DE10015005A1

DE10015005A1 - Einrichtung zur Online-Messung des Werkzeugverschleisses beim Spanen von abrasiven Materialien

Info

Publication number: DE10015005A1
Application number: DE10015005A
Authority: DE
Inventors: Georg Wendland; Klaus Rehm
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-03-20
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2001-10-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des Verschleißes von geometrisch bestimmten Werkzeugschneiden beim Spanen abrasiven Materialien, insbesondere von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen, Keramik, mineralische Werkstoffe o. dgl. DOLLAR A Die Einrichtung gestattet die Messung des Verschleißes von rotierenden Schneiden sowohl während des laufenden Prozesses der Bearbeitung als auch in Prozeßpausen. Dies erfolgt dadurch, daß die rotierenden Schneiden durch eine Lichtquelle beleuchtet werden und die Reflexion der Verschleißflächen der Schneide durch einen optischen Sensor erfasst, das erzeugte Signal durch eine Recheneinheit ausgewertet wird und eine Information über den Grad des Verschleißes der Schneiden ermittelt wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen des Verschleißes von geometrisch bestimmten Werkzeugschneiden beim Spanen abrasiven Materialien, insbesondere von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen, Keramik, mineralische Werkstoffe o. dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Der Abtrennprozeß von Spänen vom Werkstück wird durch die Verwendung von Werkzeu gen mit geometrisch bestimmten Schneiden realisiert, dabei verschleißen die Schneiden.

Bei der Bestimmung der Standzeit einer Werkzeugschneide sind vielfältige Faktoren zu be achten, die einen Einfluß auf den Verschleiß haben können, eine genaue Vorhersage ist selten möglich. Die Standzeit eines Werkzeuges wird deshalb in der Praxis über Erfahrungswerte bzw. die Festlegung von Grenzwerten bezüglich der Schnittqualität oder der Leistungsaufnahme beim Schnittprozeß ermittelt. Die so bestimmte Standzeit bezieht sich letztlich auf die durchschnittliche Wirkung des Verschleißes, die Messung des Verschleißes selbst ist im laufenden Prozess derzeit noch nicht möglich.

Eine direkte Verschleißmessung wird heute außerhalb des Bearbeitungsprozesses in Meßmaschinen und -einrichtungen an der ruhenden Werkzeugschneide durchgeführt. Derar tige Maschinen sind z. B. in [1] beschrieben. Hier dienen die Meßmaschinen der Feststellung der Werkzeuggeometrie und werden auch zur punktuellen Verschleißbegutachtung genutzt. Für den prozeßfernen Einsatz sind auch spezielle Verschleißmeßverfahren auf optoelektro nischer Grundlage [2] bekannt. Für eine Beeinflussung des Spanungsprozesses selbst, auf Grundlage einer Verschleißmessung, sind die bekannten Meßverfahren nicht nutzbar.

Bekannt sind auch optoelektronische Verfahren zur Verschleißmessung, die durch eine Projektion der Schneidkante eine Messung des Schneidenversatzes realisieren. Diese Verfahren arbeiten nur am stillstehenden, nicht im Eingriff stehenden Werkzeug.

Durch Verschleiß bildet sich an den Werkzeugschneiden eine typische, von der Materialpaa rung abhängige Verschleißgeometrie, die vielfältig untersucht wurde [3]. Als Verschleißfor men sind im wesentlichen Freiflächen- und Kolkverschleiß bekannt, sie bewirken jeweils eine Zurücksetzung der Schneidkante. Bei der Bearbeitung von abrasiven Materialien wie Holz, Holzwerkstoffen und Kunststoffen tritt im wesentlichen Freiflächenverschleiß auf.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche die Messung des Verschleißes von rotierenden Schneiden sowohl während des laufenden Prozesses der Bearbeitung als auch in Prozeßpausen gestattet.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die rotierenden Schneiden durch eine Lichtquelle beleuchtet werden und die Reflexion der Verschleißflächen der Schneide durch einen optischen Sensor erfasst, das erzeugte Signal durch eine Recheneinheit ausgewertet wird und eine Information über den Grad des Verschleißes der Schneiden ermittelt wird.

Die Geometrie der verschlissenen Schneide beim Schneiden von abrasiven Materialien wie Holz und Holzwerkstoffen oder dgl. weist eine typische Form auf.

Diese stellt sich insbesondere durch Verrundung und/oder Ausbrüche der Schneidkante dar. Die Verrundung bzw. die Ausbrüche bilden Flächen, deren Geometrie und Flächennormale oft erheblich von der unverschlissenen Geometrie der Schneide abweichen. Oftmals wird die Verrundung als Verschleißfase oder auch Mikrofreifläche bezeichnet.

Bei einer gerichteten Beleuchtung dieser Mikrofreifläche, oder einer anderen typischen Verschleißfläche, tritt Reflexion des Lichtes auf (Fig. 1). Die Intensität und Richtung dieser Reflexion ist von der Größe und der Lage der Mikrofreifläche abhängig. Durch Messung dieser Reflexion wird ein Signal erzeugt, das eine Information über den Verschleißzustand der Schneide enthält. Die Beleuchtung der Schneide wird vorteilhafterweise mit einem Laser durchgeführt.

Bei rotierenden Werkzeuges kann während der Drehung der Schneide reflektierte Strahlung gemessen werden. Die Messung des reflektierten Lichtes kann mittels optoelektronischer Sensoren erfolgen.

Im einfachsten Fall wird die Messung mit einem Punktsensor durchgeführt. Dieser kann orts fest sein und nur einen Punkt der Schneide vermessen oder während des Meßvorganges auf verschiedene Punkte der Schneide ausgerichtet werden. Eine weitere Möglichkeit besteht in der Nutzung einer linearen Sensoranordnung (z. B. einer CCD-Zeile). Dieser Sensor kann gerade Schneiden über ihrer gesamten Länge vermessen. Für die Messung von profilierten Schneiden ist die Nutzung einer Sensormatrix (z. B. einer CCD-Matrix) vorteilhaft.

Die Auswertung des Meßsignals kann nach jeder Reflexion oder nach einer Folge von Refle xionen d. h. nach einer beliebigen Anzahl von Werkzeugumdrehungen durchgeführt werden. Damit kann eine integrierende Messung durchgeführt werden. Dies hat den Vorteil, das Störsignale in einer Einzelmessung, z. B. durch in dem optischen Strahl befindliche Späne, im auszuwertenden Signal unterdrückt werden.

Zum Ermitteln eines Referenzsignales kann das Meßsystem vorteilhafterweise das Signal einer neuen nicht verschlissenen Schneide aufnehmen. Eine Recheneinheit wertet das Signal des optoelektronischen Sensors aus. Hierbei werden der zeitliche Verlauf und die Intensität des Signals bewertet. Ein Vergleich mit dem aufgenommenen Referenzsignal kann durch geführt werden.

Die Recheneinheit ermittelt für Abschnitte oder die gesamte Schneide den Verschleiß und gibt entsprechende Informationen aus. Eine günstige Funktion der Recheneinheit ist die Über wachung des Überschreitens von Grenzwerten des Verschleißes.

Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist in den anliegenden Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben:

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes System zur Verschleißmessung an rotierenden Schneiden dargestellt, das mittels eines Punktsensors an einem punktuellen Bereich der Schneide den Verschleißzustand überwacht. Ein Laser beleuchtet das Werkzeug punktförmig. Beim Durch gang der Schneide durch den Lichtstrahl wird Licht auf den Sensor reflektiert. Dieses Licht wird durch den Sensor aufgenommen und als entsprechendes Meßsignal an die Recheneinheit weitergegeben.

Eine günstige Ausführung dieser Einrichtung wird durch eine Verschiebung des Sensors und der Beleuchtung in Richtung der Werkzeugdrehachse erreicht. Damit kann der Verschleiß verlauf eines Abschnittes oder der gesamten Schneide gemessen werden.

In Fig. 3. ist ein erfindungsgemäßes System zur Verschleißmessung an rotierenden Schneiden dargestellt, daß mittels einer Sensormatrix arbeitet. Dabei wird die Beleuchtung durch einen Laser mit Linienoptik realisiert. Der Matrixsensor kann auch die Reflexion profilierter Schneiden aufnehmen.

Literatur

[1] Voreingestellte Werkzeuge erhöhen die Produktivität, HOB, Die Holzbearbeitung, Heft 12/2000, AGT Verlag Thum GmbH.
[2] Pfeifer, T., Elzer, J.: Optoelektronische Bohrerverschleißüberwachung, VDI-Zeitschrift, (

1990

) 132/10, S. 193-198.
[3] Fischer, R.: Berechnung der Schneidenabstumpfung beim Fräsen (Teil

2

), HOB - Die Holzbearbeitung (

1997

) 6, S. 71-77

Liste der Bezugszeichen für Figs. 1-3

1

Werkzeugkörper

2

Schneide

3

Punktsensor

4

Laser

5

Matrixkamera

6

Verschiebungsrichtung

Claims

1. Einrichtung zum Messen des Verschleißes von Werkzeugschneiden beim Spanen von abrasiven Materialien, insbesondere von Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoffen o. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Schneiden durch eine Lichtquelle beleuchtet werden und die Reflexion der Verschleißflächen der Schneide durch einen optischen Sensor erfasst wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das somit erhaltene Signal durch eine Recheneinheit ausgewertet wird und eine Information über den Grad des Verschleißes der Schneiden ermittelt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beleuchtung durch einen Laser realisiert wird.

4. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein optoelektronischer Punkt- oder Liniensensor ist.

5. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zur Aufnahme des Verschleißes der gesamten Schneide oder eines Abschnittes der Schneide verschiebbar angeordnet ist.

6. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine optoelektronische Sensormatrix ist.

7. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit aus der Intensität des reflektierten Signals und/oder dem zeitlichen Verlauf der Intensität des reflektierten Signals eine Information über den Verschleißzustand der Schneide ermittelt.

8. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung durch die Messung einer scharfen (neuen) Schneide ein Referenzsignal ermittelt.

9. Einrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit durch Vergleich mit Grenzwerten prozeßsteuernde Informationen bestimmt und weitergibt.