DE10051002C2 - Verfahren zum Messen des Durchmessers und/oder des Abtrags bei der Innenrundfeinbearbeitung einer Bohrung und Vorrichtung hierzu - Google Patents

Verfahren zum Messen des Durchmessers und/oder des Abtrags bei der Innenrundfeinbearbeitung einer Bohrung und Vorrichtung hierzu

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Messen des Durchmessers und/oder des Abtrags bei der Innenrundfeinbearbeitung einer in ein Werkstück eingebrachten, insbesondere kleinen Bohrung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Feinbearbeitung von großen Bohrungen durch Schleifen oder Honen verwendet man zum Messen des erzielten Bohrungsdurchmessers oder der lichten Weite der Bohrung Meßabtaster oder Kalibrierdorne. Dies läßt aber nur eine sehr eingeschränkte Meßgenauigkeit zu und hat den wesentlichen Nachteil, daß der Bearbeitungsvorgang zwecks Messen des momentan erreichten Bohrungsdurchmessers ständig unterbrochen werden muß. Man ist daher dazu übergegangen, das Messen während des Bearbeitungsprozesses, also während der Feinbearbeitung der Bohrung, durchzuführen.
Bei einem bekannten Verfahren zur Bohrungsmessung während des Schleifens der Bohrung (Ertl und Stöckermann, "Meßregelungen im Fertigungseinsatz", Werkstatt und Betrieb 1976, Heft 11, Seite 617-627) setzt man das kapazitive Meßprinzip zur Messung des Bohrungsdurchmessers oder Bohrungsabtrags ein, bei dem die Kapazität zwischen zwei von Schleifwerkzeug und Werkstück gebildeten Elektroden ein Maß für den Bohrungsdurchmesser oder -abtrag ist.
Bei einem ebenfalls bekannten Verfahren zur hochgenauen Detektion eines Erstkontaktes eines Schleifwerkzeugs mit einem zu schleifenden Werkstück (JP 07-186042 A, Abstract) wird die elektrische Kapazität zwischen dem Schleifwerkzeug, das eine innere Elektrode aufweist, und dem Werkstück statisch gemessen und daraus der Abstand des Schleifwerkzeugs vom Werkstück bestimmt.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß während des Bearbeitungsprozesses der Materialabtrag an der Bohrungswand durch dynamische Messung der Kapazität zwischen innerer und äußerer Elektrode ständig erfaßt wird und bei Erreichen des gewünschten Maßes des Abtrags oder des gewünschten Bohrungsdurchmessers der weitere Bearbeitungsprozeß sofort gestoppt werden kann. Dadurch wird die Fertigungszeit extrem reduziert, und die Fertigungskosten sinken. Das kapazitive Messen des Bohrungsdurchmessers läßt eine hohe Meßauflösung zu, so daß Bohrungstoleranzen von kleiner als 0,5 µm erzielbar sind. Die dynamische Kapazitätsmessung ermöglicht einen hochgenauen, ausreichend großen Meßeffekt, da hier das Meßsignal über einen Ladungsverstärker aufintegriert werden kann.
Durch die in den weiteren Ansprüchen 2-8 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Meßverfahrens möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung werden in einer Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs, in der eines der beiden Elektrodensegmente den minimalen bzw. maximalen Abstand von der Bohrungswand hat, die Elektrodensegmente auf ein gleiches positives Potential aufgeladen und die Messung des Ladungsverschiebestroms in der folgenden Halbdrehung des Bearbeitungswerkzeugs durchgeführt. Dies hat den Vorteil, daß sich während einer halben Umdrehung des Bearbeitungswerkzeugs die Kapazität des einen Elektrodensegments sich verkleinert und des anderen Elektrodensegments sich vergrößert, wodurch ein zeitabhängiger Gesamtladungsverschiebestrom entsteht, der recht genaue Meßergebnisse liefert. Aus den damit bestimmbaren Kapazitäten der Elektrodensegmente läßt sich die Differenz von Bohrungsdurchmesser und Außendurchmesser des Arbeitsmittels am Bearbeitungswerkzeug leicht darstellen und - da der Durchmesser des Arbeitsmittels bekannt ist - der Bohrungsdurchmesser bzw. der Abtrag an der Bohrung einfach bestimmen.
Bei der sog. dynamischen Messung der Kapazitäten der beiden von den Elektrodensegmenten mit dem Werkstück gebildeten Kondensatoren kann prinzipiell nur die Differenz der Durchmesser von Bohrung und Arbeitsmittel ermittelt werden. Da aber das Arbeitsmittel während des Bearbeitungsprozesses einer Abnutzung unterliegt, ist der Durchmesser des Arbeitsmittels nicht konstant, sondern nimmt ab, so daß zur Verbesserung der Meßgenauigkeit für den Bohrungsdurchmesser gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Abnutzung des Arbeitsmittels während des Bearbeitungsprozesses erfaßt und der Bohrungsdurchmesser unter Berücksichtigung der Arbeitsmittelabnutzung berechnet wird.
Die dynamische Messung läßt hierbei die Messung der Abnutzung des Arbeitsmittels während des Bearbeitungsprozesses zu, wenn gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung auf dem Teilerkreis der Elektrodensegmente eine Kompensationselektrode angeordnet wird, die bezüglich der beiden anderen Elektrodensegmente um vorzugsweise 90° Drehwinkel versetzt ist und sich über einen Teilerkreisabschnitt erstreckt. Die Kapazität des von der Kompensationselektrode und dem Werkstück gebildeten Kompensationskondensators wird fortlaufend in einer Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs gemessen, in der die Kompensationselektrode ihren minimalen Abstand von der Bohrungswand hat. Aus der Kapazität wird der Außendurchmesser des Arbeitsmittels und/oder die Dicke oder Wandstärke des Arbeitsmittels und somit die Abnutzung des Arbeitsmittels bestimmt. Die Messung der Kapazität erfolgt dadurch, daß der Kompensationskondensator in einem schwingenden System, z. B. einem Oszillator, betrieben und die Kapazität aus der Schwingungsfrequenz des Systems errechnet wird.
Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens ist in Anspruch 11 angegeben. Durch die in den Ansprüchen 12-15 aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhaften Weiterbildungen und Verbesserungen dieser Vorrichtung möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 hat den Vorteil der direkten Erfassung des Bohrungsdurchmessers durch statisches Messen der Kapazität. Allerdings ergibt sich ein gegenüber dem dynamischen Meßverfahren geringerer Meßeffekt, der die Genauigkeit der Bestimmung des Bohrungsdurchmessers mitunter beeinträchtigen kann. Der von der als Ringelektrode ausgeführten inneren Elektrode und der äußeren Elektrode gebildete Kondensator wird in einem schwingenden System, z. B. einen LC-Franklin- Oszillator oder einer anderen Oszillatorschaltung, betrieben, und aus der Schwingungsfrequenz wird die Kapazität bestimmt. Mit der Kapazität kann der Bohrungsdurchmesser leicht berechnet werden, indem für den von der Ringelektrode und dem Werkstück gebildeten Kondensator die Annahme eines Zylinderkondensators getroffen wird.
Eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des statischen Meßverfahrens für die Messung der Kapazität ergibt sich aus Anspruch 16.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Vorrichtung zur Innenrundfeinbearbeitung einer in einem in der Vorrichtung eingespannten Werkstück eingebrachten Bohrung in Verbindung mit einer Meßvorrichtung zur Messung des beim Bearbeitungsprozeß erreichten Bohrungsdurchmessers,
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 mit einem Blockschaltbild der Meßvorrichtung,
Fig. 3 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 mit einer Meßvorrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei der Innenrundfeinbearbeitung einer in ein Werkstück 10 eingebrachten kleinen Bohrung 11 wird das Werkstück 10 in drei um gleiche Umfangswinkel versetzte Greifbacken 121 eines Werkstückhalters 12 eingespannt, der mit einer bestimmten Drehzahl, z. B. 1500 U/min, in Richtung Pfeil 13 in Fig. 1 rotiert. Ein Bearbeitungswerkzeug 14 ist mit seinem Werkzeugschaft 15 in einer zugleich einen Werkzeughalter bildenden Spindel 16 festgespannt, die sich gemäß Pfeil 17 in Gegenrichtung zu dem Werkstückhalter 12 mit einer sehr hohen Drehzahl, z. B. 9000 U/min, dreht. An seinem in die Bohrung 11 des Werkstücks 10 eintauchenden vorderen Ende trägt das Bearbeitungswerkzeug 14 ein an seinem Umfang angeordnetes Arbeitsmittel 18. Die Rotationsachsen von Werkstück 10 und Bearbeitungswerkzeug 14 verlaufen parallel zueinander, und da das Bearbeitungswerkzeug 14 einem radialen Vorschub in Richtung Pfeil 19 ausgesetzt ist, setzt das Arbeitsmittel 18 zur Erzeugung eines Abtrags mit einer Anpreßkraft an der Bohrungswand 111 der Bohrung 11 an. Weist - wie im vorliegenden Fall - die Bohrung 11 eine gegenüber der axialen Länge des Arbeitsmittels 18 größere Bohrungstiefe auf, so führt das Bearbeitungswerkzeug 14 zusätzlich eine axiale Pendelbewegung oder Kurzhuboszillation aus, damit die Bohrung 11 gleichmäßig über die gesamte Bohrungstiefe bearbeitet wird. Die Kurzhuboszillation der Spindel 16 bzw. des Bearbeitungswerkzeugs 14 ist in Fig. 1 durch den Doppelpfeil 20 angedeutet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Innenrundfeinbearbeitung durch Schleifen ausgeführt, so daß das Arbeitsmittel 18 am Ende des Werkzeugschaftes 15 von einem Schleifbelag gebildet ist, der während des Schleifprozesses einer Abnutzung unterliegt. Die Innenrundfeinbearbeitung kann aber auch z. B. durch Honen erfolgen. Während der Innenrundfeinbearbeitung wird über einem im Werkzeugschaft 15 zentrisch verlaufenden Kühlschmierstoffkanal 21 Kühlschmierstoff in die Bohrung 11 eingebracht und gelangt dort an deren Bohrungswand 111.
Da bei der Innenrundfeinbearbeitung der Bohrung 11 sehr hohe Anforderungen an den zu fertigenden Bohrungsdurchmesser gestellt werden, dessen Toleranzen kleiner als 0,5 µm sein müssen, wird während des Bearbeitungsprozesses, im vorliegenden Fall während des Schleifprozesses, fortlaufend der momentan vorhandene Bohrungsdurchmesser oder das Maß des Abtrags an der Bohrungswand bestimmt, indem fortlaufend die Kapazität zwischen einer im Bearbeitungswerkzeug 14 elektrisch isoliert angeordneten inneren Elektrode und dem Werkstück 10 als äußere Elektrode gemessen wird. Ändert sich der Bohrungsdurchmesser, so ändert sich auch die Kapazität, so daß die Abnahme der Kapazität während des Bearbeitungsprozesses ein Maß für den Abtrag an der Bohrungswand darstellt.
Die zur Durchführung des Meßverfahrens verwendete Meßvorrichtung weist in Fig. 1 und 2 als innere Elektrode eine Ringelektrode 22 auf, die konzentrisch zur Werkzeugachse angeordnet ist. Die Ringelektrode 22 ist auf den Werkzeugschaft 15 unter Zwischenlage einer Isolierschicht 23 derart aufgebracht, daß ihr Außendurchmesser dem Außendurchmesser des Werkzeugschaftes 15 entspricht. Die Ringelektrode 22 sitzt dabei unmittelbar unterhalb des Schleifbelags, also des Arbeitsmittels 18. Die Kapazität des von der Ringelektrode 22 und dem Werkstück 10 gebildeten Kondensators wird mit einer Meßanordnung 24 gemessen, der eine Auswerteeinheit 25 nachgeordnet ist, die aus der gemessenen Kapazität fortlaufend den Bohrungsdurchmesser und/oder das Maß des Abtrags an der Bohrung 11 bestimmt.
Meßanordnung 24 und Auswerteeinheit 25 sind in der Spindel 16 angeordnet. Die Auswertedaten werden drahtlos übertragen.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 und 2 umfaßt die Meßanordnung 24 einen Oszillator 26, in den der aus der Ringelektrode 22 und dem Werkstück 10 gebildete Kondensator einbezogen ist, einen Frequenzmesser 27, der die Schwingungsfrequenz des Oszillators 26 mißt und ein Rechenglied 28, das aus der gemessenen Frequenz des Frequenzmessers 27 die Kapazität bestimmt und an die Auswerteeinheit 25 gibt. Als Oszillator 26 kann beispielsweise ein LC-Franklin-Oszillator und als Frequenzmesser eine Frequenz-Digital-Umsetzung verwendet werden, wie sie in "Taschenbuch der Meßtechnik, Prof. Dr. Tränkler, 4. Auflage, R. Oldenbourg Verlag München Wien 1996, Seite 189, Bild 25.8a (Franklin-Oszillator) und Bild 25.8b (Frenquenz-Digital-Umsetzung) angegeben sind. Im Rechenglied 28 wird dann die Kapazität nach der in Bild 25.8a angegebenen Gleichung für die Resonanzfrequenz des LC-Schwingkreises berechnet. Anstelle des LC-Franklin-Oszillators können auch andere Oszillatorschaltungen verwendet werden, wie eine beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Die Auswerteeinheit 25 berechnet aus der gemessenen Kapazität C und dem bekannten Außendurchmesser der Ringelektrode 29, der dem Außendurchmesser d des Werkzeugschaftes 15 des Bearbeitungswerkzeugs 14 entspricht, den momentanen Bohrungsdurchmesser D der Bohrung 11 gemäß
wobei l die axiale Länge des Arbeitsmittels 18 bzw. des Schleifbelags, ε0 die absolute Dielektrizitätskonstante und εr die relative Dielektrizitätskonstante oder Dielektrizitätszahl des Arbeitsmittels 18 und des Kühlschmierstoffs ist. Dabei wird die Approximation eines axialsymmetrischen Zylinderkondensators vorausgesetzt.
Eine wesentlich höhere Meßgenauigkeit wird mit einem dynamischen Meßverfahren der Kapazitätsmessung erreicht, wie dies mit der Meßvorrichtung gemäß Fig. 3 durchgeführt wird. Hierbei werden für die innere Elektrode zwei auf einem Teilerkreis angeordnete, zueinander um 180° Drehwinkel versetzte Elektrodensegmente 31, 32 vorgesehen, die sich jeweils über einen gleichen Teilerkreisabschnitt erstrecken. Die beiden Elektrodensegmente 31, 32 sind dabei auf dem Mantel des Werkzeugschaftes 15 so angeordnet, daß der Durchmesser des Teilerkreises dem Außendurchmesser d des Werkzeugschaftes 15 entspricht. Gegenüber dem Werkzeugschaft 15 sind die beiden Elektrodensegmente 31, 32 elektrisch isoliert. Jede der Elektrodensegmente 31, 32 überdeckt ein Segment des Schaftumfanges mit der Bogenlänge ϕ, die beispielsweise 60° überspannt. Die beiden von den Elektrodensegmenten 31, 32 einerseits und dem Werkstück 10 andererseits gebildeten Kondensatoren werden in einer bestimmten Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs 14 auf ein gleiches Potential U0 aufgeladen. Während einer halben Umdrehung (180°) des Werkzeugs 14 verkleinert sich die Kapazität des einen der Elektrodensegmente 31, 32 und vergrößert sich die Kapazität des anderen der Elektrodensegmente 31, 32, wodurch ein zeitabhängiger Gesamt- Ladungsverschiebestrom I(t) entsteht, der gemessen und zur Bestimmung des Bohrungsdurchmessers und/oder des Abtragsmaßes an der Bohrung 11 verwendet wird. Hierzu sind in der den Ladungsverschiebestrom messenden Meßanordnung 24 in Fig. 3 die beiden Elektrodensegmente 31, 32 über eine Gleichrichterbrücke 33 an einem Ladungsverstärker 34 angeschlossen, dessen Ausgangsspannung
ein Maß für die summierte Kapazitätsänderungen zwischen den beiden Elektrodensegmenten 31, 32 ist. Die beiden Elektrodensegmente 31, 32 sind über je einen Transistor 35 an ein positives Potential anschließbar, wobei die Transistoren 35 von einer Triggereinheit 36 so mit der Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs 14 synchronisiert sind, daß in der Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs 14, in der die beiden Elektrodensegmente 31, 32 ihren minimalen oder maximalen Abstand von der Bohrungswand 111 haben, die beiden Elektrodensegmente 31, 32 auf das positive Potential U0 aufgeladen werden. In der nachfolgenden Halbdrehung der Elektrodensegmente 31, 32 fließen durch die Änderung der Kapazitäten zwei Ströme über die Widerstände 37 und die Gleichrichterbrücke 33. Aus diesen beiden Strömen entsteht am Ausgang der Gleichrichterbrücke 33 der Gesamt- Ladungsverschiebestrom I(t), der durch den Ladungsverstärker 34 über ein Zeitintervall, das ebenfalls von der Triggereinheit 36 bestimmt wird, aufintegriert wird. Aus der Meßspannung Umess wird mit dem mittleren Gesamt- Ladungsverschiebestrom:
I = (Cmax - Cmin)U0.2n (3),
wobei Cmax die Kapazität des Elektrodensegments 31 bzw. 32 mit dem momentan minimalen Abstand von der Bohrungswand 111, Cmin die Kapazität des gegenüberliegenden Elektrodensegments 32 bzw. 31 und n die Drehzahl des Werkzeugs 14 ist, und den Kapazitäten
wobei D der Bohrungsdurchmesser, ds der Außendurchmesser des Arbeitsmittels 18 und d der Durchmesser des die Elektrodensegmente 31, 32 aufnehmenden Teilerkreises, also der Durchmesser des Werkzeugschaftes 15 ist, nach Analog-Digital- Wandlung im A/D-Wandler 38 in einem Rechenglied 39 der Auswerteeinheit 25 die Differenz der Durchmesser von Bohrung und Arbeitsmittel D - ds ermittelt. Bleibt der Außendurchmesser des Arbeitsmittels 18 während des gesamten Bearbeitungsprozesses konstant, so kann daraus problemlos der Bohrungsdurchmesser D bestimmt werden. Die Gl. (4) und (5) sind Verallgemeinerungen der Gl. (1) und gelten für einen gegenüber der Gesamtgeometrie kleinen Elektrodensegmentabstand (D - d)/2.
Üblicherweise unterliegt aber das Arbeitsmittel 18, im Ausführungsbeispiel der Schleifbelag, einer Abnutzung, die größer ist als die erlaubte Meßunsicherheit für den Bohrungsdurchmesser, so daß es notwendig ist, den Arbeitsmitteldurchmesser ds während des Bearbeitungsprozesses fortlaufend zu messen. Hierzu ist auf dem Teilerkreis der beiden Elektrodensegmente 31, 32 eine Kompensationselektrode 40 bezüglich der beiden Elektrodensegmente 31, 32 um 90° Drehwinkel versetzt angeordnet, die sich wiederum über eine Bogenlänge ϕ erstreckt. Die Kompensationselektrode 40 bildet mit dem Werkstück 10 einen Kompensationskondensator, dessen Kapazität fortlaufend in einer Drehwinkellage des Werkzeugs 14 gemessen wird, in der die Kompensationselektrode 40 ihren minimalen Abstand von der Bohrungswand 111 hat. Aus der gemessenen Kapazität wird die momentane Dicke des Arbeitsmittels 18, also des Schleifbelags, bestimmt und somit ein Maß für die laufende Abnutzung des Arbeitsmittels 18 beim Bearbeitungsprozeß gewonnen, mit dem der Meßfehler bezüglich des Bohrungsdurchmessers kompensiert werden kann.
Hierzu ist der Kompensationskondensator in eine Oszillatorschaltung 41 aus zwei Operationsverstärkern 42, 43 einbezogen, in der der Operationsverstärker 42 als Integrator und der Operationsverstärker 43 als Schmitt-Trigger arbeitet. Die Schwingungsfrequenz dieser Oszilatorschaltung 41 ist abhängig von der Kapazität Ckomp des eingebundenen Kompensationskondensators. Ein an der Oszilatorschaltung 41 angeschlossener Frequenzmesser 44 mißt die Schwingungsfrequenz der Oszilatorschaltung 41 wobei für die Schwingungsperiode gilt:
Ein dem Frequenzmesser 44 nachgeschaltetes Rechenglied 45, das von der Triggereinheit 36 gesteuert wird, berechnet aus der gemessenen Frequenz die Kapazität Ckomp des Kompensationskondensators in einer Drehwinkellage des Werkzeugs 14, in welcher die Kompensationselektrode 40 ihren minimalen Abstand von der Bohrungswand 111 hat. Aus dieser Kapazität Ckomp wird in einem nachgeschalteten weiteren Rechenglied 46 die Dicke des Schleifbelags 18, nämlich (ds - d)/2, aus der lokalen Näherungsformel für einen Plattenkondensator
berechnet, wobei A die Fläche der Kompensationselektrode 40 ist.
Um eine hinreichend genaue Messung der Dicke des Schleifbelags während der Bearbeitung zu gewährleisten, ist für jedes neue Bearbeitungswerkzeug 14 vor seinem Einsatz eine Kalibrierung notwendig, mit der die Dielektrizitätszahl εr bestimmt wird. Dazu muß der Durchmesser d des Werkzeugschaftes 15 bzw. des Teilerkreises gemessen oder hinreichend eng toleriert werden. Auf Basis dieser Kalibrierung und einer einmal erstellten Kalibierkurve kann dann während der Bearbeitung die Dicke des Schleifbelags bzw. die Wandstärke des Arbeitsmittels 18 aus der Kapazität Ckomp des Kompensationskondensators bestimmt werden.
Die so ermittelte Dicke des Schleifbelags bzw. Wandstärke des Arbeitsmittels 18 wird einem Addierer 47 der Auswerteeinheit 25 zugeführt, dem von dem Rechenglied 39 der Arbeitseinheit 25 die Differenz der Durchmesser von Bohrung 11 und Arbeitsmittel 18 (D - ds) zugeführt wird. Der Addierer 47 ermittelt nunmehr den Bohrungsmesser D, der der Summe aus dem Durchmesser d des Werkzeugschaftes 15, der zweifachen Dicke (ds - d) des Schleifbelags und der Differenz (D - ds) der Durchmesser von Bohrung 11 und Schleifbelag entspricht.
Eine weitere Erhöhung des Meßeffekts kann erreicht werden, wenn die Elektrodensegmente 31, 32 sowie die Kompensationselektrode 40 nicht auf dem Werkzeugschaft 15 sondern direkt unter dem noch zugelassenen minimalen Durchmesser des Schleifbelags angeordnet werden. In diesem Fall ist dann der Durchmesser d des Werkzeugschaftes 15 in allen Gleichungen durch den Durchmesser des Teilerkreises zu ersetzen, auf dem die Elektrodensegmente 31, 32 und die Kompensationselektrode 40 angeordnet sind.

Claims (18)

1. Verfahren zum Messen des Durchmessers und/oder des Abtrags während der Innenrundfeinbearbeitung einer in ein Werkstück (10) eingebrachten, insbesondere kleinen Bohrung, während der ein in die Bohrung (11) eintauchendes Bearbeitungswerkzeug (14) mit einem an seinem Umfang angeordneten Arbeitsmittel (18) an der Bohrungswand (111) der Bohrung (11) ansetzt und dabei das Bearbeitungswerkzeug (14) und/oder das Werkstück (10) rotiert und einem radialen Vorschub ausgesetzt ist, bei dem während der Innenrundfeinbearbeitung fortlaufend der Bohrungsdurchmesser und/oder das Maß des Abtrags an der Bohrung (11) aus der Kapazität zwischen einer im Bearbeitungswerkzeug (14) elektrisch isoliert angeordneten inneren Elektrode und dem Werkstück (10) als äußere Elektrode abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als innere Elektrode zwei auf einem Teilerkreis diametral angeordnete Elektrodensegmente (31, 32) vorgesehen werden, die sich jeweils über einen gleichen Teilerkreisabschnitt (ϕ) erstrecken, und daß ein durch Kapazitätsänderung der beiden von den Elektrodensegmenten (31, 32) mit jeweils dem Werkstück (10) gebildeten Kondensatoren hervorgerufener Ladungsverschiebestrom gemessen und aus dem Ladungsverschiebestrom der Bohrungsdurchmesser und/oder das Maß des Abtrags bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs (14), in der eines der beiden Elektrodensegmente (31, 32) seinem minimalen oder maximalen Abstand von der Bohrungswand (111) hat, die Elektrodensegmente (31, 32) auf ein gleiches, positives Potential (U0) aufgeladen werden und die Messung des Ladungsverschiebestroms in der folgenden Halbdrehung des Bearbeitungswerkzeugs (14) durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladungsverschiebestrom mittels eines Ladungsverstärkers (34) über ein Zeitintervall integriert wird und daß aus der Meßspannung (Umess) des Ladungsverstärkers (34) die Differenz (D - ds) der Durchmesser von Bohrung (11) und Arbeitsmittel (18) und daraus der Bohrungsdurchmesser (D) und/oder der Abtrag an der Bohrung (11) berechnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abnutzung des Arbeitsmittels (18) während des Bearbeitungsprozesses ermittelt und in der Berechnung von Bohrungsdurchmesser (D) oder Abtrag kompensiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abnutzung des Arbeitsmittels (18) während des Bearbeitungsprozesses gemessen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Teilerkreis der Elektrodensegmente (31, 32) eine Kompensationselektrode (40) angeordnet wird, die bezüglich der beiden Elektrodensegmente (31, 32) um vorzugsweise 90° Drehwinkel versetzt ist und sich über einen Tellerkreisabschnitt (ϕ) erstreckt, daß die Kapazität des von der Kompensationselektrode (40) und dem Werkstück (10) gebildeten Kompensationskondensators fortlaufend in einer Drehwinkellage des Bearbeitungswerzeugs (14) gemessen wird, in der die Kompensationselektrode (40) ihren minimalen Abstand von der Bohrungswand (111) hat, und daß aus der Kapazität die Dicke des Arbeitsmittels (18) bestimmt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompensationskondensator in einem schwingenden System betrieben wird und daß aus der Schwingungsfrequenz die Kapazität des Kompensationskondensators errechnet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als schwingendes System eine Oszillatorschaltung (41) verwendet wird.
9. Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Elektrode als Ringelektrode (22) ausgebildet und im radialen Abstand vom Außenumfang des Arbeitsmittels (18) konzentrisch zur Werkstückachse angeordnet wird, daß der von der Ringelektrode (22) und dem Werkstück (10) gebildete Kondensator in einem schwingenden System betrieben wird und daß aus der Schwingungsfrequenz des schwingenden Systems die Kapazität bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als schwingendes System ein Oszillator (26) verwendet wird.
11. Vorrichtung zum Messen des Durchmessers und/oder des Abtrags während der Innenrundfeinbearbeitung einer in ein Werkstück (10) eingebrachten, insbesondere kleinen Bohrung (11), während der ein in die Bohrung (11) eintauchendes Bearbeitungswerkzeug (14) mit einem an seinem Umfang angeordneten Arbeitsmittel (18) an der Bohrungswand (111) ansetzt und dabei das Bearbeitungswerkzeug (14) und/oder das Werkstück (10) rotiert und einem radialen Vorschub unterliegt, mit einer im Bearbeitungswerkzeug (14) elektrisch isoliert angeordneten inneren Elektrode, eine die Kapazität zwischen der inneren Elektrode und dem als äußere Elektrode geschalteten Werkstück (10) erfassende Meßanordnung (24) und eine Auswerteeinheit (25) zur fortlaufenden Bestimmung des Bohrungsdurchmessers und/oder des Maßes des Abtrags an der Bohrung (11), dadurch gekennzeichnet, daß die innere Elektrode zwei Elektrodensegmente (31, 32) aufweist, die auf einem zur Werkzeugachse konzentrischen Teilerkreis diametral zueinander angeordnet sind und mit dem Werkstück (10) zwei Kondensatoren bilden, und daß die Meßanordnung (24) den durch Kapazitätsänderung der Kondensatoren hervorgerufenen Ladungsverschiebestrom zwischen den Kondensatoren mißt und den Meßwert der Auswerteeinheit (25) zuführt.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Triggereinheit (36) die Meßanordnung (24) mit der Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs (14) so synchronisiert, daß in der Drehwinkellage, in der die beiden Elektrodensegmente (31, 32) ihren minimalen oder maximalen Abstand von der Bohrungswand (111) haben, die beiden Elektrodensegmente (31, 32) kurzzeitig an einem positiven Spannungspotential (U0) liegen und die Messung des Ladungsverschiebestroms in der folgenden Halbdrehung (180°) des Bearbeitungswerkzeugs (14) erfolgt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodensegmente (31, 32) über eine Gleichrichterbrücke (33) an einem Ladungsverstärker (34) angeschlossen sind, dessen am Ausgang abgenommene Meßspannung (Umess) pro von der Triggereinheit (36) festgelegtem Zeitintervall an die Auswerteeinheit (25) gelegt wird, die aus der Meßspannung (Umess) die Differenz (D - ds) der Durchmesser von Bohrung (11) und Arbeitsmittel (18) bestimmt und daraus den Bohrungsdurchmesser (D) berechnet.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Teilerkreis eine Kompensationselektrode (40) angeordnet ist, die bezüglich der beiden Elektrodensegmente (31, 32) um vorzugsweise 90° Drehwinkel versetzt ist und sich über einen Tellerkreisabschnitt (ϕ) erstreckt, daß der von Kompensationselektrode (40) und Werkstück (10) gebildete Kompensationskondensator Teil einer Oszillatorschaltung (41) ist, daß an der Oszillatorschaltung (41) ein Frequenzmesser (44) zur Messung der Schwingungsfrequenz der Oszillatorschaltung (41) angeschlossen ist, daß ein von der Triggereinheit (36) mit der Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs (14) synchronisiertes Rechenglied (45), das aus der Schwingungsfrequenz die Kapazität des Kompensationskondensators im Zeitpunkt einer Drehwinkellage des Bearbeitungswerkzeugs (14), in welche die Kompensationselektrode (40) ihren minimalen Abstand von der Bohrungswand (111) hat, berechnet, und ein zweites Rechenglied (46) vorgesehen ist, das aus der Kapazität die Dicke des Arbeitsmittels berechnet.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des zweiten Rechenglieds (46) der Auswerteeinheit (25) zugeführt ist, die einen Addierer (47) aufweist, der aus der Durchmesserdifferenz (D - ds) von Bohrung (19) und Arbeitsmittel (18), dem Durchmesser (d) des Tellerkreises der Elektrodensegmente (31, 32) und der Kompensationselektrode (40) und der doppelten Dicke (ds - d) des Arbeitsmittels (18) den Bohrungsmesser (D) aufsummiert.
16. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Elektrode als konzentrisch zur Werkzeugachse angeordnete Ringelektrode (22) ausgebildet ist und daß die Meßanordnung (24) einen den von Ringelektrode (22) und Werkstück (10) gebildeten Kondensator einbeziehenden Oszillator (26), dessen Schwingungsfrequenz umgekehrt proportional der Kapazität des Kondensator ist, einen Frequenzmesser (27) und ein Rechenglied (28) aufweist, das aus der Schwingungsfrequenz die Kapazität des Kondensators berechnet.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel (18) ein auf dem Werkzeugschaft (15) angeordneter Schleifbelag ist und daß die innere Elektrode auf dem Außenmantel des Werkzeugschafts (15) unter dem Schleifbelag angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel (18) ein auf dem Werkzeugschaft (15) des Bearbeitungswerkzeugs (14) angeordneter Schleifbelag ist und die innere Elektrode im Schleifbelag in einem Bereich angeordnet ist, der unmittelbar unter der zugelassen maximalen Abnutzung des Schleifbelags liegt.
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