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Die
vorliegende Erfindung ist auf ein Verfahren zur Prüfung von
Eigenschaften wenigstens eines Werkzeugelements gerichtet. Die Erfindung
wird unter Bezugnahme auf Bohrer beschrieben, es wird jedoch darauf
hingewiesen, dass die Erfindung auch auf andere Werkzeugelemente
wie Meß-
u. Einstellplätze,
Fräs/-Drehmaschinen
sowie Schraubelemente Schleifelemente und dergleichen Anwendung
finden kann. Aus dem Stand der Technik sind Vorrichtungen und Verfahren
bekannt, mittels derer Bohrerbrüche
oder Verschleißerscheinungen
an Bohrern erkannt werden können.
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Bei
den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird nach einer
vorgegebenen Bohrzeit mittels einer Kamera die Spitze des Bohrers
beobachtet, und geprüft,
ob Verschleißerscheinungen aufgetreten
sind. Ebenso wird über
diese Kamera festgestellt ob ein Bohrerbruch aufgetreten ist. Bei diesem
Verfahren ist es jedoch erforderlich nach einem Bohrprozess eine
bestimmte Zeit zu warten, bis die Sicht zwischen der Kamera und
dem Bohrelement wieder klar ist. Erst dann kann mit Hilfe der Kamera
der Zustand des Bohrers überprüft werden.
Auf diese Weise geht für
die Überprüfung des
Zustands der Bohrer Zeit verloren.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Verfügung
zu stellen, welche eine Prüfung von
Eigenschaften der Werkzeugelemente auch während des Betriebs derselben
erlauben.
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Dies
wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Vorrichtung nach Anspruch
11 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen
und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
wird das Werkzeugelement in Richtung eines Bezugskörpers oder
der Bezugskörper
in Richtung des feststehenden Werkzeuges bewegt. Dabei wird wenigstens einmal
während
der Bewegung des Werkzeugs elements auf den Bezugskörper zu
die örtliche
Position des Werkzeugselements gegenüber dem Bezugskörper bestimmt.
Schließlich
wird ein erstes Signal ausgegeben, das für diejenige örtliche
Position des Werkzeugelements charakteristisch ist, bei der das Werkzeugelement
den Bezugskörper
kontaktiert. Unter Kontaktieren wird sowohl die Herstellung eines elektrischen
Kontakts als auch jegliches Berühren verstanden.
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Bevorzugt
wird das Werkzeugelement im Wesentlichen geradlinig auf den Bezugsköper zubewegt.
Bei dem Bezugskörper
handelt es sich vorzugsweise um ein zu bearbeitendes oder zu messendes
Werkstück.
Unter der örtlichen
Position des Werkzeugselements gegenüber dem Bezugskörper wird
die örtliche
Position insbesondere in der Bewegungsrichtung des Werkzeugselements
verstanden, welche damit auch ein Maß für den Abstand zwischen dem
Werkzeugelement bzw. dessen Spitze einerseits und dem Bezugskörper andrerseits
ist.
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Bevorzugt
wird neben dem ersten Signal auch ein zweites für das Werkzeugelement charakteristisches
Signal ausgegeben. Unter einem für
das Werkzeugelement charakteristischen Signal wird ein solches Signal
verstanden welches das Ereignis des Auftreffens des Werkzeugelements
auf den Bezugskörper
signalisiert und sich bevorzugt von anderen Signalen, welche beispielsweise
das Auftreffen von anderen Werkzeugelementen auf den Bezugskörper signalisieren,
unterscheidet.
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Das
Signal kann direkt an den Benutzer ausgegeben werden. Es kann jedoch
auch zusätzlich oder
alternativ an eine Prozesseinrichtung gegeben und gegebenenfalls
weiterverarbeitet werden.
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Dieses
für das
Werkzeugelement charakteristische Signal wird vorzugsweise gemeinsam
mit dem ersten Signal, welches die örtliche Position des Werkzeugelements
angibt, ausgeben.
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Dies
bedeutet, dass ein Wertepaar oder ein Signalpaar ausgegeben wird,
welches anzeigt, in welcher örtlichen
Position gegenüber
dem Bezugskörper
das Werkzeugelement den Bezugskörper kontaktiert
hat. Sofern der Bohrer noch intakt ist, stimmt dieses Signalpaar
mit einem Sollwert überein. Falls
jedoch der Bohrer infolge der Benutzung bereits mehr oder weniger
abgenutzt ist, wird das Signal, welches die Kontaktierung anzeigt
später
auftreten. Selbiges gilt auch im Falle eines Bohrerbruchs. Auch in
diesem Falle wird das Kontaktereignis erst später als für den Fall eines intakten Bohrers
angezeigt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
bietet den Vorteil, dass es auch während des Bearbeitens eines Werkstückes durchgeführt werden
kann und für
die Überprüfung der
Eigenschaften nicht die Beendigung des Bohrvorgangs abgewartet zu
werden braucht.
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Auch
können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
sowohl Bohrerlängenmessungen
als auch Bohrerlängenveränderungsmessungen
an den Werkzeugelementen vorgenommen werden.
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Weiterhin
ist es auch möglich,
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
zu überprüfen, ob
der eingewechselte Bohrer (Messspitze, Gewindebohrer, Senker, Drehmeisel,
Fräser...)
oder allgemein das eingewechselte Werkzeugelement (oder Werkstück bei feststehender
Zerspanneinheit) das richtige ist, da dieses eine bestimmte Länge aufweisen
muss.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann auch über
längere
Zeiten hin angewandt werden, und auf diese Weise ein Abnutzungsprofil
des Bohrers über die
Zeit mit vergleichsweise einfachen Mitteln erstellt werden.
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Da
die Messung auch während
der Bearbeitung eines Werkstückes
durchgeführt
werden kann, geht keine wertvolle Zerspannzeit verloren.
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Vorzugsweise
ist der Bezugskörper
ein zu bearbeitendes Werkstück.
In diesem Fall kann die Prüfung
der Werkzeugelemente im Wesentlichen zeitgleich mit der Bearbeitung
des Werkstückes
erfolgen.
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Bevorzugt
ist das charakteristische Signal ein Spannungswert. Dabei wird besonders
bevorzugt ein Werkzeugelement mit einer vorbestimmten Spannung gegenüber dem Bezugskörper beaufschlagt. Sobald
das Werkzeugelement den Bezugskörper kontaktiert,
wird ein Stromkreis geschlossen und der entsprechende Spannungswert
angezeigt.
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Bevorzugt
sind die zu prüfenden
Eigenschaften aus einer Gruppe von Eigenschaften ausgewählt, die
die Länge
des Werkzeugelements, das Vorhandensein von Brüchen oder verschleißbedingten
Verkürzungen
und dergleichen enthält.
Daneben kann auch festgestellt werden, ob bei einem Bohrkopf das richtige
Werkzeugelement eingesetzt ist.
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Bevorzugt
ist eine Vielzahl von Werkzeugelementen vorgesehen, die auf einem
Bohrkopf angeordnet ist. Dabei wird vorzugsweise jedes Werkzeugelement
mit einer vorgegebenen Spannung gegenüber dem Bezugskörper beaufschlagt.
Sobald eines der Werkzeugelemente den Bezugskörper kontaktiert, kann dies
dem Benutzer durch das Auftreten einer entsprechenden charakteristischen
Spannung angezeigt werden. Anstelle einer Spannung könnten jedoch
auch andere elektrische Größen ausgegeben werden,
wie beispielsweise Stromwerte, Widerstandswerte, Ladungswerte und
dergleichen.
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Bevorzugt
wird ein erstes Signal ausgegeben, welches für die örtliche Position, an der ein
bestimmtes Werkzeugelement den Bezugskörper kontaktiert, charakteristisch
ist. Daneben wird ein zweites Signal ausgegeben, das für das bestimmte
Werkzeugelement charakteristisch ist. Auf diese Weise werden für jedes
einzelne Werkzeugelement die entsprechenden charakteristischen Signale
ausgegeben. So kann der Benutzer für jedes einzelne Werkzeugelement
prüfen,
ob dieses gebrochen oder abgenutzt ist.
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Vorzugsweise
wird in Abhängigkeit
von dem ersten Signal eine Anweisung ausgegeben. Dabei kann die
Werkzeugmaschine durch die ausgegeben Werte bzw. den Zusammenhang
zwischen der örtlichen
Position und dem Auftreten des Kontakts feststellen, ob das entsprechende
Bohrelement (Messspitze, Gewindebohrer, Senker, Drehmeisel, Fräser...)
ausgewechselt werden muss. Auch kann festgestellt werden, ob der
richtige Bohrer (Messspitze, Gewindebohrer, Senker, Drehmeisel,
Fräser...) bzw. ein
Bohrer (Messspitze, Gewindebohrer, Senker, Drehmeisel, Fräser...)
mit der richtigen Länge
eingesetzt ist.
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So
kann beispielsweise infolge eines Entscheidungsprozesses oder infolge
der Anweisung die Maschine angehalten und der Benutzer aufgefordert
werden, ein neues Werkzeugelement einzusetzen. Auch kann mittels
einer Vielzahl von Messungen über
die Zeit einem Benutzer ein Maß für den aktuellen
Zustand des Werkzeugelements ausgegeben werden. Bei der Anweisung
kann es sich um eine an den Benutzer ausgegebene Anweisung handeln
oder um eine Anweisung, die innerhalb der Werkzeugmaschine weiterverarbeitet
wird.
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Um
die Entscheidungsbildung zu erleichtern, ist es ferner denkbar,
die gemessen Werte mit einer gewissen Toleranz zu beaufschlagen.
Auf diese Weise kann dem Umstand Rechnung getragen werden, dass
nicht alle Bezugskörper
wie z. B. Gussteile absolut gleich sind. Diese Toleranzangabe bringt
jedoch eine gewisse Einschränkung
der Verschleißkontrolle mit
sich, da auch die Ermittlung der Kontaktpositionen mit der Toleranz
beaufschlagt ist.
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Auch
kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
relativ einfach ein Verschleißverlauf
für unterschiedliche
Werkzeugelemente aufgenommen werden. Dabei können Bohrerbruchhistorien für einen bestimmten
Werkzeugtyp bzw. für
ein bestimmtes Werkzeugelement aufgenommen werden. Weiterhin kann
durch das erfindungsgemäße Verfahren über die
zeitliche Aufnahme von Verschleißverläufen der jeweils für ein bestimmtes
Werkzeug am besten geeignete Bohrertyp ausfindig gemacht werden.
Führt beispielsweise
eine Verschleißuntersuchung
für einen
ersten Bohrertyp und ein bestimmtes Werkstück zu einer Stand- bzw. Betriebszeit
von 5 Stunden und bei einem zweiten Bohrertyp zu einer Stand- bzw.
Betriebszeit von 9 Stunden, so kann als Ergebnis festgehalten werden,
dass für
dieses bestimmte Werkstück
der Bohrertyp 2 besser geeignet ist.
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Zeitliche
Aufnahmen des Verschleißes
der Werkzeugelemente könnten
auch zur Anpassung anderer Parameter der Werkzeugeinrichtung eingesetzt werden
wie bei spielsweise zur Drehzahlsteuerung, zur Steuerung des Zu-Bewegens
des Werkzeugselements auf den Bezugskörper usw.
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Die
Erfindung ist weiterhin auf eine Vorrichtung zur Prüfung von
Eigenschaften eines Werkzeugelements gerichtet. Diese Vorrichtung
weist eine Halterung auf, an der das Werkzeugelement angeordnet
ist. Weiterhin ist eine Positionsmesseinrichtung vorgesehen, die
die Position der Halterung gegenüber
einem Bezugskörper
in wenigstens einer Dimension, bevorzugt in der Bewegungsrichtung
des Werkzeugelements gegenüber
Bezugskörper
bestimmt. Weiterhin ist eine Kontakterfassungseinrichtung vorgesehen,
die das Auftreten eines Kontakts zwischen dem Werkzeugelement und
dem Bezugskörper
erfasst. Zudem ist eine Ausgabeeinrichtung vorhanden, die wenigstens
die Position ausgibt an der der Kontakt zwischen dem Werkzeugelement und
dem Bezugskörper
auftritt.
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Bevorzugt
gibt die Ausgabeeinrichtung neben der Position an der der Kontakt
zwischen dem Werkzeugelement und dem Bezugskörper auftritt auch ein Signal
aus, welches für
das Werkzeugelement charakteristisch ist. Auf diese Weise können mehrere
Werkzeugelemente voneinander unterschieden werden.
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Bevorzugt
weist die Kontakterfassungseinrichtung eine Spannungsquelle auf,
die derart mit dem Werkzeugelement verbunden ist, dass bei Auftreten
eines Kontakts zwischen dem Werkzeugelement und dem Bezugskörper ein
Stromkreis geschlossen wird. Durch das Schließen des Stromkreises kann ein
bevorzugt für
das Werkzeugelement charakteristischer Spannungswert ausgegeben
bzw. dem Benutzer angezeigt werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Kontakterfassungseinrichtung ein Schaltelement auf, das
bei Auftreten eines Kontakts zwischen dem Werkzeugelement und dem
Bezugskörper
von einem Schaltzustand in einen anderen Schaltzustand übergeht.
Durch diesen Wechsel der Schaltzustände kann das Auftreten eines
Kontakts zwischen dem Werkzeugelement und dem Bezugskörper festgestellt
werden.
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Bevorzugt
weist die Kontakterfassungseinrichtung eine Vorspanneinrichtung
auf. Dabei kann es sich insbesondere aber nicht ausschließlich um eine
Feder (Dehmmessstreifen oder Piezoelement) handeln, die bei Auftreten
eines Kontakts zwischen dem Werkzeugelement und dem Bezugskörper gepresst
wird und wiederum das Schaltelement betätigt. Damit kann die Feder
dazu dienen, daß das Werkzeugelement
nach dem Kontaktieren des Werkzeugs wieder in eine Ausgangsposition
zurückzubringen
und damit den Schaltkontakt bevorzugt auch wieder in die Ausgangsstellung
zu überführen.
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Vorzugsweise
ist an der Halterung eine Vielzahl von Werkzeugelementen angeordnet
und bevorzugt erfasst die Kontakterfassungseinrichtung den Kontakt
jedes Werkzeugelements mit dem Bezugskörper. Damit kann festgestellt
werden, welches Werkzeugelement zu welchem Zeitpunkt bzw. bei welcher
Position den Bezugskörper
berührt.
Auf diese Weise können,
wie oben angegeben, Eigenschaften des Werkzeugelements wie insbesondere,
aber nicht ausschließlich
ein Bruch des Werkzeugelement oder ein Verschleiß infolge Abnutzung desselben festgestellt
werden. Bevorzugt ist auf der Halterung eine Vielzahl von Werkzeugelementen
angeordnet, die jeweils in das zu bearbeitende Werkstück eingeführt werden
können.
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Die
oben erwähnten
Schaltelemente eigen sich insbesondere für solche Bezugskörper bzw. Werkstücke, die
selbst keine stromleitenden Eigenschaften aufweisen. Bei diesen
Bezugskörpern
kann durch das Kontaktieren des Werkzeugelements mit dem Bezugskörper nicht
direkt ein Stromkreis geschlossen werden, sodass in diesem Falle
auf das Schaltelement zurückzugreifen
ist. Es wäre
jedoch auch möglich,
einen nicht-leitenden Bezugskörper mit
einer Kontaktschicht zu versehen, um auf diese Weise auch nach dem
oben beschriebenen elektrischen Prinzip zu arbeiten.
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Auch
könnten
die beiden oben beschriebenen Möglichkeiten
nämlich
einerseits das Beaufschlagen des Werkzeugelements mit einer Spannung
und andererseits das Vorsehen eines Schaltelementes kombiniert werden.
Auf diese Weise kann eine bestimmte Vorrichtung für unterschiedlichste Werkstücke einsatzfähig gemacht
werden. Auch können
durch doppelte Messung mit den beiden dargestellten Verfahren Plausibilitätskontrollen
durchgeführt
oder die Genauigkeit der Messungen erhöht werden.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Bezugskörper
elektrisch isoliert. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass
die exakt vorgegebene Spannung bei einem Kontakt gemessen wird.
Auch kann das Auftreten von Kurzschlüssen verhindert werden.
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Weitere
Vorteile und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Zeichnungen.
Darin zeigen:
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Prüfen
von Eigenschaften;
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2 die
Vorrichtung aus 1, wobei unterschiedliche Varianten
der Kontakterfassung dargestellt werden;
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3 die
Vorrichtung aus 1 mit einer Anzeigeeinrichtung;
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4 die
Vorrichtung aus 1, wobei die Halterung in einer
zweiten Position gegenüber
dem Bezugskörper
angeordnet ist;
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5 die
Vorrichtung aus 1, wobei die Halterung in einer
dritten Position gegenüber
dem Bezugskörper
angeordnet ist;
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6 die
Vorrichtung aus 1, wobei die Halterung in einer
vierten Position gegenüber
dem Bezugskörper
angeordnet ist;
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7 die
Vorrichtung aus 1, wobei die Halterung in einer
fünften
Position gegenüber
dem Bezugskörper
angeordnet ist;
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8 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung mit
einer weiteren Kontakterfassungseinrichtung;
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9 ein
Beispiel für
von der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgegebene Werte; und
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10 ein
weiteres Beispiel für
von der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ausgegebene Werte.
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1 zeigt
eine Vielzahl von Werkzeugelementen 3a, 3b, 3c, 3d, 3e und 3f,
die mittels Halteelementen 4 an einer gemeinsamen Halterung 2 befestigt
sind. Bei der hier gezeigten
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Ausführungsform
handelt es sich bei den Werkzeugelementen 3a bis 3d sowie 3f um
Bohrer und bei dem Werkzeugelement 3e um eine Reibahle. Es
wäre jedoch
möglich,
anstelle der hier gezeigten Werkzeugelemente andere Werkzeugelemente
wie (Messspitze, Gewindebohrer, Senker, Drehmeisel, Fräser...)
Schraubelemente, Feilelemente und dergleichen einzusetzen.
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Die
einzelnen Werkzeugelemente werden gegenüber der Halterung 2 gedreht.
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Die
Halterung 2 wird entlang des Pfeils P1 auf einen Bezugskörper 5 zu
bewegt. Bei diesem Bezugskörper
handelt es sich, wie oben ausgeführt,
bevorzugt gleichzeitig um das zu bearbeitende Werkstück, wie
beispielsweise einen Block aus Gusseisen. Auf dem Bezugskörper können Vorsprünge 6 vorhanden
sein, die entsprechend bei der Ermittlung der Position der Halterung
gegenüber
dem Bezugskörper
mit zu berücksichtigen
sind. Auch wäre
eine Krümmung
der den Werkzeugelementen zugewandten Oberfläche des Bezugskörpers zu
berücksichtigen.
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Mittels
einer (nicht gezeigten) Positionserfassungseinrichtung wird die
Position der Halterung 2 gegenüber dem Bezugskörper 5 und
damit auch die Position der einzelnen Werkzeugelemente 3a bis 3f gegenüber dem
Bezugskörper 5 bestimmt.
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Die
einzelnen Werkzeugelemente 3a bis 3f sind in Richtung
des Pfeils P1 im Wesentlichen fest gegenüber der Halterung 2 angeordnet.
Unter im Wesentlichen wird verstanden, dass gleichwohl Vorspannelemente
vorgesehen sein können,
die eine geringfügige
Bewegung der jeweiligen Werkzeugelemente gegenüber der Halterung 2 ermöglichen
oder der Berührungsdruck
auf kontakterzeugende Elemente wie bzw. Dehmmessstreifen sowie Piezoelemente
geführt
sein können.
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Bei
der in 1 gezeigten Vorrichtung weisen die einzelnen Werkzeugelemente
unterschiedliche Längen
auf und die Spitzen einiger der Werkzeugelemente sind damit entlang
des Pfeils P1 in jeweils unterschiedlicher Lage angeordnet. Dagegen
ragen die Reibahle 3e und das Bohrelement 3b im
Wesentlichen gleich weit von der Halterung 2 in Richtung
des Bezugskörpers 5.
Das bedeutet, dass im Falle eines ebenen Bezugskörpers die Kontakte der beiden Werkzeugelemente
im Wesentlichen gleichzeitig bzw. an der gleichen Position gegenüber der
Halterung gegenüber
dem Bezugskörper 5 auftreten
würden.
In einem solchen Fall könnte
der Kontakt nicht über
einen Spannungsimpuls angezeigt werden. Dies wird unten genauer
erläutert.
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2 zeigt
die Vorrichtung aus 1 in einer ersten Ausführungsform.
Dabei werden die einzelnen Werkzeugelemente 3a bis 3f mit
verschiedenen Spannungen U1, U2...U6 gegenüber dem Bezugskörper 5 beaufschlagt.
Bevorzugt werden der Bezugskörper
bzw. das Werkstück
und die Werkzeugelemente elektrisch gegeneinander isoliert, das Werkstück mit einer
Erdung versehen und die Werkzeuge mit den angegebenen Spannungen
U1, U2...U6 beaufschlagt. Sobald ein Werkzeugelement beispielsweise
das Werkzeugelement 3c den Bezugskörper 5 kontaktiert
fließt
zwischen dem Werkzeugelement und dem Bezugskörper ein Strom. Dieser Strom
zeigt dem Benutzer oder der Maschinensteuerung an, dass das Werkzeugelement 3c den Bezugskörper kontaktiert
hat.
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Wie
oben erwähnt,
werden im Falle eines ebenen Bezugskörpers die Werkzeugelemente 3b und 3e diesen
im Wesentlichen gleichzeitig berühren. Im
Falle von zwei intakten Werkzeugelementen würden damit die Spannungen U2
und U5 im Wesentlichen gleichzeitig auftreten. Sofern eines der
beiden Werkzeugelemente 3b oder 3e gebrochen oder
abgenutzt ist, würde
jeweils nur die andere Spannung auftreten. Sofern in dieser Ausführungsform
unterschiedliche Spannungen U2 und U5 gewählt werden, kann anhand des
angezeigten Spannungswertes festgestellt werden, welches der beiden
Werkzeugelemente intakt ist und damit, welches der Werkzeugelemente
abgenutzt ist.
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Die
einzelnen Werkzeugelemente können
an den Halteelementen 4 nicht nur in vertikaler Richtung auf
unterschiedlicher Position angeordnet sein, sondern auch in einer
hierzu senkrechten in die Figurebene hineinragenden Richtung. Auf
diese Weise können
mit den hier gezeigten 6 Werkzeugelementen im Wesentlichen beliebige
Bohrungsmuster in den Bezugskörper 5 eingebracht
werden. Die kleine Teilfigur in 2 veranschaulicht
eine weitere Ausführungsform,
bei der anstelle der Beaufschlagung mit Spannungen die einzelnen
Werkzeugelemente mit Schalteinrichtungen verbunden sind. Dies wird
unten eingehender erläutert.
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Pfeil
P1 kennzeichnet die Vorschubrichtung der Halterung 2 gegenüber dem
Bezugskörper 5.
Wie eingangs erwähnt,
wird auch die jeweilige Position, an der ein Kontakt des Werkzeugelements
mit dem Bezugskörper
auftritt, festgehalten.
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Es
wäre jedoch
auch möglich,
dem Benutzer den Kontakt der Werkzeugelemente durch optische Mittel,
wie beispielsweise Leuchtdioden oder dergleichen, anzuzeigen.
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3 zeigt
die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur weiteren Veranschaulichung. Dabei bezieht sich das Bezugszeichen 9 auf
eine Spannungsmesseinrichtung, die wahlweise die an den einzelnen Werkzeugelementen 3a bis 3f anliegenden
Spannungen U1 bis U6 abgreifen kann. Diese Spannungsmesseinrichtung
weist ein Spannungsmesselement 24 sowie in dieser Ausführungsform
einen Widerstand 22, an dem die Spannungen abfallen, auf.
Die von einer Spannungsquelle 23 gelieferte Spannung wird
gegenüber
der Erdung, die wie oben ausgeführt, bevorzugt
mit dem Bezugskörper
verbunden ist, gemessen.
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Bei
der in 3 gezeigten Situation kontaktiert noch kein Werkzeugelement 3a bis 3f den
Bezugskörper 5,
daher werden in diesem Falle über eine
Anzeigeeinrichtung 25 noch keine Spannungswerte angezeigt
und damit eine Spannung von 0 V ausgegeben. Das Bezugszeichen 26 bezieht
sich auf eine elektrische Leitung, welche die Halterung und die
Anzeigeeinrichtung miteinander verbindet. Das Bezugszeichen 27 kennzeichnet
eine Positionserfassungseinrichtung. Die Angabe X = 100 bezieht
sich auf die Position der Halterung 2 entlang des Pfeils
P1 bezüglich
einer Ruhestellung die im Fall von 3 100 Längeneinheiten
wie beispielsweise 100 mm weiter rechts läge.
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Bei
der in 4 gezeigten Situation wurde die Halterung um weitere
50 mm nach links verschoben, was auf der Anzeigeeinrichtung 25 durch
die Angabe x = –150
verdeutlicht wird. In dieser Situation ist das Werkzeugelement 3c bereits
in den Bezugskörper 5 eingedrungen
und dementsprechend wird auf der Anzeigeneinrichtung die Spannung
U3 ausgegeben. Die Spannung U3 fällt
in dem Moment an, in dem das Werkzeugelement 3c den Bezugskörper 5 kontaktiert.
Mit diesen beiden Angaben kann daher festgestellt werden, ob das
Werkzeugelement den Bezugskörper
in dem theoretisch zu erwartenden Moment bzw. in der theoretisch
zu erwartenden Position berührt.
Dies ist dann der Fall, wenn dass Werkzeugelement noch intakt ist.
Wenn das Werkzeugelement abgenutzt oder gebrochen ist, würde ein
Kontakt gar nicht oder in jedem Fall später erfolgen und dies wäre umgekehrt
ein Indiz für
eine Zerstörung oder
Abnutzung des Werkzeugelements.
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Die
Geschwindigkeit, mit der die Halterung 2 auf den Bezugskörper zu
bewegt wird, liegt bevorzugt im Bereich von 2 m/sec. Diese Geschwindigkeit wird
erst gedrosselt, sobald das erste Werkzeugelement den Bezugskörper berührt. (Fahren
im Eilgang sowie im Vorschubbetrieb).
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Bei
der in 5 gezeigten Situation wurde die Halterung um weitere
50 mm auf den Bezugskörper
zubewegt. In dieser Situation haben die Werkzeugelemente 3a und 3c den
Bezugskörper 5 kontaktiert
bzw. sind in diesen eingedrungen. Damit wird an der Anzeigeeinrichtung
eine Spannung angezeigt, die sich aus der Summe der Spannungen U1
und U3 ergibt. Es wäre
jedoch auch möglich,
separat die beiden Spannungen U1 und U3 anzuzeigen.
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Bedingt
durch die Vorsprünge 6 und 6a des Bezugskörpers 5 berühren die
Werkzeugelemente diesen früher
als dies der Fall wäre,
wären diese
Vorsprünge
nicht vorhanden. Damit muss bei der Ermittlung des Ortes, an dem
das Werkzeugelement den Bezugskörper
kontaktiert die Breite der Vorsprünge 6 und 6a berücksichtigt
werden.
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Bei
der in 6 gezeigten Situation sind die Werkzeugelemente 3a, 3b 3c und 3e in
den Bezugskörper
eingedrungen, sodass dementsprechend auf der Anzeigeeinrichtung
neben der Positionsangabe X = –300
der Spannungswert U1 + U2 + U3 + U5 angezeigt wird. Aufgrund der
Vorsprünge 6a und 6b kontaktiert
das Werkzeugelement 3b den Bezugskörper früher als das Werkzeugelement
bei 3e. Im Falle eines ebenen Bezugskörpers würden die beiden Werkzeugelemente 3b und 3e den
Bezugskörper
im Wesentlichen gleichzeitig berühren.
Eine Unterscheidung, welches der beiden Bezugselemente den Bezugskörper früher kontaktiert,
wäre damit
nicht über eine
Impulszählung
möglich,
da diese Impulse im Wesentlichen gleichzeitig erfolgen. Daher werden
die Spannungswerte U2 und U5 unterschiedlich gewählt, sodass, falls, nur eine
der beiden Spannungen angezeigt wird, rückgechlossen werden kann, welches Werkzeugelement
(nämlich
das andere) abgenutzt ist.
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Bei
der in 7 gezeigten Situation sind sämtliche Werkzeugelemente in
den Bezugskörper 6 eingedrungen
und haben diesen damit kontaktiert. Falls sämtliche Werkzeugelemente intakt
sind und insbesondere keines gebrochen, wird hier als Spannungswert
die Summe aus allen Spannungen U1 bis U6 angezeigt. Gleichzeitig
wird über
die Lage x = –400
die Position der Halterung gegenüber
des Bezugskörpers
angegeben. Falls die angezeigte Spannung nicht der Gesamtspannung
aus den Spannungen U1 bis U6 entspricht, kann aufgrund der fehlenden
Spannung, zumindest, wenn wie in der bevorzugten Ausführungsform
die Spannungen U1 bis U6 unterschiedlich gewählt werden, festgestellt werde, welches
Werkzeugelement gebrochen ist.
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Mittels
einer entsprechenden Programmiersteuerung kann geprüft werden,
ob die angezeigte Spannung der Summe aus den einzelnen Spannungen
U1 bis U6 entspricht. Ist dies der Fall, kann über eine Maschinensteuerung
an die Maschine die Anweisung gegeben werden, das Werkstück bzw.
den Bezugskörper 5 weiter
zu bearbeiten. Falls die angezeigte Spannung nicht den aufsummierten
Spannungswerten der einzelnen Spannungen entspricht, kann ein Arbeitsvorgang
abgebrochen und dem Benutzer angezeigt werden, dass eines der Werkzeugelemente
nicht intakt ist. Bevorzugt wird dabei dem Benutzer auch angezeigt,
welches Werkzeug ausgewechselt werden muss.
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In 8 wird
eine weitere Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt. Bei dieser Ausführungsform
werden keine Stromkreise geschlossen und Spannungen abgegriffen,
sondern die einzelnen Werkzeugelemente sind mit Schaltelementen 13 verbunden.
Sobald ein Werkzeugelement den Bezugskörper 5 kontaktiert,
wird die entsprechende Schalteinrichtung 13 umgeschaltet
beispielsweise von einem geöffneten
Zustand in einen geschlossen Zustand oder umgekehrt.
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Durch
dieses Schalten wird ein Signal erzeugt, welches dem Benutzer wiederum
anzeigt, dass das Werkzeugelement den Bezugskörper kontaktiert hat. Bevorzugt
sind Vorspanneinrichtungen 11 vorgesehen, mit denen die
einzelnen Werkzeugelemente 3a bis 3e vorbelastet
werden. Diese Vorspanneinrichtungen (z. B. Federn) bewirken, dass, wenn
die Halterung 2 wieder von dem Bezugskörper entfernt wird, die einzelnen
Werkzeugelemente wieder in eine Ruhestellung zurückgelangen und damit das Schaltelement 13 wieder
in den ursprünglichen Schaltzustand
zurückgeführt wird.
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Die
hier gezeigte Ausführungsform
ist insbesondere für
solche Fälle
geeignet, in denen der Bezugskörper 5 nicht
elektrisch leitend ist und daher im Falle eines Kontakts keine Stromkreise
geschlossen werden können.
Auch eignet sich die vorgeschlagene Variante mit dem Schaltelement 13 in
dem Fall, in dem zumindest die Vorsprünge 6 bzw. 6a elektrisch nicht
leitend sind.
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Anstelle
von der Ausgabe von Spannungswerten kann auch jeder Bohrer mit einer
Identifikationsnummer versehen werden, die im Falle eines Berührungskontaktes
mit dem Bezugskörper 5 ausgegeben
wird. Anhand dieser Identifikationsnummer bzw. Bittnummer kann dem
Benutzer angezeigt werden, welches Werkzeugelement an welcher Position X
den Bezugskörper 5 kontaktiert
hat.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
kann dem Benutzer angezeigt werden, dass einzelne Bohrer gegebenenfalls
nicht intakt sind, falls die entsprechenden Identifikationscodes
nicht oder nicht zum erwarteten Zeitpunkt gesendet wurden.
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Anstelle
der Federelemente könnten
Werkzeugelemente auch mit Dehnmessstreifen versehen werden, d. h.
Elementen, deren Widerstand sich mit der Dehnung ändert. Über die
Ermittlung einer Widerstandsänderung
kann ebenfalls das Kontaktieren des Werkzeugelements mit dem Bezugskörper 5 angezeigt
werden.
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Auch
könnten
die einzelnen Verfahren d. h. die Bestückung mit Federelementen und
Dehnmessstreifen miteinander kombiniert werden. Auch ist es möglich, die
oben beschriebene Messung über Spannungswerte
mit den hier dargestellten Federelementen oder Dehnmessstreifen
zu kombinieren, um auf diese Weise die Vorrichtung kompatibel für Bezugskörper aus
beliebigen Materialien zu gestalten oder um mehrere Messungen parallel
zueinander durchzuführen.
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9 zeigt
eine Darstellung, mit der das Kontaktereignis zwischen den Werkzeugelement 3a bis 3f und
dem Bezugskörper 5 durch
Spannungspulse 14a bis 14f angezeigt wird. Dabei
korrespondiert der Spannungspuls 14a beispielsweise zu
dem Werkzeugelement 3c oder genauer gesagt dem Ort, an
dem das Werkzeugelement 3c den Bezugskörper 5 kontaktiert.
Entsprechend korrespondiert der Spannungspuls 14b mit dem
Werkzeugelement 3a, der Spannungspuls 14c mit
dem Werkzeugelement 3b, der Spannungspuls 14d mit
dem Werkzeugelement 3e, der Spannungspuls 14e mit
dem Werkzeugelement 3f und der Spannungspuls 14f mit
dem Werkzeugelement 3d.
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Die
Spannungspulse 14d und 14e liegen in sehr naher
zeitlicher Abfolge, was dadurch bedingt ist, dass die entsprechenden
Werkzeugelemente in kurzem zeitlichem bzw. örtlichem Abstand zueinander
den Bezugskörper
kontaktieren. Falls sämtliche Werkzeugelemente
intakt sind, stimmt die Anzahl der Bohrer mit der Anzahl der in 9 gezeigten
Spannungsimpulse überein.
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Diese
bloße
Zählung
der Eingangspulse setzt jedoch voraus, dass alle Werkzeugelemente
im Wesentlichen zeitversetzt den Bezugskörper kontaktieren. Auf der
X-Achse sind, wie
oben erwähnt,
die jeweiligen zeitlichen Positionen, an denen die Werkzeugelemente
den Bezugskörper
kontaktieren, aufgezeichnet. Damit kann durch die Position und die
jeweilige Kontaktmeldung eine Werkzeugvermessung durchgeführt werden.
Die in 9 dargestellte Methode kann auch als Kontrolle
zur Prüfung
verwendet werden, ob das jeweils richtige Werkzeugelement eingewechselt
wurde, indem eine Plausibilitätskontrolle
durchgeführt
wird, um zu prüfen,
ob das Bezugselement im zum richtigen örtlichen und zeitlichen Punkt
den Bezugskörper
kontaktiert.
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Weiterhin
kann mit den einzelnen Kontaktmeldungen ein Profil der gesamten
Werkzeugeinrichtung, welche die Werkzeugelemente trägt, aufgenommen
werden, beispielsweise festgestellt werden, dass das Werkzeugelement 3c länger ist
als das Werkzeugelement 3a. Auch können die jeweiligen Positionswerte
X bei der Durchführung
einer Messung abgespeichert und das gespeicherte Profil bei der
nächsten Überprüfung der
Bohrerzustände
verwertet werden. Durch Abgleich neu gemessener Koordinaten für neue Bohrer
kann ebenfalls ein Verschleiß einzelner
Werkzeugelement festgestellt werden. Auch kann der zeitliche Verlauf
der Verschleißprozesse
bestimmt werden.
-
In
der Praxis ist jedoch oft noch ein Kühl- oder Schmiermittel vorhanden,
welches bewirkt, dass sich als Kontaktimpulse nicht die in 9 gezeigten
geraden Impulse ergeben sondern eher die in 10 gezeigten
Verläufe.
In diesem Fall gäbe
es einerseits die Möglichkeit
die Leitfähigkeit
des Kühlschmiermittels
zu verändern.
Eine andere Möglichkeit
besteht darin, wie in 10 gezeigt, einen unteren Spannungswert 19 und
ein oberen Spannungswert 18 zu definieren und, sobald die
Spannung von höheren
Spannungswerten herkommend den oberen Spannungswert 18 unterschreitet
bzw. von kleinen Spannungswerten herkommend den unteren Spannungswert 19 überschreitet
dieses Ereignis festzustellen. Damit liegt der tatsächliche
Kontakt in dem Bereich Δ X,
in dem die jeweiligen Kurvenverläufe 28 die
beiden Spannungsschwellen 18 und 19 passieren.
Damit wird bei einem sicheren Kontakt über die Hysterese geschaltet.
-
Bei
den in 10 dargestellten Verläufen handelt
es sich um fiktive Verläufe,
die sich in der Realität
dadurch ergeben, dass die Spannung wie oben ausgeführt nicht
sprunghaft ansteigt, sondern durch das Schmier- oder Kühlmittel
beeinflusst wird.
-
Sämtliche
in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich
beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem
Stand der Technik neu sind.
-
- 2
- Halterung
- 3a,
3b, 3c, 3d, 3e, 3f
- Werkzeugelemente
- 4
- Halteelement
- 5
- Bezugskörper
- 6,
6a
- Vorsprung
- 9
- Spannungsmesseinrichtung
- 11
- Vorspanneinrichtung
- 13
- Schaltelement
- 14a,
14b, 14c, 14d, 14e, 14f,
- Spannungspulse
- 18
- oberer
Spannungswert
- 19
- unterer
Spannungswert
- 22
- Widerstand
- 23
- Spannungsquelle
- 24
- Spannungselement
- 25
- Anzeigeeinrichtung
- 26
- Leitung
- 27
- Positionserfassungseinrichtung
- 28
- Kurvenverlauf
- U1,
U2, U3, U4, U5, U6
- Spannungen
- X1,
X2, X3, X4, X5, X6
- örtliche
Position