DD244282A3

DD244282A3 - Optoelektronischer Verschleißsensor zur automatisierten berührungslosen Werkzeugverschleiß- und Werkzeugbruchidentifikation

Info

Publication number: DD244282A3
Authority: DD
Publication date: 1987-04-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Verschleisssensor zur automatisierten beruehrungslosen Werkzeugverschleiss- und Werkzeugbruchidentifikation, vorzugsweise an spanenden Werkzeugen. Der Einsatz der Vorrichtung ist in Verbindung mit bekannten Verfahren zur Verschleissmessung mittels einer optoelektronischen Sensorkamera, die zeilenweise die Frei- und Verschleissflaeche eines spanenden Werkzeuges unter Nutzung des Reflexionsprinzips abtastet, moeglich. Das Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung einer Vorrichtung, die in Verbindung mit einem Mikrorechner die mittlere Verschleissmarkenbreite, partielle Schneidenausbrueche, Aufbauschneidenbildung, Maximalverschleiss und Werkzeugbruch ermittelt, signalisiert und ausgibt. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass bekannte aufwandsarme elektronische Baugruppen-Komparatoren, Zaehlern, Torschaltungen, Digital-Analog-Umsetzer, digitale Anzeigen, mit einem Mikrorechner zu einem Verschleiss- und Werkzeugbruchsensor kombiniert werden.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Verschleißsensor zur automatisierten berührungslosen Ermittlung der Verschleißmarkenbreite sowie zur Werkzeug brucherkennung an spanenden Werkzeugen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist eine Einrichtung zur Kontrolle und Überwachung an Werkzeugmaschinen bekannt, mit der eine flächenmäßige Kontrolle eines Werkzeugs auf Bruch und Verschleiß vorgenommen wird (DD-WP 0153746). Der Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß eine komplizierte Videokamera schwenkbar im Arbeitsraum der Maschine angeordnet ist und die Speicherung des dem Videobild entsprechenden Bitmusters einen relativ großen Digitalspeicher erfordert.

Weiterhin ist ein optoelektronischer Verschleißsensor zur automatisierten berührungslosen Ermittlung der Verschleißmarkenbreite (Aktenzeichen WPG 01 N/2428220) bekannt, bei dem das von einer Lichtquelle ausgehende und durch ein Linsensystem gebündelte Licht von der Verschleißfläche des Werkzeugs reflektiert wird, auf ein Objektiv trifft und auf eine senkrecht zur Schneidkante angeordnete Sensorzeile sich die Verschleißmarkenbreite abbildet.

Zur Bestimmung der mittleren Verschleißmarkenbreite wird das Werkzeug in Richtung der Hauptschneide verfahren. Ein Nachteil des genannten Verfahrens besteht darin, daß nur die mittlere Verschleißmarkenbreite ermittelt werden kann und keine Informationen über den Zustand der Werkzeugschneide hinsichtlich Werkzeugbruch, partieller Schneidenausbrüche, Aufbauschneidenbildung und Maximalverschleiß erfolgt.

Bekannt ist weiterhin eine industriell gefertigte CCD-Zeilenkamera mit Steuerkarte, deren Aufbau kompliziert ist. Außerdem findet keine Vorverarbeitung der Daten auf der Steuerkarte statt, so daß größerer Speicherplatzaufwand, kompliziertere Programmsysteme und längere Rechenzeit die Folge sind.

Der zur Auswertung der Daten notwendige Digitalrechner und die Steuerkarte können nicht räumlich getrennt werden. Deshalb muß nicht nur für die Kamera sondern auch für den Digitalrechner der an Werkzeugmaschinen übliche Schutzgrad hergestellt werden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen optoelektronischen Verschleißsensor zu schaffen, der neben der mittleren Verschleißmarkenbreite weitere Kenngrößen des Verschleißes von spanenden Werkzeugen erfaßt, eine hohe Flexibilität in der Anwendung sichert und einfach im Aufbau ist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur automatisierten berührungslosen Ermittlung der Verschleißmarkenbreite und zur Werkzeugbrucherkennung an spanenden Werkzeugen zu schaffen, die die mittlere Verschleißmarkenbreite, Werkzeugbruch, partielle Schneidenausbrüche, Aufbauschneidenbildung und Maximalverschleiß erfaßt, keiner Justage und Kalibrierung vor jeder Messung bedarf, eine hohe Flexibilität in der Anwendung sichert und einfach im Aufbau ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der optoelektronische Verschleißsensor aus zwei Komparatoren (3,4), zwei Torschaltungen (5,6), einen Digital-Analog-Umsetzer (7), drei Zählern (8,9,10), einen Mikrorechner (11) und einer alphanumerischen Anzeige (12) gebildet wird, wobei durch die beiden Komparatoren (3,4) mit unterschiedlich eingestellten Schaltschwellen (K₃, K₄) sowohl die mittlere Reflexion der Bruchfläche als auch die starke Reflexion von der Verschleißfläche von der äußerst geringen Reflexion der Freifläche des Werkzeuges selektiert werden.

Dabei wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich auf einer bekannten auf dem Reflexionsprinzip beruhenden Anordnung mit optoelektronischer Sensorkamera Werkzeugbruchfläche, Verschleißfläche und Freifläche mit einer charakteristischen voneinander unterscheidbaren Helligkeit abbilden. Das von einer optoelektronischen Sensorkamera gelieferte Signal der

Abtastung eines spanenden Werkzeuges wird mittels zweier Komparatoren digitalisiert, so daß in zwei Zählern Impulse gezählt werden, deren Anzahl ein Maß für den Werkzeugbruch und den Werkzeugverschleiß darstellt. In einem dritten Zähler werden Impulse gezählt, deren Anzahl den Ort der Schneidkante charakterisiert. Durch Übernahme der in den drei Zählern stehenden Informationen in den Mikrorechner können die mittlere Verschleißmarkenbreite, partielle Schneidenausbrüche, Aufbauschneidenbildung, Maximalverschleiß und Werkzeugbruch ermittelt, signalisiert bzw. ausgegeben werden. Weiterhin übernimmt der Mikrorechner die Steuerung des Taktes der Sensorkamera und über einen Digital-Analog-Wandler die Einstellung einer Komparatorschwelle.

Ausführungsbeispiel

Nachstehend wird der erfindungsgemäße Verschleißsensor an einem Beispiel näher erläutert. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen

Fig. 1: das Blockschaltbild des Verschleißsensors Fig. 2: Impulsfolge am Ausgang der Sensorkamera

Mittels einer optoelektronischen Sensorkamera 1 wird in bekannter Weise eine Impulsfolge a erzeugt, deren Amplitude der Stärke der Reflexion eines spanenden Werkzeuges an der Frei- und Verschleißfläche entspricht. Diese Impulsfolge wird den Komparatoren 3 und 4zugeführt. Dabei werden im Zähler 8 die vom Komparator 3, dessen Schwelle auf den Betrag 53 eingestellt ist, und dem Tor 5 selektierten Impulse einer Abtastung der Sensorkamera addiert. Der Betrag des Zählers 8 entspricht nach einer Abtastung der Ausdehnung eines Schneidenausbruchs senkrecht zur Schneidkante des Werkzeugs gemessen. Im Zähler 9 werden die vom Komparator 4, dessen Schwelle auf den Betrag 54 eingestellt ist, selektierten Impulse, deren Anzahl dem Freiflächenverschleiß entspricht, addiert. Durch Addition der Taktimpulse von Beginn der Abtastung einer Zeile bis zum Umschalten des Komparators 4 und damit des Schließens des Tores 6 enthält der Zähler 10 einen Wert, der in Verbindung mit dem Wert des Zählers 8 die Lage der Schneidkante des Werkzeuges bestimmt. Durch Übernahme der Inhalte der Zähler 8,9,10 in den Mikrorechner 11 nach jeder Abtastung der Sensorkamera 1 und die Bestimmung der Anzahl der Abtastungen im Mikrorechner 11 und ihre Verarbeitung werden die mittlere Verschleißmarkenbreite, partielle Schneidausbrüche, Aufbauschneidenbildung, Maximalverschleiß und Werkzeugbruch ermittelt und über die Anzeige 12 signalisiert bzw. ausgegeben.

Die Takterzeugung 2 der Sensorkamera 1 und die Einstellung der Komparatorschwelle 54 des Komparators 4 über den Digital-Analog-Umsetzer 7 wird vom Mikrorechnern gesteuert.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Optoelektronischer Verschleißsensor zur automatisierten berührungslosen Werkzeugverschleiß- und Werkzeugbruchidentifikation an spanenden Werkzeugen in Verbindung mit bekannten Verfahren zur Verschleißmessung mittels einer optoelektronischen Sensorkamera, die zweitweise die Frei- und Verschleißfläche eines spanenden Werkzeuges unter Nutzung des Reflexionsprinzips abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß der optoelektronische Verschleißsensor aus zwei Komparatoren (3,4), zwei Torschaltungen (5,6), einem Digital-Analog-Umsetzer (7), drei Zählern (8,9,10), einem Mikrorechner (11) und einer alpha-numerischen Anzeige (12) besteht, wobei durch die beiden Komparatoren (3,4) mit unterschiedlich eingestellten Schaltschwellen (K₃, K₄) sowohl die mittlere Reflexion der Bruchfläche als auch die starke Reflexion von der Verschleißfläche von der äußerst geringen Reflexion der Freifläche des Werkzeuges selektiert werden.

2. Optoelektronischer Verschleißsensor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Komparatoren (3,4) selektierten und in den Zählern (8,9) addierten Impulse, deren Anzahl ein Maß für den Werkzeugbruch und Werkzeugverschleiß darstellt und die in den Zähler (10) addierten Taktimpulse, deren Anzahl gemeinsam mit den in Zähler (8) gespeicherten Impulsen den Ort der Schneidkante charakterisiert, werden einem Mikrorechner (11) zur Auswertung zugeführt, der außerdem die Takterzeugung der Sensorkamera steuert und über einen Digital-Analog-Umsetzer (7) die Schwelle (K₄) des Komparators (4) den unterschiedlichen Reflexionsbedingungen der Schneidstoffe anpaßt.