DE3501533C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Werkzeugbruchüberwa­ chung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DD-PS 1 53 746 bekannt, bei der ein Werkzeug hinsichtlich Bruch bzw. Verschleiß durch eine Videoka­ mera überwacht wird. Hierdurch wird eine flächenmäßige Kontrolle des durch Umgebungslicht beleuchteten Werkzeugs vorgenommen, indem das Bild der Videokamera mittels eines Analog/Digital-Wandlers in ein Bitmuster verwandelt wird, das mit einem Referenzbild verglichen wird. Eine derar­ tige Vorrichtung ist jedoch sehr aufwendig, und zwar einerseits von der Verwendung einer Videokamera und andererseits von der Auswertung eines flächigen Bildes her, insbesondere wenn mehrere unterschiedliche Werk­ zeuge verwendet werden, und führt ferner zu Problemen bezüglich der Dis­ kriminierung des Bildhintergrundes.

Außerdem ist es aus der DE-Z "Werkstatt und Betrieb" 116 (1983) 9, S. 534-535 an sich bekannt, neben komplizierten Fernsehbild-Auswerte­ systemen Sensoren zur automatischen Erkennung eines Werkzeugbruchs in Form von piezoelektrischen Kraftmeßelementen oder von optoelektronischen Sensoren, d. h. Lichtschranken, zu verwenden. Erstere haben den Nachteil, daß bei kleineren Werkzeugen die Differenz der Leistungsaufnahme bei in­ taktem oder gebrochenem Werkzeug zu klein für eine betriebssichere Aus­ wertung ist, was insbesondere bei Verwendung einer Maschine mit einem Magazin mit einer Vielzahl von sehr unterschiedlichen Werkzeugen nach­ teilig ist. Die optoelektronischen Sensoren sind dagegen vor bzw. nach dem Gebrauch eines Werkzeugs zur Messung von dessen Länge zu verwenden und können somit Fehler während der Bearbeitungsvorgänge nicht feststel­ len.

Außerdem ist es aus der DE-Z "wt - Zeitschrift für industrielle Fertigung" 73 (1983) S. 617-622 bekannt, als Meßwertaufnehmer Halblei­ terkameras mit linienhaften Diodenzeilen zu verwenden, wobei verschiedene Beleuchtungsarten, u. a. auch eine Durchlichtbeleuchtung infrage kommen, bei der der zu messende Gegenstand von einer Seite mit parallelem Licht angestrahlt wird, während sich auf der anderen Seite die Halbleiterkamera befindet, um die Konturen des zu überprüfenden Gegenstandes festzustel­ len. Hierbei benötigt man jedoch eine entsprechende Lichtquelle bzw. Op­ tik, für die bei der Überwachung von in ihrer Arbeitsposition befindli­ chen Werkzeugen bei Werkzeugmaschinen normalerweise kein Raum ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Werkzeug­ bruchüberwachung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die sich für die Überwachung eines in einer Werkzeugmaschine eingespannten Werkzeugs eignet, unabhängig vom Durchmesser und der Länge der zu über­ wachenden Werkzeuge berührungslos arbeitet und nur einen relativ geringen Aufwand ohne Probleme bezüglich der Diskriminierung eines Bildhinter­ grundes erfordert.

Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den Abbil­ dungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur Werkzeugbruchüberwachung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Aufsicht auf die Vor­ richtung von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der optischen Anordnung der Vorrichtung der Fig. 1 und 2.

Fig. 4 zeigt einen Justiervorgang am oberen Meßbereichs­ ende bei der Vorrichtung der Fig. 1 und 3.

Fig. 5 zeigt einen Justiervorgang am unteren Meßbereichs­ ende bei der Vorrichtung der Fig. 1 bis 3.

Fig. 6 zeigt ein teilweise geschnittenes Gehäuse, das die optischen Hauptkomponenten der Vorrichtung der Fig. 1 bis 3 aufnimmt.

Gemäß Fig. 1 ist ein zu überwachendes Werkzeug 1, beispielsweise ein Bohrer, für einen Überwachungsvorgang zwischen einer Lichtquelle 3 in Form einer Leuchtstofflampe und einer optischen Meßeinrichtung 2 angeordnet. Eine Halterung 4 ermöglicht das Schwenken der optischen Meßeinrichtung 2 um eine Achse II im wesentlichen parallel zur Längsachse des Werkzeugs 1 und um eine etwa horizontale Achse III senkrecht zur Achse II. Vorteilhafterweise ist noch eine weitere Schwenkmöglichkeit um eine Achse I, die senkrecht zu den beiden Achsen II und III steht, vorgesehen.

Die optische Meßeinrichtung 2 befindet sich in einem Gehäuse 2 a, das mit einem elektrischen Anschluß 5 versehen ist, der zu einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteeinrichtung führt.

Fig. 2 zeigt die Anordnung von Fig. 1 in Aufsicht, wobei die Misch­ zone 6 am Ort des Werkzeugs 1 und die auszuleuchtende Zone 7 an der Leuchtstofflampe 3 dargestellt ist.

Gemäß Fig. 3 wird der vom Werkzeug 1 durch die Beleuchtung mit der Lichtquelle 3 entstehende Schatten über ein Objektiv 8 auf einen linearen optischen Sensor 9 abgebildet. Eine Schlitzblende 10 sorgt für die seitliche Begrenzung der Empfangsempfindlichkeit, so daß eine schmale Erfassungszone gebildet wird, die auf die Leuchtstoff­ lampe 3 mit Hilfe der Halterung 4 ausgerichtet werden kann. Von der Seite kommendes Störlicht wird auf diese Weise ausgeblendet. Der lineare optische Sensor 9 ist ein auf Licht reagierender Halblei­ terbaustein, dessen lichtempfindliche Elemente ("Pixel") linear an­ einander gereiht sind. Die Zahl dieser Bildelemente (beispielsweise 256) bestimmt die Auflösung der Anordnung. Sie liegen etwa im Ab­ stand von 25 µm (Mitte-Mitte) und haben eine Aperturbreite von 26 µm. Auf diese Elemente auffallendes Licht wird in elektrische La­ dungen umgewandelt, die integriert und bis zum Auslesen gespeichert werden. Das Auslesen wird von einem digitalen Schieberegister ge­ steuert, wobei die resultierenden, zeitlich aufeinander folgenden Stromimpulse in einer elektronischen Auswertestufe weiterverarbeitet werden (nicht dargestellt). Die Auswertung erfolgt derart, daß über einen Vergleicher bei einem Licht-/Schatten- oder Schatten-/Licht- Übergang an den Bildelementen ein mitlaufender Zähler gestoppt wird und auf diese Weise die Spitze des Werkzeugs 1 lokalisiert werden kann. Daraus resultiert dann die relative Länge des Werkzeugs 1.

Fig. 4 zeigt den Justiervorgang für die Vorrichtung zur Werkzeug­ bruchüberwachung am oberen Meßbereichsende. Hierzu dient ein licht­ undurchlässiges Rohr 13, das über die Leuchtstofflampe 3 gestülpt wird. Es ist mit einer Öffnung 14 versehen, deren Lage dem oberen Meßbereichsende entspricht. Die optische Meßeinrichtung 2 weist eine Anzeigeeinrichtung, beispielsweise eine Leuchtdiode (nicht darge­ stellt) auf, die ein Signal liefert, wenn eines der Bildelemente des optischen Sensors 9 von Licht getroffen wird. Die optische Meßein­ richtung 2 wird nun um die Achse II gedreht, bis die Anzeigeein­ richtung anspricht. In dieser Stellung wird die Achse II gesichert und die Justierung auf das obere Meßbereichsende ist abgeschlossen.

Anschließend wird gemäß Fig. 5 auf das untere Meßbereichsende ju­ stiert. Dazu wird das Rohr 13 auf Umschlag gesetzt, d. h. die Öffnung 14 befindet sich jetzt am unteren Meßbereichsende. Die optische Meß­ einrichtung 2 wird um die Achse III gedreht, bis die Anzeigeein­ richtung anspricht. In dieser Stellung wird die Achse III gesichert und die Justierung auf das untere Meßbereichsende ist abgeschlossen. Durch Drehen der Achse III ändert sich die Lage des oberen Meßbe­ reichsendes nicht, so daß dessen Justierung erhalten bleibt.

Anstelle eines Rohrs 13 kann auch ein Halbrohr oder dergleichen verwendet werden, das mit entsprechenden Schnappverbindungen in de­ finierter Position vor der Leuchtstofflampe 3 derart befestigt wer­ den kann, daß die Öffnung 14 einmal im oberen und zum anderen im unteren Meßbereichsende liegt. Bei entsprechender Ausbildung der Halterung oder bei Vorsehen eines entsprechenden Gehäuses für die Leuchtstofflampe 3 kann die mit der als Blende dienende Öffnung 14 versehene Abdeckung 13 auch plan und mit entsprechenden Steckfüßen versehen sein, um leicht lösbar, schnell und ohne Aufwand unmittel­ bar vor der Leuchtstofflampe 3 in den beiden um die Mitte der Leuchtstofflampe 3 um 180° gedrehten Positonen angebracht werden zu können.

Die Justierung der Vorrichtung ist somit in einfacher Weise und ohne großen konstruktiven Aufwand schnell und sicher vornehmbar.

Fig. 6 zeigt das teilweise geschnittene Gehäuse 2 a der optischen Meßeinrichtung 2 mit den optischen Hauptkomponenten. Das Licht fällt zunächst durch eine Glasscheibe 12 auf das Objektiv 8, das in einen Haltekörper 11 eingeschraubt ist. Auf der Rückseite des Haltekörpers 11 ist die Schlitzblende 10 mit einem Schlitz von 0,3 mm × 6,55 mm angebracht. Hinter der Schlitzblende 10 befindet sich der lineare optische Sensor 9. Die Spannungsversorgung sowie die Weiterleitung der Ausgangssignale zur Weiterverarbeitung, beispielsweise in einer programmierbaren Steuerung, laufen über die Steckverbindung 5.

Bezüglich der Bohrung 14 und der effektiven Breite der leuchtenden Zone der Leuchtstofflampe 3 ist es zweckmäßig, wenn erstere etwa 4 mm und letztere etwa 12 mm beträgt.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Werkzeugüberwachung, wobei das zu überwa­ chende Werkzeug (1) mit Licht angestrahlt und über eine Abbildungsoptik (8) einer eine Auswerteeinrichtung aufweisenden optischen Meßeinrichtung (2) ein Hell-/Dunkel-Bild des zu überwachenden Werkzeugs (1) erzeugt und ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine sich parallel zur Längsachse des zu überwachenden Werkzeugs (1) erstreckende Lichtquelle (3) mit einer linienförmigen Lichtaustrittszone vorgesehen ist, die sich auf der der optischen Meßeinrichtung in bezug zum zu überwachenden Werk­ zeug (1) gegenüberliegenden Seite befindet, wobei die optische Meßein­ richtung (2) einen parallel zur Lichtquelle (3) angeordneten, linear hintereinander gereihte Bildelemente aufweisenden, optischen Sensor (9) besitzt und durch die Auswerteeinrichtung der erste Licht-/Schatten- Übergang als Meßwert für die Länge des Werkzeugs (1) auswertbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (3) eine Leuchtstofflampe ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem optischen Sensor (9) eine Schlitzblende (10) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Auswerteeinrichtung einen mitlaufenden Zähler für die Bildelemente des optischen Sensors (9) aufweist, der gestoppt wird, wenn der erste Licht-/Schatten-Übergang am optischen Sensor (9) erreicht wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Justagehilfe eine lichtundurchlässige Abdeckung (13) für die linienförmige Lichtaustrittszone vorgesehen ist, wobei die Ab­ deckung (13) eine Öffnung (14) aufweist, deren Durchmesser genügend Licht für die Auswertung als punktförmige Lichtquelle durch den optischen Sensor (9) durchläßt, die Abdeckung (13) in einer um 180° um den Mittel­ punkt der Lichtquelle (3) gedrehten Stellung angeordnet werden kann und der optische Sensor (9) um wenigstens zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar und feststellbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ab­ deckung (13) ein lichtundurchlässiges Rohr ist, das über die als Leucht­ stofflampe ausgebildete Lichtquelle (3) schiebbar ist und in einem End­ bereich die Öffnung (14) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnung (13) etwa 4 mm bei einer effektiven Breite der leuchtenden Zone der Leuchtstofflampe (3) von etwa 12 mm ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, die eine Anzeige dann liefert, wenn eines der Bildelemente des optischen Sensors (9) vom Licht der Lichtquelle (3) getroffen wird.