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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zur Messung einer Breite eines bahnförmigen Werkstücks entlang einer Querachse zwischen zwei Seitenflächen des Werkstücks.
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Die Breite von bahnförmigem Material, wie z.B. Kunststoffplatten, Hohlkammerprofile usw. wird üblicherweise durch optische Sensoren oder Ultraschallsensoren gemessen. Insbesondere bei Hohlkammerprofilen ergeben sich dabei jedoch keine verlässlichen Werte, wenn z.B. eine Breite an einem Kammergrund oder in einer Nut erfasst werden soll. Außerdem sind für präzise Messungen geeignete optische Messsysteme und Ultraschallmesssysteme verhältnismäßig teuer.
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Daraus ergibt sich die technische Aufgabe, eine Vorrichtung und ein Verfahren zu schaffen, mit denen eine Breite eines bahnförmigen Werkstücks, insbesondere eines Hohlkammerprofils, zuverlässiger und kostengünstiger erfasst werden kann als mit fachüblichen Vorrichtungen und Verfahren.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen ergeben sich aus den davon abhängigen Ansprüchen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung einer Breite eines bahnförmigen Werkstücks entlang einer Querachse zwischen zwei Seitenflächen des Werkstücks umfasst zumindest ein Kontaktelement zum Anlegen an zumindest eine der Seitenflächen und zumindest eine Haltevorrichtung zur zumindest entlang der Querachse beweglichen Halterung des Kontaktelements. Bei dem bahnförmigen Werkstück kann es sich beispielsweise um ein Hohlkammerprofil, eine extrudierte Platte und/oder ein extrudiertes Band handeln. Die Querachse erstreckt sich orthogonal zu einer Längsachse des Werkstücks, die insbesondere parallel zu einer Produktionsrichtung des Werkstücks liegen kann. Die Seitenflächen erstrecken sich insbesondere orthogonal zur Querachse und parallel zur Längsachse des Werkstücks. Eine Höhe des Werkstücks liegt orthogonal zur Längsachse und orthogonal zur Querachse des Werkstücks. Das Kontaktelement kann beispielsweise eine, insbesondere reibungsarme, Gleitfläche und/oder einen Rollkörper aufweisen, damit das Kontaktelement reibungs- und/oder verschleißarm an dem Werkstück abgleiten bzw. abrollen kann, beispielsweise wenn das Werkstück im Rahmen seiner Produktion an dem Kontaktelement vorbeigeführt wird.
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Die Vorrichtung kann zumindest eine Messvorrichtung zur Bestimmung zumindest einer auf die Querachse projizierten Position des Kontaktelements umfassen. Wenn das Kontaktelement an einer Seitenfläche des Werkstücks anliegt, kann aus der Position des Kontaktelements auf einfache Weise die entsprechende Position der Seitenfläche bestimmt werden. Ist die Position der gegenüberliegenden Seitenfläche, beispielsweise durch ein weiteres Kontaktelement mit Messvorrichtung oder einen Anschlag, an dem die Seitenfläche anliegt, bekannt, kann durch Differenzbildung aus den Positionen der Seitenflächen auf einfache und zuverlässige Weise die Breite des Werkstücks bestimmt werden. Im Gegensatz zu optischen und Ultraschall-Messverfahren ist die Breitenbestimmung mit einer erfindungsgemäßen Messvorrichtung weitgehend unabhängig von Materialeigenschaften des Werkstücks, wie beispielsweise einer Reflektivität für die zur Messung verwendeten Licht- oder Ultraschallwellen. Insbesondere sind auch Messungen an einem Kammergrund einer Nut in einer Seitenfläche möglich, der durch Licht- und/oder Ultraschallwellen nur schwer und/oder unter Ausbildung störender Mehrfachreflexionen erreichbar ist, problemlos möglich. Die Messvorrichtung kann grundsätzlich beliebige Positions- und/oder Entfernungssensoren zur Bestimmung der Position des Kontaktelements umfassen, beispielsweise positionsabhängige elektrische Widerstände, Lichtschranken und/oder Kameras mit computergestützter Bildauswertung.
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Die Vorrichtung kann jeweils zumindest ein, insbesondere jeweils genau ein, Kontaktelement zum Anlegen an jede der Seitenflächen umfassen. So kann vorteilhafterweise die Breite durch Differenzbildung aus den Positionen der beiden Kontaktelementen unabhängig von einer Position des Werkstücks entlang der Querachse bestimmt werden. Insbesondere kann die Vorrichtung bezüglich einer Ebene, die sich senkrecht zur Querachse und besonders vorteilhaft mittig in Bezug auf die Breite des Werkstücks erstreckt, symmetrisch aufgebaut sein. Dadurch kann ein besonders einfacher Aufbau der Vorrichtung erreicht werden.
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Die Haltevorrichtung kann zumindest einen Schwenkarm umfassen, wobei ein ortsfestes Ende des Schwenkarms drehbar an einem Drehlager gelagert ist und ein von dem ortsfesten Ende verschiedenes, freies Ende des Schwenkarms das zumindest ein Kontaktelement trägt. Durch einen Schwenkarm kann das Kontaktelement auf einfache Weise zu dem Werkstück hin und davon weggeführt sowie an die Seitenfläche angelegt werden.
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Die Messvorrichtung kann zumindest einen Winkellagegeber zur Messung eines Drehwinkels des zumindest einen Schwenkarms an dem zumindest einen Drehlager umfassen. Dabei kann insbesondere das Drehlager von dem Winkellagegeber umfasst sein. Aus dem Drehwinkel lässt sich durch trigonometrische Überlegungen auf einfache Weise die auf die Querachse projizierte Position des Kontaktelements bestimmen. Der Winkellagegeber kann beispielsweise einen Drehgeber, insbesondere einen Inkrementalgeber und/oder Absolutgeber umfassen. Diese Winkellagegeber sind in der Technik weit verbreitet und zeichnen sich durch eine hohe Zuverlässigkeit der Winkelmessung aus.
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Die Vorrichtung kann zumindest eine Lagerhaltevorrichtung zur Halterung des zumindest einen Drehlagers in einer aus einer Mehrzahl von entlang der Querachse verteilten Positionen auswählbaren Position umfassen. Durch die Lagerhaltevorrichtung kann die Position des Drehlagers an die erwartete Breite des Werkstücks angepasst werden, sodass sich die Seitenfläche dem Schwenkbereich des Schwenkarms befindet, sodass das Kontaktelement daran angelegt werden kann. Die Lagerhaltevorrichtung kann beispielsweise ein parallel zur Querachse ausgerichtetes Schienensystem zur entlang der Querachse verschiebbaren Halterung des Drehlagers und/oder eine Anzahl von Befestigungsmitteln zur zerstörungsfrei lösbaren Fixierung des Drehlagers an der Lagerhaltevorrichtung umfassen. Die Befestigungsmittel können z.B. Klemmverbinder, Schrauben und/oder Rastbolzen umfassen. Durch die Befestigungsmittel kann das Drehlager sowohl sicher fixiert als auch an unterschiedlich breite Werkstücke angepasst werden.
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Die Vorrichtung kann zumindest einen Antrieb zur Bewegung des zumindest einen Kontaktelements entlang der Querachse umfassen. Der Antrieb kann insbesondere zur Bewegung des Kontaktelements auf das Werkstück zu und/oder vom Werkstück weg und/oder zum Anlegen des Kontaktelements an der Seitenfläche ausgelegt sein. Der Antrieb kann beispielsweise einen, insbesondere einfach wirkenden, Pneumatik-Zylinder umfassen. Ein einfach wirkender Pneumatik-Zylinder ist vorteilhafterweise so angeordnet, dass eine Beaufschlagung und des Pneumatik-Zylinders mit Druckluft das Kontaktelement von dem Werkstück weg bewegt. So kann der Pneumatik-Zylinder aktiv den Weg zum Vorbeiführen des Werkstücks freigeben. Während des Messvorgangs kann das Kontakteelement denn durch eine Federkraft des Pneumatik-Zylinders, insbesondere ohne Beaufschlagung mit Druckluft, zum Werkstück hin geführt und an die Seitenfläche angelegt werden. Dadurch wird zum Betrieb der Vorrichtung nur zeitweise eine Druckluftversorgung benötigt, so dass der Betrieb besonders energie- und kostensparend möglich ist.
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Die Vorrichtung kann zumindest ein Computergerät zur Verarbeitung von Messwerten der Messvorrichtung, zur Anzeige und/oder Speicherung der Messwerte, verarbeiteter Messwerte und/oder werkstückspezifischer Daten, zur Steuerung der Vorrichtung, insbesondere eines Antriebs zur Bewegung des zumindest einen Kontaktelements, und/oder zur Regelung eines Herstellungsprozesses des Werkstücks umfassen. Durch das Computergerät kann die Vorrichtung automatisiert betrieben werden und Messwerte können zuverlässig dokumentiert und einem Werkstück zugeordnet werden. Ferner kann das Computergerät, insbesondere bei Abweichungen einer gemessenen Breite von einer Soll-Breite eines Werkstücks, regelnd in einen Herstellungsprozess des Werkstücks eingreifen, sodass Ausschuss durch eine nicht vorgabengerechte Breite des Werkstücks verhindert wird. Das Computergerät kann beispielsweise ein PC-System, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und/oder einen Panel-PC umfassen.
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Die Vorrichtung kann zumindest eine Höheneinstellvorrichtung zur Einstellung einer Position des zumindest einen Kontaktelements orthogonal zur Querachse und zu einer Längsachse des Werkstücks umfassen. Beispielsweise kann ein Drehlager eine Hohlwelle und eine darin höhenverstellbar montierte Keilwelle umfassen. Durch die Höheneinstellvorrichtung wird sichergestellt, dass das Kontakteelement an die Seitenfläche, insbesondere an einen vorbestimmten Bereich der Seitenfläche, beispielsweise in einer Nut, angelegt werden kann und nicht oberhalb oder unterhalb davon geführt wird.
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Das zumindest eine Kontaktelement kann zumindest ein Kugel, Rolle und/oder Walze zum Abrollen und/oder Gleiten auf zumindest einer der Seitenflächen umfassen. Dadurch kann das Kontakteelement besonders reibungsarm, und insbesondere ohne Beschädigung der Seitenfläche, daran entlang geführt werden. Zumindest eine Oberfläche des Kontakteelements zum Kontakt mit der Seitenfläche kann eine Beschichtung zur Reibungsreduktion und/oder zum Verschleißschutz aufweisen. Das Kontakteelement kann austauschbar sein, beispielsweise um es an Materialeigenschaften des Werkstücks anzupassen. So kann z.B. zur Messung eines Werkstücks aus einem harten Material ein hartes Kontakteelement und für ein Werkstück aus einem weichen Material ein weiches Kontakteelement gewählt werden, um Beschädigungen des Werkstücks zu vermeiden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung einer Breite eines bahnförmigen Werkstücks entlang einer Querachse zwischen zwei Seitenflächen des Werkstücks umfasst folgende Schritte:
- a. Anlegen zumindest eines Kontaktelements an zumindest eine der Seitenflächen;
- b. Bestimmen zumindest einer auf die Querachse projizierten Position des Kontaktelements und
- c. Berechnen der Breite aus der Position des Kontaktelements.
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Das Verfahren kann insbesondere mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder mit zumindest einer der zu der Vorrichtung beschriebenen Methoden ausgeführt werden. Dadurch ergeben sich die dort genannten Vorteile.
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Das Verfahren kann ein Anlegen jeweils zumindest eines, insbesondere jeweils genau eines, Kontaktelements an jede der Seitenflächen umfassen. Das Verfahren kann insbesondere ein Bestimmen zumindest einer auf die Querachse projizierten Position zweier an jeweils einer der Seitenflächen anliegender Kontaktelemente und ein Berechnen der Breite aus den Positionen der Kontaktelemente, insbesondere durch Differenzbildung umfassen.
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Das Bestimmen kann ein Messen eines Drehwinkels eines das zumindest eine Kontaktelement tragenden Schwenkarms an einem Drehlager umfassen.
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Das Verfahren kann ein Zurücksetzen des Drehwinkels auf einen vordefinierten Wert, beispielsweise auf null, durch Drehen des Schwenkarms gegen einen Anschlag. Insbesondere wenn der Drehwinkel durch einen Inkrementalgeber gemessen wird, kann durch ein Zurücksetzen ein definierter Ausgangswert festgelegt werden, um eine zuverlässige Messung zu ermöglichen.
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Das Verfahren kann ein Kalibrieren des Berechnens durch Messung zumindest einer bekannten Breite eines bahnförmigen Werkstücks umfassen. Die dabei gemessene Breite kann mit der tatsächlichen Breite verglichen werden, um das Berechnen zu kalibrieren. Durch ein Kalibrieren wird sichergestellt, dass die nachfolgend gemessenen Werte der tatsächlichen Breite des Werkstücks entsprechen. Bei Verwendung eines Absolutgebers zum Messen eines Drehwinkels eines das zumindest eine Kontaktelement tragenden Schwenkarms ist vorteilhafterweise kein Kalibrieren sondern lediglich ein einmaliger Abgleich des Absolutgebers erforderlich.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die mit Hilfe der Figuren näher erläutert werden.
Es zeigen:
- 1 eine Skizze einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 2 eine Skizze einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung;
- 3 eine Querschnittskizze eines bahnförmigen Werkstücks und
- 4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt eine Skizze einer beispielhaften, erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Messung einer Breite eines bahnförmigen Werkstücks WS entlang einer Querachse QA zwischen zwei Seitenflächen SF des Werkstücks WS, beispielsweise eines Hohlkammerprofils. Die Messung erfolgt mittels, insbesondere zweier, Winkellagegeber 131, z.B. hochauflösender Inkrementalgeber oder Absolutgeber, die jeweils ein Drehlager bilden. An einem Schwenkarm 121 des dargestellten Winkellagegebers 131 ist ein Kontaktelement 110, z.B. ein Rollkörper, der an einer Seitenfläche SF des Werkstücks WS abrollt, beispielsweise über ein Kugellager 126, montiert. Eine Änderung der Breite bewirkt eine Winkeländerung des Schwenkarms 121 des Winkellagegebers 131, die einen Zählimpuls des Winkellagegebers auslöst, woraus die Breitenänderung berechnet werden kann. Die Skizze zeigt nur eine Hälfte der Vorrichtung 100. Die andere Hälfte ist spiegelbildlich dazu an einer der dargestellten Seitenfläche SF gegenüberliegenden Seitenfläche des Werkstücks WS angeordnet.
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Ein parallel zur Querachse QA und somit quer zur Extrusions- und/oder Produktionsrichtung des Werkstücks WS montiertes Schienensystem 127, beispielsweise in Form einer Traverse, trägt zwei Schlitten 127 an einer Linearführung. Diese Schlitten 127 können an einem vordefinierten Raster mit Befestigungsmitteln 125, beispielsweise Klemmen, an dem Schienensystem 127 fixiert werden. Dieses Raster entspricht beispielsweise grob einer zu produzierenden Breite des Werkstücks. Ein Master mit definiertem Breitenmaß kann zum Kalibrieren zwischen beide Kontaktelemente 110 gelegt werden. Damit ist vorerst die Breite definiert und kann, beispielsweise in einem PC, einer speicherprogrammierbaren Steuerung oder einem Panel-PC (nicht dargestellt) gespeichert werden.
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Beispielsweise über jeweils einen Pneumatik-Zylinder (in 1 nicht dargestellt) können die Schwenkarme 121 mit den Kontaktelementen 110 nach außen geschwenkt werden, damit das Werkstück WS beim Anfahren eines Produktionsprozesses freien Durchgang hat. Danach kann der Schwenkarm 121 zum Werkstück WS hin schwenken und dadurch kontinuierlich eine Abweichung der Breite von einer Soll-Breite bestimmen. Indem die Breite beispielsweise aus einer Differenz zwischen den Positionen der beiden Kontaktelemente 110 bestimmt wird, kann die Breite unabhängig von einer Position des Werkstücks WS entlang der Querachse QA bestimmt werden. Ein PC-System, eine speicherprogrammierbare Steuerung und/oder ein Panel-PC (nicht dargestellt), kann die erfassten Daten verarbeiten und/oder visualisieren und/oder regelnd eingreifen.
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2 zeigt eine Skizze einer weiteren, beispielhaften, erfindungsgemäßen Vorrichtung 100 zur Messung einer Breite eines bahnförmigen Werkstücks WS entlang einer Querachse QA zwischen zwei Seitenflächen SF des Werkstücks WS. Einander entsprechende Merkmale sind mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen. Auf einem parallel zur Querachse QA angeordneten Schienensystem 127 ist rechts und links des Werkstücks (in 2 nicht dargestellt) jeweils ein Schlitten 128 zur Messung einer Änderung einer Breite des Werkstücks entlang der Querachse QA montiert, wobei in der 2 der Übersichtlichkeit halber nur einer der Schlitten 128 dargestellt ist. Der andere Schlitten kann entsprechend spiegelbildlich aufgebaut sein. Mittels Befestigungsmitteln 125, z.B. Rastbolzen, wird grob die zu messende Breite fixiert.
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Ein Antrieb 140, beispielsweise mit einem Pneumatik-Zylinder, kann, zum Beispiel mittels eines Stellrings 141 und einer Keilwelle 142, einen Schwenkarm 121 eines Winkellagegebers 131, z.B. eines Drehgebers, gegen einen fest definierten Anschlag (nicht dargestellt) ziehen. Der Winkellagegeber 131 bildet dabei ein Drehlager für den Schwenkarm 121. Wenn der Schwenkarm 121 an dem Anschlag anliegt, kann ein Zählimpuls des Winkellagegebers 131, insbesondere auf null, zurückgesetzt werden. Befindet sich das zu messende Werkstück zwischen den beiden, beispielsweise als Rollsensoren ausgestalteten, Kontaktelementen 110, kann die Druckluft beider Pneumatik-Zylinder der Antriebe 140 weggenommen werden und beispielsweise durch eine Federkraft der einseitig wirkenden Pneumatik-Zylinder können sich beide Kontaktelemente 110 an jeweils eine Seitenfläche des zu vermessenden Werkstücks anlegen.
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Um die jeweilige Höhe einer Messspur senkrecht zur Querachse QA und einer Längsachse des Werkstücks einstellen zu können, können die Winkellagegeber 131 für den Einbau an Hohlwellen geeignet sein. In eine Bohrung der Hohlwelle kann eine Keilwelle 142 montiert sein, die eine Höhenverstellung der Schwenkarme 121 der Winkellagegeber 131 erlaubt. Beispielsweise mittels eines Klemmrings 160 kann die Höhe fixiert werden.
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3 zeigt eine Querschnittskizze eines bahnförmigen Werkstücks WS entlang einer Querachse QA des Werkstücks WS. Bei dem dargestellten Werkstück WS handelt es sich um ein Hohlkammerprofil, dessen Breite beispielsweise zwischen zwei jeweils in einer Nut liegenden Seitenflächen SF gemessen werden soll. Eine solche Messung ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und/oder einem erfindungsgemäßen Verfahren im Gegensatz zu fachüblichen Methoden zuverlässig und kostengünstig möglich.
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4 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Verfahrens 200 zur Messung einer Breite eines bahnförmigen Werkstücks WS entlang einer Querachse QA zwischen zwei Seitenflächen SF des Werkstücks WS. Zunächst kann ein Zurücksetzen 240 eines Drehwinkels eines ein Kontaktelement 110 tragenden Schwenkarms 121 an einem Drehlager auf einen vordefinierten Wert durch Drehen des Schwenkarms 121 gegen einen Anschlag erfolgen. Danach kann ein Anlegen 210 des Kontaktelements 110 an zumindest eine der Seitenflächen SF, insbesondere jeweils eines Kontaktelements 110 an beide Seitenflächen SF, erfolgen. Danach kann ein Bestimmen 220 zumindest einer auf die Querachse QA projizierten Position des Kontaktelements 110 erfolgen, wobei das Bestimmen 220 ein Messen 221 eines Drehwinkels des Schwenkarms 121 an dem Drehlager und insbesondere ein trigonometrisches Bestimmen der Position umfassen kann. Als nächstes kann ein Berechnen 230 der Breite aus der Position des Kontaktelements 110, insbesondere durch Differenzbildung aus den Positionen beider Kontaktelemente 110, erfolgen. Daraufhin kann ein Anzeigen 250 und/oder Speichern 260 der Breite und/oder ein Regeln 270 eines Produktionsprozesses des Werkstücks WS mit der Breite erfolgen.
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Das Bestimmen 220, Berechnen 230 und Anzeigen 250, Speichern und/oder Regeln 270 können, insbesondere während eines Produktionsprozesses des Werkstücks WS, regelmäßig wiederholt werden und insbesondere kontinuierlich erfolgen.
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Ein Kalibrieren (nicht dargestellt) des Berechnens 230 kann erfolgen, indem das Anlegen 210, Bestimmen 220 und Berechnen 230 an einem Werkstück WS mit einer bekannten Breite ausgeführt werden.
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Die Merkmalskombinationen in der Figurenbeschreibung sind lediglich beispielhaft und erfindungsgemäß nicht zwingend, sofern nicht eine technische Notwendigkeit zur Kombination explizit benannt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Vorrichtung
- 110
- Kontaktelement
- 121
- Schwenkarm
- 125
- Befestigungsmittel
- 126
- Kugellager
- 127
- Schienensystem
- 128
- Schlitten
- 131
- Winkellagegeber
- 140
- Antrieb
- 141
- Stellring
- 142
- Keilwelle
- 160
- Klemmring
- 200
- Verfahren
- 210
- Anlegen
- 220
- Bestimmen
- 221
- Messen
- 230
- Berechnen
- 240
- Zurücksetzen
- 250
- Anzeigen
- 260
- Speichern
- 270
- Regeln
- QA
- Querachse
- SF
- Seitenfläche
- WS
- Werkstück
