ..tretende Strahlenbündel 14 gelangt über eine weitere, zum. Meßfühler 3 gehörende optische Linse 15 auf eine Smpfängerdiode 16, die das Ausgangs sign al des Ließ fühl er s 3 liefert. Der· jeweils registrierte Meßwert stellt im Vergleich zum'Meß

• wert des Spaltes 13 bei unverschlissener. Schneide ein Ivlaß für den Schneidkantenversatz im Bereich der Haupt schneide, des Schneidenradius und der ITebenschneide dar* .

Pig. ,2. zeigt den Einbau des Meßfühlers 3 i£> einer We rk zeug .maschine 17· Im vorliegenden Beispiel ist er mittels Federn und einer Dreh führung 19 so angeordnet, daß er sich in den durch Pfeile gekennzeichneten Richtungen innerhalb'der elast is ch en Ί? ed er we ge frei' be we ge η kann'. Der erste Ließvorgang erfolgt vor dem Zerspanungsvorgang an einem· werkzeug 10 mit ^; unve rs cn Ii ssen er Schneide« Dabei fährt das Werkzeug 10 entsprechend einer vorprogrammierten Position in den Ließfühler'. 3<\ hinein.^: Diese Position ist so gewählt, daß das Werkzeug 10 in jedem Fall mit seinen nicht verschleiß enden Bereichen ah den in lage fläche η 12 der-Schablone 11 anstößt, so daß sich dabei der Meßfühler 3 innerhalb seiner elastischen Bewegungsfreiheit bewegt.und gegen das Werkzeug TO positioniert. Das gegenseitige Positionieren ist dann abgeschlossen, wenn die nichtverschleiße'nden Bereiche des Werkzeuges 10 an.den Anlageflächen i2 der Schablone 11 satt anliegen. Dadurch ist gewährleistet, daß bei jedem Meßvorgang immer die gleiche Relativlage zwischen/Werkzeug 10 und.-Meßfühler 3 vorhanden ist,· unabhängig von der Posit ioni erst reubreit e der Werkzeugmaschine.

Alle folgenden Meß vorgänge laufen in gleicher Weise, ab.' Der Zerspanungsprozeß wird "unterbrochen und das Werkzeug 10 in .Meßposition gebracht. Bei gleicher Relativ lage von Werkzeug und Meßfühler 3 und damit auch bei gleicher Stellung der

'<Yerkseugschneide gegenüber dem Strahlenbündel gelangt infolge der durch Verschleiß der Schneide' bedingten Vergrößerung, des Spaltes 13 mehr Licht auf die Empfähgerdiode 16. Das entstehende Signal gibt Auskunft über quantitative Veränderungen an der Werkzeugschneide. _:

Claims (6)

iürfindungs on spruch : . . v ' .

1. Einrichtung, zur optischen überwachung spanender Werkzeuge , die insbesondere in der automatischen Fertigung,' bei- ' spielsweise in IiC-gesteuert en Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, wobei die Einrichtung einen fotoelektrischen Meß- · fühler, bestehend aus Licht sender und -empfanger und den erforderlichen optischen Bauteilen zur Beeinflussung des X icht strahl'es, aufweist, in dessen Strahlengang die Schneide des ,Werkzeugs eintaucht und der mit einer Au sw er te einrichtung, beispielsweise mit der Steuerung der Werk zeugma-

,, schine in Verbindung steht,, gekennzeichnet- dadurch, daß der Meßfühler" (3) innerhalb der Einrichtung in mehreren, . ζ we ckmäßi gerweise in mehr als zwei Freiheitsgraden el'astisch beweglich angeordnet ist und einen starr mit ihm

, verbundenen Anschlag' aufweist j der in den Bereich des ,·' Strahlenganges, der nicht von der Schneide des Werkzeugs(10) verdeckt vard, hineinragt und der auf das Werkzeug (10) gerichtete An lage fläche η (12) besitzt,- so daß bei Anlage nichtverschle iß ender Bereiche des Werkzeugs (10) an diesen Anlageflächen (12). zwischen der Schneide-des Werk-

' :zeugs (10) und dem Anschlag ein Spalt (13) entsteht, durch den der Licht strahl ,hindurchtritt.,

2. Einrichtung nach 'Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der · Meßfühler (3) federnd an der Einrichtung befestigt ist.

3. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß. der · '.'- Meßfühler (3) federnd und mittels. Drehführüng (19) an der

^! Einrichtung befestigt ist. .

4· Binrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Meßfühler (3) in ein gummielastisches Material eingebettet

5, Einrichtung nach Punkt 1 bis 4, gekennzeichnet' dadurch, daß der Anschlag aus einer Schablone (11) gebildet wird, die die Form des legativs der Werkzeugschneide aufweist.

6. Sinrich.tung nach Pankt 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß der Licht sender mit einer Spannungsfrequenz von eini-

- gen kHz gespeist wird. - ' ,

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen ; . '