DE4412722A1 - Schneidkantenschärfe-Meßgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät zur Erfassung der Schärfe von Schneiden (Schneidkantenschärfe-Meßgerät). Die Schneiden oder Werkzeuge mit Schneiden werden auf allen Gebieten der Material­ trennung vielfältig benötigt. Die Schneide wird gebildet von 2 Seitenflächen, die sich in der Schneidkante treffen.

Die Schneidkante sollte eine definierte Schärfe haben, d. h. die Schneidkante soll meistens im Bereich einiger µm gleichmäßig verrundet sein und keine Scharten oder Ausbrüche aufweisen.

Diese Verrundung der Schneidkante sowie eventuell vorhandene Ausbrüche lassen sich mit den bekannten Prinzipien nur außerordentlich unvollkommen vermessen.

Bekannt ist die Abtastung der Kante mit einem messenden Taster, wobei aber infolge der notwendigen Meßkraft meist entweder die Kante oder der Taster beschädigt wird.

Bekannt ist außerdem der Abdruck der Kante in einem ausreichend weichen plastischen Material, jedoch ist die Vermessung des Abdrucks noch schwieriger und aufwendiger.

Bekannt ist ferner die Erfassung mit hochvergrößernden Videoka­ meras aus verschiedenen Richtungen und Bildauswertung, jedoch ist dieses Verfahren sehr aufwendig und versagt bei sehr scharfen Kanten.

Bekannt ist ferner ein Verfahren einen fokussierten Laserstrahl so auf die Kante zu positionieren, daß die Einstrahlrichtung in der Winkelhalbierenden der Seitenflächen der Kante und ca. 70-85° zur Kantenrichtung erfolgt und beide Seitenflächen gleichmäßig beleuchtet werden und die Streulichtverteilung um die Reflexionsrichtung entweder punktweise oder insgesamt erfaßt wird und in Kantenschärfe umgerechnet wird. Dieses Gerät erfordert aber einen 6-achsigen Positionierer und ist daher ebenfalls zu aufwendig, insbesondere wegen der vielen ineinander verschach­ telten Regelvorgänge (6 Achsen, Winkelhalbierende, Seitenflächen­ symmetrie).

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein einfaches schnelles berührungsloses Gerät zu realisieren, welches Kanten punktweise oder stückweise, oder kontinuierlich vermessen kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch Beleuchtung der Kante mit einem fokussierten Lichtbündel, im allgemeinen einem fokussierten Laserstrahl, welcher in etwa senkrecht zur Kanten­ richtung auf die Schneide trifft, so daß ein Strahlanteil von Seitenfläche und Schneidkante reflektiert und gestreut wird und der andere Strahlanteil vor der Kante ungestört vorbeiläuft und die andere Seitenfläche nicht beleuchtet wird, die Auswertung des Rückreflexes der Seitenfläche und/oder des vorbeilaufenden Strahlanteils dienen der Positionierung des Lichtpunkts relativ zur Schneide, die Messung der Streuung in einen begrenzten Raumwinkel in etwa senkrecht zu Strahlrichtung und Kantenrichtung ergeben die Informationen zu Kantenrundung und Ausbrüchen.

Im folgenden wird eine sinnvolle Realisierung näher beschrieben (Fig. 1): Der Laser 1 mit fokussierender Optik liefert einen senkrecht nach unten laufenden Lichtstrahl, welcher im Punkte 10 die Kante und eine Seitenfläche der Schneidplatte 2 trifft, und z. T. an der Kante als Strahl 12 vorbeiläuft. Der auf die Seitenfläche treffende Anteil wird teils reflektiert (11) teils diffus gestreut (in alle Richtungen) und der Teil 11 mit dem Empfänger 6 gemessen. Der Teil 12 wird mit Empfänger 5 gemessen.

Der Fokus-Durchmesser sollte im Bereich 10 bis 100 µm liegen und generell etwas größer sein als der Kanten-Rundungsradius.

Ein Teil des einfallenden Lichtstrahls wird an der Rundung der Kante bzw. den dort vorhandenen Ausbrüchen gestreut und ergibt das Lichtbündel 13, welches z. T. vom fokussierenden Spiegel 7 auf den Empfänger 8 konzentriert wird oder bei geringeren Ansprüchen anstelle und am Ort des Spiegels 7 direkt auf einen Empfänger fällt. Der Spiegel 7 ist bei hohen Ansprüchen an die Qualität ein ellipsoidischer Spiegel mit seinen beiden Brennpunkten nahe an oder in Lichtpunkt 10 und Empfänger 8.

Das Intensitätssignal des Empfängers 8 ist ein Maß für den Schneidkantenradius, seine schnellen abrupten Variationen entlang der Kante ein Maß für abrupte Änderungen der Kantenstruktur, d. h. Ausbrüche.

Die Richtung des einfallenden Strahls wird günstig in etwa senkrecht zur Kante und der beleuchteten Seitenfläche gewählt, wobei erhebliche Abweichungen davon ebenfalls gut funktionieren, aber aufwendiger in der Realisierung sind.

Gesteuert oder geregelt wird das Gerät durch kontinuierliche oder diskontinuierliche z. B. schrittweise Drehung des Motors 3 und Verschiebung des Schlittens 4 mit Hilfe des Rechners/Reglers/Steuerers 14 durch Verwendung des Signals des Empfängers 5 und/oder 6 zur Regelung auf Konstantwert des gewünschten Anteils des Lichtbündels 11 und/oder 12 sowie sinnvolle Drehung des Motors 3. Dabei ist es günstig, den Anteil 12 des an der Kante vorbeilaufenden Lichts auf 10 bis 50% des einfallenden Lichts zu regeln.

Gemessen wird die Qualität der Kante durch Messung des Signals des Empfängers 8 und Registrierung, Aufbereitung, Archivierung im Rechner/Regler/Steuerer 14.

Der Raumwinkel unter dem der Spiegel 7 das Lichtbündel 13 sieht und auf den Empfänger 8 abbildet, liegt günstig bei ± 10 bis ± 60°, z. B. bei ± 30°.

Sinnvolle bekannte Methoden zur Realisierung einer weitgehenden Unempfindlichkeit gegen Fremdlicht (z. B. getastetes Licht) sowie Transportmechanismen zum Beladen ergänzen das Gerät.

Eine andere sinnvolle Ausführungsform verwendet einen Linear­ scanner zur Lichtstrahlablenkung anstelle des Schlittens 4. Die­ ser benötigt dazu eine andere Gestaltung des Spiegels 7 sowie der Empfänger 5 und 8 oder einen mit der Lichtstrahlablenkung mit­ fahrenden Empfänger.

Eine andere sinnvolle Ausführungsform verwendet eine 2-achsige Lichtstrahlablenkung (anstelle von Motor 3 und Schlitten 4) sowie einen großflächigen Empfänger 5, sowie einen toroidischen die Kante umschließenden Spiegel 7: Hierbei kann der Empfänger 5 eine Videokamera sein.

Eine weitere sinnvolle Ausführungsform verwendet anstelle des Spiegels 7 eine Refraktor-Optik.

Alle Versionen lassen sich quasi kontinuierlich oder mit zusätz­ lich überlagerten Bewegungen betreiben. Schneiden mit Fasen kön­ nen mit weiteren angebrachten Einstellelementen zwischen Schneide 2 und Motor 3 positioniert werden.

Als zusätzliche überlagerte Bewegungen dienen oft harmonische ein- oder mehrachsige Bewegungen, welche der eigentlichen Einstellbewegung überlagert werden. Derartige Zusatzbewegungen können die Meßbarkeit für Position und Schärfesignal verbessern.

Räumliche Schneiden können über weitere gesteuerte Versteller positioniert werden.

Sinnvolle Strahlrichtungen sind z. B. in Fig. 2 und Fig. 3 skizziert.

In Fig. 2 trifft der einfallende Lichtstrahl annähernd senkrecht oder so geneigt, daß er bei Blick entlang der Kante annähernd senkrecht erscheint, auf die eine Seitenfläche der Schneidkante.

In Fig. 3 trifft der einfallende Lichtstrahl annähernd senkrecht zur Winkelhalbierenden des Keilwinkels 17 der Schneidkante auf die eine Seitenfläche der Schneidkante oder so geneigt, daß er in der Darstellung der Fig. 3 entsprechend dem Blick entlang der Kantenrichtung so erscheint, in der Realität aber die Zeichen­ ebene der Fig. 3 nur im beleuchteten Punkt 10 der Schneidkante durchsetzt.

Zusätzliche Rauheitsinformationen werden über zusätzliche Empfänger neben dem Spiegel 7 erfaßt.

Claims (4)

1. Schneidkanten-Schärfe- und Ausbruchs-Meßgerät bestehend aus fokussiertem Beleuchter, Positioniereinheit mit Regler und Foto­ empfänger zur fortlaufenden Positionierung der Schneidkante, gekennzeichnet dadurch, daß ein Teil des Lichtstrahls des Beleuchters im wesentlichen auf die eine Seitenfläche der Schneidkante fällt, daß der vorbeilaufende oder der rückgestreute Teil zur Positionsregelung auf konstanten Wert geregelt wird, daß der an der Kante gestreute Strahlanteil als Maß für die Kanten­ schärfe verwendet wird und abrupte Änderungen dieses gestreuten Strahlanteils als Maß für Ausbrüche verwendet wird, und daß eine Seitenfläche nicht beleuchtet wird.

2. Schneidkanten-Schärfe- und Ausbruchs-Meßgerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch kontinuierliche oder schrittweise ungere­ gelte Fahrweise in einer Achse des Positionierers und geregelte Fahrweise auf einen konstanten Anteil des an der Kante vorbei­ laufenden oder rückgestreuten Teil des beleuchtenden Lichtstrahls in einer zweiten Achse des Positionierers und daß der an der Kante gestreute Strahlanteil als Maß für die Kantenschärfe ver­ wendet wird und abrupte Änderungen dieses gestreuten Strahlan­ teils als Maß für Ausbrüche verwendet wird, und daß eine Seiten­ fläche nicht beleuchtet wird.

3. Schneidkanten-Schärfe- und Ausbruchs-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Lichtstrahlrichtung und einen Lichtstrahldurchmesser und einen Lichtbündelwinkel, welche eine Seitenfläche der Kante und die Kante beleuchtet und die andere Seitenfläche nicht beleuchtet.

4. Schneidkanten-Schärfe- und Ausbruchs-Meßgerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Lichtstrahlrichtung, welche bei Blick entlang der Kantenrichtung näherungsweise senkrecht zur beleuchteten Seitenfläche erscheint.