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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Werkzeugvermessung in Maschinen, insbesondere zur Höhenvermessung von Einbauzuständen bei Mehrfachwerkzeugen innerhalb einer Produktionsmaschine.
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Bei der Herstellung von Bauteilen müssen in den allermeisten Fällen bestimmte Sollwerte eingehalten werden, die entscheidend für eine weitere Verwendbarkeit der gefertigten Teile sind. Die Sollwerte können sich auf verschiedenste Parameter beziehen wie beispielsweise das Volumen, den Durchmesser, das Gewicht oder die Höhe, Länge oder Breite des Bauteils. Je nach Art der Bauteile kann der Sollwert innerhalb eines nur sehr begrenzten Bereiches liegen. Liegt der Istwert des Bauteils außerhalb dieses Bereichs, so ist das Bauteil für die weitere Verarbeitung unbrauchbar und muss verworfen werden. Dies führt in der laufenden Produktion zu finanziellen und zeitlichen Verlusten.
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Um die Qualität der Bauteile im Rahmen einer Qualitätskontrolle abschätzen zu können, genügt häufig bereits die Messung eines Parameters, auch wenn das entsprechende Teil verschiedene Parameter erfüllen muss. So lässt sich eine ausreichend belastbare Aussage über die Qualität des gesamten Bauteils häufig anhand bestimmter ausgewählter Werte machen.
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Bei einem Pressling (oder auch Grünling) kann beispielweise neben dem Gewicht insbesondere die Höhe einen solchen entscheidenden Parameter der Qualitätskontrolle darstellen.
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Entsprechende Höhenmessungen zur Qualitätssicherung der Maschinen bzw. der Presslinge werden derzeit standardmäßig zumeist manuell mit Hilfe von Haarlinealen vorgenommen. Im Fall von Pressen erfolgt eine Vermessung oft erst am fertigen Pressling und eine gegebenenfalls notwendige (Nach-) Justierung der Werkzeuge entsprechend erst nach erfolgtem Pressvorgang.
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Nachteilig an dieser Methode sind zum einen die Ungenauigkeit einer manuellen Messung mit Haarlineal, der Aufwand und die zeitliche Dauer der durchzuführenden Messungen sowie der nicht zu vermeidende Ausschuss, den eine erst nach dem Pressen durchgeführte Qualitätskontrolle mit sich bringt.
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Weicht der Istwert des Presslings nämlich intolerabel von dem vorgegebenen Sollwert ab und liegt somit außerhalb der definierten Grenzwerte, muss dieser Pressling als unbrauchbar verworfen werden. Eine Wiederverwendung des fehlerhaften Presslings ist nicht immer möglich und in jedem Fall zeit- und arbeitsaufwändig. Je nach Art des verwendeten Materials kann dies bei fehlenden Recycling-Möglichkeiten sogar zu einem Totalverlust führen, der mit weiteren finanziellen Verlusten einhergeht.
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Entsprechend ist eine Qualitätskontrolle bereits der Presswerkzeuge wünschenswert, um eine erste Kalibrierung bereits vor dem Pressen an der Maschine und nicht erst anhand der Presslinge durchführen zu können. Eine solche ist jedoch derzeit nicht mit ausreichender Präzision und Geschwindigkeit möglich, da entsprechende Messvorrichtungen nicht bekannt sind. Messungen auch in Maschinen werden somit häufig von Hand durchgeführt unter Einsatz der zuvor bereits erwähnten Haarlineale.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und eine Messmethode zur Verfügung zu stellen, die die dargestellten Nachteile nicht aufweist.
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Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Es ist darauf hinzuweisen, dass die in den Ansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale auch in beliebiger und technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und somit weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen.
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Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung umfasst eine Trägereinheit und eine daran angeordnete Messeinheit. Die Messvorrichtung ist transportabel zur Platzierung in einer zu vermessenden Maschine bzw. in einer Maschine mit zu vermessenden (Mehrfach-) Werkzeugen vorgesehen.
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Die Trägereinheit dient dabei im Wesentlichen zur sicheren Platzierung und Ausrichtung der Messvorrichtung in der jeweiligen Maschine.
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Zur sicheren Platzierung und Ausrichtung verfügt die Trägereinheit vorzugsweise über Stellelemente. Die Stellelemente ermöglichen insbesondere eine horizontale bzw. waagerechte Ausrichtung der Trägereinheit. So kann es beispielsweise wünschenswert sein, die Trägereinheit und somit die daran vorgesehene Messeinheit in einem bestimmten Winkel, vorzugsweise parallel, zu den zu vermessenden Werkzeugen auszurichten.
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Es sind weitere Ausführungsformen denkbar, bei denen durch die Stellelemente oder auch weitere Arretierelemente eine besondere Standfestigkeit der Messvorrichtung in der Maschine erreichbar ist. Denkbar sind hier Elemente, die eine lösbare Fixierung der Messvorrichtung in der Maschine ermöglichen.
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Um insbesondere eine waagerechte Ausrichtung der Trägereinheit bzw. der Messeinheit ohne externe Hilfsmittel einstellen zu können, umfassen die Trägereinheit und/oder Messeinheit vorzugsweise zumindest eine Prüfvorrichtung mit einer Anzeige der aktuellen Ausrichtung.
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Die Prüfvorrichtung umfasst vorzugsweise zumindest eine Wasserwaage zur Anzeige der horizontalen Ausrichtung der Trägereinheit und/oder der Messeinheit, wobei besonders bevorzugt die Ausstattung der Trägereinheit und/oder der Messeinheit mit zumindest einer Wasserwaage in einer Längs- und einer Wasserwaage in einer Querausrichtung der Trägereinheit und/oder der Messeinheit ist.
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Die Messeinheit dient der Vermessung der Maschine bzw. der in der Maschine befindlichen Werkzeuge. Die Messeinheit umfasst hierzu eine Anzahl von Messelementen und ist rotierbar in der Trägereinheit vorgesehen. Vorzugsweise ist die Messeinheit rotierbar um eine Achse vorgesehen, wobei die bevorzugte Drehachse insbesondere der zentralen Längsachse der Trägereinheit entspricht.
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Unter der zentralen Längsachse der Trägereinheit ist erfindungsgemäß jedoch nicht zwingend eine durchgehende Achse der Trägereinheit zu verstehen. Denkbar sind hier auch nur entsprechende Aufhängungen, die in dafür vorgesehene Aufnahmen der Messeinheit greifen oder umgekehrt.
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Die Rotierbarkeit der Messeinheit hat den Vorteil, dass die Messelemente in verschiedenen Winkeln ausrichtbar sind, wodurch durch die Einsparung weiterer Messelemente Kosten reduziert werden können und bei der Vermessung Zeit eingespart werden kann.
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Für die Rotation der Messeinheit können bestimmte Winkeleinstellungen fest vorgesehen sein, die also Drehungen nur um einen bestimmten Winkel erlauben. Vorzugsweise ist die Messeinheit um genau 180° um ihre zentrale Längsachse rotierbar.
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Weiterhin bevorzugt liegen die Mittelpunkte der Messelemente vor und nach der Drehung der Messeinheit um 180° auf der gleichen lotrechten Geraden. So können beispielsweise bei der Verwendung der Messvorrichtung in einer Presse auf einfache Weise und mit nur einer Drehung die Ober- und Unterstempel eines Presswerkzeugs vermessen werden.
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Es kann jedoch auch die Möglichkeit einer vollkommen frei wählbaren Winkeleinstellung der Messeinheit vorgesehen sein.
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Die jeweils gewählte Winkeleinstellung der Messeinheit kann vorzugsweise durch Arretierelemente fixiert werden. Dem Fachmann sind hier geeignete Fixierelemente bekannt, aus denen er geeignete Elemente auswählen kann.
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Neben einer Rotierbarkeit von Messeinheit und Messelementen insgesamt kann in einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform auch vorgesehen sein, dass zumindest einige der Messelemente an sich zusätzlich beweglich, rotierbar oder verschwenkbar an der Messeinheit angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Messelemente entlang der Längstrebe der Messeinheit verschiebbar angeordnet. Es sind jedoch auch Konstruktionen denkbar, bei denen die Messelemente in weiteren Dimensionen beweglich sind, beispielsweise entlang einer Querstrebe oder einer Höhenstrebe.
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Zumindest eines der Messelemente der erfindungsgemäßen Messvorrichtung umfasst einen laserbasierten Höhensensor. Dieser ist geeignet, den Abstand eines bestimmten Punktes ausgehend von einer Referenzebene zu messen, beispielsweise den Abstand eines Unterstempels von der Oberfläche einer Matrize. Sollte der Messwert von einer definierten Norm abweichen, so kann die Position des entsprechenden Stempels nachjustiert werden, sodass ein den Anforderungen möglichst genau entsprechender Pressling zu erwarten ist.
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Zusätzlich kann in einer bevorzugten Ausführungsform zumindest ein Messelement über einen weiteren Sensor, insbesondere eine Kamera verfügen, die zusätzliche Informationen über die einzurichtenden Werkzeuge liefern kann. So sind neben der Information über die Einbauhöhe auch Informationen über den Zustand des jeweiligen Werkzeugs möglich und eventuelle Schäden können bereits vor Inbetriebnahme erkannt werden. Denkbar wäre hier der Einsatz beispielsweise einer Lichtbild- oder auch Wärmebildkamera.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können die einzelnenn Messelemente austauschbar vorgesehen sein. So ist es denkbar, dass die Messvorrichtung je nach Einsatzzweck mit speziellen Messelementen bestückbar ist, beispielsweise nur mit Kameras, nur mit Höhensensoren oder mit sonstigen Sensoren in beliebiger Kombination. Der Fachmann wählt hier die Sensoren aus, die für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet sind.
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Mögliche Messungen mit der erfindungsgemäßen Messvorrichtung wurden beispielhaft vor allem anhand der Vermessung von Einbauhöhen von Werkzeugen in Pressen beschrieben. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Messvorrichtung ist jedoch keinesfalls auf solche Anwendungen beschränkt. So eignet sich die Messvorrichtung beispielweise nicht allein zur Vermessung der Werkzeuge an sich sondern auch zur Vermessung der Presslinge innerhalb einer Maschine. Ebenso ist der Einsatz der erfindungsgemäßen Messvorrichtung keinesfalls auf den Einsatz in Pressen beschränkt.
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Entsprechend ist ein Einsatz der erfindungsgemäßen Messvorrichtung überall dort sinnvoll und vorstellbar, wo eingerichtete Maschinen oder sonstige Installationen durch eine mobile Vorrichtung vermessen werden sollen. Insbesondere bei Mehrfachwerkzeugen ist solch ein Einsatz dieser Vorrichtung mit einer hohen Zeit- und Kostenersparnis verbunden.
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Die erfindungsgemäße Messvorrichtung weist gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die zur Anwendung kommende Lasermesstechnik weitaus genauere Ergebnisse liefert, als die herkömmliche Methode mittels Haarlinealen. Hinzu kommt, dass die erfinderische Bereitstellung mehrerer Messelemente zu einer deutlichen Zeitersparnis führt.
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Die erst durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung mögliche und bislang nicht oder nur mit Schwierigkeiten verbundene Durchführung von Messungen in eingerichteten Maschinen führt zudem zu einem erheblich reduzierten Verlust von Ausschuss, da die Qualitätskontrolle bereits vor der Produktion an den Werkzeugen bzw. der Maschine selbst und nicht erst an den Produkten erfolgen kann.
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Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung zeigen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die gezeigte Ausführungsvariante beschränkt. Insbesondere umfasst die Erfindung, soweit es technisch sinnvoll ist, beliebige Kombinationen der technischen Merkmale, die in den Ansprüchen aufgeführt oder in der Beschreibung als erfindungsrelevant beschrieben sind.
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Es zeigen:
- 1 eine Ansicht von oben auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
- 2 eine Ansicht von unten auf die bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung
- 3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einer Maschine zur Vermessung der Unterstempel
- 4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einer Maschine zur Vermessung der Oberstempel
- 5 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Messvorrichtung in einer Maschine zur Vermessung der Presslinge (A: nur Trägerschicht, B: mit Funktionsschicht)
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1 zeigt eine Aufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 mit einer Trägereinheit 2 und einer daran beweglich vorgesehenen Messeinheit 3. Die Messeinheit 3 ist über Aufhängungen 5A rotierbar an der Trägereinheit 2 festgelegt. Die Messeinheit 3 umfasst zumindest eine zentral angeordnete Längsstrebe 5B und eine Anzahl von Querstreben 5C. Die Messelemente 4 sind vorzugsweise an der Längsstrebe 5B angeordnet. Die Messelemente 4 können austauschbar vorgesehen sein. Die Messelemente 4 können zudem verschiebbar an der Längsstrebe 5B und/oder den Querstreben 5C vorgesehen sein.
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Zur Unterstützung bei der horizontalen bzw. waagerechten Ausrichtung der Messvorrichtung 1 umfasst die erfindungsgemäße Messvorrichtung 1 eine Anzahl von Prüfvorrichtungen 7, die an der Trägereinheit 2 und/oder der Messeinheit 3 angeordnet sein können. Insbesondere ist jeweils zumindest eine Prüfvorrichtung 7 längs und eine Prüfvorrichtung 7 quer an der Messvorrichtung 1 angeordnet. Die Prüfvorrichtungen 7 können an der Trägereinheit 2 und/oder an der Messeinheit 3 angeordnet sein. Vorzugsweise handelt es sich bei den Prüfvorrichtungen 7 um Wasserwagen.
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Die Messvorrichtung 1 umfasst weiterhin eine Anzahl von Stellelementen 6, die eine horizontale Ausrichtung der Messvorrichtung 1 ermöglichen. Bevorzugte Stellelemente 6 sind beispielsweise höhenverstellbare Füße, die nahe der vier Eckpunkte der Messvorrichtung 1 angeordnet sind.
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2 zeigt eine Ansicht der Unterseite der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1. Insbesondere ist hier die Anordnung der Stellelemente 4 in Form von höhenverstellbaren Füßen erkennbar, die nahe der vier Eckpunkte der Messvorrichtung 1 angeordnet sind. Die Messeinheit 3 mit den Messelementen 4 ist nach unten ausgerichtet, also zur Messung von unten liegenden Elementen eingestellt.
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3 zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung beispielhaft bei der Vermessung mehrerer Unterstempel 12 bzw. Kernen 11A einer Matrize 11. Als Referenzebene für die Höhenbestimmung dient die Oberfläche der Matrizen 11. Die Messvorrichtung 1 wurde vor Durchführung der Messung mithilfe der Prüfvorrichtung 7 durch das Einstellen der Stellelemente 6 waagerecht zur Oberfläche der Matrize 11 ausgerichtet. Die dargestellte bevorzugte Ausführungsform umfasst eine Messeinheit 3, die an der Aufhängung 5A um 180° drehbar an der Trägereinheit 2 angeordnet ist. Die Positionen der Messeinheit 3 bei 0° und 180° sind durch erste Arretierelemente 9 jeweils fixierbar. Entscheidend bei der Rotation der Messeinheit 3 ist, dass die Ausrichtung der einzelnen Messelemente 4 in beiden Positionen der Messeinheit 3, also bei 0° und bei 180°, jeweils in einer lotrechten Geraden 8 liegt. Nur so ist gewährleistet, dass die Messergebnisse kombinierbar sind.
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Die Anzahl und die Art der Messelemente 4 richten sich nach den jeweiligen Anforderungen an die Messung bzw. nach der Anzahl von Werkzeugen in der jeweiligen Maschine. Vorliegend umfassen die Messelemente 4 laserbasierte Höhensensoren. Eine Ausstattung mit anderen oder zusätzlichen Sensoren wie beispielsweise Licht- oder Wärmebildkameras ist problemlos möglich und vorstellbar.
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Neben der Ausrichtung der Messvorrichtung 1 über die Stellelemente 6 kann eine zusätzliche Fixierung der Messvorrichtung 1 über zweite Arretierelemente 10 innerhalb der Maschine vorgesehen sein.
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4 zeigt eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Messvorrichtung 1 beispielhaft bei der Vermessung mehrerer Oberstempel 13 nach einer Drehung der Messeinheit 3 um 180° gegenüber der Darstellung in 3. Als Referenzebene dient hier entsprechend nicht die Oberfläche der Matrize 11 (nicht dargestellt), sondern die Basis des Oberstempels 13. Die Messelemente 4 liegen nach der Drehung der Messeinheit um 180° gegenüber der Darstellung in 3 wieder in der gleichen lotrechten Gerade 8. Entsprechend ist eine Nachjustierung der Messvorrichtung 1 vor der Vermessung der Oberstempel 13 nicht erforderlich.
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5A zeigt beispielhaft eine seitliche Detailansicht eines einzelnen Messelements 4 bei der laserbasierten Höhenvermessung der Trägerschicht 14A eines Grünlings. Als Referenzebene für die Höhenbestimmung dient hier die Oberseite der Matrize 11.
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5B zeigt beispielhaft eine seitliche Detailansicht eines Messelements 4 bei der laserbasierten Höhenvermessung eines fertigen Grünlings mit Trägerschicht 14A und Funktionsschicht 14B. Auch hier dient als Referenzebene für die Höhenbestimmung die Oberseite der Matrize 11.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Messvorrichtung
- 2
- Trägereinheit
- 3
- Messeinheit
- 4
- Messelement
- 5
- Achse (A: Aufhängung, B: Längsstrebe, C: Querstrebe)
- 6
- Stellelement
- 7
- Prüfvorrichtung
- 8
- Lotrechte Gerade
- 9
- erste Arretierelemente
- 10
- zweite Arretierelemente
- 11
- Matrize (A: Kern)
- 12
- Unterstempel
- 13
- Oberstempel
- 14
- Pressling (A: Trägerschicht, B: Funktionsschicht)
