DE3615874A1 - Verfahren zur messung der entfernung einer handwerkzeugmaschine von einem werkstueck - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Messung der Entfernung einer Handwerkzeugmaschine von einem zu be­ arbeitenden Werkstück nach der Gattung des Hauptanspruchs. Aus der DE-OS 31 26 245 ist eine Bohrmaschine bekannt, bei welcher parallel zur Werkzeugachse ein aus Kunststoff oder Metall bestehender Profilstab zur Entfernungsmessung oder Bohrlochtiefenmessung vorgesehen ist. Der Profilstab ist in einer an der Bohrmaschine befestigten Halterung in der Werkzeugachse verschiebbar angeordnet. Durch Festziehen einer Flügelschraube kann der Profilstab arretiert werden. Er wird dabei soweit nach vorne überstehend festgespannt, daß die vordere Spitze des Stabes bei Erreichen der einge­ stellten Bohrlochtiefe am Werkstück anschlägt. Ein Nach­ teil dieses Meßverfahrens ist es, daß der Überstand des Stabes und somit die vorgebbare Bohrlochtiefe mit Augen­ maß nur wenig präzise eingestellt werden kann. Es kann vorkommen, daß eine unbeabsichtigte Längsverschiebung des Stabes während des Arretierens der Flügelschraube auf­ tritt. Damit ist ein ungewolltes Durchbohren des Werk­ stücks nicht in allen Fällen auszuschließen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren hat demgegenüber den Vor­ teil, daß die Entfernungsmessung mit hoher Meßgenauigkeit erfolgt. Dazu ist das an sich bekannte Verfahren der Trian­ gulation vorgesehen. Hierbei projiziert eine Strahlungsquelle ein optisches Muster auf die Oberfläche des Werkstücks und die von der Oberfläche reflektierte Strahlung wird auf einen Strahlungsempfänger abgebildet. Die Position des auf dem Strahlungsempfänger abgebildeten optischen Musters stellt ein Maß für die Entfernung des Werkstückes von der Hand­ werkzeugmaschine dar.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich.

In einer signalverarbeitenden Anordnung, die über eine Eingabevorrichtung sowie über eine optische und akustische Ausgabevorrichtung verfügt, wird die Entfernungsinformation weiterverarbeitet. Handelt es sich bei der Handwerkzeug­ maschine um eine Bohrmaschine, so wird die Bohrlochtiefe ermittelt.

Vorteilhaft ist es, wenn über die Eingabevorrichtung ein Sollwert der Bohrlochtiefe in die signalverarbeitende Anordnung eingegeben wird und während des Bohrvorgangs die erreichte Bohrlochtiefe kontinuierlich auf der Anzeige­ vorrichtung der signalverarbeitenden Anordnung angezeigt wird. Zweckmäßigerweise wird die Anzeige bei Bohrbeginn auf Null gestellt. Ohne diese Nullstellung sind auch Differenzmessungen möglich.

Ein großer Vorteil ist es, wenn über die akustische Aus­ gabeeinheit der signalverarbeitenden Anordnung ein aku­ stisches Signal vor Erreichen des eingestellten Sollwertes abgegeben wird. So ist es möglich, auf dieses Signal hin die auf die Handwerkzeugmaschine ausgeübte Vorschubkraft rechtzeitig vor Erreichen des Sollwertes zu verringern, um einer unbeabsichtigten Überschreitung des Sollwertes entgegenzuwirken. Die Annäherung an den Sollwert kann auch beispielsweise durch Blinken sowie Farbwechsel der Anzeige erfolgen.

Ein Vorteil, der sich besonders bei batteriebetriebenen Geräten bemerkbar macht, ergibt sich aus dem Impuls­ betrieb der Strahlungsquelle. Mit dem Impulsbetrieb wird eine hohe Strahlungsleistung bei gleichzeitig gerin­ gerer mittlerer Energie erzielt.

Weitere Einzelheiten des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus weiteren Unteransprüchen in Verbindung mit der folgenden Beschreibung.

Zeichnung

Die Figur zeigt eine optoelektronische Schaltungsanordnung und den optischen Strahlungsverlauf zwischen einer Hand­ werkzeugmaschine und einem zu bearbeitenden Gegenstand.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Figur zeigt eine Strahlungsquelle 10, die von einem Impulsgenerator 11 angesteuert wird. Die Strahlungsquelle 10 ist im Brennpunkt einer ersten Linse 12 angeordnet. Unmittelbar benachbart zur ersten Linse 12 ist eine Blende 13. Die Strahlungsquelle 10, der Impulsgenerator 11, die erste Linse 12 und die Blende 13 sind innerhalb einer Hand­ werkzeugmaschine 14 angeordnet, die einen Bereich 15 in ihrem Gehäuse aufweist, der für die von der Strahlungs­ quelle 10 emittierte Strahlung durchlässig ist. In der Figur ist der Bereich 15 mit einer unterbrochenen Linie eingezeichnet. In einem ersten Abstand 16 von der Werk­ zeugmaschine 14 befindet sich eine Oberfläche 17 eines Werkstückes 18. Während des Bearbeitungsvorganges ändert sich der erste Abstand 16 zu einem zweiten Abstand 19. Mit 20 sind Randstrahlen der von der Strahlungsquelle 10 emittierten Strahlung 21 bezeichnet. Die Randstrahlen 20 begrenzen einen bestrahlten Teil 22 der Oberfläche 17 des Werkstückes 18. Die von dem bestrahlten Oberflächenteil 22 reflektierte Strahlung 26 wird mit einer zweiten Lin­ se 24 in eine Bildfläche 25 abgebildet. Der im ersten Abstand 16 von der Handwerkzeugmaschine 14 befindlichen Oberfläche 22 ist ein erstes Bild 27 und der im zweiten Abstand 19 befindlichen Oberfläche 22 ist ein zweites Bild 28 jeweils in der Bildfläche 25 zugeordnet. Die Bild­ fläche 25 fällt mit einer aktiven Oberfläche 29 eines Strahlungsempfängers 30 zusammen. Ein Ausgangssignal 31 des Strahlungsempfängers 30 gelangt in eine signalverar­ beitende Anordnung 32, die über eine Eingabevorrichtung, 33, eine optische Ausgabevorrichtung 34 sowie über eine akustische Ausgabevorrichtung 35 verfügt. Die signalver­ arbeitende Anordnung 32 steht über zwei Steuerleitungen 38, 39 mit einer Ansteuerschaltung 36 eines Antriebs­ motors 37 in Verbindung. Der Schalter 40 ist der Ein- Aus-Schalter der Handwerkzeugmaschine.

Das Verfahren der Entfernungsmessung arbeitet folgender­ maßen:

Die von der Strahlungsquelle 10 ausgehende Strahlung wird mit der ersten Linse 12 auf das Werkstück 18 gerichtet. Befindet sich die Strahlungsquelle 10 im Brennpunkt der als Sammellinse ausgebildeten ersten Linse 12, so ergibt sich ein von Randstrahlen 20 begrenztes paralleles Strahlen­ bündel der emittierten Strahlung 21. Mit der unmittelbar neben der ersten Linse 12 angeordneten Blende 13 können bestimmte Strahlungsanteile ausgeblendet werden, um ein bestimmtes optisches Muster auf der Oberfläche 17 des Werkstückes 18 zu erzeugen. Die emittierte Strahlung 21 trifft auf einen Teil 22 der Oberfläche 17 und wird dort diffus gestreut. Die zweite Linse 24, die ebenfalls als Sammellinse ausgebildet ist, empfängt einen Teil der reflektierten Strahlung 26 und bildet den Oberflächenteil 22 in die Bildfläche 25 ab. Ein mit der Blende 13 erzeugtes flächiges Muster des Strahlungssignals tritt als Bild in der Bildfläche 25 der zweiten Linse 24 auf.

Die optische Anordnung ist befestigt in oder an der Hand­ werkzeugmaschine 14, deren Abstand 16, 19 von der Ober­ fläche 17 des Werkstücks 18 bestimmt werden soll. Die Lage des Bildes 27, 28 der Oberfläche 22 in der Bild­ fläche 25 ist eine eindeutige Funktion dieses Abstandes. Beispielsweise erfolgt die Abbildung bei gegebenem ersten Abstand 16 in das erste Bild 27 und bei vorliegendem zweiten Abstand 19 in das zweite Bild 28. Diese beschrie­ bene Methode zur Messung eines bestimmten Abstandes ist als Triangulationsverfahren in der Meßtechnik an sich bekannt (VDI-Zeitung 125, 1983, Nr. 21, S. 876). Eine kontinuierliche Ermittlung der Abstandsänderung während eines Bearbeitungsvorganges mit Hilfe des Triangulations­ verfahrens ist jedoch bislang nicht bekanntgeworden.

Zur Erfassung der unterschiedlichen Lagen der Bilder 27, 28 ist der Strahlungsempfänger 30 vorgesehen, dessen ak­ tive Oberfläche 29 mit der Bildfläche 25 möglichst genau übereinstimmen soll. Je genauer diese Forderung erfüllt ist, desto präziser sind die Positionsangaben der beiden Bilder 27, 28. Bei dem Strahlungsempfänger 30 handelt es sich beispielsweise um eine positionsempfindliche Fotodiode oder einen Multisensor in Form einer Foto­ dioden- oder CCD-Zeile. Das Ausgangssignal 31 des Sensors 30 gelangt in die signalverarbeitende Anordnung 32. In dieser Anordnung werden Umrechnungen vorgenommen. Beispielsweise wird aus einer Abstandsänderung eine er­ reichte Bohrlochtiefe ermittelt. Wandert während des Bearbeitungsvorgangs die Position des ersten Bildes 27 in Richtung auf die Position des zweiten Bildes 28, dann wird aus der Positionsdifferenz kontinuierlich die Ab­ standsänderung bzw. die Bohrlochtiefe ermittelt und auf der optischen Ausgabevorrichtung 34 angezeigt.

Vorteilhafte Verfahrensausgestaltungen werden am Beispiel der Bohrlochtiefenmessung erläutert:

Über die Eingabevorrichtung 33 wird der signalverarbeiten­ den Anordnung 32 ein Bohrlochtiefen-Sollwert vorgegeben. Bei Bohrbeginn wird über die Eingabevorrichtung 33 ein Rückstellsignal zum Nullsetzen der Anzeige 35 eingegeben. Es ist jedoch auch möglich, ein von der Ansteuer­ schaltung 36 über die Steuerleitung 39 abgebbares Signal in Abhängigkeit von der Betätigung des Einschalters 40 der Handwerkzeugmaschine 14 zum Nullstellen zu verwenden. Während des Bohrvorgangs wird die erreichte Bohrloch­ tiefe kontinuierlich angezeigt. In einer anderen Betriebs­ art ist es auch möglich, die verbleibende Differenz bis zum Erreichen der Solltiefe anzuzeigen. Sehr zweckmäßig ist es, wenn ein Warnsignal kurz vor Erreichen des Soll­ wertes an den Benutzer der Handwerkzeugmaschine 14 ab­ gegeben wird. Der vor dem Sollwert liegende Schwellwert, ab welchem diese Warnung erfolgen soll, ist über die Ein­ gabevorrichtung 33 eingebbar. Nach Überschreitung des Schwellwertes löst die signalverarbeitende Anordnung 32 über die akustische Ausgabevorrichtung 34 ein akustisches Signal aus. Gleichzeitig kann durch Blinken der Anzeige 35 die Annäherung an den Sollwert angezeigt werden. Läßt die optische Ausgabevorrichtung 35 eine unterschiedliche Farbinformation zu, so kann das Erreichen des Schwell­ werts auch durch einen Farbwechsel signalisiert werden.

Der Vorteil einer Warnung des Benutzers vor Erreichen des Sollwertes liegt darin, daß die Vorschubkraft recht­ zeitig reduziert werden kann, so daß ein mögliches Nach­ laufen des Elektromotors 37 nach dessen Abschaltung kein unbeabsichtigtes Durchbohren des Werkstücks 18 zur Folge hat.

Zweckmäßig ist es, wenn nach Erreichen des Sollwertes die signalverarbeitende Anordnung 32 über die Steuerleitung 38 der Ansteuerschaltung 36 ein Signal zum Abschalten des Antriebsmotors 27 zuführt und ein akustisches Signal auslöst.

Wird als Strahlungsquelle 10 eine Halbleiterstrahlungs­ quelle eingesetzt, dann kann im gepulsten Betrieb eine über der zulässigen Dauerleistung liegende Impulslei­ stung abgegeben werden. Eine hohe Impulsleistung ergibt ein hohes Signal zu Rausch-Verhältnis und reduziert deshalb den apparativen Aufwand für die optoelektronische Anordnung. Wird das Impuls-Pausen-Verhältnis geeignet festgelegt, dann vermindert sich die benötigte mittlere Energie - ein Vor­ teil, der sich besonders bei batteriebetriebenen Geräten bemerkbar macht.

Claims (12)

1. Verfahren zur Messung der Entfernung einer Handwerkzeug­ maschine, vorzugsweise Bohrmaschine, von einem zu bear­ beitenden Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß zur Entfernungsmessung das an sich bekannte Verfahren der Triangulation verwendet wird, bei welchem eine Strah­ lungsquelle (10) ein optisches Muster, vorzugsweise einen Punkt oder eine Linie, auf eine Oberfläche (17, 22) des Werkstückes (19) projiziert und die von der Oberfläche (17, 22) reflektierte Strahlung auf einen Strahlungsempfänger (30) trifft, welcher ein dem opti­ schen Meßsignal entsprechendes elektrisches Signal zur optischen und/oder akustischen Anzeige des Meßwertes erzeugt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernungsmessung zur Bohrlochtiefenbestimmung verwendet wird und die Bohrlochtiefe in einer signal­ verarbeitenden Anordnung (32), welche über eine Ein­ gabevorrichtung (33) sowie über eine optische Ausgabe­ vorrichtung (35) und/oder eine akustische Ausgabe­ vorrichtung (34) verfügt, berechnet wird aus der Ab­ standsänderung der Bohrmaschine (14) von dem Werkstück (18).

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Ausgabevorrichtung (35) ver­ wendet wird zur kontinuierlichen Anzeige der Bohrloch­ tiefe während des Bearbeitungsvorganges.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß über die Eingabevorrichtung (33) ein Sollwert der Bohrlochtiefe in die signalverarbei­ tende Anordnung (32) eingebbar ist und der Sollwert auf der optischen Ausgabevorrichtung angezeigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß über die Eingabevorrichtung (33) bei Bohrbeginn eine Null­ stellung der Bohrlochtiefenanzeige (35) eingebbar ist.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die optische Ausgabevorrichtung (35) ver­ wendet wird zur kontinuierlichen Anzeige der zwischen erreichter Bohrlochtiefe und dem Sollwert bestehenden Differenz während des Bearbeitungsvorganges.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen des Sollwertes der Antriebsmotor (37) der Bohrmaschine (14) über eine Steuerleitung (38) und eine Ansteuerschaltung (36) durch die signalverarbeitende Anordnung (32) abgeschaltet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erreichen des Sollwertes ein akustisches Signal über die akustische Ausgabevorrichtung (34) abgegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß über die Eingabevorrichtung (33) ein vor dem Sollwert liegender Schwellwert der Bohr­ lochtiefe eingegeben wird, nach dessen Überschreitung über die akustische Ausgabevorrichtung (34) ein Signal abgegeben wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß nach Überschreiten des Schwellwertes ein Blinken der Anzeige (35) veranlaßt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß nach Überschreiten des Schwellwertes ein Farbwechsel der Anzeige (35) veranlaßt wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlungsquelle (10) impuls­ artig betrieben wird.