DE3828101A1 - DEVICE FOR MONITORING ROTATING TOOLS - Google Patents

DEVICE FOR MONITORING ROTATING TOOLS

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Abstract

A device for monitoring rotating tools, in particular twist drills, has at least a distance sensor that detects the distance between a plane of reference and the area of the tool that is acquired by the sensor, and a control unit that evaluates the output signal of the sensor. The device is characterized by the fact that the area of the rotating tool acquired by the sensor is large in comparison with typical deformation of the tool, so that the output signal of the sensor corresponds to an ''average'' distance.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Über­ wachung von rotierenden Werkzeugen und insbesondere von Wendelbohrern.The invention relates to a device for over monitoring of rotating tools and in particular of Twist drills.

Die effektive Überwachung von rotierenden Werkzeugen ins­ besondere von Wendelbohrern in Mehrspindel-Bohranlagen ist ein bislang in der Praxis ungelöstes Problem.The effective monitoring of rotating tools special of twist drills in multi-spindle drilling machines a problem that has not yet been solved in practice.

Im wissenschaflichen Bereich sind zwar die verschiedensten Ansätze unternommen worden beispielsweise eine Bohrerüber­ wachung durch Kraft-Drehmoment- oder Schwingungsanalysen durchzuführen. Hierzu wird auf den Übersichtsartikel von F. Quante und H. Fehrenbach in QZ-Qualitätstechnik, Jahr­ gang 1984, Heft 3, Seite 75-78 verwiesen.In the scientific field there are a wide variety Approaches have been undertaken, for example, by a drill monitoring by force-torque or vibration analysis perform. Please refer to the review article by F. Quante and H. Fehrenbach in QZ quality technology, year gang 1984, Issue 3, pages 75-78.

Wie dort näher ausgeführt ist, wird bislang von der Hypo­ these ausgegangen, daß insbesondere unsymmetrischer Schneidenverschleiß zu starken Durchbiegungen und Schwin­ gungen des Bohrers führt. Dementsprechend ist bislang ver­ sucht worden, einen unsymmetrischen Schneidenverschleiß durch Kraft-und/oder Schwingungsaufnehmer zu erfassen.The Hypo thesis that especially asymmetrical Cutting edge wear due to strong deflections and vibrations conditions of the drill. Accordingly, so far has been sought, asymmetrical cutting edge wear by force and / or vibration sensors.

Bei einem anderen Ansatz zur Bohrüberwachung, der eben­ falls in dem genannten Übersichtsartikel angesprochen ist, wird mit einem Abstandsaufnehmer die Bohrerkontur erfaßt und die erfaßte Kontur zum Erkennen von Beschädigungen oder Bruch des Bohrers ausgewertet.Another approach to drilling monitoring, the one if mentioned in the review article mentioned, the drill contour is recorded with a distance sensor and the detected contour to detect damage or breakage of the drill is evaluated.

In ähnlicher Weise hat Feutlinske vorgeschlagen, mittels eines Schattensensors oder eines nach dem Tri-Angulations- Prinzip arbeitenden optischen Sensors die Kontur eines Fräsers zu erfassen und aus der Konturvermessung Rück­ schlüsse über den Zustand des rotierenden Werkzeugs zu ziehen.Similarly, Feutlinske suggested using a shadow sensor or one based on the tri-angulation Principle working optical sensor the contour of a  Cutter and back from the contour measurement conclude about the condition of the rotating tool pull.

Erfindungsgemäß ist jedoch erkannt worden, daß die bekann­ ten Vorschläge, bei denen mittels eines Abstandssensors die Kontur des Werkzeugs erfaßt wird, im "rauhen Einsatz" insbesondere an industriellen Mehrspindel-Bohranlagen kaum brauchbar sind:According to the invention, however, it has been recognized that the known suggestions, where using a distance sensor the contour of the tool is detected in "rough use" especially on industrial multi-spindle drilling systems are hardly usable:

Beispielsweise wird ein optisch arbeitender Abstandssensor relativ schnell durch Bohrspäne, Bohrflüssigkeit oder dgl. unbrauchbar oder wenigstens ungenau werden.For example, an optically working distance sensor relatively quickly by drilling chips, drilling fluid or the like. become unusable or at least inaccurate.

Auch induktive oder magnetische Abstandsaufnehmer, deren Meßfleck eine Erfassung der Bohrerkontur erlaubt, d.h. dessen Meßfleck typischerweise einen Durchmesser von weni­ ger als 1 mm hat, versagen in den rauhen Umgebungsbe­ dingungen einer industriellen Mehrspindel-Bohranlage.Also inductive or magnetic distance sensors, their Measuring spot allows the drill contour to be recorded, i.e. whose measuring spot typically has a diameter of a few less than 1 mm fail in the harsh environment conditions of an industrial multi-spindle drilling machine.

Als Ursache hierfür ist erkannt worden, daß insbesondere "dünne" Bohrer, d.h. Bohrer deren Durchmesser typischer­ weise weniger als 6 mm beträgt, während des Betriebs sich vergleichsweise stark durchbiegen können, ohne daß sie hierdurch beschädigt würden. Durch derartige kurzfristige Auslenkungen ändert sich aber das vom "Abstandssensor" ge­ lieferte Signal sehr stark. Deshalb ist es erforderlich, die Schwelle, anhand deren beispielsweise ein beschädig­ ter Bohrer von einem noch brauchbaren Bohrer unterschieden wird, sehr unempfindlich einzustellen, um nicht durch kurzfristige Auslenkungen des Bohrers während des Betriebs ein auf einen beschädigten Bohrer hinweisendes Signal, das unter Umständen zum Abschalten der Mehrspindel-Bohranlage führt, zu erhalten. Diese unempfindliche Schwellenfest­ legung führt aber dazu, daß bestimmte Beschädigungen des Bohrers, die den Betrieb stören können, nicht erkannt werden können.It has been recognized as the cause of this that in particular "thin" drills, i.e. Drills whose diameter is more typical is less than 6 mm during operation can deflect comparatively strongly without them would be damaged. Through such short-term Deflections changes that of the "distance sensor" ge delivered signal very strong. Therefore it is necessary the threshold on the basis of which, for example, a damaged The drill is differentiated from a drill that is still usable will set very insensitive so as not to go through short-term deflections of the drill during operation a signal indicating a damaged drill bit, the under certain circumstances to switch off the multi-spindle drilling system leads to get. This insensitive threshold firm  but leads to certain damage to the Drill that can disrupt the operation is not recognized can be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Überwachung von rotierenden Werkzeugen und insbeson­ dere von Wendelbohrern anzugeben, mit der beispielsweise an einer Mehrspindel-Bohranlage zuverlässig Beschädigun­ gen des Werkzeugs, die ein Auswechseln erforderlich machen, erkannt werden können.The invention has for its object a device for monitoring rotating tools and in particular to specify those of twist drills with which, for example reliable damage to a multi-spindle drilling machine of the tool that requires replacement make, can be recognized.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist mit ihren Weiterbildungen in den Patentansprüchen gekennzeichnet.An inventive solution to this problem is with their Developments characterized in the claims.

Überraschenderweise gelingt eine Lösung dieser Aufgabe da­ durch, daß weiterhin von einer Vorrichtung gemäß dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1, also von einer mit einem Abstandssensor arbeitenden Vorrichtung ausgegangen wird, wie sie beispielsweise im einleitend genannten Übersichts­ artikel beschrieben wird.Surprisingly, this task is solved by that continues from a device according to the Ober Concept of claim 1, that is, from one with one Distance sensor working device is assumed as for example in the overview mentioned in the introduction item is described.

Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ist der Abstandsensor aber so ausgebildet, daß der Bereich, den der Abstands­ sensor erfaßt bzw. abtastet groß gegen typische Formän­ derungen des Werkzeugs ist. Typischerweise wird bei einem Bohrer mit einem Durchmesser von 6 mm ein Meßfleck des Ab­ standssensors mit einem Durchmesser von ca. 4 mm verwen­ det.In contrast to the known devices according to the The preamble of claim 1 is the distance sensor but designed so that the area covered by the distance sensor detects or scans large against typical shapes changes of the tool. Typically, one Drill with a diameter of 6 mm a measuring spot from Ab use a level sensor with a diameter of approx. 4 mm det.

Ein derartiger Abstandssensor liefert kein Signal, das in einem direkten Zusammenhang mit der Kontur des Werkzeugs steht, da der Meßfleck aufgrund des beispielsweise für einen Wendelbohrer typischen Querschnittprofils zu jedem Zeitpunkt Bereiche mit einem unterschiedlichen Abstand von der Referenzfläche des Abstandssensors erfaßt.Such a distance sensor does not deliver a signal that in a direct connection with the contour of the tool stands, because the measuring spot for example for a twist drill typical cross-sectional profile for each  Time areas with a different distance from the reference surface of the distance sensor.

Erstaunlicherweise läßt sich dieses - in keinem einfachen Zusammenhang mit der Geometrie des rotierenden Werkzeugs stehende - Ausgangssignal zum Erkennen des Verschleißzu­ standes und insbesondere zum Erkennen von Bohrerbrüchen verwenden.Surprisingly, this cannot be done - in a simple way Relation to the geometry of the rotating tool standing - output signal for recognizing the wear status and in particular to detect drill breaks use.

Dabei ist es bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Vor­ richtung aus dem Ausgangssignal des Abstandssensors für ein bestimmtes, beispielsweise in eine Mehrspindel-Bohr­ anlage eingesetztes Werkzeug die Schwellen generiert, anhand deren der Zustand des Werkzeugs bewertet wird.It is preferred if the according to the invention direction from the output signal of the distance sensor for a specific one, for example in a multi-spindle drilling plant used tool that generates thresholds, based on which the condition of the tool is assessed.

Hierzu wird gemäß Anspruch 2 der Abstandssensor fest derart angeordnet, daß er aufgrund des Vorschubs des Werkzeugs dieses vor, während und nach dem Eingriff er­ faßt. Aus der Bewertung der Signalwechselfrequenz, der hochpass-gefilterten Signalwechselfrequenz sowie der Signalwechselamplitude und/oder der hochpass-gefilterten Signalwechselamplitude, bevorzugt jedoch aus der Korre­ lierung der Signalwechselfrequenz und der Signalwechsel­ amplitude (nicht gefiltert und/oder hochpass-gefiltert) generiert die erfindungsgemäße Vorrichtung Bewertungs­ schwellen, anhand deren zuverlässig die Entscheidung ge­ troffen werden kann, ob ein Werkzeug noch in der Anlage verbleiben kann oder bereits ausgetauscht werden muß.For this purpose, the distance sensor is fixed according to claim 2 arranged such that it is due to the advance of the Tool this before, during and after the procedure sums up. From the evaluation of the signal change frequency, the high-pass filtered signal change frequency and the Signal change amplitude and / or the high-pass filtered Signal change amplitude, but preferably from the correction the signal change frequency and the signal change amplitude (not filtered and / or high pass filtered) the device according to the invention generates evaluation thresholds on the basis of which the decision can be made reliably can be met whether a tool is still in the system can remain or must already be replaced.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher be­ schrieben, in der zeigen: The invention is based on execution examples with reference to the drawing wrote in the show:  

Fig. 1 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung, Fig. 1 shows schematically an apparatus according to the invention,

Fig. 2 eine Darstellung der Sensormeßfläche auf einem Werkzeug, Fig. 2 is an illustration of the sensor measuring surface on a tool,

Fig. 3a bis 3c die Signalverarbeitung bzw. typische Sensorsignale, FIGS. 3a to 3c, the signal processing and typical sensor signals,

Fig. 4a und 4b einen Vergleich der Sensorsignale bei beschädigtem und unbeschädigtem Werkzeug, Fig. 4a and 4b, a comparison of the sensor signals with damaged and undamaged tool,

Fig. 5a und 5b das Sensorsignal und das hochpaßge­ filterte Sensorsignal bei Werkzeugbruch, FIGS. 5a and 5b, the sensor signal and the filtered sensor signal when hochpaßge tool breakage,

Fig. 6a und 6b das Sensorsignal und das hochpaßge­ filterte Sensorsignal bei Werkzeugbruch durch hohe Belastung, Figs. 6a and 6b the sensor signal and the filtered sensor signal when hochpaßge tool breakage due to high load,

Fig. 7 das hochpaßgefilterte Sensorsignal vor dem Werkzeugeingriff, Fig. 7, the high-pass filtered sensor signal before the tool engagement,

Fig. 8a und 8b das Sensorsignal und das hochpaßge­ filterte Sensorsignal beim Auftreten von Störungen, Fig. 8a and 8b the sensor signal and the hochpaßge filtered sensor signal when faults occur,

Fig. 9a und 9b das Sensorsignal bei unbeschädigtem und bei beschädigtem Werkzeug, Fig. 9a and 9b, the sensor signal at an undamaged and damaged tool,

Fig. 10a bis 10c einen Vergleich der hochpaßgefilterten Sensorsignale in einer Reihe von aufeinander­ folgenden Werkzeugeingriffen, FIG. 10a to 10c a comparison of the high-pass filtered sensor signals in a series of successive interventions tool,

Fig. 11a und 11b den Frequenzgang des hochpaßgefilterten Sensorsignals während des Werkzeugeingriffs in einer Serie von aufeinanderfolgenden Werkzeug­ eingriffen, Fig. 11a and 11b intervened the frequency response of high-pass filtered sensor signal during the tool engagement in a series of successive tools,

Fig. 12a und 12b das Sensorsignal und das hochpaßgefil­ terte Sensorsignal beim Auftreten von Zerspa­ nungsstörungen. Fig sensor signal and the sensor signal hochpaßgefil shouldered coagulation disorders. 12a and 12b in the occurrence of Zerspa.

Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrich­ tung zur Überwachung von rotierenden Werkzeugen, die in einem Zwei-Spindel-Bohrkopf 1 mit Spindeln 11 und 12 inte­ griert ist. Fig. 1 shows schematically a Vorrich device according to the invention for monitoring rotating tools, which is inte grated in a two-spindle drill head 1 with spindles 11 and 12 .

An Führungssäulen 13 und 14 ist in an sich bekannter Weise eine Bohrer-Führungsplatte 15 gefedert gelagert, die auch einen Fangbolzen 16 trägt.In a manner known per se, a drill guide plate 15 is spring-mounted on guide columns 13 and 14 and also carries a catch bolt 16 .

An der Bohrer-Führungsplatte 15 sind jedem Bohrer 17 bzw. 18 zugeordnet radiale Wegsensoren 21, 22, 23, 24 vorge­ sehen, die jeweils ein Signal, das - wie später erläutert werden wird - von einem mittleren gewichteten Abstand der Bohrerkontur einer Referenzfläche abhängt, in Richtung der Koordinaten x bzw. y des in Fig. 1 eingezeichneten Koor­ dinatensystems, also senkrecht zur Bohrer-Vorschubrichtung z ermitteln.On the drill guide plate 15 , each drill 17 or 18 is assigned radial displacement sensors 21 , 22 , 23 , 24 , which each have a signal which - as will be explained later - depends on an average weighted distance of the drill contour of a reference surface, Determine in the direction of the coordinates x and y of the coordinate system shown in FIG. 1, that is to say perpendicular to the drill feed direction z .

Fig. 2 erläutert den vorstehend eingeführten Begriff "mittlerer gewichteter Abstand". In Fig. 2a ist eine Seitenansicht bzw. ein Querschnitt durch die Spitze eines typischen Wendelbohrers dargestellt. Ferner ist in Fig. 2a die Größe des Meßflecks eines der radialen Wegsensoren 21 bis 24 eingetragen. Wie Fig. 2a zu entnehmen ist, hat der Meßfleck einen Durchmesser, der vergleichbar mit typi­ schen Bohrerdurchmessern ist. Das Ausgangssignal des Weg­ sensors entspricht damit nicht dem Abstand zwischen der Referenzfläche des Wegsensors und einem "Punkt der Bohrer­ kontur", wie dies bei den bekannten Vorrichtungen der Fall ist. Das Ausgangssignal des Wegsensors, wie er erfindungs­ gemäß verwendet wird, ist vielmehr von dem Verlauf der Bohrerkontur innerhalb des Meßflecks abhängig, wie dies in den Fig. 2b und 2c dargestellt ist. Selbstverständlich geht zusätzlich auch noch die Bewertung bzw. die Empfind­ lichkeit des Wegsensors über seinen gesamten "Abtastfleck" ein. Aus diesem Grunde entspricht das Sensor-Ausgangsignal nicht dem Abstand eines "Punktes auf der Bohrerkontur" vom Wegsensor, sondern einem mittleren, gewichteten Abstand, wobei das Sensor-Ausgangssignal zusätzlich noch vom Typ des Wegsensors und dessen Verschiebung in Richtung pa­ rallel zu seinem Abtastfleck relativ zum Bohrer abhängig ist. Fig. 2 explains the term "average weighted distance" introduced above. In Fig. 2a is a side view and a cross-section through the tip of a typical twist drill. The size of the measuring spot of one of the radial displacement sensors 21 to 24 is also entered in FIG. 2a. As can be seen from Fig. 2a, the measuring spot has a diameter which is comparable to typical drill diameters. The output signal of the displacement sensor thus does not correspond to the distance between the reference surface of the displacement sensor and a "point of the drill contour", as is the case with the known devices. The output signal of the displacement sensor, as used according to the invention, is rather dependent on the course of the drill contour within the measuring spot, as shown in FIGS . 2b and 2c. Of course, the evaluation or the sensitivity of the displacement sensor is also included over its entire "scanning spot". For this reason, the sensor output signal does not correspond to the distance of a "point on the drill contour" from the displacement sensor, but to an average, weighted distance, the sensor output signal additionally relative to the type of the displacement sensor and its displacement in the direction parallel to its scanning spot depends on the drill.

Wegsensoren, die zu diesem Zweck eingesetzt werden können, sind beispielsweise unter folgenden Bezeichnungen erhält­ lichDisplacement sensors that can be used for this purpose are available under the following names, for example Lich

M 61 EDDY PROBE (Wirbelstromaufnehmer) ⌀ 5 mm Fa. Sientific Atlanta Inc. P.O. Box 23575 San Diego California 921230575
U1 Sensor (Wirbelstromaufnehmer) ⌀ 4 mm Fa. Micro Epsilon Messtechnik GmbH & Co.KG Königsbergerstraße 15 Postfach 90 D-8359 Ortenburg-Dorfbach
5SU Sensor (Wirbelstromaufnehmer) ⌀ 2 mm Fa. Kaman Instrumentation Corporation Measurement Systems Group P.O. box 7463 Colorado Springs CO 80933.
M 61 EDDY PROBE (eddy current sensor) ⌀ 5 mm from Sientific Atlanta Inc. PO Box 23575 San Diego California 921230575
U1 sensor (eddy current sensor) ⌀ 4 mm from Micro Epsilon Messtechnik GmbH & Co.KG Königsbergerstrasse 15 Postfach 90 D-8359 Ortenburg-Dorfbach
5SU sensor (eddy current sensor) ⌀ 2 mm from Kaman Instrumentation Corporation Measurement Systems Group PO box 7463 Colorado Springs CO 80933.

Überraschender Weise hat sich jedoch herausgestellt, daß es mit derartigen Wegsensoren möglich ist, zuverlässigere und genauere Aussagen über eventuelle Bestätigungen des Werkzeugs zu erhalten, als dies mit bekannten Vorrich­ tungen, bei denen der Sensor "exakt die Kontur des Werk­ zeugs erfaßt", möglich ist. Surprisingly, however, it has been found that it is possible with such displacement sensors, more reliable and more precise statements about possible confirmations of the Get tool than this with known Vorrich in which the sensor "exactly the contour of the work stuff recorded ", is possible.  

Fig. 3a zeigt nochmals einen Bohrer, beispielsweise den Bohrer 17 und den zugehörigen Sensor 22. Der Ausgangsan­ schluß des Sensors 22 ist mit einem Vorverstärker 30 ver­ bunden, dessen Ausgangsanschluß einmal direkt an eine Bewertungsschaltung, beispielsweise einen handelsüblichen Mikrocomputer 31 und einmal über einen Hochpaßfilter 32 an die Bewertungsschaltung 31 angelegt ist. Die Bewertungs­ schaltung 31, die - wie bereits ausgeführt, ein Mikrocom­ puter, aber auch eine entsprechende Analogschaltung sein kann - bewertet zum einen die Signal-Wechselfrequenz und die Signalamplitude des (verstärkten) Sensor-Ausgangssig­ nals und zum anderen die hochpaßgefilterte Signal-Wechsel­ frequenz und die hochpaßgefilterte Signalamplitude und verknüpft die bewerteten Signale in der im folgenden er­ läuterten Weise. Fig. 3a shows again a drill, for example, the drill bit 17 and associated sensor 22. The output connection of the sensor 22 is connected to a preamplifier 30 , the output connection of which is applied directly to an evaluation circuit, for example a commercially available microcomputer 31 and once via a high-pass filter 32 to the evaluation circuit 31 . The evaluation circuit 31 , which - as already stated, a microcomputer, but can also be a corresponding analog circuit - evaluates the signal alternating frequency and the signal amplitude of the (amplified) sensor output signal and the high-pass filtered signal alternating frequency and the high-pass filtered signal amplitude and links the evaluated signals in the manner explained below.

Fig. 3b zeigt ein typisches Sensorsignal. Auf der Abs­ zisse ist die Zeit in Sekunden aufgetragen, während auf der Ordinate das Sensorsignal in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. FIG. 3b shows a typical sensor signal. The time in seconds is plotted on the abscissa, while the sensor signal is plotted in arbitrary units on the ordinate.

Fig. 3c zeigt ein typisches hochpaßgefiltertes Sensor­ signal. Auf der Abszisse ist wiederum die Zeit in Sekunden aufgetragen, während auf der Ordinate das hochpaßgefil­ terte Signal in willkürlichen Einheiten aufgetragen ist. Fig. 3c shows a typical high-pass filtered sensor signal. The time in seconds is plotted on the abscissa, while the high-pass filtered signal is plotted in arbitrary units on the ordinate.

Ferner ist in den Fig. 3b und 3c die Zeit eingezeich­ net, die der Bohrer zur Vollendung einer vollen Umdrehung benötigt.Further, 3b and 3c the time is shown in Figs. Is indicative net required for the drill to complete a full revolution.

Das in Fig. 3c dargestellte hochpaßgefilterte Sensor­ signal kann "anschaulich" auch als Schwingweg des Bohrers interpretiert werden. Ausdrücklich wird jedoch darauf hingewiesen, daß diese anschauliche Interpretation auf­ grund des Meßflecks, der über die Kontur des Bohrers mit­ telt, nicht exakt zutreffend ist.The high-pass filtered sensor signal shown in FIG. 3c can also be interpreted "clearly" as the vibration path of the drill. It is expressly pointed out, however, that this descriptive interpretation is not exactly correct due to the measuring spot, which means the contour of the drill.

Trotzdem gelingt es, aus diesen gemittelten Signalen durch unterschiedliche Bewertungen exakte Aussagen über den Zustand des Bohrers zu ermitteln.Nevertheless, it is possible to get through these averaged signals different evaluations exact statements about the Determine the condition of the drill.

Fig. 4a zeigt das Sensorsignal bei einem unbeschädigten Werkzeug vor dem Werkzeugeingriff, während Fig. 4b das Sensorsignal bei beschädigtem Werkzeug vor dem Werkzeug­ eingriff zeigt. Wie man Fig. 4a entnehmen kann, unter­ scheiden sich bei einem unbeschädigtem Werkzeug aufeinan­ derfolgende Maxima bzw. aufeinanderfolgende Minima zwar um einen bestimmten Wert, der jedoch vergleichsweise klein ist. Darüberhinaus hat die den mittleren Abstand, d. h. den über die Bohrerkontur gemittelten Abstand angebende Kurve einen vergleichsweise "glatten" Verlauf. Fig. 4A shows the sensor signal at an undamaged tool before the tool engagement, while Fig. 4b shows the sensor signal with damaged tool before the tool engagement. As can be seen in FIG. 4a, the underside of the following maxima or successive minima differs by a certain value in the case of an undamaged tool, but this is comparatively small. In addition, the curve indicating the mean distance, ie the distance averaged over the drill contour, has a comparatively "smooth" course.

Dies ist - wie Fig. 4b zeigt - jedoch nicht der Fall, wenn das Werkzeug beschädigt ist, d. h. wenn - wie in diesem Falle dargestellt, die Bohrerspitze gebrochen ist.However, as FIG. 4b shows, this is not the case if the tool is damaged, ie if - as shown in this case - the drill tip is broken.

Fig. 5a und 5b zeigen das Sensor-Ausgangssignal und das hochpaßgefilterte Sensor-Ausgangssignal bei Werkzeugbruch durch geringe Belastung, d. h. beim Bruch eines vorbe­ schädigten Werkzeugs. Fig. 5a ist zu entnehmen, daß die Änderung des nichtgefilterten Sensorsignals, das einen mittleren gewichteten Abstand angibt, vergleichsweise klein ist. In dem als "Schwingweg" interpretierbaren hoch­ paßgefilterten Sensor-Ausgangssignal zeigt sich jedoch eine deutliche Änderung. Durch Generierung oder Vorgabe der in Fig. 5b eingezeichneten Schwelle kann somit ermit­ telt werden, ob ein Bohrerbruch insbesondere durch "Ermü­ dung" oder vorgeschädigtes Werkzeug bei geringer Belastung auftritt. Fig. 5a and 5b show the sensor output signal and the high pass filtered sensor output signal in Tool breakage due to low load, ie at break of a vorbe damaged tool. Fig. 5a can be seen that the change of the non-filtered sensor signal indicative of an average weighted distance is comparatively small. However, there is a clear change in the highly pass-filtered sensor output signal which can be interpreted as an "oscillation path". By generating or specifying the threshold shown in FIG. 5b, it can thus be determined whether a drill break occurs in particular as a result of "fatigue" or damaged tool at low load.

Fig. 6a und 6b zeigen das sich ergebende Signal, das bei einem Werkzeugbruch durch hohe Belastung auftritt. Fig. 6b zeigt, daß bei hoher Belastung auch bei zunächst unbe­ schädigtem Werkzeug das hochpaßgefilterte Ausgangssignal nicht besonders aussagekräftig ist. Im nichthochpaßgefil­ terten Ausgangssignal, das in Fig. 6a dargestellt ist, zeigt sich durch das Auftreten großer Extremwerte (in diesem Falle Minimalwerte) jedoch deutlich, daß das Werk­ zeug gebrochen ist. Fig. 6a and 6b show the resulting signal, which occurs due to high load in a broken tool. Fig. 6b shows that the high-pass filtered output signal is not particularly meaningful at high load even when the tool is initially undamaged. In the non-high-pass filter output signal, which is shown in Fig. 6a, the appearance of large extreme values (in this case minimum values) clearly shows that the tool is broken.

Fig. 7 zeigt, daß aus dem als Schwingweg interpretier­ baren hochpaßgefilterten Sensorsignal auch das Auftreten von Werkzeugeingriff bestimmbar ist. Vor dem Werkzeug­ eingriff ist das Signal typisch dadurch gekennzeichnet, daß es bei niedriger Frequenz eine hohe Amplitude hat. Dagegen tritt während des Werkzeugeingriffs eine hohe Amplitude bei hoher Frequenz auf. Fig. 7 shows that the occurrence of tool intervention can also be determined from the high-pass filtered sensor signal which can be interpreted as an oscillation path. Before the tool intervenes, the signal is typically characterized in that it has a high amplitude at a low frequency. In contrast, a high amplitude at high frequency occurs during the tool engagement.

Die Fig. 8a und 8b zeigen, daß es möglich ist, durch die Korrelation der beiden Signale Störungen, die durch Umgebungsbedingungen hervorgerufen werden, von Werkzeug­ fehlern unterscheiden. Figs. 8a and 8b show that it is possible to distinguish errors by the correlation of the two signals disorders, which are caused by environmental conditions, of tools.

Als Beispiel hierfür zeigen die Fig. 8a und 8b den Fall, daß sich zwischen dem Bohrer und dem Sensor Späne befinden. Typisch für das Auftreten von Spänen, die - in der Regel - nichts mit einer Beschädigung des Werkzeugs zu tun haben, ist, daß gleichzeitig in beiden Signalen Ex­ tremwerte auftreten.As an example of this, FIGS. 8a and 8b show the case where there are chips between the drill and the sensor. It is typical for the occurrence of chips, which - as a rule - have nothing to do with damage to the tool, that extreme values occur simultaneously in both signals.

Die Fig. 9a und 9b zeigen nochmals, daß Werkzeugbe­ schädigung, in diesem Falle die Beschädigung einer Schneidecke, durch den Vergleich von aufeinanderfolgenden Extremwerten, d. h. von aufeinanderfolgenden Maxima bzw. von aufeinanderfolgenden Minima bestimmt werden kann. Figs. 9a and 9b show again that Werkzeugbe damage, in this case, damage to a cutting corner, can be determined by comparison of successive extreme values, ie of successive maxima or successive minima.

Fig. 9a zeigt, daß bei einem unbeschädigten Werkzeug sich aufeinanderfolgende Minima nur geringfügig unterscheiden, als Anhaltspunkt sind in der Figur 75 µm. Ausdrücklich soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß dieses einer be­ stimmten Verschiebung entsprechende Bohrerausgangssignal aufgrund der Mittelung über die Kontur keinem tatsächli­ chen Wegunterschied entspricht. Fig. 9a shows that in the case of an undamaged tool, consecutive minima differ only slightly, as a reference point in the figure are 75 µm. However, it should be expressly pointed out that this drill output signal corresponding to a certain displacement does not correspond to an actual path difference due to the averaging over the contour.

Bei beschädigter Schneidecke unterscheiden sich dagegen aufeinanderfolgende Minima erheblich.If the cutting corner is damaged, however, differ consecutive minima significantly.

Am Rande sei darauf hingewiesen, daß in Fig. 9 der Sensor so justiert ist, daß die "Signalmaxima gesättigt" sind, so daß diesen keine Aussage zukommt.As a side note, it should be noted that the sensor in FIG. 9 is adjusted so that the "signal maxima are saturated", so that no meaning is given to them.

Die Fig. 10a bis 10c zeigen die Unterschiede zwischen dem hochpaßgefilterten Sensorsignal während eines Werk­ zeugeingriffs bei einer Serie von aufeinanderfolgenden Werkzeugeingriffen. In Fig. 10a ist dabei die vierte Bohrung, in Fig. 10b die fünfzigste und Fig. 10c die dreihundertste Bohrung mit dem gleichen Werkzeug darge­ stellt. Wie den Figuren zu entnehmen ist, unterscheiden sich die hochpaßgefilterten Sensorsignale aufgrund der zunehmenden Abnutzung des Werkzeugs erheblich und können damit dazu verwendet werden, normalen Verschleiß ohne direkte Beschädigung des Werkzeugs festzustellen. FIGS. 10a to 10c show the differences between the high-pass filtered sensor signal during a work-producing procedure in a series of successive tool operations. In Fig. 10a is the fourth hole, in Fig. 10b the fiftieth and Fig. 10c is the three hundredth hole with the same tool Darge. As can be seen from the figures, the high-pass filtered sensor signals differ considerably due to the increasing wear of the tool and can therefore be used to determine normal wear without direct damage to the tool.

Fig. 11a zeigt den Frequenzgang ebenfalls von aufeinan­ derfolgenden Bohrungen, und zwar Fig. 11a den Frequenz­ gang während der vierundsechzigsten Bohrung und Fig. 11b den Frequenzgang während der zweihundertdreiundzwanzigsten Bohrung. FIG. 11a shows the frequency response of aufeinan also bores of the following, namely Fig. 11a the frequency response during the sixty-fourth bore and Fig. 11b the frequency response during the zweihundertdreiundzwanzigsten bore.

Den Figuren ist zu entnehmen, daß die Frequenzgänge - solange das Werkzeug nicht beschädigt, sondern nur abge­ nutzt wird - topologisch gleich sind, also ebenfalls zur Ermittlung einer Werkzeugbestätigung herangezogen werden können.The figures show that the frequency responses - as long as the tool is not damaged but only used abge - are topologically the same, so they can also be used to determine a tool confirmation.

Schließlich zeigt Fig. 12a und 12b das Sensorsignal bzw. das hochpaßgefilterte Sensorsignal beim Auftreffen von Materialeinschluß, d. h. beim Auftreten von Zerspanungs­ störungen.Finally, FIGS. 12a and 12b show the sensor signal or the high-pass filtered sensor signal when material inclusion occurs, ie when machining problems occur.

Auch diese Störungen unterscheiden charakteristisch von anderen Fehlern und insbesondere von den bei beschädigten Werkzeugen auftretenden Signalen.These disorders also differ from other errors and especially those of damaged ones Signals occurring with tools.

Vorstehend ist die Erfindung anhand von typischen Signal­ verläufen bewertet worden. Es versteht sich von selbst, daß es für den Durchschnittsfachmann möglich ist, anhand der vorstehenden Beschreibung abhängig vom jeweiligen Werkzeug die Bewertungskriterien herauszufinden, die für den jeweiligen Einsatzfall ausschlaggebend sind. Selbst­ verständlich ist es aber auch möglich, sämtliche Bewer­ tungen, wie sie vorstehend exemplarisch erläutert worden sind, in einem Gerät zu vereinen.The invention is based on typical signal progress has been assessed. It goes without saying that it is possible for the average specialist, based on the above description depends on the respective Tool to find out the evaluation criteria for the respective application are decisive. Yourself understandable, it is also possible for all reviewers tions, as exemplified above are united in one device.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Überwachung von rotierenden Werkzeugen und insbesondere von Wendelbohrern, mit wenigstens einem Abstandssensor, der den Abstand zwischen einer Bezugsebene und dem vom Sensor erfaßten Bereich des Werkzeugs ermit­ telt, und dessen Ausgangssignal eine Steuereinheit auswer­ tet, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Sensor erfaßte Bereich des rotierenden Werkzeugs groß gegen typische Formänderun­ gen des Werkzeugs ist, so daß das Ausgangssignal des Sen­ sors einem "gemittelten" Abstand entspricht. 1. A device for monitoring rotating tools and in particular twist drills, with at least one distance sensor which detects the distance between a reference plane and the area of the tool detected by the sensor, and whose output signal evaluates a control unit, characterized in that the sensor detected area of the rotating tool is large compared to typical shape changes of the tool, so that the output signal of the sensor corresponds to a "mean" distance. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstandssensor fest derart angeordnet ist, daß er das Werkzeug vor, während und nach dem Eingriff erfaßt.2. Device according to claim 1, characterized in that the distance sensor fixed such is arranged that the tool before, during and after the intervention detected. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit aus dem Ausgangssignal des Sensors die Signalwechselfrequenz er­ mittelt.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that the evaluation unit from the Output signal of the sensor the signal change frequency averages. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit aus dem Ausgangssignal des Sensors die Signalwechselamplitude ermittelt.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the evaluation unit from the Output signal of the sensor the signal change amplitude determined. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit das Aus­ gangssignal des Sensors Hochpaß-filtert und aus dem Hoch­ paß-gefilterten Signal die Signalwechselfrequenz ermit­ telt.5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the evaluation unit the Aus output signal of the sensor high-pass filters and out of the high pass-filtered signal to determine the signal change frequency telt. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit das Aus­ gangssignal des Sensors Hochpaß-filtert und aus dem Hoch­ paß-gefilterten Signal die Signalwechselamplitude ermit­ telt.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the evaluation unit the Aus output signal of the sensor high-pass filters and out of the high pass-filtered signal to determine the signal change amplitude telt. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit aus dem vor dem Eingriff erhaltenen Signal Schwellen für die Bewertung des während des Eingriffs erhaltenen Signals generiert bzw. bereits gesetzte Schwellen anpaßt. 7. Device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the evaluation unit from the signal received before the intervention thresholds for the Evaluation of the signal received during the procedure generates or adjusts thresholds that have already been set.   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die Bewer­ tungen während des Eingriffs des rotierenden Werkzeugs mit den außerhalb des Eingriffs erhaltenen Bewertungen korre­ liert.8. Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the evaluation unit the evaluator during the engagement of the rotating tool correct the ratings received outside of the procedure liert. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit einen Betriebszustand als "Bohrerbruch" bewertet, wenn gleich­ zeitig die Hochpaß-gefilterte Signalwechselamplitude eine erste generierte Schwelle während einer Zeit, die groß gegen die Umdrehungszeit des Bohrers ist, überschreitet und sich dabei aufeinanderfolgende Extremwerte der nicht gefilterten Signalwechselamplitude um einen Wert unter­ scheiden, der größer als eine zweite generierte Schwelle ist.9. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the evaluation unit a Operating condition rated as "drill break", if the same the high-pass filtered signal change amplitude one first generated threshold during a time that is large against the rotation time of the drill and not consecutive extreme values of the filtered signal change amplitude by a value below divide that is greater than a second generated threshold is. 10. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit einen Betriebszustand als "externe Störung" und nicht als "feh­ lerhaftes Werkzeug" bewertet, wenn die Hochpaß-gefilterte Signalwechselamplitude eine erste generierte Schwelle lediglich während einer Zeit, die vergleichbar gegen die Umdrehungszeit des Bohrers ist, überschreitet und sich gleichzeitig aufeinanderfolgende Extremwerte der nicht gefilterten Signalwechselamplitude um einen Wert unter­ scheiden, der größer als eine zweite generierte Schwelle ist.10. The device according to claim 7 or 8, characterized in that the evaluation unit a Operating status as "external fault" and not as "feh learner's tool "rated when the high pass filtered Signal change amplitude a first generated threshold only during a time comparable to that Revolution time of the drill is, exceeds and itself at the same time successive extreme values of the filtered signal change amplitude by a value below divide that is greater than a second generated threshold is. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die Sig­ nalverläufe der Hochpaß-gefilterten Signalwechselamplitu­ den während des Eingriffs speichert und den zu Beginn einer Serie von Werkzeugeingriffen aufgenommenen Verlauf mit späteren Verläufen vergleicht.11. The device according to one of claims 1 to 10, characterized in that the evaluation unit the Sig waveforms of the high-pass filtered signal change amplitude  who saves during the procedure and the one at the beginning a series of tool interventions recorded compared with later courses. 12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die Bewer­ tungen aufgrund der Signalamplitude und der Signalfrequenz korrelliert.12. The device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the evaluation unit the evaluator due to the signal amplitude and the signal frequency correlated. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die ver­ schiedenen bewerteten Größen miteinander vergleicht.13. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the evaluation unit ver different valued sizes compared. 14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit die ver­ schiedenen Größen während des Eingriffs bestimmt und die Änderung über eine Anzahl von Bohrungen verfolgt.14. The device according to one of claims 1 to 13, characterized in that the evaluation unit ver different sizes determined during the procedure and the Change tracked over a number of holes. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteeinheit aus der Änderung der Größen über eine Anzahl von Bohrungen neue Schranken für die Bewertung generiert.15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the evaluation unit from the Resizing over a number of new holes Barriers generated for the evaluation. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegsensoren auf einer Sensorträgerplatte auf der der Werkzeugaufnahme zuge­ wandten Seite angebracht sind.16. The device according to one of claims 1 to 15, characterized in that the displacement sensors on a Sensor carrier plate on the tool holder facing side are attached. 17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wegsensoren in radialer Richtung verschiebbar sind.17. The apparatus of claim 16, characterized in that the displacement sensors in radial Direction can be shifted.
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