DE3827752C2

DE3827752C2 -

Info

Publication number: DE3827752C2
Application number: DE19883827752
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl.-Ing. 3000 Hannover De Gosebruch
Original assignee: Individual
Current assignee: Focke and Co GmbH and Co KG
Priority date: 1988-08-16
Filing date: 1988-08-16
Publication date: 1992-01-23
Also published as: DE3827752A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Messen des Verschleißes einer Schleifscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs wie es aus der DD 1 22 662 bekannt ist, und umfaßt auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Schleifscheiben werden beim Rundschleifverfahren ein gesetzt, um die Oberflächen von Werkstücken, z.B. von Wellen, glatt zu schleifen. Zusätzlich besteht häufig auch die Aufgabe, die Oberfläche einer Welle so weit abzuschleifen, daß die Welle einen bestimmten exakten Durchmesser besitzt.

Die zu diesem Zweck verwendeten Schleifscheiben wer den von einem Motor angetrieben und mit ihrer Ober fläche, also ihrem aktiven Schleifbelag, in Berüh rung mit der Oberfläche des Werkstückes gebracht. Während des Schleifvorganges tritt dabei eine Ab nutzung des Schleifbelages der Schleifscheibe ein, der auch inhomogen sein kann und somit zu Welligkeiten führt. Deshalb ist es erforderlich, die Schleifscheibe von Zeit zu Zeit abzurichten.

Das Abrichten einer gebrauchten oder neuen Schleifscheibe bereitet im allgemeinen keine Probleme. Schwieriger ist es demgegenüber, den Zeitpunkt zu bestimmen, wann eine Schleifscheibe soweit abgenutzt und verschlissen ist, daß sie mit einem Abrichtwerkzeug (z. B. einem Diamanten) abgerichtet und geschärft werden muß.

Man hat sich bisher mit Erfahrungswerten beholfen und die Schleifscheibe jeweils nach einer geschätzten Benutzungsdauer abgerichtet. Aus Vorsicht hat man dabei die Schleifscheibe meistens zu früh abgerichtet, also zu einem Zeitpunkt, wo ein Abrichten aufgrund des noch vorhandenen aktiven Schleifbelages eigentlich nicht er forderlich wäre.

Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es durch die eingangs genannte DD 1 22 662 bekannt, den Verschleiß der Schleifscheibe während des Betriebes mittels eines optischen Sensors zu messen, wobei ein Sender und ein Empfänger vorgesehen sind, die durch Verwendung von Druckluft vor Verschmutzung geschützt werden. Das bekannte Verfahren dient zur Überwachung der Schneidfähigkeit von Schleifkörpern und läßt sich auch zum Messen des Verschleißes einer Schleifscheibe einsetzen. Bei dem bekannten Verfahren bzw. bei der bekannten Vorrichtung wird jedoch in nachteiliger Weise das Vorhandensein von Kühlmittelnebel vorausgesetzt, obgleich der Kühlmittelnebel die Messung mit Hilfe eines optischen Sensors erschwert.

Um den nachteiligen Einfluß des Kühlmittelnebels möglichst weitgehend zu eliminieren, sind deshalb bei dem bekannten Verfahren besondere Maßnahmen erforderlich, die unter anderem darin bestehen, für den optischen Sensor eine ganz bestimmte Wellenlänge zu verwenden und zudem eine erhöhte Intensität der Strahlung vorzusehen. Ferner müssen die durch den Kühlmittelnebel hervorgerufenen Störsignale bei der Auswertung der Messung berücksichtigt werden, was zu einem erhöhten apparativen Aufwand führt und sich nachteilig auf die Genauigkeit der Messung auswirkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiter zu entwickeln, daß die Meßgenauigkeit erhöht wird, und ferner soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, die sich durch einen verringerten apparativen Aufwand auszeichnet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit dem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 und hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Patentanspruchs 6 gelöst.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung gerichtet.

Das Verfahren erlaubt es, bei geringem Aufwand eine genaue Aussage über die Beschaffenheit der Oberfläche von Schleifscheiben zu treffen und den Verschleiß zu messen, wobei die Messungen während des Betriebes der Schleifscheiben unter den von Schmutz und Dreck gekennzeichneten Umweltbedingungen durchgeführt werden können. Trotz der vorhandenen ungünstigen Umweltbedingungen wird ein berührungsloses optisches Meßverfahren angewendet, was dadurch ermöglicht wird, daß der Sender und Empfänger des optischen Sensors durch einen aus der Kammer durch eine oder mehrere Öfnnungen austretenden Gasstrom vor Verschmutzung geschützt werden. Dieser Gas- oder Luftstrom bzw. die Druckluft führt noch zu einem weiteren Vorteil, das die beim Schleifvorgang verwendeten flüssigen Schmiermittel weggeblasen werden.

Außerdem wird die hygroskopische Oberfläche der Schleifscheibe durch den Luftstrom optimal gesäubert und für die Messung vorbereitet, so daß eine Verfälschung der Messung ausgeschlossen werden kann.

Als optisches Meßverfahren läßt sich in vorteilhafter Weise die an sich bekannte Triangulationsmeßtechnik ver wenden.

Um den Arbeitspunkt des Sensors optimal einstellen zu können, wird in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, den Sensor in radialer Richtung der Schleifscheibe bewegbar anzuordnen.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, daß die Drehwinkelstellung der Schleifscheibe zusätzlich zur Auswertung der Messung durch den optischen Sensor herangezogen wird. Dadurch ist es möglich, das durch den Sensor gemessene Signal einem Ort auf der Schleifscheibenoberfläche zuzuordnen.

Die Vorrichtung zeichnet sich durch einen Sensorkopf aus, der aus der Kammer besteht, in welcher der Sender und der Empfänger angeordnet sind. Ferner weist die Kammer eine erste Öffnung für die Zufuhr von Druckluft und eine zweite Öffnung für den Gasstrom zum Reinigen der Oberfläche der Schleifscheibe und den Lichtdurchtritt auf.

Da die Kammer in ihrem Inneren mit Druckluft beaufschlagt ist, welche durch die zweite Öffnung austritt, wird verhindert, daß Schmutzpartikel zum Sender und Empfänger gelangen können.

Im folgenden wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Draufsicht einer Schleifscheibe mit ei nem zugeordneten Sensor,

Fig. 2 eine schematische Seitenan sicht eines Sensors für eine Schleifscheibe,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer optimalen Oberflächen struktur einer Schleifscheibe,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer im Betrieb gemessenen Oberflächenstruktur einer Schleifscheibe,

Fig. 5 eine Seitenansicht einer Schleif scheibe, und

Fig. 6 eine Vorderansicht auf die Ober fläche einer Schleifscheibe.

In der Anordnung gemäß Fig. 1 wird eine runde Schleif scheibe 14 von einem Motor 16 angetrieben, dem ein Win kelcodierer 18 zugeordnet ist. Mit der Schleifschei be 14 wird ein Werkstück 20, z.B. eine Welle, ge schliffen.

Auf der dem Werkstück 20 radial gegenüberliegenden Seite der Schleifscheibe 14 befindet sich ein in Rich tung des Doppelpfeiles A und gegebenenfalls auch in Richtung C verstellbarer Sensor 10 mit einem der Schleif scheibe 14 zugewandten Sensorkopf 12.

Wie die Darstellung in Fig. 2 verdeutlicht, sind im Sensorkopf 12 ein Sender 32 und ein Empfänger 38 an geordnet. Der Sender 32 und der Empfänger 38 sind Bestandteile des optischen Sensors 10, der nach dem an sich bekannten Prinzip der Triangulationsmeßtech nik aufgebaut ist.

Der Sensorkopf 12 wird durch eine Kammer 24 gebildet, die allseitig geschlossen ist, mit Ausnahme eines vorderen, der Schleifscheibe 14 zugewandten Schlitzes 26 und einer mit einem Schlauch 30 verbundenen Öff nung 28. Durch den Schlitz 26 können der von dem Sen der 32 erzeugte Lichtstrahl 34 (Laserstrahl) sowie der von der Oberfläche 22 der Schleifscheibe 14 re flektierte Lichtstrahl 36 zum Empfänger 38 hindurch treten.

Über den Schlauch 30 wird in die Kammer 24 Druckluft 54 geführt, die durch den Schlitz 26 der Kammer 24 als Luftstrom 52 austritt. Durch diesen auf die Ober fläche 22 der Schleifscheibe 14 gerichteten Luftstrom werden Schmutzpartikel weggeblasen, es wird also ver hindert, daß diese Schmutzpartikel in die Kammer 24 zu dem dort geschützt angeordneten Sender 32 und Em pfänger 38 gelangen können. Deshalb ist es möglich, ein optisches berührungsloses Meßverfahren trotz der beim Schleifen enstehenden Schmutzpartikel anzuwen den. Außerdem wird die Oberfläche 22 der Schleifschei be 14 durch den Luftstrom 52 auch von einer verwen deten Kühlflüssigkeit für den Schleifvorgang gesäu bert, so daß die Meßstelle einwandfrei sauber ist.

Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Oberflächenstruktur einer abgerichteten Schleifschei be 14 längs einer linearen Achse. Die Oberflächen struktur 40 gibt also längs einer linearen Achse eine Querschnittsdarstellung der Oberfläche 22 der Schleifscheibe 14. Wie zu erkennen ist, besitzt die Querschnittskurve der Oberflächenstruktur 40 über wiegend scharfe spitze Kanten, d.h., die Schleif scheibe befindet sich in einem optimalen Zustand.

Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ei ne mit dem optischen Sensor 10 im praktischen Be trieb ermittelte Meßkurve einer Oberflächenstruk tur 42. Während die optimale Kurve in Fig. 3 noch in etwa gerade verläuft, ist in Fig. 4 eine Modula tion zu erkennen, die der Oberflächenstruktur 42 überlagert ist und von einer Modulation der Schleif scheibenoberfläche herrührt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 mit der Schleifschei be 14 und dem Werkstück 20 handelt es sich nämlich um ein schwingfähiges Gebilde, mit der Folge, daß sich die Welligkeit aufgrund dynamischer Wechselwir kungen zwischen Werkstück und Werkzeug einstellen kann. Die Umfangslinie der Schleifscheibe 14 verläuft also nicht ideal mit gleichbleibendem Radius, viel mehr treten - ohne Berücksichtigung der Oberflächen struktur 42 selbst - Bereiche mit unterschiedlichen Radien auf, wodurch sich die modulierte Kurvendar stellung in Fig. 4 ergibt. Zur Verdeutlichung ist gestrichelt in vereinfachter Form die ideale Umfangs linie 56 dargestellt.

Mit dem optischen Sensor 10 und der Triangulations meßtechnik läßt sich also nicht nur die Topographie der Oberfläche 22 erfassen, vielmehr können nach ei ner Tiefpaßfilterung auch Umwuchten oder Welligkeiten der Schleifscheibe 14 festgestellt werden. Wenn nun diese Umwuchtungen oder Welligkeiten so groß werden, daß sie vorgegebene Grenzwerte bzw. Grenzlinien 44 überschreiten, muß die Schleifscheibe neu abgerichtet oder ausgewuchtet werden, auch wenn die Oberflächen struktur 40 selbst noch scharf genug sein sollte.

Neben der Auswertung der geschilderten Welligkeiten kann ferner auch die Oberflächenstruktur 40 selbst ausgewertet werden, und wenn diese keine scharfen Kanten mehr aufweist, sondern überwiegend flache Run dungen besitzt, muß die Oberfläche 22 der Schleif scheibe 14 ebenfalls abgerichtet werden.

Aufgrund der meßtechnischen Erfassung der Oberfläche 22 der Schleifscheibe 14 nach einem berührungslosen optischen Meßverfahren läßt sich nunmehr der Zeit punkt für das Abrichten der Schleifscheibe 14 bestim men, so daß die eingangs erwähnten Nebenzeiten verrin gert werden können.

Mit Hilfe des Winkelcodierers 18 (vgl. Fig. 1) kann bei der meßtechnischen Erfassung der Oberfläche 22 der Schleifscheibe 14 gemäß Fig. 5 ein Bezugspunkt 46 definiert werden. Bei einer Drehung der Schleif scheibe 14 in Richtung des Pfeiles B ist es somit möglich, wählbare einzelne Abschnitte 48 auf der Oberfläche 22 definiert zu erfassen und gegebenen falls auch graphisch oder optisch darzustellen bzw. meßtechnisch auszuwerten.

In der Vorderansicht der Schleifscheibe 14 in Fig. 6 ist auf der Oberfläche ein schmaler Streifen 50 ge zeigt. Längs dieses Streifens 50 erfolgt die berüh rungslose Messung der Oberfläche 22 der Schleifschei be 14. Durch eine örtliche Lageveränderung des Sen sors 10 in Richtung der Achse der Schleifscheibe 14 läßt sich auch die örtliche Lage des Streifens 50 auf der Oberfläche 22 nach Wunsch verändern. Im übri gen hat sich gezeigt, daß es genügt, den schmalen Streifen 50 meßtechnisch zu erfassen, daß es also nicht erforderlich ist, die gesamte Oberfläche 22 über ihre Breite zu messen.

Weiter oben wurde schon erwähnt, daß die Anordnung gemäß Fig. 1 ein schwingfähiges Gebilde darstellt. Für den Fall, daß sich Schwingungen über die Befesti gung des Sensors und seiner Justiervorrichtung auf den Sensor 10 selbst übertragen sollten, wodurch das Meßsignal beeinflußt werden könnte, besteht die Mög lichkeit, durch einen weiteren Sensor eine Kompen sation zu bewirken. Der weitere Sensor mißt den Weg, die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der Schwingbewegungen, und über eine Auswertung dieser Größen läßt sich eine Kompensation der störenden Schwingung erreichen.

Bei dem verwendeten Meßverfahren wird die Auflösung, mit der man Strukturen auf der Oberfläche der Schleif scheibe 14 erfassen kann, unter anderem von Durchmesser des Lichtpunktes auf dem Objekt - Oberfläche der Schleifscheibe 14 - beeinflußt. In vorteilhafter Weise wird bewußt ein sehr kleiner Lichtpunktdurchmesser ver wendet, um noch Korngrößen erfassen zu können. Als zweckmäßig hat sich ein Lichtpunktdurchmesser des von dem Sender 32 auf die Schleifscheibe 14 projezierten Lichtstrahls von etwa 0,1 mm erwiesen.

In einer anderen Ausgestaltung des Sensors 10 sind so wohl dem Sender 32 als auch dem Empfänger 38 jeweils eine eigene Kammer zugeordnet.

Claims

1. Verfahren zum Messen des Verschleißes einer Schleif scheibe (14) während des Betriebs, deren Oberfläche (22) berührungslos mittels eines optischen Sensors (10), der einen Sender (32) und einen Empfänger (38) umfaßt, gemessen und unter Verwendung von Druckluft (54) vor Verschmutzung geschützt wird, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (32) und Empfänger (38) sich in einer Kammer (24) befinden, der die Druckluft (54) durch eine erste Öffnung (28) zugeführt wird, und die eine zweite Öffnung (26) aufweist, durch die die Druckluft (54) als Gasstrom (52) austritt, der so auf die Schleifscheibe (14) gerichtet wird, daß der Meßweg zwischen dem Sender (32), der Schleifscheibe (14) und dem Empfänger (38) von Verschmutzung und Schmiermittelresten freigehalten und die zu messende Oberfläche (22) gesäubert wird und daß der vom Sender ausgehende Lichtstrahl (34) sowie der vom Empfänger (38) empfangene Lichtstrahl (36) durch dieselbe Öffnung (26) geführt werden, durch die der Gasstrom (52) austritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) in radialer Richtung (A) der Schleifscheibe (14) bewegbar angeordnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelstellung der Schleifscheibe (14) zur Auswertung der Messung durch den optischen Sensor (10) herangezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung nach dem Prinzip der Triangulationsmeßtechnik durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Topographie der Oberfläche (22) der Schleifscheibe (14) gemessen wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Sensorkopf (12), der aus der Kammer (24) besteht, in der Sender (32) und Empfänger (38) angeordnet sind und die die erste Öffnung (28) für die Zufuhr der Druckluft (54) und die zweite Öffnung (26) für den Gasstrom (52) zum Reinigen der Oberfläche (22) der Schleifscheibe (14) und den Lichtdurchtritt aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (12) in radialer Richtung (A) der Schleifscheibe (14) bewegbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (12) in radialer Richtung (A) der Schleifscheibe (14) bewegbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensorkopf (12) auf der dem mit der Schleifscheibe (14) zu bearbeitenden Werkstück (20) gegenüberliegenden Seite der Schleifscheibe (14) im Abstand angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der die Schleifscheibe (14) antreibende Motor (16) einen Winkelcodierer (18) besitzt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (32) des Sensors (10) einen Lichtstrahl auf die Oberfläche (22) der Schleifscheibe (14) projiziert, der einen Lichtpunktdurchmesser von etwa 0,1 mm besitzt.