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Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuersystem und insbesondere
auf ein Zumessöffnungsformsteuersystem.
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Hintergrund
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Maschinenkomponenten
werden oft basierend auf physischen und/oder funktionellen Charakteristiken
hergestellt, die ihren erwünschten Betrieb definieren.
Eine präzise Herstellung mit hoher Qualität wird
verwendet, um sicherzustellen, dass Komponenten wie erwartet und
innerhalb akzeptabler Toleranzen arbeiten werden. Um sicherzustellen,
dass Komponenten gemäß ihren festgelegten Kriterien hergestellt
werden, führen Hersteller oft Qualitätssteuerungs-
bzw. -kontrolluntersuchungen während und/oder folgend auf
einen Herstellungsprozess aus.
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Beispielsweise
müssen Brennstoffeinspritzvorrichtungen mit vorbestimmten
Abmessungen hergestellt werden, um mit einer diese aufnehmenden Maschine
kompatibel zu sein. Weiterhin müssen Brennstoffeinspritzvorrichtungen
so hergestellt werden, dass sie präzise Mengen von Brennstoff
in einer Weise einspritzen, die für einen effizienten Betrieb der
Maschine erforderlich ist. Daher werden Brennstoffeinspritzvorrichtungen
mit Brennstoffeinspritzvorrichtungszumessöffnungen mit
kleinem Durchmesser und enger Toleranz oft in großen Mengen hergestellt.
Bei der Herstellung dieser Brennstoffeinspritzvorrichtungen sind
verschiedene Messvorrichtungen und Messverfahren verwendet worden,
um die Geometrie von Zumessöffnungen zu überprüfen, die
in den Düsen der Brennstoffeinspritzvorrichtungen geformt
werden. Einige dieser Vorrichtungen weisen beispielsweise Messdrähte,
optische Messmikroskope, Koordinatenmessmaschinen (CMMs = coordinate
measuring machines) und Werth-Maschinen auf. Eine funktionelle Messung
ist auch verwendet worden, wie beispielsweise durch Einspritzen
von Brennstoff durch die Düsenzumessöffnungen
in einer Testumgebung, um die Genauigkeit und Präzision der
gebohrten Zumessöffnungen zu bestimmen. Obwohl viele die ser
Vorrichtungen und Verfahren in gewisser Weise genaue Ergebnisse
bieten können, erfordern sie intensive menschliche Einwirkung,
sie sehen wenig oder keine Automatisierung vor und können
nicht konsistent wiederholbare Präzision bieten.
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In
jüngster Zeit sind Versuche gemacht worden, die Qualitätssteuerungsuntersuchung
von verschiedenen hergestellten Komponenten durch Verwendung von
Computertomographieröntgenabbildung (CT-Röntgenabbildung)
zu automatisieren. Beispielsweise offenbart das
US-Patent 6 895 073 (das '073-Patent),
dass an Shih und Andere am 17. Mai 2005 erteilt wurde, eine Hochgeschwindigkeitsröntgenuntersuchungsvorrichtung
und ein Verfahren dafür. Das System des '073-Patentes weist
drei CT-Röngtenquellen und einen Röntgendetektor
auf, der konfiguriert ist, um zweidimensionale Bilder einer hergestellten
Komponente zu erhalten. Die Bilder werden mit einem oder mehreren
Kalibrierungsbildern der Komponente verglichen, wodurch Komponenten,
welche gewisse Schwellen überschreiten, als "defekt" bezeichnet
werden. Weil das System nur eine begrenzte Anzahl von zweidimensionalen
Bildern erhält, wird die Verarbeitungszeit verringert und eine
automatisierte Qualitätssteuerung der Komponente wird durchgeführt.
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Obwohl
das '073-Patent eine automatisierte CT-Röntgenqualitätssteuerung
von hergestellten Komponenten offenbart, kann seine Anwendbarkeit eingeschränkt
sein. Insbesondere kann die Anzahl der Bilder, die von dem System
des '073-Patentes geliefert wird, nicht ausreichend sein, um ein
hochauflösendes Bild zu erzeugen, welches genau die Komponente
darstellt. Weiterhin werden die erhaltenen zweidimensionalen Bilder
nur mit den Kalibrierungsbildern verglichen, um zu bestimmen, ob
ein Schwellenniveau an Genauigkeit erreicht wird ohne dass irgendeine
Rückmeldung an den Herstellungsprozess geliefert wird.
Daher kann das System nicht die Qualität des Herstellungsprozesses
selbst und die daraus resultierenden Toleranzen der hergestellten
Komponenten verbessern.
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Die
vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere
der oben dargelegten Nachteile zu überwinden.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Zumessöffnungsformsteuersystem gerichtet.
Das System weist eine Herstellungsmaschine auf, die konfiguriert
ist, um eine Zumessöffnung in einem Werkstück
zu formen, weiter eine Computertomografieröntgenmaschine,
die konfiguriert ist, um Daten basierend auf der Geometrie des Werkstückes
zu erzeugen, und einen Computer in Verbindung mit der Herstellungsmaschine
und der Computertomografieröntgenmaschine. Der Computer
ist konfiguriert, um die Herstellungsmaschine basierend auf Daten
zu steuern, die von der Computertomografieröntgenmaschine
erzeugt werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zur Steuerung der Formgebung von Zumessöffnungen in einem Werkstück
gerichtet. Das Verfahren weist auf, eine Zumessöffnung
in dem Werkstück zu formen und eine Vielzahl von Querschnittswerkstückbildern
zu erzeugen, wobei jedes Bild eine Mittelachse des Werkstückes
schneidet und einem von einer Vielzahl von diskreten Winkelschritten
entspricht. Das Verfahren weist weiter auf, die Geometrie der Zumessöffnung
basierend auf der Vielzahl von Querschnittswerkstückbildern
zu bestimmen und zumindest eine zusätzliche Zumessöffnung
in dem Werkstück basierend auf der bestimmten Geometrie
der Zumessöffnung zu formen.
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Gemäß noch
einem weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zur Steuerung der Formgebung einer Zumessöffnung in einem
Werkstück gerichtet. Das Verfahren weist auf, Computertomografiedaten über
das Werkstück zu gewinnen, die Geometrie des Werkstückes
basierend auf den Computertomografiedaten zu bestimmen und eine
Zumessöffnung in dem Werkstück basierend auf der
bestimmten Geometrie des Werkstückes zu formen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Veranschaulichung eines beispielhaften offenbarten
Zumessöffnungsformsteuersystems;
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2 ist
eine schematische Veranschaulichung eines weiteren beispielhaften
offenbarten Zumessöffnungsformsteuersystems;
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3 und 4 sind
schematische Darstellungen von beispielhaften offenbarten Werkstücken mit
Zumessöffnungen, die durch eines der Steuersysteme der 1 und 2 geformt
wurden; und
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5 ist
ein Flussdiagramm, welches ein beispielhaftes offenbartes Verfahren
zum Formen von Zumessöffnungen in einem Werkstück
veranschaulicht.
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Detaillierte Beschreibung
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1 veranschaulicht
ein Zumessöffnungsformsteuersystem 10. Das Zumessöffnungsformsteuersystem 10 kann
eine Bohrmaschine 12, eine Computertomografieröntgenmaschine
(CT-Röntgenmaschine) 14 und einen Computer 16 aufweisen.
Im Allgemeinen kann die CT-Röntgenmaschine 14 konfiguriert
sein, um Daten von einem Werkstück 24 zu erhalten,
welches auf der Bohrmaschine 12 angeordnet ist, während
der Computer 16 konfiguriert sein kann, um die Daten zu
analysieren und entsprechende Rückmeldungs- bzw. Rückkoppelungssignale
an die Bohrmaschine 12 zu liefern.
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Die
Bohrmaschine 12 kann irgendeine Art einer bekannten Bohrmaschine
sein, die eine oder mehrere Zumessöffnungen 30 in
einem Werkstück 24 formen kann. Beispielsweise
kann die Bohrmaschine 12 eine Laserbohrmaschine sein, die
tiefe Löcher mit kleinem Durchmesser durch Bestrahlung des
Werkstücks 24 mit vielen kurzen Laserlichtimpulsen
formen kann. In einem Ausführungsbeispiel kann die Bohrmaschine 12 eine
ExOne Superpulse® Laserbohrmaschine
sein. Die Bohrmaschine 12 kann alternativ eine Bohrmaschine
basierend auf elektrischer Entladung bzw. Erosionsmaschine (EDM-Maschine,
EDM = electrical discharge machining) sein, wie beispielsweise eine
Drahterosionsmaschine, eine "Formsenkerosi onsmaschine", eine Kolbenerosionsmaschine
oder eine Vertikalerosionsmaschine. Wie in 1 abgebildet,
kann die Bohrmaschine 12 ein Endwerkzeug 18 aufweisen,
welches irgendeine Art eines Bohrwerkzeugs sein kann, wie beispielsweise
ein Laser (im Fall einer Laserbohrvorrichtung) oder eine Elektrode
(im Fall einer Erosionsmaschine bzw. Funkenerosionsmaschine). Noch
weitere Alternativen für die Bohrmaschine 12 können
eine Wasserstrahlmaschine, eine herkömmliche Bohrmaschine
oder irgendeine andere Bohrmaschine sein, die ein Endwerkzeug 18 hat,
welches die Bohrmaschine 30 im Werkstück 24 formen
kann.
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Die
Bohrmaschine 12 kann auch einen Drehtisch 20 und
eine Spannvorrichtung 22 aufweisen, der konfiguriert ist,
um das Werkstück 24 in Ausrichtung mit dem Endwerkzeug 18 zu
halten. Der Drehtisch 20 kann irgendeinen drehbaren Mechanismus aufweisen,
wie beispielsweise ein Luftlager oder ein Kugellager, welches konfiguriert
ist, um die Spannvorrichtung 22 und ein Werkstück 24 zu
drehen, welches darin gehalten werden kann. Die Spannvorrichtung 22 kann
irgendeine Art eines Futters oder einer anderen geeigneten Klemme
sein, so lange sie das Werkstück 24 ausreichend
unbeweglich hält, um wünschenswerte Bearbeitungstoleranzen
zu erreichen. Es ist weiter wünschenswert, dass das Werkstück 24 in
einer Weise gehalten wird, die ausreichend Schwingungen und andere
Störungen verringert. Das Werkstück 24 kann
auch in Verbindung mit einer Leistungsversorgung, mit dielektrischem
Strömungsmittel oder irgendeinem anderen Leiter oder Isolator
sein, wie erwünscht, und zwar abhängig von einer
speziellen Bauart einer eingesetzten Bohrmaschine 12. In
einem Ausführungsbeispiel kann das Werkstück 24 eine
Einspritzvorrichtungsdüse einer Brennstoffeinspritzvorrichtung
für einen Dieselmotor sein. Alternativ kann das Werkstück 24 eine
Turbinenschaufel oder irgendeine andere Komponente sein, die Vorteil
aus einer oder mehreren umgekehrt verjüngten Zumessöffnungen
zieht.
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Die
CT-Röntgenmaschine 14 kann irgendeine Bauart einer
Maschine sein, die geeignet ist, um eine hochauflösende
dreidimensionale Abbildung des Werkstückes 24 auszuführen.
Wie in 1 veranschaulicht, kann die CT-Röntgenmaschine 14 einen
Strahlungsemitter 26 und einen Strahlungsdetektor 28 aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel können der Strahlungsemitter 26 und
der Strahlungsdetektor 28 relativ zum Werkstück 24 festgelegt
sein. In einem weiteren Ausführungsbeispiel können
der Strahlungsemitter 26 und der Strahlungsdetektor 28 konfiguriert
sein, um sich beispielsweise um 360° um das Werkstück 24 herum
zu drehen (d. h. um eine vertikale oder horizontale Achse, die durch
das Werkstück 24 verläuft). Der Strahlungsemitter 26 kann
irgendeine geeignete Bauart einer Röntgenröhre
aufweisen, wie beispielsweise eine Hochleistungs- oder Mikrofokusröntgenröhre
mit 100–500 kV. Darüber hinaus kann der Strahlungsemitter 26 eine
Vielzahl von Strahlungsröhren oder Quellen aufweisen. Der Strahlungsdetektor 28 kann
ein digitaler Detektor sein, der konfiguriert ist, um Strahlung
zu detektieren, die von dem Strahlungsemitter 26 ausgesandt
wurde, und zwar so wie sie durch die Geometrie des Werkstückes 24 beeinflusst
wurde. Beispielsweise kann der Strahlungsdetektor 28 einen
digitalen Strahlungsdetektionsmechanismus mit 1–10 Megapixeln
aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel kann der Strahlungsdetektor 28 eine
Anordnung oder eine Vielzahl von digitalen Detektoren aufweisen,
die konfiguriert sind, um mit entsprechenden Strahlungsemittern 26 zusammenzuarbeiten.
Die CT-Röntgenmaschine 14 kann einen eingebauten
Prozessor aufweisen, der konfiguriert ist, um den Betrieb des Strahlungsemitters 26 und/oder
des Strahlungsdetektors 28 zu steuern. Die CT-Röntgenmaschine kann
auch eine eingebaute Verarbeitung für die Datenspeicherung,
für die Komponentenmerkmalsextraktion, für die
Volumenrekonstruktion, für das Rendern/Visualisieren, für
eine Dimensionsanalyse und/oder einen Modellvergleich aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel kann die CT-Röntgenmaschine 14 weiter
einen eingebauten Anzeigemonitor zur Anzeige von dreidimensionalen
Darstellungen von untersuchten Komponenten aufweisen.
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Obwohl
die Bohrmaschine 12 und die CT-Röntgenmaschine 14 in 1 derart
abgebildet sind, dass die benachbart und in zusammen arbeitender
Weise um das Werkstück 24 herum angeordnet sind,
können sie auch vollständig getrennt und entfernt
angeordnet sein. Beispielsweise kann die CT-Röntgenmaschine 14 ein
stationäres Röntgensystem sein, welches an einer
festen Stelle eingebaut ist oder ein mobiles oder transportables
Röntgensystem. In diesem Ausführungsbeispiel kann
das Werkstück 24 teilweise oder vollständig
durch die Bohrmaschine 12 hergestellt bzw. bearbeitet werden und
dann zur Untersuchung zu der CT- Röntgenmaschine 14 transportiert
werden. In einem alternativen Ausführungsbeispiel können
die Bohrmaschine 12, die CT-Röntgenmaschine 14 und
der Computer 16 als ein vollständig integriertes
Bohr- und Untersuchungssystem zu einer Packung angeordnet sein.
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Der
Computer 16 kann in Verbindung mit der Bohrmaschine 12 und
der CT-Röntgenmaschine 14 angeordnet sein. Der
Computer 16 kann einen einzelnen Mikroprozessor oder mehrere
Mikroprozessoren aufweisen, die Mittel zur Steuerung des Betriebs der
Bohrmaschine 12 und/oder der CT-Röntgenmaschine 14 aufweisen.
Zahlreiche kommerziell verfügbare Mikroprozessoren können
die Funktionen des Computers 16 ausführen. Es
sei bemerkt, dass der Computer 16 leicht einen allgemeinen
Maschinenmikroprozessor verkörpern könnte, der
zahlreiche Maschinenfunktionen steuern kann. Der Computer 16 kann
einen Speicher zur Speicherung von Daten aufweisen oder mit einem
Speicher assoziiert sein, und zwar für Daten, wie beispielsweise
einen Betriebszustand, eine Auslegungs- bzw. Konstruktionsgrenze
und eine Leistungscharakteristik oder Spezifikation der Bohrmaschine 12,
der CT-Röntgenmaschine 14 und/oder des Werkstücks 24.
Verschiedene andere bekannte Schaltungen können mit dem Computer 16 assoziiert
sein, die eine Leistungsversorgungsschaltung, eine Signalkonditionierungsschaltung,
eine Elektromagnettreiberschaltung, eine Kommunikationsschaltung
und andere geeignete Schaltungen aufweisen. Weil der Computer 16 mit anderen
Komponenten entweder über verdrahtete oder über
drahtlose Übertragung kommunizieren kann, kann darüber
hinaus der Computer 16 an einer Stelle entfernt von der
Bohrmaschine 12 angeordnet sein, falls erwünscht.
Alternativ, wie oben besprochen, kann der Computer 16 integral
mit der CT-Röntgenmaschine 14 sein. Entsprechend
kann der Computer 16 konfiguriert sein, um Signale von der
CT-Röntgenmaschine 14 aufzunehmen, die CT-Daten über
die Geometrie des Werkstückes 24 aufweisen. Der
Computer 16 kann konfiguriert sein, um die CT-Daten zu
analysieren und Rückkoppelungssignale an die Bohrmaschine 14 basierend
auf den analysierten CT-Daten zu senden.
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2 veranschaulicht
ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung, bei
dem eine einzelne CT-Röntgenmaschine 14 konfiguriert
ist, um mit einer Vielzahl von Bohrmaschinen 12 zu arbeiten. Insbesondere
kann die CT-Röntgenmaschine 14 selektiv jede Bohrmaschine 12 in
ihre Sichtlinie (d. h. zwischen einen Strahlungsemitter/Strahlungsdecoder-Paar
der Röntgenmaschine) bringen. Alternativ kann die CT-Röntgenmaschine 14 stationär
sein, wodurch Werkstücke der verschiedenen Bohrmaschinen 12 in
die Sichtlinie der CT-Röntgenmaschine 14 bewegt
werden, und zwar entweder mit einer jeweiligen Bohrmaschine 12 oder
nicht. Wie in 2 veranschaulicht, kann der
Computer 16 in Verbindung mit der CT-Röntgenmaschine 14 und
der Vielzahl von Bohrmaschinen 12 sein. Entsprechend kann
die CT-Röntgenmaschine 14 konfiguriert sein, um
geometrische Informationen über die Werkstücke 24 zu erzeugen,
die mit der Vielzahl von Bohrmaschinen 12 assoziiert sind.
Der Computer 16 kann konfiguriert sein, um die Werkstückgeometrieinformationen
zu empfangen, die von der CT-Röntgenmaschine 14 erzeugt
wurden. Der Computer 16 kann weiter konfiguriert sein,
um Signale an die Vielzahl von Bohrmaschinen 12 basierend
auf den Werkstückgeometrieinformationen zu leiten.
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Wie
oben mit Bezug auf 1 beschrieben, kann die Bohrmaschine 12 konfiguriert
sein, um eine oder mehrere Zumessöffnungen 30 in
dem Werkstück 24 zu formen. Die 3 und 4 veranschaulichen
Querschnitte von beispielhaften Werkstücken 24 mit
einer Vielzahl von darin ausgeformten Zumessöffnungen 30.
Der Computer 16 kann konfiguriert sein, um die Abmessungen
von jeder Zumessöffnung 30 zu analysieren. Wie
in 3 veranschaulicht, kann beispielsweise eine Software
eines Computers 16 verwendet werden, um einen Querschnitt
der Zumessöffnung 30 zu schneiden und eine "Linienanalyse
der kleinsten Quadrate" auszuführen, um den geraden Verlauf
einer Mittellinie 29 der Zumessöffnung 30 zu
bestimmen. Alternativ kann die Dimensionsanalysesoftware ungefähr
20 bis 30 Scheiben entlang einer Länge jeder Zumessöffnung 30 aufnehmen
und eine "Kreisanalyse der kleinsten Quadrate" 31 ausführen,
um die Rundheit der Zumessöffnung zu bestimmen. In einem
Ausführungsbeispiel kann das Werkstück 24 eine
Brennstoffeinspritzvorrichtungsdüse mit Zumessöffnungen 30 sein,
wobei jede Zumessöffnung 30 ein umgekehrt verjüngtes
Profil und einen Durchmesser im Bereich von 100–500 μm
hat. Wie in dem Ausführungsbeispiel der 4 übertrieben
dargestellt, können die Zumessöffnungen 30 einen
Innendurchmesser 35 ha ben, der größer
ist als ein Außendurchmesser 33. In einer Zumessöffnung
mit einem Durchmesser in der Größenordnung von
200 μm kann beispielsweise der Dimensionsunterschied zwischen
dem Innendurchmesser 35 und dem Außendurchmesser 33 ungefähr
10 bis 70 μm sein. Entsprechend können Zumessöffnungen 30 mit
solch präzise gesteuerten Abmessungen einen erwünschten
Strahl einer Flüssigkeit, wie beispielsweise von Brennstoff,
durch das Werkstück 24 erzeugen.
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5 bildet
die Schritte eines beispielhaften Verfahrens zum Formen der Zumessöffnungen 30 in dem
Werkstück 24 unter Verwendung des Systems 10 der 1 oder 2 ab. 5 wird
im Detail im Folgenden Abschnitt beschrieben, um besser das offenbarte
System und seinen Betrieb zu veranschaulichen.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Das
offenbarte System kann verwendet werden, um Zumessöffnungen,
wie beispielsweise umgekehrt verjüngte Zumessöffnungen,
in automatisierter, effizienter und präziser Weise zu erzeugen.
Weil das System eine Computertomografieröntgenuntersuchung
von Werkstücken verwendet, kann das System eine hochauflösende
Messung von einer oder mehreren Zumessöffnungen in einem
oder mehreren Werkstücken ausführen. Weil das
System in Verbindung mit dem Zumessöffnungsformprozess
ist, kann es darüber hinaus eine Rückmeldung an
den Zumessöffnungsformprozess basierend auf der hochauflösenden
Messung liefern. Daher kann die genaue Formgebung einer Zumessöffnung
in einem Werkstück basierend auf den Messungen eines anderen Werkstückes
basierend auf der Messung einer anderen Zumessöffnung in
dem gleichen Werkstück oder auch basierend auf der Messung
der genau gleichen Zumessöffnung verbessert werden. Entsprechend kann
die Formgebung von Zumessöffnungen mit hoher Toleranz ohne
ein wesentliches Ausmaß an menschlicher Einwirkung und
ohne die Notwendigkeit für wiederholte Messungen ausgeführt
werden. Der Betrieb des Zumessöffnungsformsteuersystems 10 wird
nun beschrieben.
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Mit
Bezug auf die 1 und 4 kann die CT-Röntgenmaschine 14,
während oder nach einem Prozess, durch den die Bohrmaschine 12 eine
oder mehrere Zumessöffnungen 30 in dem Werkstück 24 formt,
Computertomografiedaten über die Geometrie des Werkstücks 24 aufnehmen
(Schritt 32). Um diese Daten aufzunehmen, kann der Drehtisch 20 intermittierend
das Werkstück 24 um 360° in Inkrementen bzw.
Schritten von einem halben Grad um eine Mittelachse des Werkstücks 24 drehen.
Die CT-Röntgenmaschine 14 kann den Strahlungsemitter 26 und
den Strahlungsdetektor 28 verwenden, um ein Querschnittsbild
des Werkstückes entsprechend jedem der Schritte von einem
halben Grad zu erzeugen. Entsprechend kann die CT-Röntgenmaschine 14 720 Bilder
oder "Scheiben" des Werkstücks 24 erzeugen, wobei
jedes Bild eine zweidimensionale Darstellung der Merkmale des Werkstückes 24 über
eine spezielle in Drehrichtung orientierte Ebene ist.
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Entweder
die CT-Röntgenmaschine 14 oder der Computer 16 können
dann eine volumetrische Werkstückdatei erzeugen, die die
physikalischen Charakteristiken des Werkstückes 24 darstellt (Schritt 34).
Insbesondere kann die CT-Röntgenmaschine 14 die
aufgenommenen CT-Daten an den Computer 16 übermitteln,
so dass sie zu einer dreidimensionalen volumetrischen Werkstückdatei
zusammengesetzt werden. Alternativ kann die volumetrische Werkstückdatei
durch einen Prozessor erzeugt werden, der in der CT-Röntgenmaschine 14 eingebaut
ist.
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Entweder
die CT-Röntgenmaschine 14 oder der Computer 16 können
dann eine Datenpunktwolke aus der volumetrischen Werkstückdatei
erzeugen (Schritt 36). Insbesondere kann die volumetrische Werkstückdatei
durch verschiedene statistische und geometrische Verfahren in eine
Datenpunktwolke umgewandelt werden, wobei jeder Datenpunkt in der Wolke
eine ungefähre Stelle eines Punktes auf dem Werkstück 24 darstellt.
Beispielsweise kann jede Zumessöffnung 30 durch
ungefähr 10000 Datenpunkte dargestellt werden, die eine
zylindrische Hülle der Zumessöffnung definieren.
Auch in dem Fall, dass eine ausgewählte Bauart einer CT-Röntgenmaschine 14 jeden
Datenpunkt auf 6 oder 7 μm erhält, kann die Analyse
von Tausenden von benachbarten Datenpunkten verwendet werden, um
die Abbildungsauflösung auf das Niveau eines Mikrometers
zu verbessern. Beispielsweise können statistische Durchschnitte
und Wahrscheinlichkeiten verwendet werden, um eine ungefähre
Lage für einen Datenpunkt zu optimieren. Entsprechend kann
die Geometrie von jeder Zumessöffnung 30 und auch
dem Werkstück 24 mit einer Auflösung
von bis zu 0,5–2,0 μm bestimmt werden.
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Entweder
die CT-Röntgenmaschine 14 oder der Computer 16 können
dann eine Dimensionsanalyse an der Datenpunktwolke ausführen
(Schritt 38). Beispielsweise kann die Software verwendet
werden, um mehrere Querschnitte der Zumessöffnung 30 zu schneiden
und "Kreiseinpassungen der kleinsten Quadrate auf jedem Niveau auszuführen,
um folgende Größen zu bestimmen: Durchmesser gegenüber der
Position entlang der Lochlänge; Rundheit des Lochs als
eine Funktion der Lochtiefe und/oder gerader Verlauf einer Mittellinie 29,
die durch die Mitten der Kreise der Zumessöffnung 30 geformt
wird. Alternativ kann die Dimensionsanalysesoftware bis zu ungefähr
30 ebene "Scheiben" entlang einer Länge von jeder Zumessöffnung 30 aufnehmen,
wobei jede ebene "Scheibe" die Mittellinie des Loches enthält.
Eine "gerade" Linie der kleinsten Quadrate kann in die ebenen Scheiben
eingepasst werden, um folgende Größen zu bestimmen:
Seitenwandwinkel der Zumessöffnung 30; relative
Winkel zwischen gegenüberliegenden Seiten der Zumessöffnung 30; und/oder
Geradheit der Seitenwand der Zumessöffnung 30.
Eine solche Dimensionsanalyse kann daher die Größe,
die Lage, die Orientierung, das axiale Profil, die Neigungsgeometrie
und/oder die Rückwärtsneigungsgeometrie für
jede Zumessöffnung 30 zeigen.
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Die
oben beschriebenen Schritte: Erzeugung der volumetrischen Werkstückdatei,
Erzeugung der Datenpunktwolke und Ausführung der Dimensionsanalyse,
können in der CT-Röntgenmaschine 14 oder durch
den Computer 16 ausgeführt werden. Alternativ
kann jeder Schritt auf einem getrennten Computer 16, einem
getrennten Prozessor und/oder einer getrennten Softwarepackung in
einem sogenannten "Parallelverarbeitungsprozess" oder "Pipelining-Prozess"
ausgeführt werden. Weil die Verarbeitungsschritte über
getrennte Computer, Prozessoren und/oder Softwarezusammenstellungen
aufgeteilt werden können, kann die Verarbeitung der Daten
in diesen Schritten in einer Geschwindigkeit ausgeführt werden,
die die Echtzeit abbildung des Werkstückes 24 und
irgendwelcher Zumessöffnungen 30 möglich machen
kann. In einem beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
die Verarbeitung mit einer Geschwindigkeit von einer Brennstoffeinspritzvorrichtung
pro 30 Minuten ausgeführt werden, so dass eine statistische
Analyse und Rückmeldung möglich sein können.
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In
einem weiteren beispielhaften Ausführungsbeispiel kann
die Verarbeitung mit einer Rate ausgeführt werden, die
ausreicht, um eine Rückmeldung für die Bohrmaschine 12 vorzusehen,
um die Formgebung der genau gleichen Zumessöffnung 30 einzustellen,
die abgebildet und analysiert wird. Beispielsweise kann die CT-Röntgenmaschine 14 konfiguriert
sein, um geometrische Informationen über die Zumessöffnung 30 zu
erzeugen, während sie geformt wird. Die CT-Röntgenmaschine 14 kann
die geometrischen Informationen analysieren, um zu bestimmen, ob
der Formgebungsprozess der Zumessöffnung 30 modifiziert
werden sollte, wie beispielsweise durch Modifikation der Orientierung,
des Pfades, der Geschwindigkeit oder der Materialentfernungsrate des
Endwerkzeugs 18 der Bohrmaschine 12. Die CT-Röntgenmaschine 14 kann
auch konfiguriert sein, um erneut Teile der Zumessöffnung 30 zu
formen, die nicht in gewisse vordefinierte Dimensionstoleranzen relativ
zu einem idealen Modell der Zumessöffnung 30 fallen.
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Nachdem
eine Dimensionsanalyse des Werkstücks 20 erhalten
wurde, kann der Computer 16 dann bestimmen, ob es ein weiteres
Werkstück 24 oder eine weitere Bohrmaschine 12 gibt,
für die eine Dimensionsanalyse erwünscht ist (Schritt 40).
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In
dem Fall, dass der Computer 16 in Verbindung mit einer
Vielzahl von Bohrmaschinen 12 ist, wie dies beispielsweise
in 2 veranschaulicht ist, können die CT-Röntgenmaschine 14 und/oder
der Computer 16 fortfahren, die schleifenartig angeordneten
Schritte der Aufnahme von CT-Daten (Schritt 32) der Erzeugung
einer volumetrischen Werkstückdatei (Schritt 34),
der Erzeugung einer Datenpunktwolke (Schritt 36) und der
Ausführung einer Dimensionsanalyse (Schritt 38)
für Werkstücke 24 auszuführen,
die mit jeder Bohrmaschine 12 assoziiert sind, bis alle
erwünschten Werkstücke 24 abgebildet
und analysiert worden sind.
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Der
Computer 16 kann dann die Dimensionsanalyseergebnisse über
alle erwünschten Werkstücke 24 mitteln,
um eine statistische Lösung für die geometrische
Formgebung der Zumessöffnungen 30 bei den Werkstücken 24 zu
erhalten (Schritt 42). Beispielsweise kann der Computer 16 die
Dimensionsanalyseergebnisse über verschiedene Werkstücke 24 mitteln,
die von einer einzelnen Bohrmaschine 12 hergestellt wurden.
Alternativ kann der Computer 16 die Dimensionsanalyseergebnisse über
mehrere Werkstücke 24 mitteln. In einem Ausführungsbeispiel können
die Dimensionsanalyseergebnisse über alle Zumessöffnungen 30 in
einem einzigen Werkstück 24 gemittelt werden.
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Der
Computer 16 kann die gemittelten Dimensionsanalyseergebnisse
basierend auf einem idealen Modell für die Zumessöffnungsgeometrie und/oder
basierend auf bekannten Prozesssteuerparametern der Bohrmaschine 12 analysieren
(Schritt 44). Beispielsweise kann der Computer 16 die
gemittelten Dimensionsanalyseergebnisse mit einem idealen Modell
vergleichen, oder mit den theoretischen Zumessöffnungsabmessungen,
die ausgelegt wurden und die die Bohrmaschine 12 erzeugen
soll. In einem Ausführungsbeispiel kann der Computer 16 die
spezifischen Unterschiede zwischen den gemittelten Dimensionsanalyseergebnissen
und den Modellzumessöffnungsabmessungen bestimmen. Der Computer 16 kann
dann die Prozesssteuerveränderungen berechnen, die nötig
sind, um jene Unterschiede zu kompensieren, und zwar im Hinblick
auf gewisse bekannte Parameter über den speziellen Bohrprozess.
Beispielsweise kann der Computer 16 die Verweilzeit, die
Materialentfernungsrate, die Werkzeugabnutzungsrate, die Materialeigenschaften,
die Werkzeugorientierung, die Werkzeugrate bzw. Vorschubrate und
andere physische Eigenschaften und Parameter berücksichtigen,
die die daraus resultierenden Zumessöffnungsabmessungen beeinflussen,
und zwar bei einem gegebenen gewissen Prozess, der von der Bohrmaschine 12 eingerichtet
wird.
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Entsprechend
kann der Computer 16 dann Rückmeldungsinformationen
an eine oder mehrere Bohrmaschinen 12 senden (Schritt 46).
Insbesondere kann der Computer 16 Signale an eine oder
mehrere Bohrmaschinen 12 senden, die aus reichend Informationen
enthalten, um in vorteilhafter Weise den Herstellungsprozess zu
aktualisieren. Beispielsweise kann der Computer 16 aktualisierte
Informationen über den Zustand des Werkzeugs oder der Werkstücke 24 senden.
Alternativ kann der Computer 16 Informationen senden, die
den physischen Pfad oder die Geschwindigkeit des Endwerkzeugs 18 der
speziellen Bohrmaschine 12 einstellen. Entsprechend kann
der Betrieb der Bohrmaschine 12 in Echtzeit und/oder mit
statistischer Rückmeldung über die hochauflösende
Messung der verschiedenen Werkstückzumessöffnungen
aktualisiert werden. Dies kann gestatten, dass die Bohrmaschinen 12 in
effizienterer und effektiverer Weise "neu ausgerichtet" oder kalibriert
werden, was genauere und präzisere Einspritzvorrichtungszumessöffnungen
zur Folge hat.
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Das
vorliegende offenbarte Zumessöffnungsformsteuersystem kann
in zuverlässiger und vorteilhafter Weise umgekehrt verjüngte
Einspritzvorrichtungsdüsenzumessöffnungen in automatisierterer,
effizienterer und wiederholbarerer Weise erzeugen. Weil Computertomografieröntgenabbildung
zur Bestimmung der Werkstückgeometrie verwendet wird, muss
vergleichsweise wenig manuelle Arbeit bei der Messung der Werkstücksmerkmalabmessungen
verwendet werden. Weil die CT-Röntgenmessung genau und
präzise ist, können darüber hinaus doppelte
Messungen vermieden werden. Schließlich sieht das System
eine statistische und/oder in Echtzeit stattfindende Rückmeldungssteuerung
bzw. Regelung der Zumessöffnungsformgebung vor, was die Rate
vergrößert, mit der Zumessöffnungen mit
enger Toleranz hergestellt werden können. Entsprechend sieht
das offenbarte System merkliche Verbesserungen beim Kosten- und
Zeitaufwand vor, der mit der Ausführung von solch qualitativ
hochwertigen Herstellungsprozessen assoziiert ist.
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Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Zumessöffnungsformsteuersystem
vorgenommen werden können. Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und einer
praktischen Ausführung des offenbarten Zumessöffnungsformsteuersystems
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen gezeigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
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Zitierte Patentliteratur
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