DE4316473A1 - Vorrichtung zur Körperschallaufnahme von Werkstücken, Werkzeugen oder deren Spannvorrichtungen für die Werkzeugüberwachung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Körperschallaufnahme von Werkstücken, Werkzeugen oder deren Spannvorrichtungen für die Werkzeugüberwachung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, daß sich Zerspanungswerkzeuge mit Körperschallmessungen hinsichtlich Schneidenverschleiß, Schnei­ denbruch oder hinsichtlich des Anschnittes eines Werkstückes durch ein Werkzeug, letzteres insbesondere beim Schleifen, Ab­ richten, Gewichtsbohren zum Auswuchten oder Gewichtsfräsen, überwachen lassen.

Ein Problem konventioneller Körperschallaufnehmer ist stets die Aufnahme ausreichend hoher Nutzsignale bei kleinen Störsignalen, das heißt das Nutz-/Störsignalverhältnis ist oftmals zu gering. Unter "konventionellen Körperschallaufnehmern" werden anschraub­ bare, klebbare oder mit Magnethaltern befestigte Aufnehmer ver­ standen, welche die Schallwellen unmittelbar von ihrer Montagefläche aufnehmen und über ein Meßkabel mit der Signalverarbeitungselektronik verbunden sind. Sie können wegen des Kabelanschlusses nicht an rotierenden Werkzeugen oder Werk­ stücken befestigt werden, welche nach ihrer Fertigbearbeitung weitertransportiert werden. Außerdem messen diese Aufnehmer ebenso Maschinengeräusche, welche oftmals die interessierenden Schallsignale in störendem Maße überlagern.

Eine Lösung dieser Probleme stellt z. B. die Schallaufnahme über einen Kühlschmierstoffstrahl als Schallwellenleiter dar, gemäß der DE-PS 36 27 796. Dieser Sensor ist bereits vielfach im indu­ striellen Einsatz. Nachteilig können sich jedoch bei Verwendung in Transferstraßen oder Anlagen mit zentraler Kühlschmierstoff­ versorgung Luftblasen im Kühlschmierstoff auswirken. Sie bedämp­ fen die Schallübertragung durch den Kühlschmierstoffstrahl. In diesen Fällen werden Behälter zur Beruhigung und somit Entgasung der Flüssigkeit benötigt, welche Platz beanspruchen und mit Ent­ lüftungs- und Magnetventilen bestückt werden müssen.

Eine weitere Lösung zur Gewinnung eines guten Nutz- /Störsignalverhältnisses ist die magnetinduktive Messung mit ei­ ner Spule, welche das Werkzeug ringförmig umgibt gemäß der DE- PS 37 06 847. Die zur Signalverarbeitung erforderliche Elektronik ist relativ aufwendig, in Mehrspindelbohrköpfen muß jeder Bohrer separat überwacht werden.

Es hat sich gezeigt, daß Mehrspindelbohrköpfe auch mit einer Schallaufnahme vom Werkstück überwacht werden können, wenn die Bohrer gleichen Typs und von ähnlichem Durchmesser sind, was in den meisten Fällen zutrifft. Erfindungsgemäß können die Schallwellen auch über ein Federstahlelement vom Werkstück auf­ genommen werden. Dies hat gegenüber der oben genannten Schal­ laufnahme über den Kühlschmierstoffstrahl den Vorteil der Unab­ hängigkeit von Luftblasen im Kühlschmierstoff und der einfachen Montage. Ein weiterer Vorteil liegt in der Unabhängigkeit von Maschinengrundgeräuschen, da die Schallwellen unmittelbar vom Werkstück aufgenommen werden können.

Selbst die Ankopplung an rotierende Werkstücke oder Werkzeuge ist möglich, wenn die Kontaktfläche des Federstahlelements aus­ reichend geschmiert wird, um reibungsbedingten Körperschall zu vermeiden. Bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten wird die Kon­ taktfläche der Form des abzutastenden Teils angepaßt, um eine möglichst große und tragende Schmierfilmfläche zur erreichen.

Es besteht keine besondere Anforderung an die Kontaktkraft zwi­ schen dem die Schallwellen übertragenden Federstahlelement und dem Teil, von dem die Schallwellen aufgenommen werden sollen. Es muß lediglich der Kontakt sichergestellt sein. Im rauhen Maschinenbetrieb besteht die Gefahr, daß das Federstahlelement beschädigt bzw. verbogen wird. Das angeschlossene Überwa­ chungsgerät erkennt diesen Fehler zu Beginn jeder Werkstückbear­ beitung durch Vergleich der gemessenen Schallemission mit einer Mindestschwelle, die bei ordnungsgemäßer Ankopplung des Feder­ stahlelements überschritten werden muß.

Im folgenden werden 2 erfindungsgemäße Sensorausführungen mit Federstahlelementen beschrieben.

Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel einen Körperschallsensor (1) mit einem bogenförmig geformten Federstahlelement (2), das federnd durch die eigene Vorspannung am Werkstück (3) anliegt. Das von den Spannpratzen (4) auf einer Transportvorrichtung ge­ spannte Werkstück (3) wird in der Richtung (5) oder (6) in die Bearbeitungsstation transportiert, wo es gegenüber dem Mehrspin­ delbohrkopf (7) arretiert wird. Beim Einfahren in die Bearbei­ tungsstation kommt es mit dem Federstahlelement (2) des Körper­ schallsensors (1) in Kontakt. Der Körperschallsensor (1) (mit Meßkabel (8)) wird in diesem Beispiel über eine Metallplatte (9) auf einer Kunststoff-Rohrschelle (10) an dem Stahlrohr (11) be­ festigt. Die Kunststoff-Rohrschelle dient der köperschallmäßigen Entkopplung von maschineneigenem Körperschall, welcher über das Rohr (11) eingeleitet werden kann.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung dieses Sensors. Das Feder­ stahlelement (2) ist nicht bogenförmig, sondern gerade ausgebil­ det. Das in Richtung (4) auf die Vorrichtung (6) gelegte Werk­ stück (3) (z. B. ein stirnseitig zu bohrender Flansch) kommt mit dem Federstahlelement (2) in Kontakt. Der Körperschallsensor (1) (mit Meßkabel (7)) wird über eine dämpfende Kunstoffplatte (8) auf dem Halter (9) verschraubt. Nach der Bearbeitung mit dem zu überwachenden Werkzeug wird das Werkstück in Richtung (5) der Bearbeitungsstation entnommen.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Körperschallaufnahme von Werkstücken, Werkzeugen oder deren Spannvorrichtungen für die Werkzeugüberwa­ chung, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Werkzeug erzeugte Körperschall durch eine körperschallmäßig direkte Ankopplung des piezoelektrischen Körperschallsensors an das gegenüber dem Kör­ perschallsensor bewegte Werkstück oder Werkzeug über ein biegsa­ mes Federstahlelement aufgenommen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer bereits im Betriebsstoffkreislauf der Maschine vorhandenen Flüssigkeit ein Flüssigkeits- bzw. Schmierfilm zwischen dem Federstahlelement und dem rotierenden Werkstück, Werkzeug oder deren Spannvorrichtung erzeugt wird, so daß die Schallwellen ohne eine Beeinträchtigung durch Reibungsgeräusche über das Federstahlelement zum Körperschallsensor übertragen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Federstahlelement als Bogen geformt ist, so daß das Werkstück oder Werkzeug in 2 Richtungen vorbeigeführt werden kann.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ordnungsgemäße Ankopplung des Federstahlelements während der Werkstückbearbeitung mit einer Mindestschwelle für die gemessene Schallemission überprüft wird.