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Verfahren und Vorrichtung zur Überwachung der Vorschubsteuerung einer
Werkzeugmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung
der Vorschubsteuerung einer Werkzeugmaschine, insbesondere einer Stanze mit Bandverarbeitung.
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Um das durch eine Stanze hindurchlaufende Materialband, das aus Metall
oder nichtmetallischen Werkstoffen hergestellt sein kann, optimal auszunutzen, ist
man bestrebt,
die Stanzlöcher so dicht wie möglich nebeneinander
anzuordnen. Es ist jedoch darauf zu achten, daß zwischen den Stanzlöchern entsprechend
große Rand- und Zwischenstege zurückbleiben, die in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften
mehr oder weniger groß ausgebildet sein müssen, damit ein Einziehen oder Einreißen
des Bandmaterials vermieden und saubere Schnitte erzielt werden.
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Während bei Einfachstanzwerkzeugen ein zu kleiner Vorschub zum Ausschuß
führt, da sich die einzelnen Stanzlöcher überschneiden, und ein zu großer Vorschub
eine schlechte Materialausnutzung bewirkt, da der Reststeg eine unnötige Breite
aufweist, führt bei Mehrfachwerkzeugen mit nebeneinander angeordneten Stanzreihen
und zueinander versetzten Stanzlöchern sowohl ein zu großer als auch ein zu kleiner
Vorschub zu einem Ausschuß, wenn infolge eines Vorschubfehlers die Breite des zwischen
den einzelnen Löchern verbleibenden Reststeges zu klein wird. Bei bedruckten Bändern
ergibt sich ein Ausschuß, wenn infolge eines Vorschubfehlers der Druck nicht zentrisch
im Stanzteil sitzt.
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Es ist zur Vermeidung von Vorschubfehlern bekannt, den Bandvorschub
der Werkzeugmaschine durch eine visuelle Beobachtung zu überwachen und die Stanze
bei auftretenden Vorschubfehlern abzuschalten. Dieses Verfahren weist jedoch offensichtlich
den Nachteil auf, daß eine sichere Erfassung von Vorschubfehlern nur bei deutlichen
Abweichungen und niedrigen Vorschubgeschwindigkeiten möglich ist. Ferner sind durch
menschliches Versagen bedingte Fehler nicht mit Sicherheit auszuschließen.
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Eine verbesserte Methode zur Erfassung von Vorschubfehlern
in
Vorschubrichtung oder entgegen der Vorschubrichtung, d. h. der Überschreitung der
Plus- oder Minustoleranz des Vorschubes, erfolgt durch zwei getrennte Meßsysteme,
die durch eine Lichtschranke zur herwachung des Vorschubes in Richtung der Plustoleranz
und durch eine Lichtschranke zur überwachung des Vorschubes in Richtung der Minustoleranz
gebildet werden. Die von den in Vorschubrichtung nebeneinander angeordneten Lichtquellen
ausgesandten Strahlen werden bei einem fehlerfrei erfolgenden Vorschub von dem zwischen
den Stanzlöchern befindlichen Reststeg agedoekt. Tritt ein Vorschubfehler ein, dann
entfernt sich der Reststeg aus dem Strahlengang der einen oder anderen Lichtquelle,
so daß der durch das Stanzloch htndurchtretende Lichtstrahl von einem Empfänger
aufgefangen wird.
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Der Nachteil dieser bekannten Meßanordnung besteht darin, daß die
nebeneinander angeordneten Lichtschranken bereits durch die konstruktive Ausgestaltung
ihrer Lichtquellen einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen müssen, so daß
Vorschubfehler bei Lochreihen mit kleinen Stegbreiten nicht erfaßt werden können.
Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß zwei unabhängig voneinander arbeitende
Meßeinrichtungen für jede Lichtschranke erforderlich sind, deren Ansprechgenauigkeiten
aufeinander abgestimmt sein müssen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Meßverfahren zur
Überwachung der Vorschubsteuerung einer Stanze und eine-einfache, störungsfrei arbeitende
Vorrichtung zu schaffen, die bei einer hohen Vorschubgeschwindigkeit der Stanze
sehr kleine Vorschubabweichungen, welche eine zulässige Toleranz überschreiten,
sofort erfaßt
und eine entsprechende Steuerung der Stanze vornimmt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der Vorschub
der Stanze an dem aus der Stanze austretenden gestanzten Rand in einem Punkt gemessen
wird, der durch die Verschneidung eines sich bei Erreichen der zulässige Plustoleranz
ergebenden Stanzloches mit einem sich bei Erreichen der zulässigen Minustoleranz
ergebenden Stanzloch definiert ist. Dabei ist die Plustoleranz für das Stanzloch
bei Einfachstanzen durch einen zulässigen Materialverbrauch und bei Mehrfachstanzen
mit versetzten Lochreihen durch die Größe des zwischen aufeinanderfolgenden Stanzlöchern
erf orderlichen Materialsteges bestimmt. Die Minustoleranz für das Stanzloch ergibt
sich durch die Größe eines zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stanziöchern erforderlichen
Materialsteges. Die Messung erfolgt daher in einem einzelnen Meßpunkt, der auf dem
zwischen den Stanzlöchern stehenbleibenden Bandmaterial liegt. Es können daher in
vorteilhafter Weise sowohl die Plus- als auch die Minustoleranzen gleichzeitig überwacht
werden.
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Ergeben sich durch die Verschneidung eines um die zulässige Plustoleranz
in Vorschubrichtung versetzten Stanzloches mit einem um die zulässige Minustoleranz
entgegen der Vorschubrichtung verschobenen Stanzloch mehrere Schnittpunkte, dann
wird vorteilhaft der am weitesten zur Bandmitte gelegene Schnittpunkt als Meßpunkt
genommen. Dies hat den Vorteil, daß durch Reibung bedingte Materialverschiebungen,
die an den Rändern stärker als im mittleren Bereich des Bandes auftreten können,
nicht zu einer Beeinflussung der Messung des Bandvorschubes führen können.
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Gemäß einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung wird auf
einer Seite des Materialbandes ein einzelner auf den Meßpunkt gerichteter Meßstrahl
erzeugt, der bei zulässigem Vorschub von dem Materialband abgedeckt und bei gegenüber
den zulässigen Toleranzen zu großem oder zu kleinem Vorschub auf der gegenüberliegenden
Seite des Yaterialhandes aufgefangen wird. Dieser bei unzulässigem Vorschub aufgefangene
Meßstrahl kann in vorteilhafter Weise zur Steuerung der Vorschubeinrichtung der
Werkzeugmaschine dienen.
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Gemäß der Erfindung besteht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
aus einer auf der einen Seite des Materialbandes angeordneten Lichtquelle, die einen
Lichtstrahl in Richtung eines auf der anderen Seite des Materialbandes angeordneten
Detektors aussendet.
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Dabei steht die optische Achse der Meßeinrichtung senkrecht auf der
Materialbandebene.
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Zur Erzielung einer hohen Meßgenauigkeit können in dem Strahlengang
der lleßvorrichtung #inrichtungen zur Begrenzung des Meßstrahldurchmessers angeordnet
sein.
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Diese Einrichtungen können vorzugsweise von Lochblenden gebildet werden,
die den Meßstrahl entweder auf der Senderseite, auf welcher sich die Lichtquelle
befindet, und/oder auf der Empfängerseite, auf welcher der Detektor angeordnet ist,
vorgesehen sein können.
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In vorteilhafter Weise kann der Detektor an einen Verstärker und an
eine Endstufe angeschlossen sein, welche zur Steuerung des Stanzenvorschubes dient.
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Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.
Darin zeigen: Fig.1 eine Draufsicht auf ein Materialband mit zwei sich infolge eines
zu kleinen Vorschubes überschneidenden Stanzlöchern; Fig.2 eine Draufsicht auf ein
Materialband mit zwei infolge eines zu großen Vorschubes unnötig weit auseinander
angeordneten Stanzlöchern; Fig.3 eine Draufsicht auf ein Materialband einer Mehrfachstanze
mit zwei Stanzlochreihen und zueinander versetzten Stanzlöchern; Fig.4 eine vergrößerte
Teilansicht des in der Fig.3 dargestellten Materialbandes; Fig.5 eine schematische
Darstellung zweier in Vorschubrichtung hintereinanderliegender Stanzlöcher, wobei
zur Ermittlung des Meßpunktes die Randbegrenzungen für ein Stanzloch mit der größten
Plustoleranz und ein Stanzloch mit der größten Minustoleranz eingezeichnet sind,
und Fig.6 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit den
für die Überwachungsmessunq erforderlichen Bauteilen.
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In der Fig.1 ist ein Materialband 1 zu erkennen, das in Richtung des
Pfeiles 2, der die Vorschubrichtung angibt, durch die Stanze bewegt wird. Da das
im ersten Stanztakt gestanzte Loch 3 um einen zu kleinen Vorschub 4 weiterbewegt
ist, überschneidet sich das im zweiten Takt gestanzte Stanzloch 5 mit dem im ersten
Takt gestanzten Stanzloch 3, so daß das im zweiten Takt hergestellte Werkstfick
Ausschuß ist. Während der Vorschub 4 bei dem in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
zu klein ist, führt der bei dem in der Fig.2 dargestellten Ausführungsbeispiel durchgeführte
Vorschub 6 zu einem zu großen Abstand und damit zu einer zu großen Breite des Steges
7 zwischen den Stanzlöchern 8 und 9, so daß das Material schlecht ausgenutzt wird.
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Die Fig.3 zeigt eine Draufsicht auf ein Materialband 10 für eine Mehrfachstanze
mit zwei Lochreihen und zueinander versetzten Stanzlöchern. Der Vorschub des Materialbandes
10 erfolgt in der Vorschubrichtung 2. Während im ersten Takt die Stanzlöcher 11
und 12 ausg#.=;tanzt werden erfolgt im zweiten Takt ein Ausstanzen der Löcher 13
und 14, im dritten Takt ein Ausstanzen der Locher 15 und 16 usw.
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Der Abstand 17 bzw. 13 zwischen zwei versetzten Stanzlöchern bestimmt
den maximal bzw. minimal zulässigen Vorschub, d. h. Plus- oder Minustoleranz des
Vorschubes.
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Wird der Vorschub zu klein, dann überschneiden sich z.B.
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das im ersten Takt gestanzte Loch 12 mit dem im dritten Takt gestanzten
Loch 15.- Wird der Vorschub zu groß dann überschneiden sich z.B. das im zweiten
Takt gestanzte Loch 14 mit dem im dritten Takt gestanzten Loch 15. Es ergibt sich
daher sowohl ein Ausschuß bei einem zu großen
Vorschub als auch
bei einem zu kleinen Vorschub (vergleiche Fig.4).
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Die Fig.5 zeigt nun eine schematische Darstellung zweier Stanzlöcher
19 und 20, die infolge des richtigen Vorschubes 21 voneinander den Sollabstand aufweisen,
so daß sich ein Reststeg 22 zvisc,len den beiden Löchern ergibt. Um nun den Meßpunkt
zu ermitteln, in welchem die Messung zur ttberwachung des Vorschubes der Stanze
durchgeführt werden soll, wird der Pand 23 desjenigen Stanzloches ermittelt, das
sich ergibt, wenn der Vorschub seine zulässige Plustoleranz erreicht, und es wird
derjenige Stanziochrand 24 ermittelt, der sich ergibt, wenn der Vorschub seine zulässige
Minustoleranz erreicht. Der Meßpunkt 25 liegt in einem der beiden Schnittpunkte
zwischen den Stanzlöchern 23 und 24. Ergeben sich durch die Lochgestalt mehrere
Schnittpunkte, so wird als Meßpunkt derjenige Schnittpunkt ausgewa#hlt, der einen
kleineren Abstand zur Bandmitte aufweist.
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Während die Plustoleranz für das Stanzloch 23 bei Binfachstanzen durch
einen zulsiqen Materialverbrauch bestimmt wird, wird die Minustoleranz für das Stanzloch
24 bei Einfachstanzen durch die noch zulässige Größe des verbleibenden Reststeges
zwischen dem Stanzloch 24 und dem Stanzloch 19 bestimmt. Im Gegensatz dazu werden
sowohl die Plustoleranz als auch die Minutoleranz der Stanzlöcher bei Mehrfachstanzen
mit versetzten Stanzreihen durch die noch zulässige Größe der Abstände 17 und 18
bestimmt.
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Die Fiq.6 zeigt eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur-
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Materialband 1 läuft in Richtung
des Pfeiles 2 zwischen einer Lichtquelle 27 und einem Detektor 28 hindurch. Die
Lichtquelle 27 ist an eine Stromversorgung 29 angeschlossen und kann von einer Glühlampe,
einer Glimmlampe, einer Laserdiode, oder einer Lumineszenzdiode gebildet werden.
Der Detektor kann von einer Fotozelle, einem Fototransistor oder einer Fotodiode
gebildet sein. Zur Begrenzung des von der Lichtquelle 27 ausgesandten Meßstrahles
30 und damit zur Erhöhung der Meß genauigkeit sind auf beiden Seiten des Materialbandes
1 Lochblenden 31 und 32 vorgesehen.
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Befindet sich in dem Strahlengang ein Reststeg 33, dann wird der Strahlengang
unterbrochen, und der Detektor 28 sendet kein Steuersignal aus. Erfolgt dagegen
eine Vorschubverstellung in positiver oder negativer Richtung, dann wird der am
Lochrand vorbeigehende Meßstrahl vom Detektor 28 aufgefangen, welcher ein Steuersignal
abgibt, das in einem Verstärker 34 verstärkt und an eine Endstufe 35 abaeqeben wird,
welche die Stanze steuert.
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Da die Messung mittels des Meßstrahles 30 nur in einem einzigen Punkt
stattfindet und der Durchmesser des Meßstrahles mit Hilfe der Lochblenden 31 und
32 klein eingestellt werden kann, können sehr kleine Toleranzschwankungen des Vorschubes
erfaßt werden. Die Stegbreiten zwischen den einzelnen Löchern können daher bis an
die Grenze der mechanischen Festigkeit verkleinert werden, so daß eine optimale
Materialausnutzung erzielt wird. Die sehr einfach
aufgebaute und
strörungfrei arbeitende Vorrichtung arbeitet praktisch trägheitslos, so daß die
bei der Stanze mögliche maximale Vorschubgeschwindigkeit ausgenutzt werden kann.