DE102017223661A1

DE102017223661A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Bearbeitungsprozesses

Info

Publication number: DE102017223661A1
Application number: DE102017223661.2A
Authority: DE
Inventors: Johann Schnagl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-12-22
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2019-06-27

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung von Bearbeitungsprozessen angegeben, bei dem eine Bewegung und/oder Geometrie von Teilchen (1), welche bei einem Bearbeitungsprozess von einem bearbeiteten Werkstück (2) abgetrennt werden, mittels einer Sensoreinrichtung (3) erfasst wird. Die Sensoreinrichtung (3) weist einen Radarsensor (4) auf.

Description

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung eines Bearbeitungsprozesses angegeben. Insbesondere ist das Verfahren zur Überprüfung der Qualität eines Bearbeitungsprozesses ausgebildet.
Im Stand der Technik sind Systeme zur Bewegungsüberwachung von Maschinen in der Produktion mittels Radar bekannt.
Die Druckschrift DE 20 2015 105 595 U1 beschreibt eine Anlage zur Überwachung von Roboterbewegungen, welche einen Radarsensor aufweist.
Es ist eine zu lösende Aufgabe zumindest einiger Ausführungsformen, ein Verfahren zur Überprüfung eines Bearbeitungsprozesses anzugeben, mittels dessen ein Verschleiß eines Werkzeugs und/oder ein Schleifbrand erkannt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens gehen weiterhin aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen hervor.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Überprüfung von Bearbeitungsprozessen, wird eine Bewegung und/oder eine Geometrie von Teilchen, die bei einem Bearbeitungsprozess von einem bearbeiteten Werkstück abgetrennt werden, mittels einer Sensoreinrichtung, die zumindest einen Radarsensor aufweist, erfasst. Der Radarsensor weist vorzugsweise zumindest eine Sendeantenne sowie zumindest eine Empfangsantenne auf. Die Sendeantenne und Empfangsantenne können auch als eine gemeinsame bzw. einzelne Antenne ausgebildet sein. Weiterhin kann der Radarsensor eine Mehrzahl von Sende- und/oder Empfangsantennen aufweisen. Der Radarsensor ist dazu ausgebildet, ein Radarsignal bzw. elektromagnetische Wellen auszusenden und die Reflexion an einem Objekt, wie z.B. die Reflexion an den Teilchen, wieder zu empfangen.
Bei dem Bearbeitungsprozess kann es sich insbesondere um einen spanenden Bearbeitungsprozess handeln. Der spanende Bearbeitungsprozess kann z.B. ein Fräsprozess und/oder ein Drehprozess und/oder ein Schleifprozess sein. Die abgetrennten Teilchen können somit insbesondere Späne sein. Bei den Spänen kann es sich z.B. um Reißspäne, Scherspäne, Fließspäne und/oder um Lamellenspäne handeln. Die Späne können beispielsweise Metall aufweisen oder aus einem Metall bestehen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Verfahren mittels der Sensoreinrichtung bzw. mittels des Radarsensors die Flugbahn der Späne, insbesondere ausgehend vom Werkstück, vermessen. Zusätzlich oder alternativ kann mittels der Sensoreinrichtung bzw. mittels des Radarsensors die Geometrie der Späne, beispielsweise die Form und/oder Größe, vermessen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Radarsensor zumindest einen Radar-Chip auf. Weiterhin kann der Radarsensor eine Mehrzahl an Radar-Chips aufweisen. Der bzw. die Radarchips können beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein. Weiterhin kann der Radarsensor eine Auswerte- und/oder Steuereinheit aufweisen, beispielsweise um den Betrieb des Radarsensors bzw. Radar-Chips zu steuern bzw. Signale des Radar-Chips auszuwerten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Radarsensor eine Auflösung von unter 1 mm auf. Durch eine Sub-Millimeter-Auflösung kann vorzugsweise auch ein Einsatz bei sehr kleinen Teilchen bzw. Spänen erfolgen.
Beispielsweise kann der Radarsensor dazu ausgebildet sein, elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge kleiner als 0,5 cm auszusenden. Der Radarsensor kann bei dem Verfahren z.B. Frequenz- und Wellenbereiche im sogenannten M-Band, d.h. Wellenlängen zwischen 0,5 cm und 0,3 cm, nutzen. Weiterhin kann der Radarsensor höhere Frequenzen bzw. kleinere Wellenlängen nutzen, wie z.B. solche, die im N- oder im O-Band liegen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Radarsensor positionsfest zum bearbeiteten Werkstück und/oder zu einem Bearbeitungswerkzeug, mit der das Werkstück bearbeitet wird, angeordnet. Durch Anwendung des sogenannten ISAR-Konzepts (ISAR, „inverse synthetic aperture radar“) kann vorteilhafterweise eine weitere Verbesserung der Auflösung erzielt werden. Damit kann nicht nur die Flugbahn von einzelnen Spänen sondern auch deren Geometrie vermessen werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei dem Bearbeitungsprozess ein Kühl- und/oder Schmiermittel eingesetzt. Die Erfassung bzw. Vermessung der Bewegung und/oder Geometrie der Teilchen mittels der Sensoreinrichtung bzw. mittels des Radarsensors kann durch das Kühl- und/oder Schmiermittel hindurch erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erfolgt mittels Sensordaten der Sensoreinrichtung bzw. des Radarsensor eine Temperaturüberwachung der Teilchen und/oder des Werkstücks und/oder eines Bearbeitungswerkzeugs. Da die elektrische Leitfähigkeit abhängig von der Temperatur ist, ist der Radarrückstrahlquerschnitt (RCS, „radar cross section“) abhängig von der Temperatur. Insbesondere nimmt die elektrische Leitfähigkeit bei steigender Temperatur, beispielsweise der Oberfläche der Späne, ab. Damit ist eine Temperaturüberwachung des Werkstücks und/oder des Bearbeitungswerkzeugs und/oder der Teilchen bzw. Späne möglich. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Radarsensor eine Abtastrate von mehr als 1000 Messungen pro Minute, bevorzugt von mehr als 2000 Messungen pro Minute, auf.
Vorteilhafterweise kann aus der Geometrie und den Flugbahnen der Teilchen bzw. Späne sowie den Temperaturen aus Bearbeitungswerkzeug, Werkstück und Spänen die Robustheit und die Qualität des Bearbeitungsprozesses überwacht werden. Ein Verschleiß des Bearbeitungswerkzeugs und/oder ein Schleifbrand kann beispielsweise erkannt werden.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen des hier beschriebenen Verfahrens zur Überprüfung eines Bearbeitungsprozesses ergeben sich aus der im Folgenden in Verbindung mit der 1 beschriebenen Ausführungsform.
Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Überprüfung eines Bearbeitungsprozesses, bei dem ein Bearbeitungswerkzeug 5, ein zu bearbeitendes Werkstück 2 und eine Sensoreinrichtung 3 bereitgestellt werden. Die Sensoreinrichtung 3 weist zumindest einen Radarsensor 4 auf.
Das Werkstück 2 wird mittels des Bearbeitungswerkzeugs 5 bearbeitet, wobei während des Bearbeitungsprozesses Teilchen 1 von dem bearbeiteten Werkstück 2 abgetrennt werden. Bei dem Bearbeitungsprozess handelt es sich insbesondere um einen spanenden Bearbeitungsprozess, wie z.B. um einen Fräsprozess oder Drehprozess oder Schleifprozess. Die abgetrennten Teilchen 1 sind daher Späne, die sich während des Bearbeitungsprozesses vom Werkstück 2 wegbewegen.
Die Flugbahn und/oder die Geometrie der einzelnen Späne 1 werden von der Sensoreinrichtung 3 bzw. vom Radarsensor 4 erfasst bzw. vermessen. Da die elektrische Leitfähigkeit abhängig von der Temperatur ist, kann eine Temperaturüberwachung des Werkstücks 2, des Bearbeitungswerkzeugs 5 und der Späne 1 erfolgen, so dass beispielsweise aus der Geometrie und den Flugbahnen der Späne 1 sowie den Temperaturen des Bearbeitungswerkzeugs 5, des Werkstücks 2 und der Späne1 die Robustheit und die Qualität des Bearbeitungsprozesses überwacht werden kann. Insbesondere kann ein Verschleiß oder ein Schleifbrand erkannt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das in der Figur gezeigte Ausführungsbeispiel weitere Merkmale gemäß den Ausführungsformen der allgemeinen Beschreibung aufweisen.
Bezugszeichenliste

1: Teilchen
2: Werkstück
3: Sensoreinrichtung
4: Radarsensor
5: Bearbeitungswerkzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 202015105595 U1 [0003]

Claims

Verfahren zur Überprüfung von Bearbeitungsprozessen, bei dem eine Bewegung und/oder Geometrie von Teilchen (1), welche bei einem Bearbeitungsprozess von einem bearbeiteten Werkstück (2) abgetrennt werden, mittels einer Sensoreinrichtung (3) erfasst wird, wobei die Sensoreinrichtung (3) einen Radarsensor (4) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Bearbeitungsprozess ein spanender Bearbeitungsprozess ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die abgetrennten Teilchen (1) Späne sind, und wobei mittels der Sensoreinrichtung (3) bzw. mittels des Radarsensors (4) eine Flugbahn der Späne vermessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die abgetrennten Teilchen (1) Späne sind, und wobei mittels der Sensoreinrichtung (3) bzw. mittels des Radarsensors (4) eine Geometrie der Späne vermessen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der spanende Bearbeitungsprozess ein Fräs- und/oder Dreh- und/oder Schleifprozess ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radarsensor (4) zumindest einen Radar-Chip aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radarsensor eine Auflösung von unter 1 mm aufweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radarsensor (4) positionsfest zum bearbeiteten Werkstück (2) und/oder zu einem Bearbeitungswerkzeug (5), mit der das Werkstück (2) bearbeitet wird, angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei dem Bearbeitungsprozess ein Kühl- und/oder Schmiermittel eingesetzt wird, und wobei eine Erfassung und/oder Vermessung der Bewegung und/oder Geometrie der Teilchen (1) mittels der Sensoreinrichtung (3) bzw. mittels des Radarsensors (4) durch das Kühl- und/oder Schmiermittel hindurch erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mittels Sensordaten der Sensoreinrichtung (3) bzw. des Radarsensor (4) eine Temperaturüberwachung der Teilchen (1) und/oder des Werkstücks (2) und/oder eines Bearbeitungswerkzeugs (5) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Radarsensor (4) eine Abtastrate von mehr als 1000 Messungen pro Minute, bevorzugt von mehr als 2000 Messungen pro Minute, aufweist.