DD245488A1

DD245488A1 - Verfahren und einrichtung zur beruehrungslosen bewertung der oberflaechengeometrie bewegter spitzer metallteile

Info

Publication number: DD245488A1
Application number: DD28641586A
Authority: DD
Inventors: Achim Trummer; Klaus Schuricht
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1986-01-23
Filing date: 1986-01-23
Publication date: 1987-05-06

Abstract

Das Verfahren und die Einrichtung zur beruehrungslosen Bewertung der Oberflaechengeometrie bewegter spitzer Metallteile beziehen sich auf die Ueberwachung des Verschleisses bewegter, geometrisch bestimmter Schneidwerkzeuge, z. B. Fraeskoepfe. Die Erfindung hat eine schnellere und genauere Verschleissbewertung zum Ziel und realisiert diese Aufgabe unter Nutzung des Prinzips der elektrischen Koronaentladung durch eine zu der Bewegungsbahn des spitzen Metallteiles ausgerichtete Messelektrode, in deren Form und/oder raeumlicher Lage mindestens zwei verschiedene Elektrodenabstaende zwischen Messelektrode und Metallspitze gespeichert sind. Die dadurch bei Relativbewegung der Metallspitze infolge des Wirksamwerdens verschiedener Feldstaerkeebenen auftretende Koronastromaenderung wird in vorgegebenen Messpositionen der Metallspitze erfasst, gespeichert und ausgewertet. Diese zeitlich gestaffelte Erfassung des abstandsabhaengigen Koronastromes gestattet eine quasiraeumliche Bewertung der Oberflaechengeometrie der bewegten Metallspitze. Moegliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Werkzeugverschleiss- und Werkzeugbruchidentifikation an spanenden, geometrisch bestimmten Schneidwerkzeugen in automatisierten Fertigungssystemen. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur berührungslosen Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile, vorzugsweise an Werkzeugen oder Werkstücken in automatisierten Produktionssystemen, z. B. zur Überwachung des Verschleißzustandes von Spitzen und/oder Schneidkanten spanender Werkzeuge mit geometrisch bestimmter Form.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Zur berührungslosen Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile werden verschiedenartige physikalische Wirkprinzipien genutzt. So werden bewegte Metallteile in DDWP 109260 über die Reflexion von Lichtstrahlung und in DDWP 78842 über die abstandsabhängige Änderung eines magnetischen Flusses bewertet. Nachteilig ist für beide Lösungen die Signalgewinnung aus nur einer Koordinatenrichtung bzw. -ebene, hinzu kommt eine starke Verfälschung der Bewertungssignale bei Drehzahl-oder Geschwindigkeitsänderungen. Nach SU-PS 582914 und DDWP 210744 wird eine elektrische Koronaentladung zur Bewertung der Oberflächengeometrie spitzer Metallteile verwendet.

Die erstgenannte Lösung besitzt den Nachteil, daß eine relative Ruhelage des spitzen Metallteiles vorausgesetzt werden muß. Beide Lösungen haben den Nachteil, daß nur die Spitze oder Kante des Metallteiles bewertet werden kann, die zu einer Meßelektrode den geringsten Abstand hat, da eine Abtastung nur in einer Feldstärkeebene erfolgt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren und eine Einrichtung zur berührungslosen Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile als integrierten Bestandteil eines automatisierten Fertigungsprozesses zu schaffen, so daß eine automatische Werkzeugüberwachung und eine Einsparung von Hilfszeiten erreicht werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur berührungslosen Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile, vorzugsweise von Werkzeugspitzen und/oder -schneiden derart zu schaffen, daß mittels der an sich bekannten Koronaentladung ein genaues, quasiräumliches Abbild der zu bewertenden Oberflächengeometrie gewonnen wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß unter Verwendung einer Meßelektrode, die in eine relative Bezugslage zur Bewegungsbahn des spitzen T/letallteiles gebracht wird und einer Hochspannung, die zwischen Meßelektrode und spitzem Metallteil eine stabile Koronaentladung ausbildet, dadurch gelöst, daß zeitlich gestaffelt zumindestens zwei Meßpositionen zwischen dem bewegten spitzen Metallteil und einer Meßelektrode hergestellt werden. Dabei sind die für die verschiedenen Meßpositionen erforderlichen Elektrodenabstände vorzugsweise in der geometrischen Form und/oder räumlichen Anordnung der insbesondere bezüglich der Bewegungsbahn des spitzen Metallteiles feststehenden Meßelektrode gespeichert. Die unterschiedlichen Abstände zwischen spitzem Metallteil und Meßelektrode repräsentieren verschiedene Feldstärkeebenen im Bereich der die Spitze und/oder Kante(n) begrenzenden Oberflächenzonen. Die in jeder Meßposition auftretenden äquivalenten Werte des Koronastromes werden in an sich bekannter Weise gespeichert und bewertet.

Die Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens enthält eine Meßelektrode, in deren geometrischer Form und/oder räumlichen Anordnung zwei oder mehrere diskrete Abstandswerte, bezogen zur Bewegungsbahn des spitzen Metallteiles gespeichert sind, wodurch jeweils Lage und Gradient der Feldstärkeebenen der stabilen Koronaentladungen festgelegt werden.

Diese Meßelektrode ist mit dem spitzen Metallteil, einem Meßwiderstand und einer Hochspannungsquelle zu einem Stromkreis zusammengeschaltet.

Jede vorgegebene Meßpositition wird mit einem jeweils zugeordneten Positionssensor erfaßt. Jedem Positionssensor sind eine Torschaltung und ein Meßspannungsspeicher nachgeordnet. Alle erfaßten und gespeicherten Meßinformationen werden in einer Auswerteeinheit zur Bewertung der Oberflächengeometrie herangezogen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: Blockschaltbild und eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung (für radiale Meßanordnung mit Abstandsvorgabe durch die räumliche Anordnung der Meßelektrode)

Fig. 2: Axiale Meßanordnung mit Abstandsvorgabe durch die räumliche Anordnung der Meßelektrode Fig. 3: Radiale Meßanordnung mit Abstandsvorgabe durch die Form der Meßelektrode Fig. 4: Axiale Meßanordnung mit Abstandsvorgabe durch die Form der Meßelektrode

Die Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile soll nachstehend am Beispiel der Überwachung eines rotierenden Schneidwerkzeuges mit geometrisch bestimmter Form dargestellt werden. Zur Anwendung kommt das bekannte Prinzip der elektrischen Koronaentladung. Danach wird die Größe des Entladungsstromes der Koronaentladung bei vorgegebenem Abstand und bekanntem Wert der Hochspannung zwischen den beteiligten Elektroden im wesentlichen von der Oberflächengeometrie des bewegten spitzen Metallteiles bestimmt. Die Anwendung des vorliegenden Verfahrens geht davon aus, daß bei konstant gehaltener Hochspannung das bewegte spitze Metallteil 1 in bezug zu einer Meßelektrode 2 über seine Bewegungsbähn eine Abstandsveränderung hervorruft. Diesen unterschiedlichen Abständen entsprechen unterschiedliche Feldstärkeebenen am bewegten spitzen Metallteil 1, die bewirken, daß sich außer an der, der Meßelektrode 2 am nächsten liegenden Spitze und/oder Kante auch an weiter zurückliegenden Oberflächenzonen des bewegten spitzen Metallteiles 1 stabile Koronaentladungen 3; 4 ausbilden können, wodurch ein quasiräumliches Abbild der Oberflächengeometrie entsteht. In Figur 1 ist die Einrichtung zur Realisierung des Verfahrens dargestellt. Das bewegte spitze Metallteil 1, beispielsweise die Schneide einer Bohrstange oder eines Fräskopfes, wird an einer tangential zur Bewegungsbahn angeordneten ebenen Meßelektrode 2 vorbeigeführt, wodurch radiale Abstandsänderungen in Abhängigkeit von der räumlichen Lage der Meßelektrode 2 entstehen. In Figur 2 wird dies auf gleiche Weise bei axialer Anordnung der Meßelektrode 2 erreicht. Die Figuren 3 und 4 zeigen die Möglichkeiten der Abstandsänderungen durch die geometrische Form der Meßelektrode 2 für radiale und axiale Meßanordnungen. Aus der Vielzahl der möglichen Abstände zwischen bewegtem spitzem Metallteil 1 und Meßelektrode 2 werden ein erster Elektrodenabstand Αι und ein zweiter Elektrodenabstand A₂ vorgegeben, denen eine erste Meßposition P₁ und eine zweite Meßposition P₂ des bewegten spitzen Metallteiles 1 zugehörig sind. Die erste Meßposition P₁ wird durch einen ersten Positionssensor 7 und die zweite Meßposition P₂ durch einen zweiten Positionssensor 8 erfaßt. Das bewegte spitze Metallteil 1 und die Meßelektrode 2 sind mit einer Hochspannungsquelle 5 und einem Meßwiderstand 6 zu einem Stromkreis derart zusammengeschaltet, daß sich bei Erreichen der ersten Meßposition P₁ am bewegten spitzen Metallteil 1 eine erste Koronaentladung 3 und bei Erreichen der zweiten Meßposition P₂ eine zweite Koronaentladung 4 ausbildet. Das aus dem Strom der ersten Koronaentladung 3 über den Meßwiderstand 6 gewonnene Meßsignal wird einer ersten Torschaltung 9 mit nachfolgendem erstem Meßspannungsspeicher 11 zugeführt. Dabei wird die erste Torschaltung 9 vom ersten Positionssensor 7 angesteuert.

Analog wird in der zweiten Meßposition P₂ der Strom der zweiten Koronaentladung 4 erfaßt und das gewonnene Meßsignal einer zweiten Torschaltung 10 mit nachfolgendem zweitem Meßspannungsspeicher 12 zugeführt. Die zweite Torschaltung 10 wird vom zweiten Positionssensor 8 angesteuert. Die in den Meßspannungsspeichern 11; 12 bereitgestellten Meßsignale werden in einer nachgeordneten Auswerteeinheit 13 zur Bewertung der Oberflächengeometrie des bewegten spitzen Metallteiles 1 verarbeitet.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur berührungslosen Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile, bei dem eine Meßelektrode in eine relative Bezugslage zur Bewegungsbahn eines spitzen Metallteiles gebracht wird und durch Anlegen einer Hochspannung zwischen Metallelektrode und spitzem Metallteil eine stabile Koronaentladung ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß zeitlich gestaffelt mindestens zwei, unterschiedliche Feldstärkeebenen repräsentierend Elektrodenabstände (A₁; A₂), die vorzugsweise in der geometrischen Form und/oder räumlichen Anordnung einer insbesondere bezüglich der Bewegungsbahn des spitzen Metallteiles (1) feststehenden Meßelektrode (2) gespeichert sind, hergestellt werden und die jeweils dabei auftretenden äquivalenten Werte des Koronastromes in an sich bekannter Weise erfaßt, gespeichet und bewertet werden.
2. Einrichtung zur berührungslosen Bewertung der Oberflächengeometrie bewegter spitzer Metallteile, dadurch gekennzeichnet, daß das spitze Metallteil (1) und die Meßelektrode (2) mit einem Meßwiderstand (6) und einer Hochspannungsquelle (5) zu einem Stromkreis zusammengeschaltet sind und zur Erfassung und Bewertung in den vorgegebenen Meßpositionen (P₁; P₂)jeein Positionssensor (7; 8), jeeineTorschaltung (9; 10),jeein Meßspannungsspeicher (11; 12) und eine Auswerteeinheit (13) angeordnet sind.