DE2559039A1

DE2559039A1 - Tool useful life determining device - has pickup generating electric signal in accordance with machining resistance of workpiece

Info

Publication number: DE2559039A1
Application number: DE19752559039
Authority: DE
Inventors: Masaharu Terashima; Tameyasu Tsukada
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1975-11-21
Filing date: 1975-12-30
Publication date: 1977-05-26
Also published as: DE2559039B2; DE2559039C3; JPS5424752B2; JPS5264079A

Abstract

The device determining the useful life of a tool has signal processing appts. for the electrical signal generated by the workpiece pick-up. A comparator delivers a pulse when the processing device signal differs from a specified reference signal, and a final piece of appts. determines the tool life in accordance with the comparator output signal. The device has a first counter counting pulses from the comparator. A second counter counts a specified number of measurements of machining resistance by the pick-up and a device compares readings of both counters for the determination of tool life.

Description

Vorrichtung zur Bestimmung der Betriebslebensdauer Device for determining the service life

eines Werkzeugs Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewertung oder Bestimmung der Betriebslebensdauer eines Werkzeugs, z.B.-eines Bohrers. of a tool The invention relates to an evaluation device or determining the service life of a tool, e.g. a drill.

Bei der Herstellung beispielsweise eines laminierten Substrats mit einer dünnen Kupferfolie werden mit Hilfe von Bohrern zahlreiche kleine Bohrungen hergatellt. Güte und Genauigkeit der Oberfläche des laminierten Substrats nach dem Bohrvorgang, z.B. OberflächenrauhlgReit, sowie die Haftung von Kunstharz werden durch die effektive Lebensdauer, d.h. den Abnützungsgrad des Bohrers stark beeinflußt. Mit anderen Worten: Solange der Bohrer scharf ist und eine ausgezeichnete Schnittfähigkeit besitzt, kann von der hergestellten Bohrung eine ausgezeichnete Güte erwartet werden. Sobald der Bohrer rauh bzw. jedoch einen gewissen Verschleiß zeigt, wlrd die Bohrungsfläche/ grob, so daß Kunstharz an dieser groben bzw. rauhen Fläche wird haftet. Zur Vermeidung dieses Nachteils häufig die Zahl der mit einem Bohrer durchzuführenden Arbeitsgänge auf einen vorbestimmten Wert von z.B. 3000 Bohrvorgängen beschränkt; sobald dann die vorbestimmte Arbeitsgangzahl erreicht ist, wird der BolXler durch einen neuen ersetzt. Die Betriebslebensdauer der imHandel erhältlichen Bohrer unterliegt jedoch großen Schwankungen. Beispielsweise reicht die Betriebslebensdauer einiger Bohrer nur für 500 Bohrungen, während mit anderen Wenn also die Bohrern 5000 oder mehr Bohrungen gefertigt werden können .1 Lebensdauer eines Bohrers - durch die Zahl der mit ihm durchführbaren Arbeitsgänge bestimmt wird, besteht die Gefahr dafür, daß unter Verwendung abgenützter oder ungenau arbeitender Bohrer unzufriedenstellenje laminierte Drucksubstrate o.dgl.For example, when making a laminated one With the help of drills, numerous small holes are made into the substrate with a thin copper foil. The quality and accuracy of the surface of the laminated substrate after the drilling process, for example surface roughness, and the adhesion of synthetic resin are strongly influenced by the effective service life, ie the degree of wear and tear of the drill. In other words, as long as the drill bit is sharp and has excellent cutting ability, excellent quality can be expected from the hole produced. As soon as the drill is rough or shows a certain amount of wear, the bore surface / is coarse, so that synthetic resin adheres to this coarse or rough surface. To avoid this disadvantage often the number of operations to be carried out with a drill is limited to a predetermined value of, for example, 3000 drilling operations; As soon as the predetermined number of operations is reached, the BolXler is replaced by a new one. However, the service life of commercially available drills is subject to great fluctuations. For example, the service life of some drills is only sufficient for 500 holes, while others If the drills can be made 5000 or more holes worn or inaccurately working drill unsatisfactory per laminated printing substrate or the like.

hergestellt werden.getting produced.

Bei einem anderen Verfahren zur Bestimmung der Betriebslebensdauer eines Bohrers wird die Form der beim Bohrvorgang anfallenden Späne als Grundlage für diese Bestimmung herangezogen.Another method of determining the service life A drill is based on the shape of the chips produced during the drilling process used for this determination.

Auch bei diesem Verfahren ist die Beziehung zwischen der Lebensdauer des Bohrers und der Form der Späne nicht maßgeblich. Da außerdem eine solche Bestimmung normalerweise durch Sichtbeobachtung erfolgt, ist das Ergebnis dieser Bestimmung oder Bewertung nicht schlüssig. Die bisher angewandten Verfahren zur Überwachung der Betriebslebensdauer von Bohrern sind daher nicht genau, und sie erfordern u.mständliche Operationen, Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer verbesserten und zweckmäßigen Vorrichtung zur Bestimmung der effektiven Betriebslebensdauer eines Werkzeugs, mit deren Hilfe die Betriebslebensdauer automatisch und genau bestimmt werden kann.In this method, too, is the relationship between the service life of the drill and the shape of the chips are not relevant. Since, moreover, such a provision normally done by visual observation is the result of this determination or rating inconclusive. The monitoring procedures used so far the service life of drills are therefore not accurate and they can require laborious Operations, the object of the invention is thus to provide an improved and expedient device for determining the effective service life of a Tool, with the help of which the service life is automatically and precisely determined can be.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Bestimmung der effektiven Betriebslebensdauer eines Werkzeugs, mit einem Detektor zur Erzeugung eines elektrischen Signals entsprechend dem Bearbeitungswiderstand eines Werkstücks, einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Verarbeitung des elektrischen Signals, einem Komparator zur Erzeugung eines Impulses, wenn das Ausgangssignal der Signalverarbeitungseinrichtung von einem vorbestimmten Bezugssignal abweicht, und einer EinrIchtung zur Bestimmung der nutzbaren Betriebslebensdauer des Werkzeugs in Abhängigkeit vom Ausgangs signal des Komparators, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Betimmungseinrichtung einen ersten Zähler zum Zählen der Impulse vom Komparator, einen zweiten Zähler zum Zählen einer vorbestimmten Zahl von Messungen des Bearbeitungswiderstands des Werkstücks durch den Detektor und eine Einrichtung zum Vergleichen der Zählungen des ersten und des zweiten Zählers zur Bestimmung der nutzbaren Betriebslebensdauer des ;Werkzeugs aufweist.This task is in a device for determining the effective Service life of a tool, with a detector for generating an electrical Signal corresponding to the machining resistance of a workpiece, a signal processing device to the Processing of the electrical signal, a comparator to generate a pulse, when the output signal of the signal processing means of a predetermined Reference signal deviates, and a device for determining the useful service life of the tool as a function of the output signal of the comparator, according to the invention solved in that the Betimmungseinrichtung a first counter for counting the Pulses from the comparator, a second counter for counting a predetermined number of measurements of the machining resistance of the workpiece by the detector and means for comparing the counts of the first and second counters to determine the useful service life of the; tool.

Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Aufsicht auf ein Bohrkraftmeßgerät, das auf dem Tisch einer numerisch gesteuerten Bohrvorrichtung montiert ist, Fig. 2 einen Schnitt zur Darstellung des Aufbaus des Bohrkraftmessers gemäß Fig. 1, Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen zur Erläuterung des Arbeitspfinzips des Bohrkraftmessers gemäß Fig. 2, Fig. 5 und 6 graphische Darstellungen der Wellenformen der mittels des Bohrkraftmessers gemäß Fig. 2 ermittelten Drehmoment- und Schubkräfte, Fig. 7 ein Blockschaltbild einer Aus führungs form der Erfindung und Fig. 8 bis 14 graphische Darstellungen von Signalwellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 7.The following is based on a preferred embodiment of the invention the accompanying drawing explained in more detail. They show: FIG. 1 a plan view of a Drilling force measuring device on the table of a numerically controlled drilling device is mounted, Fig. 2 is a section to illustrate the structure of the drill force meter 1, 3 and 4 are schematic representations to explain the principle of operation 2, 5 and 6 graphical representations of the waveforms the torque and thrust forces determined by means of the force meter according to FIG. 2, 7 is a block diagram of an embodiment of the invention and 8 through 14 are signal waveform graphs for explaining the Operation of the device according to FIG. 7.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung zur Bewertung oder Bestimmung der nutzbaren bzw. effektiven Betriebslebensdauer eines Bohrers enthält einen Bohrkraftmesser, der als Detektor zur Lieferung eines , elektrischen Signals dient, welches den Widerstand bei einem Bohrvorgang angibt. Der Bohrkraftmesser dient zur Erzeugung eines elektrischen Signals mit einer Spannung, welche der Größe des während des Bohrvorgangs durch den Bohrer auf das Werkstück ausgeübten Drehmoments oder Schubs proportional ist. Der Bohrkraftmesser ist auf dem Tisch 2 einer numerisch gesteuerten Bohrvorrichtung 1 (Fig. l) montiert, auf dem auch ein als laminiertes bedrucktes (Schaltungs)-Substrat dargestelltes Werkstück montiert ist. Der Bohrkraftmesser 4 weist einen Hauptkörper 5 und eine Werkstück-Vorschubvorrichtung 7 auf, die für den automatischen Vorschub eines Prüflings 6 mit derselben Konstruktion wie das Substrat 3 dient.The device shown in the figures for evaluation or determination the useful or effective service life of a drill contains a drill dynamometer, which serves as a detector for the delivery of an electrical signal, which the resistance indicates during a drilling operation. The drill dynamometer is used to generate an electrical Signal with a voltage equal to the magnitude of the through-hole during the drilling process torque or thrust applied to the workpiece is proportional to the drill bit. The drilling dynamometer is on the table 2 of a numerically controlled drilling device 1 (Fig. 1), on which also a laminated printed (circuit) substrate shown workpiece is mounted. The boring dynamometer 4 has a main body 5 and a workpiece feed device 7, which for the automatic feed of a test piece 6 with the same construction as the substrate 3 is used.

Die Vorschubvorrichtung 7 weist einen Impuls- bzw. Schrittschaltmotor 8, eine von letzterem angetriebene GXwindespindel 9 und einen durch deren Drehung verschiebbaren Schieber bzw. GLeitstück 10 auf. Bei eingeschaltetem Motor 8 wird der Schieber 10 in Richtung auf den Körper 5 verschoben, so daß der Prüfling 6 bei jeder Messung des Bohrwiderstands schrittweise über ein vorbestimmtes Stück durch den Körper 5 weitergeschoben wird.The feed device 7 has a pulse or stepping motor 8, a GXwinding spindle 9 driven by the latter and one by its rotation sliding slide or sliding piece 10 on. When the motor 8 is switched on the slide 10 moved in the direction of the body 5, so that the test specimen 6 at each measurement of the drilling resistance gradually over a predetermined distance the body 5 is pushed further.

Der Motor 8 wird dabei in Übereinstimmung mit dem Programm des numerischen Steuersystems betrieben. Beispielsweise wird der Tisch 2 längs einer X-Achse 11 und einer Y-Achse 12 so verschoben, daß der Bohrer, wenn er im laminierten Substrat 3 etwa 200 Bohrungen hergestellt hat, in eine Position über dem Körper 5 des Bohrkraftmessers 4 gebracht wird. Unter diesen Bedingungen wird dann der Bohrwiderstand beim Bohrvorgang am Prüfling 6 erstmals gemessen, und nach Abschluß dieser Messung wird der Impuls- oder Schrittschaltmotor durch die numerische Steueranlage eingeschaltet, um den Prüfling 6 um einen Schritt aufwärts zu verschieben. In diesem Zustand wird dann die zweite Bohrwiderstandsmessung durchgeführt. Diese Messungen erfolgen nacheinander, und wenn vier Bohrwiderstandsmessungen durchgeführt worden sind, wird der Tisch 2 verschoben, um den Bohrer in die nächste Bohrposition am Substrat 3 zu bringen, oder der Bohrer wird, je nach dem Ergebnis der Messung, durch einen neuen Bohrer ersetzt.The motor 8 is doing in accordance with the program of the numerical Control system operated. For example, will the table 2 lengthways an X-axis 11 and a Y-axis 12 shifted so that the drill when it is in laminated substrate 3 has made about 200 holes in a position above the body 5 of the power meter 4 is brought. Under these conditions will then the drilling resistance is measured for the first time during the drilling process on the test specimen 6, and after The pulse or stepper motor completes this measurement with the numerical Control system switched on in order to move the test item 6 up by one step. The second drilling resistance measurement is then carried out in this state. These Measurements are taken one after the other, and when four drilling resistance measurements are taken have been, the table 2 is moved to the drill in the next drilling position at the substrate 3, or the drill, depending on the result of the measurement, replaced by a new drill.

Im folgenden sind die Konstruktionseinzelheiten des Körpers 5 des Bohrkraftmesrs 4 anhand der Fig. 2 bis 4 erläutert, Gemäß Fig. 2 besteht der Körper 5 aus einem bodenseitig geschlossenen, zylindrischen Gehäuse 21, das an seiner Innenwand mit einer Schulter 22 versehen ist. Der Rand ' 23a einer Membran 23 ist dabei mittels Schrauben 21a an der Schulter 22 befestigt.The following are the details of construction of the body 5 of the Bohrkraftmesrs 4 explained with reference to FIGS. 2 to 4. According to FIG. 2, the body consists 5 from a bottom-side closed, cylindrical housing 21, which is attached to its inner wall is provided with a shoulder 22. The edge '23a of a membrane 23 is by means of Screws 21a attached to shoulder 22.

Die Membran 23 besitzt einen dicken Umfangs-Rand 23a und einen dicken Mittelteil 23b, die durch einen dünnen Stegabschnitt 23c miteinander verbunden sind, welcher die Membran in lotrechter Richtung flexibel macht. Der starr ausgebildete Mittelteil 23b ist in seinem Zentrum mit einem Anguß 23d versehen.The diaphragm 23 has a thick peripheral edge 23a and a thick one Middle part 23b, which are connected to one another by a thin web section 23c, which makes the membrane flexible in the vertical direction. The rigidly trained Middle part 23b is provided with a gate 23d in its center.

Unter dem Mittelteil 23b der Membran 23 ist ein flachscheibenförmiges Tragglied 24 angeordnet, und zwischen beide Teile ist ein schubmessendes piezoelektrisches Element P1 einge- fügt. Das Tragglied 24 wird durch eine . relnstellschrauDe 2> die durch den Boden des Gehäuses 21 hindurchgeschraubt ist, nach oben gedrückt.Der Prüfling 6 wird durch einen Halter 26 gehalten, dessen Außenumfang von einer kreuzförmigen Feder 27 gehaltert wird. Diese Feder unterstützt auf die in Fig. 3 gezeigte Weise den Halter 26 über das Gehäuse 21. Die offene Oberseite des Gehäuses 21 ist durch einen zweckmäßigen Deckel 28 verschlossen.A flat disk-shaped support member 24 is arranged under the middle part 23b of the diaphragm 23, and a thrust-measuring piezoelectric element P1 is inserted between the two parts. adds. The support member 24 is through a. relnstellschrauDe 2> which is screwed through the bottom of the housing 21, pressed upwards. The test specimen 6 is held by a holder 26, the outer circumference of which is held by a cross-shaped spring 27. This spring supports the holder 26 via the housing 21 in the manner shown in FIG. 3. The open top of the housing 21 is closed by a suitable cover 28.

An der Unterseite des Halters ist ein Ansatz 26a vorgesehen, an welcher drehbar einen Ansatz 23e/der Oberseite des Mittelteils 23b der Membran 23 aufnimmt. Zwischen die beiden Ansätze 26a und 23e ist ein drehmomentmessendes piezoelektrisches Element P2 eingefügt. Gemäß Fig. 3 erfolgt die Einstellung des Vordrucks bzw. der Vorbelastung mit Hilfe einer am Ansatz 23e angreifenden Einstellschraube 30. Zwischen den Halter 26 und die Oberseite des Angusses 23d ist eine Stahlkugel 31 eingesetzt, die eine gleichmäßige bzw. reibungsarme Drehung des Halters gewährleistet und die gleichzeitig zur Schubübertragung dient.On the underside of the holder, a projection 26a is provided on which rotatably a projection 23e / the top of the central part 23b of the membrane 23 receives. Between the two lugs 26a and 23e there is a torque-measuring piezoelectric Element P2 inserted. According to FIG. 3, the setting of the form or the Preloading with the aid of an adjusting screw 30 acting on the shoulder 23e. Between the holder 26 and the top of the sprue 23d a steel ball 31 is inserted, which ensures a smooth or low-friction rotation of the holder and the serves at the same time to transmit thrust.

Der Bohrwiderstand beim Bohren des Prüflings 6 wird mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Bohrkraftmessers wie folgt ermittelt: Der Prüfling 6 wird auf die in Fig. 2 gezeigte Weise am Halter 26 befestigt, und ein Bohrer D wird, wie durch den Pfeil C gezeigt, in Abwärtsrichtung vorgeschoben, während er auf die durch den Pfeil B angedeutete Weise in Drehung versetzt wird. Bei der auf diese Weise erfolgenden Einleitung eines Bohrvorgangs werden auf ' den Prüfling 6 ein Drehmoment und ein Schub ausgeübt.The drilling resistance when drilling the test specimen 6 is determined using the Drilling dynamometer described above is determined as follows: The test specimen 6 is attached in the manner shown in Fig. 2 to the holder 26, and a drill D is, as shown by arrow C, advanced in the downward direction while resting on the is set in rotation as indicated by the arrow B. When on this Wise initiation of a drilling process are on 'the Test specimen 6 exerted a torque and a thrust.

Die Richtung des Drehmoments ist ebenfalls durch den Pfeil B (Fig. 3) angedeutet. Das piezoelektrische Drehmomentmeßelement P2 ist dabei zwischen dem Ansatz 23e der Membran 23 und dem Ansatz 26a des Halters 26 verspannt. Infolgedessen wird das Element P2 durch einen dem auf den Prüfling 6 wirkenden Drehmoment entsprechenden Druck verpreßt, so daß es ein enstsprechendes elektrisches Signal erzeugt. Durch Verwendung eines Prüflings 6 aus dem gleichen Werkstoff wie das Werkstück kann ohne weiteres zu jedem beliebigen Zeitpunkt der Abnützungsgrad bzw. die restliche Betriebslebensdauer des Bohrers bestimmt werden. Fig. 5 veranschaulicht ein Beispiel für eine Wellenform eines elektrischen Signals welches das Drehmoment für den Fall angibt, daß ein ultraharter Bohrer mit einem Durchmesser von o,8 mm bei einer Drehzahl von 80,000 U/min und einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,03 mm/Umdrehung eine Bohrung durch ein laminiertes gedrucktes bzw. Drucksubstrat 1 herstellt. Während der Drehmomentmessung wirkt die Membran 23 als starrer Körper in Drehrichtung des Bohrers. Die Drehbewegung des Halters 26 wird durch die kreuzförmige Feder ermöglicht.The direction of the torque is also indicated by arrow B (Fig. 3) indicated. The piezoelectric torque measuring element P2 is between the Approach 23e of the membrane 23 and the approach 26a of the holder 26 clamped. Consequently the element P2 becomes through a torque acting on the test object 6 corresponding Compressed pressure so that it generates a corresponding electrical signal. By Use of a test piece 6 made of the same material as the workpiece can be used without further at any point in time the degree of wear and tear or the remaining service life of the drill. Fig. 5 illustrates an example of a waveform an electrical signal which indicates the torque in the event that an ultra-hard Drills with a diameter of 0.8 mm at a speed of 80,000 rpm and a feed rate of 0.03 mm / revolution a hole through a laminated printed or printing substrate 1 produces. The is effective during the torque measurement Membrane 23 as a rigid body in the direction of rotation of the drill. The rotation of the Holder 26 is made possible by the cross-shaped spring.

Der beim Bohrvorgang auf - , den Prüfling 6 einwirkende Schub beaufschlagt das piezoelektrische Schubmeßelement P1 auf dem Tragglied 24 über den Halter 26, die Stahlkugel 31 und die Membran 23 (vergl. Fig. 4). Dabei verlagert sich der Halter 26 unter Halterung durch die kreuzförmige Feder 27 abwärts, so daß er einen dem Schub entsprechenden Dick auf das piezoelektrische Element P1 ausübt, wobei sich die Membran 23 aufgrund ihrer beschriebenen Konstruktion in lotrechter Rfthtung durchbiegen kann. Hierbei erzeugt das piezoelektrische Element P1 ein elektrisches Signal entsprechend dem den Prüfling 6 beaufschlagenden Schub. Fig. 6 veranschaulicht ein Bei-Schutz spiel für eine nx urve, die unter den gleichen Bedingungen bestimmt wurde wie die Kurve gemäß Fig. 5.The thrust acting on the test specimen 6 during the drilling process acts on the piezoelectric thrust measuring element P1 on the support member 24 via the holder 26, the steel ball 31 and the membrane 23 (see FIG. 4). The holder 26 is displaced downwards while being held by the cross-shaped spring 27, so that it exerts a thickness corresponding to the thrust on the piezoelectric element P1, the diaphragm 23 being able to bend in a perpendicular direction due to its construction described. Here, the piezoelectric element P1 generates an electrical signal corresponding to the thrust acting on the test object 6. Fig. 6 illustrates an example protection game for a nx urve, which was determined under the same conditions as the curve according to FIG. 5.

Wie erwähnt, können also Drehmoment und Schub ohne weiteres anhand der von den piezoelektrischen Elementen P2 bzw. P1 gelieferten elektrischen Signale ermittelt werden, während die Vorbelastungseinstellungen vor der Messung ohne weiteres durch Verdrehen der Einstellschrauben 30 und 25 vorgenommen werden können.As mentioned, torque and thrust can easily be determined using the electrical signals supplied by the piezoelectric elements P2 or P1 can be determined, while the preload settings can be easily made by turning the adjusting screws 30 and 25 prior to the measurement.

Da der den Bohrwiderstand messende Bohrkraftmesser gemäß Fig. 1 auf dem in Richtung der Achsen X und Y verschiebbaren Tisch montiert ist, braucht das Werkstück bei jeder Messung oder Bestimmung der nutzbaren Lebensdauer des Bohrers nicht vom Tisch gelöst zu werden, wodurch der Meßvorgang vereinfacht wird. Infolgedessen können jederzeit genaue Bohrungen gewährleistet werden, wie dies bei der Bearbeitung von laminierten bedruckten Substraten bzw, Schaltungsplatten besonders wünschenswert ist.Since the drilling force measuring the drilling resistance according to FIG the table, which can be moved in the direction of the axes X and Y, needs this Workpiece with every measurement or determination of the useful life of the drill not to be released from the table, whereby the measuring process is simplified. Consequently accurate bores can be guaranteed at any time, as is the case with machining of laminated printed substrates or circuit boards are particularly desirable is.

Gemäß Fig. 7 werden die von den piezoelektrischen Elementen P1 und P2 abgegebenen Signale einzeln oder gemeinsam als Ausgangssignal des Bohrkraftmessers 40 an einen i rstErker 41 angelegt. Es ist jedoch zu beachten, daß der Bohrkraftmesser 40 nicht auf die beschriebene Konstruktion beschränkt ist.According to FIG. 7, the piezoelectric elements P1 and P2 emitted signals individually or together as an output signal of the drill force meter 40 applied to an i rstErker 41. It should be noted, however, that the drill dynamometer 40 is not limited to the construction described.

Da das Ausgangs signal des Bohrkraftrnessers 40 eine niedrige Spannung besitzt und komplizierte, vom Bohrvorgang herrührende Komponenten enthält, wird die Wellenform des Signals nach der Verstärkung des Ausgangssignals im Verstärker 41 durch ein Filter 42 geformt. In der folgenden Beschreibung wird ein vom P1 piezoelektrischen Element/erzeugtes Schubsignal als das Signal zur Bestimmung des Bohrwiderstands vorausgesetzt. Nach der Verstärkung besitzt das Schubsignal die Wellenform gemäß Fig. 8, und nach der Formung durch das Filter besitzt es die geglättete Wellenform gemäß Fig. 9. Im Fall von Fig. 9 besitzt das Filter eine Abschalt- oder Grenzfrequenz von 1000 Hz; bei Verwendung eines Tiefpaßfilters mit einer Grenzfrequenz von 100 Hz wird jedoch die noch weiter geglättete Wellenform gemäß Fig0 10 erhalten. Selbstverständlich können der Verstärkungskoeffizient des Verstärkers 41 und die Grenzfrequenz des Filters 42 je nach den Anwendungsbedingungen auf beliebige Werte festgelegt werden. Since the output signal of the Bohrkraftrnessers 40 has a low voltage and contains complicated components resulting from the drilling process the waveform of the signal after amplification of the output signal in the amplifier 41 formed by a filter 42. In the following description, a P1 piezoelectric Element / generated thrust signal as the signal for determining the drilling resistance provided. After amplification, the thrust signal has the waveform according to Fig. 8, and after being shaped by the filter, it has the smoothed waveform in accordance with FIG. 9. In the case of FIG. 9, the filter has a cut-off or cut-off frequency of 1000 Hz; when using a low-pass filter with a cutoff frequency of 100 Hz, however, the even further smoothed waveform according to FIG. 10 is obtained. Of course the gain coefficient of the amplifier 41 and the cutoff frequency of the Filters 42 can be set to arbitrary values depending on the application conditions.

Das Ausgangssignal des Filters 42 wird durch einen Integrator 43 integriert und dann an den einen Eingang eines Komparators 44 angelegt. An den anderen Eingang des Komparators 44 wird eine Bezugsspannung Eg angelegt, so daß dieser Komparator ein Ausgangssignal an einen Zähler 45 liefert, wenn das Ausgangssignal El des Integrators größer ist als die Bezugsspannung E0-.The output signal of the filter 42 is integrated by an integrator 43 and then applied to one input of a comparator 44. At the other entrance of the comparator 44, a reference voltage Eg is applied so that this comparator supplies an output signal to a counter 45 when the output signal E1 of the integrator is greater than the reference voltage E0-.

Die Fig. 11 und 12 veranschaulichen die Beziehung zwischen dem Schub eines Bohrers und der Zahl von Bohrvorgängen. Fig. 11 zeigt dabei die Schubkurve beim ersten Bohrvorgang, bei dem der maximale Schub etwas mehr als 0,5 kg beträgt. Bei der 8000, Bohrung steigt der Schub dagegen gemäß Fig. 12 auf etwa 1,2 kg an; dies bedeutet, daß sich der maximale Schub aufgrund von Bohrerverschleiß auf etwa das Doppelte erhöht hat.Figures 11 and 12 illustrate the relationship between thrust of a drill and the number of drilling operations. 11 shows the thrust curve during the first drilling process, where the maximum thrust is a little more than 0.5 kg. In the case of the 8000 bore, on the other hand, the thrust increases to about 1.2 kg according to FIG. 12; this means that the maximum thrust due to drill bit wear has increased to about double.

Diese Daten wurden mit einem Bohrer mit 0,8 mm Durchmesser ermittelt, der mit einer Drehzahl von 80.000 U/min bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 0,03 mm/Umdrehung betrieben wurde.These data were determined with a drill with a diameter of 0.8 mm, the one with a speed of 80,000 rpm at a feed rate of 0.03 mm / revolution was operated.

Der Pegel der Ausgangsspannung E. des Integrators 43 variiert ebenfalls in Abhängigkeit von der Größe des Schubs. Wenn der Schub daher z.B. gemäß Fig. 11 klein ist, ist das Integrator-Ausgangssignal Ei ebenfalls klein, d.h. es liegt z.B. bei etwa 3,5 V gemäß Fig. 13. Bei gemäß Fig. 12 ansteisgendem Schub wird das Integrator-Ausgangssignal dagegen groß, und es erreicht z.B. gemäß Fig. 14 etwa 8,5 V. Aus diesem Grund ist es durch Einstellung einer zweckmäßigen Bezugsspannung Eo 44 möglich, ein Ausgangs signal vom Komparator/zu erhalten, wenn die nutzbare Lebensdauer des Bohrers erreicht ist und der Schub einen vorbestimmten Wert ilberschritten hat. Obgleich in den Figuren nicht dargestelltß sind zweckmäßige Einrichtungen zur Änderung der Bezugsspannung Eo in Abhängigkeit von den jeweiligen Arten des Bohrers und des Werkstücks vorgesehen.The level of the output voltage E. of the integrator 43 also varies depending on the size of the thrust. If the thrust is therefore, for example, as shown in Fig. 11 is small, the integrator output signal Ei is also small, i.e. it is e.g. at about 3.5 V as shown in FIG. 13. When the thrust increases as shown in FIG. 12, the integrator output signal becomes on the other hand, it is large, and it reaches about 8.5 V, for example, as shown in Fig. 14. For this reason, it is by setting an appropriate reference voltage Eo 44, an output signal from the comparator / to be received when the useful life of the drill is reached and the thrust has exceeded a predetermined value. Although in the figures not shown are expedient devices for changing the reference voltage Eo is provided depending on the respective types of the drill and the workpiece.

Der Zähler 45 ist ein auf einen Inhalt von 2 voreingestellter 4 Bit-Zähler, der durch ein Ubertragausgangssignal von einem 46 4 Bit-Zähler/ rückgestellt wird, welcher eine vorbestimmte Zahl von Bohrwiderstandsmessungen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Bohrkraftmessers 40 zählt. Der Zweck der Verwendung der Kombination aus zwei Zählern 45 und 46 besteht in der bei den statistischen Verarbeitung variierender Widerstände ' EBohrvorgängen, um dabei das Ende der Betriebslebensdauer des Bohrers entsprechend dem Verhältnis zwischen der Zahl der vom Zähler 46 - gezählten Messungen Nn und der Zahl von Messungen N1 im Fall von Eo < EiimBeim vorliegenden Beispiel, bei dem die Beziehung E0 C E1 bei der Durchführung von vier Messungen mehr als zweimal erscheint, erzeugt der auf 2 voreingestellte 4 Bit-Zähler 45 ein Übertrag ausgangssignal, das als das Signals zur Angabe des Endes der Betriebslebensdauer des Bohrers benutzt wird, um der numerischen Steueranlage ein Befehlssignal zum Unterbrechen des Bohrvorgangs und zum Auswechseln des Bohrers einzugeben. Falls kein Übertragsignal durch den Zähler 45 erzeugt wird, wird der numerischen Steueranlage über einen Umsetzer 47 einBefehlssignal zur Fortsetzung des Bohrvorgangs übermittelt. Wenn bei der ersten Vorrichtung gemäß Fig. 4 die Ergebnisse <1er/beiden von vier Messungen der Bedingung E0 < Ei entsprechen, erzeugt der Zähler 45 ein Übertragsignal, bevor der Zähler 46 ein Rückstellsignal anlegt und dadurch den Bohrvorgang unterbricht. In diesem Fall wird zur Rückführung der Gesamtanlage in den Zustand vor Einleitung der Messung von der numerischen Stueranlage ein Frei-Signal zu den Zählern 45 und 46 geliefert, wenn der Bohrvorgang unterbrochen oder der Bohrer ausgewechselt wird.The counter 45 is a 4-bit counter which is preset to a content of 2 and which is reset by a carry output signal from a 46 4-bit counter which counts a predetermined number of drilling resistance measurements as a function of the output signal of the drilling force meter 40. The purpose of using the combination of two counters 45 and 46 is in the statistical processing of varying resistances' E drilling operations to determine the end of the working life of the drill according to the ratio between the number of measurements counted by counter 46 - Nn and the number of measurements N1 in the case of Eo <Ei in the present example, in which the relationship E0 C E1 appears more than twice when performing four measurements, the 4-bit counter 45, which is preset to 2, generates a carry output signal that is specified as the Signal indicating the end of the working life of the drill is used to give the numerical control system a command signal to interrupt the drilling process and to replace the drill. If no carry signal is generated by the counter 45, a command signal to continue drilling is sent to the numerical control system via a converter 47. If in the first device according to FIG. 4 the results <1 / both of four measurements correspond to the condition E0 <Ei, the counter 45 generates a carry signal before the counter 46 applies a reset signal and thereby interrupts the drilling process. In this case, the numerical control system sends a free signal to the counters 45 and 46 when the drilling process is interrupted or the drill is replaced in order to return the entire system to the state before the measurement was initiated.

Die Messung des Bohrwiderstands wird beispielsweise bei jedem 200. Bohrvorgang vorgenommen, und die Bohrarbeiten werden unter t der Steuerung durch die numerische Steueranlage fortgeführt, bis das Ende der nutzbaren Betriebslebensdauer des Bohrers erreicht oder der Bohrvorgang an einem Werkstück abgeschlossen ist.The drilling resistance is measured, for example, every 200th drilling operation, and the drilling work is continued under the control of the numerical control system until the end of the useful working life of the drill is reached or the drilling process on a workpiece has been completed.

Während bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform ein Bohrkraftmesser zur Messung des beim Bohren erzeugten Widerstands verwendet wird, kann jede beliebige andere Meßeinrichtung verwendet werden, welche die änderung einer physikalischen Größe, wie der Schneidtemperatur und der Zahl der Umdrehungen der Antriebswelle, infolge Abnützung des Bohrers als eine elektrische Größe festzustellen vermag. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann auch die nutzbare Betriebslebensdauer eines beliebigen anderen Schneidwerkzeugs, z.B. eines Bohrkopfes oder Schneidstahls, ermittelt werden. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Werkstück-Zufuhrvorrichtung und einer Werkzeugwechselvorrichtung kombiniert wird, kann eine vollautomatisch arbeitende Bohrmaschine gebildet werden.While in the embodiment described above, a drill dynamometer used to measure the resistance created during drilling can be any other measuring devices are used, which determine the change in a physical Size, such as the cutting temperature and the number of revolutions of the drive shaft, as a result Able to determine wear of the drill as an electrical quantity. With the invention Device can also extend the useful life of any other Cutting tool, e.g. a drill head or cutting steel. if the device according to the invention with a workpiece feed device and a Tool changing device is combined, a fully automatic working Drill can be formed.

Selbstverständlich ist das Werkstück nicht auf ein laminiertes bedrucktes Substrat bzw. eine gedruckte Schaltungsplatte beschränkt. In jedem Fall sollte jedoch der Prüfling 6 aus dem gleichen Werkstoff bestehen wie das Werkstück, weil der Prüfling zur Darstellung desselben Bearbeitungswiderstands wie beim Werkstück herangezogen wird.Of course, the workpiece is not printed on a laminated one Limited substrate or a printed circuit board. In any case, it should the test piece 6 consist of the same material as the workpiece, because the test piece used to represent the same machining resistance as for the workpiece will.

Claims

P a t e n ta n 5 p r ü c h e Device for determining the effective Service life of a tool, with a detector for generating an electrical Signal corresponding to the machining resistance of a workpiece, a signal processing device for processing the electrical signal, a comparator for generating a Pulse when the output signal of the signal processing means of a predetermined Reference signal deviates, and a device for determining the useful service life of the tool as a function of the output signal of the comparator, thereby g e k It is noted that the determining means have a first counter for counting of the pulses from the comparator, a second counter for counting a predetermined one Number of measurements of the machining resistance of the workpiece by the detector and means for comparing the counts of the first and second counters to determine the useful service life of the tool.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that one of the detector Has tool dynamometer, which is provided unitarily or integrally on a workpiece table, which is displaceable in X and Y directions perpendicular to one another.

7. Apparatus according to claim 2, characterized in that the detector furthermore a device for the step-by-step advancement of one made of the same material like the workpiece existing test object for each measurement or determination of the usable Has tool life.

4. Apparatus according to claim 1, characterized in that the detector a tool dynamometer with a housing, one having a rigid central part Membrane, which is arranged in the housing in a horizontal position and with its peripheral edge is attached to the housing, a test object holder for holding a test object tight on the surface of the membrane, the holder being rotatable about the axis of the membrane and is movable in the vertical direction, a first projecting downward from the holder Approach, one protruding upward from the membrane and facing the first approach second approach, ei # wipe the two approaches inserted first piezoelectric K Element for torque measurement and located between the housing and the bottom Z has a second piezoelectric element inserted into the diaphragm.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the detector a tool dynamometer with a cylindrical bottom having a closed bottom Housing, a membrane provided with a rigid central part, which is arranged in the housing and is attached to the housing with its peripheral edge, one for holding a test object close to the top of the membrane serving test specimen holder around the axis of the Membrane or its axis rotatable and movable in the vertical direction is, a first approach protruding downward from the holder, one after the membrane The second approach protruding above and facing the first approach, one between the First piezoelectric element for torque measurement inserted in both approaches as well as a or the Bocen between the underside / of the housing and the underside the diaphragm has a second piezoelectric element inserted.

Device according to Claim 1, characterized in that the signal processing device an amplifier for amplifying the electrical signal emitted by the detector, a low-pass filter to remove the high frequency component from the output signal of the amplifier, an integrator for integrating the output signal of the low-pass filter each time a measurement is carried out and a device for creating the Having output signal of the integrator to the comparator.

7. The device according to claim 1, characterized in that the first counter is set so that it generates a first carry signal at a count corresponding to the total number of measurements during a measuring cycle, and is preset to a predetermined count that the second counter a second carry signal is generated for resetting the first counter when the second counter has counted the total number of measurements of the machining resistance on the workpiece, and that the determination means means for delivery of the first transfer signal as a processing-Abstellbefehlssignal and a converter for converting or converting the first carry signal for the purpose of generating a command signal for the continuation of the processing.