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Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung von Materialanlagerungen
an einer Schleifscheibe oder dergleichen rotierenden Werkzeugen Die Erfindung betrifft
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung von Materialanlagerungen an einer
Schleifscheibe oder dergleichen rotierenden Werkzeugen, die zur Bearbeitung von
elektrisch leitendem Material dient.
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Bekanntlich finden zum Schneiden, Schleifen oder Polieren von metallischen
oder anderen Werkstücken Schleifscheiben Verwendung, die auf ihrer Oberfläche natürliche
oder synthetisch erzeugte Stoffe in gekörnter Form als Schleifmittel tragen, welches
durch ein Bindemittel zusammengehalten wird.
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Durch das Abspanen des bearbeiteten Werkstücks erfolgt eine Materialanlagerung
auf der Schleiffläche, welche nach einer gewissen Zeit die Leistungsfähigkeit der
Schleifscheiben beeinträchtigt und dazu führen kann, daß keine zufriedenstellende
Oberflächenbeschaffenheit des bearbeiteten Produkts erzielt werden kann.
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Um derartige Bearbeitungsfehler zu vermeiden, muß zu einem geeigneten
Zeitpunkt eine Aufarbeitung der Schleifscheiben erfolgen, welcher Zeitpunkt normalerweise
durch die Anzahl der bearbeiteten Werkstücke bestimmt wird. Dieses Vorgehen ist
aber in vielen Fällen nicht zur Bestimmung eines geeigneten Zeitpunkts zur Aufarbeitung
geeignet, weil dieser Zeitpunkt nicht nur von der Art und den Eigenschaften der
Schleifscheiben, den Eigenschaften der Werkstücke, sondern auch von den Arbeitsbedingungen
etc. abhängt.
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Es wurde bereits ein Verfahren zur magnetischen Bestimmung des Ausmaßes
der Materialanlagerung an der Schleiffläche von Schleifscheiben vorgeschlagen, bei
dem ein Magnetkopf dazu verwandt wird, um an der Schleiffläche anhaftende Partikel
zu magnetisieren. Da die Magnetisierung von der Menge angelagerter Teilchen abhängt,
kann eine Messung der Magnetisierung mit Hilfe eines anderen Magnetkopfs erfolgen.
Dieses Verfahren ist jedoch nur für ferromagnetische Materialien, aber nicht für
Aluminium, Kupferlegierungen und andere magnetische Materialien geeignet.
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Es ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem die Materialanlagerung
an der Schleiffläche optisch gemessen wird, um deren Ausmaß festzustellen Bei diesem
Verfahren wird als nachteilig angesehen, daß der Betrieb der Schleifmaschine unterbrochen
werden muß, wenn eine optische Messung der Materialanlagerung auf der Schleiffläche
erfolgen soll. Da bei diesem Verfahren ferner eine Messung mit von der Teilchenschicht
auf der Schleiffläche reflektiertem Licht erfolgt, ist eine genaue Messung der Materialanlagerung
nicht möglich, wenn spiegelnde Materialteilchen wie Aluminiumteilchen angelagert
werden. Ein weiterer Nachteil dieses Verfahrens wird darin gesehen, daß die erforderliche
Apparatur verhältnismäßig sperrig und kostspielig ist. Die Erfindung bezweckt deshalb
die Vermeidung der erwähnten Nachteile und Schwierigkeiten.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der eingangs genannten Art anzugeben, mit der ein
geeigneter Zeitpunkt
für die Aufarbeitung einer Schleifscheibe oder dergleichen automatisch bestimmt
werden kann, und womit das Ausmaß der Materialanlagerung zuverlässig festgestellt
werden kann, ohne daß Störeffekte durch flüssiges Kühlmittel oder sonstige Umgebungseinflüsse
auftreten. Ferner soll ermöglicht werden, daß dieses Verfahren unabhängig davon
ausführbar ist, ob das Material des Werkstücks ferromagnetisch ist oder nicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Wechselstrom mit einer bestimmten Frequenz
einem Nachweiselement wie einer Spule zugeführt wird, die gegenüber der Schleiffläche
des Schleifwerkzeugs vorgesehen ist, und daß ein durch das Nachweiselement erzeugter
magnetischer Fluß dazu verwandt wird, in der Materialanlagerung Wirbelströme zu
induzieren, durch deren entgegengesetzt wirkende elektromotorische Kraft eine Änderung
der Induktivität des Nachweiselements bewirkt wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist durch den Gegenstand
des Patentanspruchs 2 gekennzeichnet.
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Da sich die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators in Abhängigkeit
von der Änderung der Induktivität des Nachweiselements ändert, kann dieses Ausgangssignal
in Impulssignale umgewandelt werden, die einer Integrierschaltung zugeführt werden,
welche die in einer vorherbestimmten Zeitspanne ankommenden Impulse integriert.
Das Ausgangssignal der Integrierschaltung wird einer Vergleichsschaltung zugeführt,
die ein Ausgangssignal abgibt, wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung mindestens
gleich einem vorherbestimmten Schwellenwert ist.
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Deshalb kann das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung dazu verwandt
werden, eine Aufarbeitungseinrichtung zu betätigen.
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Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert
werden. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
und
Fig. 2A, 2B und 2C graphische Darstellungen-von Wellenformen,
die zur Erläuterung der Arbeitsweise des Ausführungsbeispiels. in Fig. 1 dienen.
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Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Ausführungsbeispiel enthält
eine Schleifscheibe 10 mit einem Cschleifmittel wie beispielsweise Siliziumkarbid
oder Aluminiumoxid. Die Partikel des Schleifmittels werden durch ein Bindemittel
zusammengehalten, das ein keramisches Bindemittel oder ein weicheres Material sein
kann, beispielsweise Shellac oder Gummi. Partikel des gekörnten Schleifmittels ragen
von der Oberfläche des werkzeugs vor.
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In der Nähe der Schleiffläche der Schleifscheibe 10 ist eine zum
Nachweis dienende Spule 11 angeordnet, die mit dem Ausgang eines Oszillators 12
verbunden ist, so daß durch die Spule 11 ein von diesem Oszillator erzeuger Wechselstrom
fließt. Vorzugsweise liegt die Frequenz des Oszi~Lators 12 zwischen etwa 1 und 5
Megahertz.
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Der Oszillator 12 ist über eine Nachweisschaltung 13 mit dem Eingang
eines Verstärkers 14 verbunden. Der Ausgang dieses Verstärkers 14 ist mit dem Eingang
einer Integrierschaltung 15 verbunden. Die Integrierschaltung 15 hat einen weiteren
Eingang, dem ein Ausgangssignal eines Zeitgebers 16 zugeführt wird.
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Deshalb integriert die Integrierschaltung 15 in an sich bekannter
Weise das Ausgangssignal des Verstärkers 14, wenn ein Ausgangsimpuls von dem Zeitgeber
16 zugeführt wird.
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Die Impulserzeugung durch den Zeitgeber 16 kann mit der Drehzahl
der Schleifscheibe 10 beispielsweise derart synchronisiert werden, daß der Zeitgeber
einen einzigen Impuls bei jeder Umdrehung der Schleifscheibe abgibt. Gewünschtenfalls
kann der Zeitgeber 16 jeweils e inen Impuls nach einer sonstigen vorherbestimmten
Zeitspanne abgeben.
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Der Ausgang der Integrierschaltung 15 ist mit einem der Eingänge
einer Vergleichsschaltung 17 verbunden, dessem
anderen Eingang das
Ausgangssignal einer einen Vergleichswert bestimmenden Schaltung 18 zugeführt wird.
In dieser Vergleichsschaltung 18 wird deshalb das Ausgangssignal der Integrierschaltung
15 mit einem Schwellenwert verglichen, der durch die Schaltung 18 bestimmt wird.
Nur wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung 15 gleich oder größer als der
Schwellenwert ist, gibt die Vergleichsschaltung 17 ein Ausgangssignal ab, das beispielsweise
zur Betätigung einer Aufarbeitungseinrichtung dienen kann.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Schleifscheibe 10 beispielsweise
mit einer Umfangsgeschwindigkeit von 30-60 m/sec angetrieben und gegen das Werkstück
19 gegebenenfalls mit einer Querkomponente in Längsrichtung geführt, um das Werkstück
auf die gewünschten Abmessungen oder dergleichen zu bearbeiten. Beim Abspanen des
Werkstücks ergibt sich dabei eine Materialanlagerung des Schleifstaubs des Werkstücks
auf der Schleiffläche.
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Wenn jetzt der Nachweisspule 11 durch den Oszillator 12 ein Wechselstrom
mit einer Frequenz von etwa 1-5 Megahertz zugeführt wird, erzeugt die Magnetspule
einen Magnetfluß. Auf Grund der Änderung des Magnetflusses durch die leitende Schicht
auf der Schleiffläche der rotierenden Schleifscheibe 10 werden in der leitenden
Schicht Wirbelströme erzeugt. Die durch die Wirbelströme erzeugte entgegengesetzt
gerichtete elektromagnetische Kraft bewirkt eine Änderung der Induktivität der Nachweisspule
11. Da die Schleifscheibe sich mit einer konstanten Drehzahl dreht, ändert sich
die Frequenz des Ausgangssignals des Oszillators 12 in Abhängigkeit von der Änderung
der Induktivität der Spule.
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Das Ausgangssignal des Oszillators 12 mit der sich ändernden Frequenz
wird der Nachweisschaltung 13 und dann dem Verstärker 14 zugeführt, um in einen
Impulszug der in Fig. 2A dargestellten Art umgewandelt zu werden. Die Amplituden
dieser
Impulse P1 bis Pn ändern sich beträchtlich in Abhängigkeit
von der Dicke oder der Menge der leitenden Teilchen auf dem entsprechenden Teil
der Schleiffläche der Schleifscheibe 10. Impulse mit großen Amplituden zeigen deshalb
die Ansammlung einer entsprechenden Menge des leitenden Materials auf der Schleifscheibe
an. Der Verstärker 14 gibt den Impulszug P1 bis Pn an n einen der Eingänge der Integrierschaltung
15. Es ist jedoch zu beachten, daß die Zuleitung dieser Impulse zu der Integrierschaltung
15 mit der gleichzeitigen Zufuhr eines Impulses T1 (Fig. 2B) an den anderen Eingang
der Integrierschaltung durch den Zeitgeber 16 erfolgt. Die Integration der Impulse
P1 bis Pn durch die Integrierschaltung 15 erfolgt während einer vorherbestimmten
Zeitspanne t, nach welcher der nächste Impuls T2 von dem Zeitgeber an die Integrierschaltung
abgegeben wird.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, gibt deshalb die Integrierschaltung
ein Ausgangssignal nach jeder vorherbestimmten Zeitspanne t ab.
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Dieses Ausgangssignal der Integrierschaltung 15 wird einem der Eingänge
der Vergleichsschaltung 17 zugeführt, wo ein Vergleich mit dem Schwellenwert erfolgt,
der durch die Schaltung 18 bestimmt wird. Wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung
gleich oder größer als der Schwellenwert ist, gibt die Vergleichsschaltung ein Ausgangssignal
ab, das zur Betätigung der Aufarbeitungseinrichtung dienen kann. Während der Aufarbeitung
der Schleifscheibe 10 kann es erforderlich sein, die Bearbeitung des Werkstücks
19 zu unterbrechen.
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Wenn das Ausgangssignal der Integrierschaltung 15 jedoch niedriger
als der Schwellenwert ist, der durch die Schaltung 18 bestimmt wird, gibt die Vergleichsschaltung
17 kein Betätigungssignal ab, so daß die Bearbeitung des Werkstücks l9 ohne Behinderung
fortgesetzt wird. Die Menge der leitenden Teilchen, die sich an der Schleiffläche
der Schleifscheibe anlagert, kann kontinuierlich durch die Spule 11 überwacht werden,
wenn ein kontinuierlicher Betrieb der elektrischen Schaltung mit der
Spule
11 und der Vergleichsschaltung 17 erfolgt.
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In dieser Weise können geringste Mengen der leitenden Partikel auf
der Schleiffläche nachgewiesen werden, um den geeigneten Augenblick für eine Aufarbeitung
festzustellen. Wenn beispielsweise der von dem Oszillator 12 der Spule 11 zugeführte
Strom eine Frequenz von etwa 5 Megahertz hat, und wenn die Schleifscheibe 10 einen
Durchmesser von 300 Millimeter hat und mit einer Drehzahl von 1.800 Umdrehungen/min
gedreht wird, dann kann mit dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ein geeigneter
Nachweis erfolgen, wenn mehr als 2.000 Bereiche von leitenden Teilchen vorhanden
sind, die voneinander durch die Körnchen des Schleifmittels auf der Schleiffläche
der Schleifscheibe getrennt sind.
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Anstelle der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erwähnten
Schleifscheibe können auch Schleifbänder oder dergleichen rotierende Schleifwerkzeuge
Verwendung finden.