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Die Erfindung bezieht sich auf eine Messanordnung zur Vermessung von Zerspanungswerkzeugen, insbesondere Trennwerkzeugen und ein entsprechendes Verfahren.
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Als Zerspanungswerkzeuge werden im Sinne der vorliegenden Erfindung Werkzeuge zur spanabhebenden Materialbearbeitung verstanden. Bei diesen Werkzeugen ist an einem Werkzeuggrundkörper eine Vielzahl von Schneidelementen angeordnet. Die Schneidelemente sind mit einer Schneide versehen und über die Relativbewegung von den Schneiden zu dem zu bearbeitenden Werkstück werden Späne abgehoben und so das Werkstück in die gewünschte Form gebracht. Insbesondere wird hier ein trennendes Bearbeiten betrachtet. Bei derartigen Trennwerkzeugen wird häufig eine geringe Dicke des Trennwerkzeugs gefordert, so dass das Verlustvolumen möglichst gering ist. Bei den Trennwerkzeugen kann die Schneide einstückig Teil des Werkzeuggrundkörpers sein. Alternativ können Schneideinsätze, wie z.B. Hartmetalleinsätze, auf das Werkzeug aufgebracht werden.
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Um den Verschleiß oder Beschädigungen von dem Trennwerkzeug beurteilen zu können, um so z.B. zu entscheiden, ob ein Nachschleifen der Schneidelemente notwendig ist, sind Messanordnungen, wie aus
DE 10 2007 028 174 A1 bekannt. Dort wird die Schneidenkontur mit einer ersten Kamera per Gegenlichtmessung überprüft und eine zweite Kamera beurteilt den Gesamtzustand der Schneidelemente (Verschleiß) über eine frontal auf die Schneiden gerichtete Betrachtungsrichtung,. Eine weitere Aufgabe der Messanordnungen ist es, bei der Herstellung von den Trennwerkzeugen und/oder nach der Aufbearbeitung (z.B. Nachschleifen) im Sinne der Qualitätssicherung den Ist-Zustand sämtlicher Schneidelemente zu erkennen und zu dokumentieren.
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Ein Problem der bekannten Messanordnung ist es, nicht ausreichend viele Daten bereitzustellen, um eine aussagekräftige Aussage über den Zustand der Schneidelemente liefern zu können. Somit ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messanordnung bereitzustellen, die geeignet ist, eine Vielzahl von Messwerten über den Schneidenzustand aufzunehmen. Der Messzyklus soll automatisiert und möglichst schnell durchführbar sein. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Eine Messanordnung zum Vermessen von Schneidelementen eines Trennwerkzeugs umfasst zumindest eine erste Kamera zur optischen Untersuchung einer ersten Kontur oder Fläche des Schneidelements und eine Bewegevorrichtung ist eingerichtet zum Verschieben und/oder Verschwenken zumindest einer Komponente der Messanordnung, so dass nach dem Verschieben und/oder Verschwenken dieser Komponente eine andere, insbesondere gegenüberliegende, Kontur oder Fläche des Schneidelements optisch untersuchbar ist. Das Schneidelement kann ein Teil des Trennwerkzeugs sein, wie z.B. bei einer Säge oder Fräse, bei dem die Schneiden, bzw. Zähne aus dem Grundkörper des Trennwerkzeugs herausgeschnitten sein. Alternativ können dies Schneideinsätze sein, wie z.B. Hartmetalleinsätze, die mit dem Trennwerkzeug (trennbar oder dauerhaft) verbunden, wie z.B. verklebt oder verlötet sein können. Durch die beschriebene Anordnung wird es möglich, zwei gegenüberliegende Seiten eines einzigen Schneidelements zu untersuchen. Es wurde erkannt, dass es nicht ausreicht, nur zwei Kameras zu haben, die mit entgegengesetzter Blickrichtung auf das gleiche Schneidelement ausgerichtet sind, da dann die eine Kamera stets im Hintergrund die zweite Kamera mit aufnehmen würde. Auch ist es durch den erfindungsgemäßen Aufbau möglich, eine gleichmäßige flächige Hintergrundsbeleuchtung für eine Gegenlichtaufnahme zu erreichen. Denn der Schieber, gemäß im Ausführungsbeispiel näher erläutert wird, liegt mit seiner flächigen Leuchtfläche komplett, gleichmäßig und/oder unterbrechungsfrei hinter dem zu untersuchenden Schneidelement.
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Bevorzugt umfasst die Messanordnung eine zweite Kamera, deren optische Achse entgegengesetzt zur optischen Achse der ersten Kamera ausgerichtet ist. Dabei sind beide Kameras ortsfest an der Messanordnung angeordnet. Die beiden optischen Achsen können kollinear sein. So sind die sich ergebenden Aufnahmen unmittelbar aussagekräftig und miteinander vergleichbar. Alternativ kann ein lateraler Versatz oder ein Winkelversatz vorhanden sein, der aber nicht so groß ist, dass das bei den aufgenommenen Bildern eine unzulässige Verzerrung auftritt. In einigen Anwendungen kann ein derartiger Versatz maximal der Länge des zu untersuchenden Schneidelements entsprechen, wie bspw. eine maximale Länge von 5, insbesondere 2 mm betragen.
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Ferner kann insbesondere die Bewegevorrichtung zumindest einen Schieber umfassen, der in die optische Achse zumindest einer der Kameras verschiebbar ist. Bevorzugt ist jeweils ein Schieber in die entsprechende optische Achse der beider Kameras bewegbar. Die Bewegevorrichtung kann bevorzugt eingerichtet sein, wechselseitig die optische Achse der einen Kamera dann freizugeben, wenn der zumindest eine Schieber sich in der optischen Achse der anderen Kamera befindet. Der Begriff Schieber ist weit auszulegen und umfasst auch Bauelemente, die nicht nur in einer Lateralbewegung „verschoben“ werden, sondern auch Bauelemente die in einer alleinigen oder kombinierten Schiebe-, Schwenk- und/oder Verdrehbewegungen beweglich sind.
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Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Messanordnung zwei Lichtquellen- und/oder Blendeneinheiten aufweist, die so angeordnet sind, dass ein Aufnahmebereich, der zur Aufnahme von zumindest einem Schneidelement dient, dazwischenliegend ist und insbesondere sich die Lichtquellen- und/oder Blendeneinheiten zwischen den Kameras befinden. Die Lichtquellen- und/oder Blendeneinheiten können auch als ein Schieber verstanden werden.
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Alternativ kann die erste Kamera über die Bewegevorrichtung so bewegbar sein, dass mit der gleichen Kamera nach der Bewegung auch eine gegenüberliegende Seite oder Kontur des Schneidelements optisch untersuchbar ist. So wird nur eine Kamera für die beiden gegenüberliegenden Seiten des Schneidelements benötigt, aber statt dessen muss die Bewegevorrichtung eingerichtet sein, stets eine exakte Positionierung der Kamera zu gewährleisten.
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Zudem kann eine dritte Kamera so eingerichtet, dass deren optische Achse senkrecht zur optischen Achse der ersten Kamera ist und in einem Winkel von 90° +/– 5°, insbesondere +/–2° zur Tangentialrichtung des Werkzeugs liegt. Anders ausgedrückt, kann deren optische Achse senkrecht zur Schneide des Trennwerkzeugs liegen und dabei im Winkel von 0° +/– 5° und insbesondere von +/–2° zur Schnittvorschubrichtung des zu vermessenden Schneidelements liegen. Diese entsprechend zu Werkzeugvorschubrichtung ausgerichtete Kamera ist besonders geeignet, die Schneide und deren Abnutzung (wie z.B. Ausbrüche) zu untersuchen. Die Begriffe Tangential- und Radialrichtung beziehen sich auf ein Rotationstrennwerkzeug. Bei einem Trennwerkzeug einer linearen Schneidenführung, wie bspw. einer Bandsäge, sind diese Begriffe analog anzuwenden.
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Ferner kann eine vierte Kamera vorgesehen sein, die in einem Winkel von 20° bis 65°, bevorzugt 25° bis 45° zur Schneidrichtung des Trennwerkzeugs ausgerichtet ist. Die Schneidrichtung ist bei einen Kreissägeblatt die Tangentialrichtung. So kann bevorzugt die Spanfläche auf Verschleiß untersucht werden.
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Ferner können sämtliche Kameras eingerichtet sein, innerhalb eines Messzyklusses jeweils das gleiche Schneidelement optisch zu untersuchen, wobei ein Messzyklus zumindest eine erste Messung, die Verschiebe- und oder Schwenkbewegung und eine zweite Messung umfasst. Die erste und die zweite Messung sind bevorzugt identische Messungen.
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Es kann zumindest für eine Kamera, bevorzugt für die erste und die zweite Kamera und insbesondere für alle Kameras eine flächige Lichtquelle vorgesehen sein, die umlaufend um die optische Achse der jeweiligen Kamera bringbar ist oder die umlaufend zu der optischen Achse der jeweiligen Kamera angeordnet ist. Auch kann dies alternativ durch eine Mehrzahl einzelner Lichtquellen erreicht werden. Diese einzelnen Lichtquellen dabei können um den für die Kamera vorgesehenen Durchbruch herum angeordnet sein. In jedem Fall wird bevorzugt beabsichtigt, eine möglichst gleichmäßige Ausleuchtung des Kamerasichtfelds zu erzielen. Auch können diese Lichtquellen einzeln (oder in einzelnen Gruppen) geschaltet werden, um ein Anstrahlen von einer gewünschten Richtung zu bewirken. Auf diese Art kann ein ungleichmäßiges Beleuchtungsspektrum erzielt werden. Dieses bewirkt auf ungleichmäßig abgenutzten Schneiden eine Schattenbildung, was eine Erkennung eines Reliefs ermöglicht oder erleichtert. Wenn eine einzelne Lichtquelle einen großflächigen Lichtaustrittsbereich aufweist, der die gleichen oder vergleichbare Eigenschaften zu der vorstehend genannten Mehrzahl einzelner Lichtquellen aufweist, so fällt dies äquivalent unter diesen Begriff.
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Bei einem Verfahren zur optischen Messung von Schneidelementen eines Trennwerkzeugs, nimmt in einem ersten Messschritt eine erste Kamera die Geometrie und/oder farbliche Eigenschaften eines Schneidelements auf. In einem nachfolgenden Zwischenschritt wird entweder die erste Kamera in Ihrer Lage verändert oder ein Schieber wird bewegt, und die erste Kamera oder eine zweite Kamera nimmt in einen zweiten Messschritt eine andere, insbesondere die gegenüberliegende Seite des Schneidelements auf zur Erkennung deren Geometrie und/oder farblicher Eigenschaften.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Messanordnung zur Vermessung von Schneidelementen,
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2 drei Draufsichten auf die Anordnung gemäß 1 aus unterschiedlichen Richtungen,
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3 die Vergrößerung der Seitenansicht von den Draufsichten der 2,
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4 eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Messanordnung,
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5 eine frontale Ansicht auf die Ausführungsform der 4,
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6 eine Detailansicht der Ebene des Trennwerkzeugs mit den Kameras, die ihre Aufnahmen in der Werkzeugebene machen und
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7 ein Schneidelement aus unterschiedlichen Ansichten mit den Blickrichtungen (optische Achsen) der einzelnen Kameras.
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1 zeigt eine Messanordnung 1 mit einem Trennwerkzeug 10, welches als ein Bandsägeblatt ausgeführt ist. Die Messanordnung umfasst vier Kameras 20, 25, 30 und 35, die so angeordnet sind, dass möglichst viele und aussagekräftige Aufnahmen der Schneidelemente 11 des Trennwerkzeugs 10 aufgenommen werden können. Für seitliche Aufnahmen der Schneidelemente 11, also in der Ebene, in der das Trennwerkzeug die Trennung durchführt, sind die erste Kamera 20 und die zweite Kamera 25 vorgesehen. Die Dicke des Schneidelements kann zwischen 0,8 mm und 12 mm liegen. Die Kameras 20, 25 sind in der Messanordnung unterhalb und oberhalb des Trennwerkzeugs 10 angeordnet, so dass das Trennwerkzeug sich zwischen diesen Kameras befindet.
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Die optischen Achsen O1, O2 sind dabei jeweils auf ein Schneidelement ausgerichtet. Die optische Achse ist die Achse, die mittig durch das Objektiv der Kamera führt. Dabei können die optischen Achsen O1, O2 in direkter Verlängerung der Schneide 12 (siehe 7) des Trennwerkzeugs 10 liegen. Alternativ können sie auch mittig zu dem Schneidelement 11 ausgerichtet sein. Es ist vorteilhaft, wenn die optischen Achse O1, O2 identisch sind, wobei die Blickrichtungen der Kameras entgegengesetzt auf das Schneidelement 11 gerichtet sind. Die exakte Ausrichtung erleichtert es, die aufgenommenen Bilder zu vergleichen und auszuwerten. Mit einer Einstellmechanik 8 ist es möglich, die Kameras relativ zueinander auszurichten und relativ zu dem Trennwerkzeug 10 auszurichten.
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Zwischen den Kameras 20, 25 und dem Trennwerkzeug 10 ist jeweils ein Schlitten 40 vorgesehen. Beide Schlitten 40 sind mit einem Bügel 45 verbunden, so dass sie sich als eine Einheit in der Bewegungsrichtung B bewegen lassen. Die Bewegungsrichtung B liegt in dieser Ausführungsform in der Bewegungsrichtung der Schneiden 12. Für diese Bewegung B ist eine Linearführung 43 (siehe 2) vorgesehen. Die Linearführung umfasst zumindest 2 (bevorzugt 4) zylindrische Bolzen, die als Lagerung für die Schlitten 40 dienen. Die Schlitten umfassen jeweils einen Durchbruch 41, wobei die Durchbrüche seitlich zueinander versetzt sind. Ferner ist ein elektromechanischer Antrieb (nicht dargestellt) für die Schlitten vorgesehen, der wechselnd jeweils einen der Durchbrüche 41 mittig zu der optischen Achse der benachbarten Kamera 20, 25 ausrichten kann. Wenn der Durchbruch 41 zu der benachbarten Kamera ausgerichtet ist, so ist die Blickrichtung der zugehörigen Kamera auf das Schneidelement 11 freigegeben. Wenn der Schlitten 40 sich in der jeweils anderen Position befindet, so ist dieser Blick gesperrt. Gemäß 1 ist um den unteren Durchbruch 41 ein flächiger Bereich gezeigt, der eine Abdeckung umfasst, unter der eine Mehrzahl von Leuchtmitteln (z.B. LED) angeordnet ist. Hierdurch wird, wie nachfolgend im Detail erläutert wird, eine Beleuchtung für die Kameras 20, 25 im Auflicht und im Gegenlicht ermöglicht:
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Bei der in 1 gezeigten Stellung kann die Beleuchtung des unteren Schiebers 40 umlaufend um den unteren Durchbruch 41 eingeschaltet werden und so wird das entsprechende Schneidelement beleuchtet und die untere Kamera 20 kann (Auflichtverfahren) die Kontur, Oberfläche und Farbe des Schneidelements 11 aufnehmen. Der auf der gegenüberliegenden Seite des Trennwerkzeugs liegende Schieber 40 (in 1 der obere Schieber) ist zu diesem Zeitpunkt in der Position, dass die obere zweite Kamera 25 aus der Sicht der ersten Kamera 20 durch eine durchbruchsfreie Leuchtfläche 42 verdeckt ist. So zeigt das Bild der ersten Kamera 20 im Hintergrund nicht die zweite Kamera 25, was dieses Bild und somit dessen Auswertung stören würde. Über Variationen der Beleuchtung kann eine Mehrzahl von Bildern erstellt werden, die einen guten Überblick über die Form und den Zustand des Schneidelements 11 erlauben.
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Wenn die beiden Schieber 40, die über den Verbindungsbügel 45 miteinander gekoppelt sind, entlang der Bewegungsrichtung B nach rechts verschoben werden (siehe 1), so gelangt der obere Durchbruch 41 in die optische Achse O2 der zweiten Kamera 25 und aus Sicht dieser Kamera ist die ununterbrochene Leuchtfläche 42 des unteren Schiebers in ihrem Hintergrund. Bevorzugt ist der Aufbau der ersten und zweiten Kamera und der Schieber spiegelsymmetrisch um die Ebene des Trennwerkzeugs aufgebaut. So sind die erhaltenen Messwerte unmittelbar vergleichbar und bspw. einseitige Verschleißerscheinungen können einfach erkannt und berechnet werden.
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In 2 sind drei Ansichten der Messanordnung in jeweils 2D Darstellungen nebeneinander gezeigt und in 3 ist davon die Seitenansicht, also eine Ebene senkrecht zur Schnittrichtung, gezeigt. Gut sichtbar ist hier die dritte Kamera 30. Diese hat eine gesonderte Lichtquelle 32. Neben der Beleuchtung des Sichtfeldes der dritten Kamera 30 kann diese Lichtquelle auch ergänzend bei den Aufnahmen der ersten und zweiten Kamera 20, 25 zum Einsatz kommen. Auch können die Leuchtmittel der ersten und zweiten Kamera für die Beleuchtung der dritten Kamera, wie auch der vierten Kamera, verwendet werden.
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In den 4 und 5 ist eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der für die Überprüfung der beiden gegenüberliegenden Seitenflächen des Werkzeugs 10 nur eine erste Kamera 20 und keine zweite Kamera verwendet wird. In diesem Fall wird kein Schieber 40 benötigt. Statt dessen ist optional aus Sicht der Kamera 20 hinter dem Schneidelement 11 eine Gegenlichtbeleuchtung 27 angeordnet, die ggf. in der Kombination mit der Auflichtbeleuchtung 22 das Schneidelement von einer Seite untersuchen kann. Nach der erfolgten Untersuchung kann die Lage der Kamera 20 verändert werden. Dazu ist die Kamera 20 zusammen mit der Gegenlichtbeleuchtung 27 an einem Rahmen 4 befestigt. Über einen nicht näher dargestellten Antrieb 50 lässt sich diese Baugruppe gemäß 4 nach links (siehe horizontalen Pfeil), also aus dem Einflussbereich des Trennwerkzeugs und der dritten Kamera 30 ziehen. Danach wird die Baugruppe um 180° gedreht, so dass die Kamera 20 und die Gegenlichtbeleuchtung 27 ihre Plätze tauschen (siehe Pfeil der Drehbewegung) und anschließend wird die Baugruppe an den vorherigen Platz zurückverschoben. Mit der Messanordnung kann danach die gegenüberliegende Seite des Schneidelements untersucht werden.
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In 6 ist eine Baugruppe mit der dritten Kamera 30 und der vierten Kamera 35 gezeigt. Die vierte Kamera 35 kommt mit der Blickrichtung O4 (7) zum Einsatz, um gezielt die Spanfläche zu untersuchen, also die Fläche, die gemäß 7 für die dritte Kamera 30 (Blickrichtung O3) im Hinterschnitt hinter der Schneide 12 liegt. Gemäß 7 liegt der Winkel α in einem Bereich von 20° bis 65° und bei bevorzugten Ausführungsformen zwischen 25° und 45° zur Schneidrichtung. Diese Richtung ist bei Bandsägen deren Bewegungsrichtung und bei Kreissägen die Tangentialrichtung des betrachteten Schneidelements.
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Mit der beschriebenen Messanordnung lässt sich eine Vielzahl von Messwerten aufnehmen. Zur Erläuterung der Messwerte ist in 7 ein Schneidelement 11 gezeigt, das als Einsatz auf einen Werkzeuggrundkörper 10 aufgebracht, wie angeklebt ist. Das Schneidelement 11 kann bspw. ein Hartmetall oder Keramikwerkstoff sein, wobei das Material für die Erfindung nicht wesentlich ist. Auch kann ein Werkzeug untersucht werden, bei dem die Schneiden einstückig aus dem Werkzeuggrundmaterial herausgearbeitet sind. In dem rechten Teil der 7 ist eine seitliche Ansicht gezeigt. Die Schneide 12 ist der Teil der radial (bei Kreissägen) oder quer zur Bewegungsrichtung (bei Bandsägen) am weitesten vorsteht. Die erste und zweite Kamera können bei einer Gegenlichtbetrachtung jeweils den allgemeinen Verschleiß erkennen, der sich bspw. in einer Vergrößerung des Radiuses der Schneide 12 darstellt. Die dritte Kamera, deren Ausrichtung entlang der dritten optischen Achse O3 liegt, wird bevorzugt eingesetzt, um Ausbrüche in der Schneide 12 zu erkennen. Dies kann durch die vierte Kamera ergänzt werden, die in der Richtung O4 ausgerichtet ist. Der Hauptfreiwinkel f1 ist der Freiwinkel in der Trennebene zwischen dem Schneidelement und dem Werkzeug. Dieser lässt sich bevorzugt über die erste und zweite Kamera überprüfen. Ferner ist in 7 der Radialfreiwinkel f2 gezeigt, der sich von der Schneide bei einem Kreissägeblatt radial zur Drehmitte ergibt. Dieser Winkel ist über die vierte Kamera gut erkennbar. Zudem ist es über die erste und zweite Kamera möglich, Ausbrüche am Übergang der Radialfreifläche zu der Spanfläche 13 zu erkennen. Der Tangentialfreiwinkel f3 und die Beschaffenheit dessen Kante im Übergang zur Fläche des Hauptfreiwinkels f1 ist gut über die dritte Kamera der Blickrichtung O3 messbar.
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Neben der Erkennung von Außenkanten des Schneidelements 11, über die auf dessen Form geschlossen werden kann, kann aufgrund von Schattenbildungen auf Vertiefungen innerhalb der Oberflächen des Schneidelements geschlossen werden. Ebenfalls ist eine Risserkennung möglich. Zudem wird bevorzugt eine farbliche Auswertung vorgenommen. Hierüber ist es möglich, Materialschädigungen zu erkennen, die z.B. über eine Überhitzung entstanden sein können.
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Bevorzugt wird jedes Schneidelement einzeln analysiert. Eine gleichzeitige Aufnahme (und Auswertung) von mehreren Schneidelementen wurde als nicht vorteilhaft erkannt, da für die gute Auswertung stets der gleiche Blickwinkel benötigt wird. Die Dauer eines Messzyklusses für die Analyse eines Schneidelements beträgt bspw. 1 Sekunde.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messanordnung
- 4
- Rahmen
- 8
- Einstellmechanik
- 10
- Trennwerkzeug (Bandsäge oder Sägeblatt)
- 11
- Schneidelement
- 12
- Schneide
- 13
- Spanfläche
- 20
- erste Kamera
- 22
- Auflichtbeleuchtung der dritten Kamera
- 25
- zweite Kamera
- 27
- Gegenlichtbeleuchtung der ersten Kamera
- 30
- dritte Kamera
- 32
- Beleuchtung der dritten Kamera
- 35
- vierte Kamera
- 40
- Bewegevorrichtung (Schieber)
- 41
- Durchbruch
- 42
- Leuchtfläche
- 43
- Linearführung
- 45
- Verbindungsbügel
- 50
- Bewegevorrichtung (Rotation)
- O1
- Optische Achse der ersten Kamera
- O2
- Optische Achse der zweiten Kamera
- O3
- Optische Achse der dritten Kamera
- O4
- Optische Achse der vierten Kamera
- B
- Bewegerichtung der Bewegevorrichtung
- S
- Schneidrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007028174 A1 [0003]
