DE3828101C2

DE3828101C2 -

Info

Publication number: DE3828101C2
Application number: DE19883828101
Authority: DE
Inventors: Philipp Dipl.-Ing. 6831 Plankstadt De Kuehbauch
Original assignee: Kuehbauch Jun Philipp Dipl-Ing 6831 Plankstadt De
Current assignee: Kuehbauch Jun Philipp Dipl-Ing 6831 Plankstadt De
Priority date: 1988-08-18
Filing date: 1988-08-18
Publication date: 1991-02-28
Also published as: EP0429443A1; WO1990002022A1; DE3828101A1

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.

In 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. Von der aus dieser Druckschrift bekannten Vorrichtung wird bei der Formulierung des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ausge gangen.There are many different ones in the scientific field 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. From that this document known device is used in the Formulation of the preamble of claim 1 out went.

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 Schwingungsaufnehner 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 to be detected by force and / or vibration sensors.

Die von S. Quante und H. Fehrenbach verwendeten Wegauf nehmer, beispielsweise der Wegaufnehmer Tr 102 Hottinger- Baldwin hatten einen kleinen Meßfleck im Vergleich zu typischen Abstandsänderungen der dort verwendeten Bohrer kontur, so daß mit der von Quante und Fehrenbach vorge schlagenen Vorrichtung Abstandsänderungen in der Größen ordnung von einem µm erfaßt werden. Die Erfassung der Bohrerkontur erfolgt dabei fast punktförmig.The Wegauf used by S. Quante and H. Fehrenbach transducer, for example the Tr 102 Hottinger Baldwin had a small measuring spot compared to typical changes in distance of the drills used there contour, so that with that of Quante and Fehrenbach struck device distance changes in sizes order of one µm can be detected. The capture of the The drill contour is almost punctiform.

Erfindungsgemäß ist jedoch erkannt worden, daß die bekann ten Vorschläge, bei denen mittels eines möglichst kleinen Abstandssensors die Kontur der Werkzeuge möglichst punkt förmig erfaßt wird, zwar zur Abstandsmessung im Bereich des Werkzeugschaftes geeignet sind, jedoch nicht zur Mes sung im Bereich der Werkzeugschneide.According to the invention, however, it has been recognized that the known proposals, using the smallest possible Distance sensor point the contour of the tools as possible is recorded in shape, for distance measurement in the area of the tool shank are suitable, but not for measuring solution in the field of tool cutting.

Induktive oder magnetische Abstandsaufnehmer, deren Meß fleck eine fast punktförmige Erfassung der Bohrerkontur erlaubt, d.h. deren Meßfleck bei einem Bohrer von 8 mm Durchmesser einen Durchmesser von weniger als 1 mm hat, versagen bei den Abstandsmessungen im Bereich der Werk zeugschneide.Inductive or magnetic distance sensors, their measuring spot an almost punctiform detection of the drill contour allowed, i.e. whose measuring spot with a drill of 8 mm Diameter has a diameter of less than 1 mm, fail in the distance measurements in the area of the factory cutting edge.

Werden mit einem möglichst punktförmigen abtastenden Abstandssensor Abstandssignale im Bereich der Werkzeugschneide aufgezeichnet, so ergeben sich aufgrund der geometrischen Eigenschaften der Werkzeuge an mehreren Stellen während einer Umdrehung Sprünge im Abstandssignal. Dies ist durch die sprunghaften Abstandsänderungen an den Wendelübergängen bedingt. Werden diese Signale nun zur Auswertung der Schwingungsanteile hochpaßgefiltert, so ergeben sich aufgrund dieser Signalsprünge Anteile im Hochfrequenzbereich, die zunächst nicht von den schwingungsverursachten Anteilen unterschieden werden können. Da jedoch die Werkzeugkontur nie exakt bekannt ist und auch stets bestimmten Veränderungen unterliegt, gibt es auch keine Möglichkeit, die geometrieverursachten Hochfrequenzanteile entsprechend zu berücksichtigen, um so auf die schwingungsverursachten Hochfrequenzanteile schließen zu können. Die definierte Zuordnung der Signalanteile ist jedoch notwendige Voraussetzung für die Funktion einer Überwachungseinrichtung. Das Be triebsverhalten eines Werkzeuges und damit auch seine Schwingungen können nur dann exakt beurteilt werden, wenn die hierzu verwendeten Signale möglichst unbeeinflußt von der sich ändernden Werkzeuggeometrie sind.Be with a point-like scanning as possible Distance sensor distance signals in the range of Tool cutting edge recorded, so result from the geometric properties of the tools on several Make jumps in the distance signal during one revolution. This is due to the sudden changes in the distance to the Conditional spiral transitions. If these signals are now Evaluation of the vibration components with high pass filtering, see above due to these signal jumps there are shares in High frequency range, which is not initially from the parts caused by vibration can be distinguished can. However, since the tool contour is never exactly known and is always subject to certain changes there is also no way to cause the geometry High-frequency components to take into account accordingly, so on the high-frequency components caused by vibrations to be able to close. The defined assignment of the However, signal components are a necessary prerequisite for Function of a monitoring device. The Be drive behavior of a tool and thus its Vibrations can only be assessed precisely if the signals used for this are unaffected by of changing tool geometry.

Die Größe der Abtastfläche im Verhältnis zur Werkzeuggeo metrie spielt nur dann keine Rolle, wenn in der Geometrie keine Sprünge auftreten, wie dies zum Beispiel im Bereich des Werkzeugschaftes der Fall ist. Daneben ist erkannt worden, daß insbesondere "dünne" Bohrer, d.h. Bohrer, deren Durchmesser typischerweise weniger als 6 mm be tragen, sich während des Betriebs vergleichsweise stark durchbiegen können, ohne daß sie hierdurch be schädigt würden. Durch derartige kurzfristige Auslenkungen ändert sich aber das vom "Abstandssensor" gelieferte Sig nal sehr stark. Deshalb ist es erforderlich, die Schwelle, anhand derer beispielsweise ein beschädigter 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 Bohranlage führt, zu erhalten. Diese unempfindliche Schwellenfestlegung führt aber dazu, daß bestimmte Beschädigungen des Bohrers, die den Betrieb stören können, nicht erkannt werden kön nen.The size of the scanning area in relation to the tool geo metry only plays no role if in the geometry no jumps occur, such as in the area the tool shank is the case. Next to it is recognized that in particular "thin" drills, i.e. Drill, whose diameter is typically less than 6 mm wear, comparatively during operation can bend strongly without being would be damaged. Such short-term excursions but the Sig supplied by the "distance sensor" changes nal very strong. Therefore it is necessary to set the threshold on the basis of which, for example, a damaged drill from a still usable drill is distinguished, very much insensitive so as not to be short-term Deflections of the drill during operation on a damaged drill indicating signal that is under Circumstances may result in the drilling rig being switched off, to obtain. This insensitive threshold setting leads to certain damage to the drill, that can disrupt the operation cannot be recognized nen.

Wenn am Schaft des Bohrers gemessen wird, erfaßt man je doch im wesentlichen die Auslenkungen der Spindel und nicht die Schwingungen des Bohrers, da dessen Amplitude dort relativ klein ist, die Amplitude der Spindelschwin gungen dagegen groß sind.If you measure on the shank of the drill, you can record each but essentially the deflections of the spindle and not the vibrations of the drill because of its amplitude the amplitude of the spindle oscillation is relatively small there are large.

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.

Durch die Größe des Meßflecks werden bei der Rotation sprunghafte Änderungen der Werkzeuggeometrie nur allmählich erfaßt. Hierdurch ergibt sich ein sinoides Signal mit geringem Oberwellenanteil. Dieses Signal läßt sich nun einfach durch Hochpaßfilterung auftrennen in einen Geometrieanteil (Niederfrequenz) und Schwingungsanteil (Hochfrequenz). Da im Falle von Werkzeugschwingungen alle Bereiche des Werkzeuges in nerhalb des Meßflecks gleichzeitig schwingen werden die Schwingungen unabhängig von der Größe des Meßflecks des Abstandssensors erfaßt.Due to the size of the measuring spot during rotation abrupt changes in tool geometry only gradually grasped. This results in a sinoid Low harmonic signal. This signal leaves now separate into high pass filtering a geometry component (low frequency) and Vibration component (high frequency). Because in the case of Tool vibrations in all areas of the tool within the measuring spot will vibrate at the same time Vibrations regardless of the size of the measuring spot Distance sensor detected.

Durch die Wahl der Größe des Meßflecks wird also lediglich die Auflösung des "Geometrieanteils" nachhaltig beein flußt. Diese läßt sich in dem gezeigten Rahmen hinreichend genau bestimmen, es wird jedoch im Gegensatz zu bekannten Verfahren hierdurch eine sichere Auswertung des "Schwin gungsanteils" erreicht.The choice of the size of the measuring spot is therefore only permanently affect the resolution of the "geometry component" flows. This can be done sufficiently within the framework shown determine exactly, however it will be contrary to known ones This ensures a reliable evaluation of the "Schwin share "reached.

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 derer 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, which is used to assess the condition of the tool.

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 derer 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. 2 eine Darstellung der Sensormeßfläche auf einem Werkzeug, Fig. 1 shows schematically an apparatus according to the invention, 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 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.Displacement sensors that can be used for this purpose are available, for example, under the following names
M 61 EDDY PROBE (eddy current sensor) ⌀ 5 mm
Sientific Atlanta Inc.
PO Box 23575 San Diego
California 921230575
U1 sensor (eddy current sensor) ⌀ 4 mm
Micro Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG
Königsbergerstrasse 15
Box 90
D-8359 Ortenburg-Dorfbach
5SU sensor (eddy current sensor) ⌀ 2 mm
Kaman Instrumentation Corporation
Measurement Systems Group
PO box 7463
Colorado Springs CO 80933.

Überraschenderweise hat sich jedoch herausgestellt, daß es mit derartigen Wegsensoren möglich ist, zuverlässigere und genauere Aussagen über eventuelle Beschädigungen 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 damage to 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 sich das 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. Figs. 6a and 6b, the resulting signal, which occurs due to high load in a tool breakage show. 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 eliminate interference by correlating the two signals; distinguish them from tool defects caused by environmental conditions.

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 unbeschädigtem Werkzeug sich aufeinanderfolgende Minima nur geringfügig unterscheiden, als Anhaltspunkt sind in der Fig. 75 µm angegeben: Aus drücklich soll jedoch darauf hingewiesen werden, daß die ses einer bestimmten Verschiebung entsprechende Bohreraus gangssignal aufgrund der Mittelung über die Kontur keinem tatsächlichen Wegunterschied entspricht. Fig. 9a shows that with an undamaged tool, consecutive minima differ only slightly, as a reference point is shown in Fig. 75 microns: However, it should be expressly pointed out that the ses corresponding to a certain displacement drill output signal due to the averaging over the Contour does not correspond to an actual path difference.

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 Werkzeugbeschädigung herangezogen werden können.The figures show that the frequency responses - as long as the tool is not damaged, but only removed is used - are topologically the same, i.e. also for Determination of tool damage can be used can.

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 sich charakteristisch von anderen Fehlern und insbesondere von den bei beschä digten Werkzeugen auftretenden Signalen.These disorders also differ characteristically of other errors and in particular of those at signals occurring 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

1. Device for monitoring rotating tools with a shaft and a cutting area that an axia len feed, especially of twist drills, with at least one distance sensor that measures the distance between rule a reference plane and that detected by the sensor Cutting area of the tool determined, and its off output signal is evaluated by an evaluation unit, characterized in that the measuring spot of the sensor the rotating tool is so big that at any time point within the measuring spot changes in distance occur in the order of the total at one distance damage occurring undamaged tool are, so that the output signal a "averaged" Ab status corresponds.

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. 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. Device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the evaluation unit from the Output signal of the sensor the signal change amplitude determined.

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. 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. Device according to one of claims 2 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. Device according to one of claims 2 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. 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. 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. 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. 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. The device according to one of claims 1 to 12, characterized in that the evaluation unit ver different sizes determined during the procedure and the Change tracked over a number of holes.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the evaluation unit from the Resizing over a number of new holes Barriers generated for the evaluation.

15. The device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the displacement sensors on a Sensor carrier plate on the tool holder facing side are attached.

16. The apparatus of claim 15, characterized in that the displacement sensors in radial Direction can be shifted.