DE4432608A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Werkzeugbrucherkennung in Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Werkzeugbruch­ erkennung in Werkzeugmaschinen mit einem Fluidschallsen­ sor, der Körperschallsignale des Bearbeitungsvorgangs an einem Werkstück in einem Fluidstrahl erfaßt, wobei der Fluidstrahl auf ein körperschallemittierendes Meßobjekt gerichtet ist, und mit einer Einrichtung zum Auswerten des Fluidschallsignals, sowie ein Verfahren nach Anspruch 10.

Es ist bekannt, die Spindeln bzw. die Spindelaufnahme der Bohr-, Reib-, Gewinde- oder Fräswerkzeuge jeweils einzeln mit Sensoren zu bestücken. Diese Sensoren messen die Kräf­ te in radialer und/oder axialer Richtung und funktionieren auf Basis piezoelektrischer Meßprinzipien oder auf der Basis von Dehnungsmeßstreifen. Ferner sind diverse Lösun­ gen von Drehmomentsensoren bekannt, die in den Spindeln oder Werkzeugaufnahmen der Werkzeuge integriert werden, und zwar meistens auf der Basis des Einsatzes von Deh­ nungsmeßstreifen.

Es ist auch bekannt, zur Werkzeugbrucherkennung die Kör­ perschallsensoren auf dem Werkzeugträger, also z. B. auf dem Spindeltopf oder in dessen unmittelbarer Nähe, zu befestigen, die das Bearbeitungsgeräusch des sich in der Spindel befindlichen Werkzeuges erfassen.

Den bekannten Lösungen mit Kraft-, Drehmoment- oder Kör­ perschallsensor ist gemeinsam, daß jede Spindel einer Mehrspindelbearbeitungseinheit mit einem derartigen Sensor ausgerüstet werden muß, welches erhebliche Kosten verur­ sacht. Versuche, nur einen Körperschallsensor am Gehäuse der Mehrspindelbearbeitungseinheit zu montieren und damit das Gesamtgeräusch der einzelnen Bohr-, Reib-, Gewinde- oder Fräswerkzeuge zu erfassen, führten nicht zu zufrie­ denstellenden Brucherkennungsergebnissen, weil die Geräu­ sche von den Lagerungen der einzelnen Bohrspindeln und von den Zahnrädern des Getriebes- der Mehrspindelbearbeitungs­ einheit das Gesamtsignalgeräusch der Zerspanungsvorgänge in aller Regel so stark überdecken, bzw. beeinflussen, daß das Signal, welches im Moment eines Werkzeugbruches ent­ steht, nicht selektiv erfaßt werden kann.

Die Erfassung des Körperschallgeräusches vom Werkstück durch anschraubbare bzw. anklebbare Körperschallsensoren scheidet praktisch aus, da die Werkstücke üblicherweise automatisch oder manuell gewechselt werden. Eine Befesti­ gung dieser Körperschallsensoren an der Werkstückspannvor­ richtung ist wegen der Handhabung des Kabels problema­ tisch, weil die Werkstückspannvorrichtungen sich oft auf Paletten befinden, die längere Transportwege zurücklegen.

Es ist ferner bekannt, einen Fluidschallsensor zu verwen­ den, dessen Flüssigkeits- bzw. Kühlschmiermittelstrahl gegen ein Werkzeug gerichtet ist. Bei derartigen Fluid­ schallsensoren befindet sich in der Austrittsdüse des Kühlschmiermittelstrahls ein Körperschallaufnehmer, wel­ cher die Körperschallsignale im Flüssigkeits- bzw. Kühl­ schmiermittelstrahl erfaßt, die vom Werkzeug über den Strahl entgegen der Fließrichtung in die Düse gelangen. Das Kühlschmiermittel wird über einen Schlauch und über die Austrittsdüse mit dem Fluidschallsensor dem Werkzeug zugeführt. Die Fluidschallsignale werden im Fluidschall­ sensor vorverstärkt oder impedanzgewandelt oder direkt über ein Kabel entsprechenden Auswerteeinheiten zugeführt. Eine derartige Einrichtung ist aus der DE 36 27 796 A und aus Anwendungen in der Ultraschallprüfung von Materialien bereits bekannt.

Die Werkzeugbrucherkennungseinrichtung gemäß DE 36 27 796 A richtet den Flüssigkeits- bzw. Kühlschmiermittelstrahl ausschließlich gegen das Werkzeug. Infolgedessen wird für die Anwendung dieses Verfahrens bei mehrspindeligen Be­ arbeitungseinheiten für jedes der im Mehrspindelkopf be­ findlichen Werkzeuge mindestens ein Fluidschallsensor mit einem zugehörigen Flüssigkeits- bzw. Kühlschmiermittel­ strahl benötigt, der auf je ein Werkzeug gerichtet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Werkzeugbrucherkennung zu schaffen, die die Werkzeug­ brucherkennung berührungslos für mehrere gleichzeitig ein Werkstück bearbeitende Werkzeuge mit einem einzigen Sensor durchführt.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des An­ spruchs 1 bzw. 10.

Die Erfindung sieht in vorteilhafter Weise vor, einen Fluidstrahl auf ein Werkstück zu richten, das von mehreren Werkzeugen gleichzeitig bearbeitet wird. Das von dem Werk­ zeug in den Fluidstrahl induzierte Gesamtgeräusch reprä­ sentiert die Überlagerung der von allen Werkzeugen in das Werkstück induzierten Körperschallschwingungen. Der Fluid­ schallsensor erzeugt ein Gesamtschwingungssignal, das wiederum alle Werkzeuge repräsentiert. Die Auswerteein­ richtung filtert zunächst die niederfrequent Gesamtschwin­ gungsanteile heraus und verwertet die hochfrequenten Si­ gnalanteile zur Brucherkennung im Vergleich zu vorgegebe­ nen Schwellwerten. Der Fluidstrahl ist dabei bevorzugt als laminarer Freistrahl auf das Werkstück gerichtet.

Im Werkstück sind die störenden Bearbeitungsgeräusche, welche von den Lagerungen der Spindeln bzw. den Zahnrädern des Getriebes herrühren, nur noch in erheblich gedämpfter Form vorhanden, weil die schlanken Werkzeuge und die Kon­ taktstellen zwischen der Spindel, der Werkzeugspannvor­ richtung, dem Werkzeug selbst und derjenigen zwischen Werkzeug und Werkstück diese Störgeräusche extrem dämpfen.

Die Bearbeitungsgeräusche der einzelnen Werkzeuge und das Geräusch im Moment des Werkzeugbruches, welches aufgrund von Rißwachstum und/oder Rißuferreibung im Bruchmoment entsteht, ist jedoch im Werkstück ebenso vorhanden wie im Werkzeug, jedoch ohne die beschriebenen Störgeräusche von Lagerungen und Zahnrädern.

Vorzugsweise ist vorgesehen, daß der Fluidschallsensor in einer Flüssigkeitsaustrittsdüse für den Fluidstrahl am freien Ende der Leitung angeordnet ist. Diese Düse dient zugleich zur Aufnahme des Fluidschallsensors und zur Aus­ bildung eines freien, auf das Werkstück gerichteten Fluid­ strahls, der laminar strömt, um das von dem Werkstück über den Fluidstrahl abgetastete Meßsignal nicht zu beeinträch­ tigen.

Das Werkzeug kann beispielsweise aus einem Mehrspindel­ werkzeugkopf bestehen, mit dem mehrere gleichartige oder unterschiedliche Werkzeuge ein Werkstück gleichzeitig bearbeiten.

Der Durchmesser des Fluidstrahls soll ca. 3-8 mm, vor­ zugsweise ca. 5 mm, betragen. Ein derartiger Strahldurch­ messer ist für die Ausbildung eines laminaren Strömungs­ profils des Fluidstrahls wesentlich und ermöglicht eine einwandfreie Übertragung des Fluidschallsignals.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die hochfrequenten Signalanteile des Gesamtschwin­ gungssignals mit einem dynamischen Schwellwertsignal ver­ glichen werden, um das den Werkzeugbruch anzeigende Schaltausgangssignal zu erzeugen. Ein derartiger dynami­ scher Schwellwert erfordert im Gegensatz zu einem stati­ schen Schwellwert weder eine experimentelle Ermittlung des Schwellwertes noch einen Teach-In-Vorgang zwecks Festle­ gung eines individuell zutreffenden Schwellwertes. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den weite­ ren Unteransprüchen zu entnehmen.

Im folgenden werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Vorrichtung zur Werkzeugbrucherkennung,

Fig. 2 ein Schaltbild der Einrichtung zum Auswerten des Fluidschallsignals,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltung der Einrichtung zum Auswerten des Fluidschall­ signals,

Fig. 4 das zur Werkzeugbrucherkennung herangezogene Gleichspannungssignal der Schaltung gemäß Fig. 2 bei nur einem Werkzeug,

Fig. 5 das Gleichspannungssignal entsprechend Fig. 4 bei mehreren Werkzeugen im Vergleich zu einem statischen Schwellwert, und

Fig. 6 das von der Schaltung gemäß Fig. 3 erzeugte Gleichspannungssignal beim Bearbeiten des Werk­ stücks mit einer Vielzahl von Werkzeugen im Ver­ gleich zu einem dynamischen Schwellwert.

Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung besteht aus einer mehr­ spindeligen Bearbeitungseinheit 4 mit mehreren Werkzeugen 5, die dazu dienen, ein Werkstück 3 gleichzeitig zu be­ arbeiten. Eine Leitung 7, mit der ein Fluidstrahl 2 auf das Werkstück 3 gerichtet werden kann, ist mit Abstand von dem Werkstück auf dieses gerichtet und weist an ihrem freien Ende eine Austrittsdüse 22 auf, die einen Fluid­ schallsensor 1 aufnehmen kann, der den von dem Werkstück 3 eingekoppelten Fluidschall messen kann. Die Austritts­ düse 22 am freien Ende der Leitung 7 dient auch dazu, einen gebündelten und laminar strömenden Fluidstrahl 2 auf das Werkstück zu richten. Ein Kabel 6 führt von dem Fluid­ schallsensor zu einer Einrichtung zum Auswerten des Fluid­ schalls, deren Schaltungsvarianten in den Fig. 2 bzw. 3 wiedergegeben sind.

Der Fluidstrahl 2 ist nicht gegen das Werkzeug 5, sondern gegen das Werkstück 3 gerichtet, welches mehr- oder viel­ spindelig bearbeitet wird und damit berührungslos die Körperschallsignale aller Werkzeuge des Mehrspindelkopfes 4 überträgt, wie sie durch die Zerspanungsvorgänge ent­ stehen und wie sie im Moment des Werkzeugbruches durch Rißwachstum und/oder Rißuferreibung (Materialschrei) ent­ stehen. Erfaßt wird also das Gesamtbearbeitungs- und Bruchgeräusch aller Werkzeuge 5, welches als Gesamt­ schwingungssignal 8 von dem Fluidschallsensor 1 ausgegeben wird.

Durch die Verwendung eines Fluidschallsensors 1 zur Mes­ sung der beschriebenen Geräusche im Werkstück 3 erfolgt somit die Körperschallmessung mechanisch berührungslos bzw. nur durch den Fluidstrahl 2 berührend, welches den Vorteil hat, daß die Werkstücke 3 frei gewechselt werden können, ohne daß es notwendig ist, in jedem Einzelfall einen Körperschallsensor 1 an das Werkstück 3, die Werk­ stückspannvorrichtung oder die Palette zu montieren. Die Länge des Flüssigkeits- bzw. Kühlschmiermittelstrahls spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle, solange sich der Fluidschallsensor so dicht an der Werkstückoberfläche befindet, daß die Körperschallübertragung gesichert ist. Der freie Fluidstrahl muß kurz gehalten werden, damit er seine laminaren Strömungseigenschaften nicht verliert. Da praktisch Abstände von einigen Zentimetern möglich sind, ist der an der Leitung 7 befestigte Fluidschallsensor 1 beim Wechsel der Werkstücke 3 nicht störend.

Der auf das Werkstück 3 gerichtete Fluidstrahl des Fluid­ schallsensors 1 löst das Problem der Werkzeugbrucherken­ nung in Verbindung mit einer entsprechenden Signalaufbe­ reitung, nämlich mit Hilfe einer Einrichtung zum Auswerten des Fluidschallsignals, welche das Gesamtbearbeitungsge­ räusch aller Werkzeuge 5 vom Bruchgeräusch, welches im Moment des Bruches eines Werkzeuges 5 aufgrund von Riß­ wachstum und/oder Rißuferreibung entsteht, voneinander trennt.

Im Moment eines Werkzeugbruches werden aufgrund von Riß­ wachstum und/oder Rißuferreibung extrem hochfrequente Schallsignale von sehr kurzer Dauer erzeugt, welche in einem extrem hohen Frequenzbereich zwischen etwa 200 khz bis hin zu einigen MHz liegen. Diese hochfrequenten Schallsignale im Moment des Werkzeugbruches werden auch häufig mit dem Wort "Materialschrei" bezeichnet.

Die Zerspanungsgeräusche bzw. -schwingungen liegen in einem Frequenzbereich, die bereits unter einem kHz begin­ nen und ab 10 bis etwa 80 kHz deutlich abnehmen. Oberhalb von 200 kHz sind nur noch sehr geringe Geräuschsignale des Zerspanungsprozesses vorhanden. Die Geräuschanteile des Zerspanungssignals oberhalb von etwa 200 kHz werden, wie bei einem Werkzeugbruch, ebenfalls durch Rißwachstum und/oder Rißuferreibung erzeugt. Sie entstehen beim Abtrennen des Spanes vom Werkstückstoff sowie durch die Bildung der Spanlamellen und durch den Bruch des Spanes. Sie sind jedoch in ihrer Amplitude erheblich kleiner als die Signa­ le oberhalb von etwa 200 kHz aufgrund von Werkzeugbruch, weil es sich beim Werkzeugmaterial, auch Schneidstoff genannt, um einen erheblich spröderen bzw. härteren Werk­ stoff als den des Werkstückes handelt, wodurch die Ampli­ tuden im Moment des Bruches des Werkzeuges diejenigen des Zerspanungsprozesses erheblich übersteigen.

Die verwendeten elektronischen Bauelemente, nämlich ein Signalverstärker 9 in Verbindung mit einem Hochpaß 10, trennen die niederfrequenten Körperschallgesamtanteile von den hochfrequenten, wobei das Hochpaßfilter 10 relativ steilflankig ausgeführt ist und vorzugsweise eine Eckfre­ quenz oberhalb von ca. 100 kHz hat. Das hochpaßgefilterte Meßsignal weist dann die niederfrequenten Zerspanungssig­ nale kaum noch auf. In ihm sind lediglich noch mit sehr geringen Amplitudenanteilen Zerspanungsgeräusche aufgrund von Rißwachstum und/oder Rißuferreibung durch Spanabtren­ nung, Spanlamellenbildung und Spanbruch enthalten. Ent­ steht ein Werkzeugbruch, so liegt im Moment des Bruches das extrem hochfrequente und hinsichtlich seiner Amplitude sehr große Bruchgeräusch, der sogenannte Materialschrei, im hochpaßgefilterten Signal noch vollständig vor und ist infolgedessen erheblich größer als der durch das Hochpaß­ filter stark gedämpfte Signalanteil der Zerspanung.

Auch der Durchmesser des Flüssigkeits- bzw. Kühlschmier­ mittelstrahls hat bezüglich der in ihm übertragenen Kör­ perschallsignale eine Hochpaßfilterwirkung, die die Wir­ kung des Hochpaßfilters unterstützt. Der Durchmesser des Strahles soll deshalb einen Durchmesser von nicht mehr als 8 mm, optimalerweise aber einen solchen von 5 mm, haben.

Ein für Anwendungen in der hochfrequenten Geräuschanalyse bekannter Effektivwertgleichrichter 12, der entsprechend für die Effektivwertbildung in diesem hohen Frequenzwert­ bereich ausgelegt ist, richtet die hier stark gedämpften Gesamtgeräuschsignale der einzelnen Bohr-, Reib-, Gewinde- oder Fräsbearbeitungsprozesse ebenso gleich wie das kurz­ zeitig mit sehr großer Amplitude vorliegende Bruchgeräusch (Materialschrei) und bildet das Gleichspannungssignal 13.

Fig. 4 zeigt beispielhaft das Gleichspannungssignal 13 beim Bearbeiten eines Werkstückes 3 mit nur einem Werkzeug 5 sowie einem entsprechenden Signalverlauf im Moment des Werkzeugbruches aufgrund des Materialschreis. Wie Fig. 4 zeigt, ist das Bearbeitungssignal welches durch die Bear­ beitung des Werkstückes 3 mit dem Werkzeug 5 entsteht, prozeßbedingt etwas unregelmäßig, jedoch im Verhältnis zu dem Signal, welches aufgrund des Materialschreies beim Werkzeugbruch entsteht, extrem klein. Untersuchungen haben gezeigt, daß das Signal im Moment eines Werkzeugbruches im Gleichspannungssignal 13 bis zu 100 mal und mehr größer sein kann als das im Gleichspannungssignal 13 enthaltende Bearbeitungssignal eines Werkzeuges 5.

Bei einer Bearbeitung des Werkstückes 3 mit einem Mehr­ spindelkopf 4 sind in aller Regel mindestens zwei Werkzeu­ ge 5 an der Bearbeitung beteiligt. Meist ist dies sogar eine Vielzahl von fünf bis vierzig Werkzeugen. Alle Be­ arbeitungsgeräusche dieser Werkzeuge überlagern sich im Werkstück 3 zu einem Gesamtgeräuschsignal und werden über den Fluidschallsensor 1, den Vorverstärker 9, den Tiefpaß­ filter 10 und den Effektivwertgleichrichter 12 zum Gleich­ spannungssignal 13 derart weiterverarbeitet, daß das Gleichspannungssignal 13 Signalanteile aus den Bearbei­ tungsgeräuschen aller Werkzeuge enthält. Fig. 5 zeigt einen Signalverlauf des Gleichspannungssignals 13 beim Bearbeiten des Werkstückes 3 mit einer Vielzahl an gleich­ zeitig bearbeitenden Werkzeugen. Es zeigt ferner den Si­ gnalimpuls, der aufgrund des Werkzeugbruches bzw. Materi­ alschreis nur eines Werkzeuges 5 entsteht, während mehrere Werkzeuge 5, einschließlich des gebrochenen, eine mehr­ spindelige Bearbeitung am Werkstück 3 durchführt.

Fig. 5 zeigt ferner den fest vorzugebenden statischen Schwellwert 15. Überschreitet das Gleichspannungssignal 13 den statischen Schwellwert 15, so schaltet der Komparator 13 den Schaltausgang 16 und gibt damit die Bruchmeldung bzw. leitet sie an die Maschine zwecks Bearbeitungsunter­ brechung weiter.

Die bis hier beschriebenen Funktionsprinzipien und elek­ tronischen Signalaufbereitungsbauelemente gehen aus Fig. 1, 2 sowie 4, 5 vollständig hervor.

Fig. 3 und 6 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel, bei der anstelle des statischen Schwellwertes 15 ein dynami­ scher Schwellwert 21 vorgesehen ist. Diese Ausführung mit dynamischem Schwellwert 21 bietet gegenüber der Lösung mit dem statischen Schwellwert 15 erhebliche Vorteile. So muß der dynamische Schwellwert 21 nicht fest vorgegeben wer­ den, welches in der Regel durch ein Experiment oder durch einen Teach-In-Vorgang erfolgen muß. Der dynamische Schwellwert wird nämlich aus, dem Gesamtbearbeitungssignal 8 mehrerer Werkzeuge 5 durch Addition mit einem Signal­ anteil, welches als Schwellenabstandswert 19 bezeichnet ist, gebildet. Dieser Schwellenabstandswert 19 ist im Gegensatz zum statischen Schwellwert 15 unabhängig von der Größe des Gesamtbearbeitungssignales 8 festlegbar und erfordert somit kein Teach-In bzw. keine experimentelle Ermittlung durch den Maschinenbediener, wie der statische Schwellwert 15.

Fig. 6 zeigt denselben Signalverlauf des Gleichspannungs­ signals 13, wie ihn Fig. 5 zeigt, jedoch wird anstelle des statischen Schwellwertes 15 der dynamische Schwellwert 21 verwendet.

Wie Fig. 6 deutlich zeigt, verläuft der dynamische Schwellwert 21 parallel zum Gleichspannungssignal 13, welches dem gemessenen Gesamtbearbeitungssignal ent­ spricht. Verändert sich das Gesamtbearbeitungssignal, z. B. durch Verschleiß des Werkzeuges oder durch eine Verände­ rung der Spanform bzw. der Lamellenbildung beim Zerspa­ nungsprozeß, wodurch ein anderes Geräuschniveau und damit ein anderes Gleichspannungssignal entsteht, so verändert sich der dynamische Schwellwert 21 parallel mit dem Gleichspannungssignal 13, weil zwischen diesen beiden Signalen stets der gleiche Schwellenabstand, nämlich der Schwellenabstandswert 19, liegt.

Damit der dynamische Schwellwert 21 im Moment des Schall­ impulses wegen eines Werkzeugbruches (Materialschrei) diesem sehr schnellen bzw. kurzen Bruchimpuls im Gleich­ spannungssignal 13 nicht folgen kann, muß er sich durch Tiefpaßfilterung etwas träger verhalten als das Gleich­ spannungssignal 13, damit es im Zeitpunkt des Werkzeug­ bruches zur Überschreitung der dynamischen Schwelle 21 durch den Schall- bzw. Signalimpuls im Gleichspannungs­ signal 13 aufgrund des Materialschreis wegen des Werkzeug­ bruches und damit zu einer Bruchmeldung kommt.

Die Erzeugung der dynamischen Schwelle 21 erfolgt gemäß Fig. 3 durch das Tiefpaßfilter 17 und den summierenden Verstärker 20, in dem das tiefpaßgefilterte Signal 18 mit dem Schwellenabstandswert 19 addiert wird und somit der dynamische Schwellwert 21 erzeugt wird. Der dynamische Schwellwert 21 wird, wie in dem vorgenannten Ausführungs­ beispiel gemäß Fig. 2, auch bei dieser Lösung über den Komparator 14 mit dem Gleichspannungssignal 13 verglichen, so daß dann, wenn das Gleichspannungssignal 13 den dynami­ schen Schwellwert 21 überschreitet, über den Komparator 14 das Schaltausgangssignal 16, das den Werkzeugbruch meldet, geschaltet ist.

Die Eckfrequenz des Tiefpaßfilters 17 muß gemäß den bisher gegebenen Beschreibungen zu den Signalfrequenzen deutlich oberhalb der Eckfrequenz des Hochpaßfilters 10 liegen, darf jedoch nicht so hoch liegen, daß der dynamische Schwellwert 21 den aufgrund des Materialschreis im Moment des Bruches entstehenden Schall- bzw. Signalimpuls mit­ vollzieht. So steht für die Wahl der Filtereckfrequenz des Tiefpaßfilters 17 ein weiter Bereich zur Verfügung, so daß das Filter festdimensioniert werden kann und keiner Beein­ flussung durch den Maschinenbediener bedarf.

Auch der Schwellenabstandswert 19 bedarf keiner Einstel­ lung durch den Maschinenbediener, da mit diesem Schwellen­ wertabstandswert 19 nur sichergestellt werden muß, daß der dynamische Schwellwert 21 bei normaler Bearbeitung durch den Mehrspindelkopf - nicht jedoch im Moment des Vorlie­ gens des Signalimpulses durch den Materialschrei bei Werk­ zeugbruch - in genügendem Abstand zum Gleichspannungssi­ gnal 13 verläuft, und zwar so genügend, daß es nicht zu falschen Bruchmeldungen aufgrund kleiner Signalimpulse im Gleichspannungssignal 13 kommt. Diese kleinen Signalimpul­ se sind jedoch immer bei der Erstinstallation eines der diese Erfindung betreffenden Vorrichtungen ermittelbar, womit der Schwellenabstandswert 19 fest vorgegeben werden kann.

Diese Lösung ermöglicht damit eine bedienungsfreie Bruch­ erkennung an Mehrspindelköpfen, da kein statischer Schwellwert 15 durch den Maschinenbediener vorgegeben werden muß.

Bei der beschriebenen Vorrichtung zur Erkennung von Werk­ zeugbruch an mehrspindeligen Bearbeitungseinheiten kann die Signalaufbereitung und Bewertung gemäß den Signalen und Bausteinen 10 bis 21 analog oder mit Hilfe eines Rech­ ners digital erfolgen.

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Werkzeugbrucherkennung in Werkzeug­ maschinen mit einem Fluidschallsensor (1), der beim Bearbeitungsvorgang an einem Werkstück (3) in einen Fluidstrahl (2) induzierte Körperschallsignale des Werkzeugs (5) erfaßt und mit einer Einrichtung zum Auswerten des von dem Fluidschallsensor (1) erzeugten Fluidschallsignals (8), dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Fluidstrahl (2) auf das von mehreren Werkzeugen (5) gleichzeitig bearbeitete Werkstück gerichtet ist,
• - daß der Fluidstrahl (2) das aus der gleichzeiti­ gen Bearbeitung mit mehreren Werkzeugen (5) re­ sultierende Gesamtkörperschallgeräusch von dem Werkstück (3) aufnimmt und auf den Fluidschall­ sensor (1) überträgt, der ein Gesamtschwingungs- Fluidschallsignal (8) erzeugt, und
• - daß die Einrichtung zum Auswerten des Fluid­ schallsignals (8) die hochfrequenten Signalan­ teile (13) zur Brucherkennung auswertet und die niederfrequenten Signalanteile unterdrückt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluidstrahl (2) als laminarer Freistrahl auf das Werkstück (3) gerichtet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß der Fluidschallsensor (1) in einer Austrittsdüse (22) für den Fluidstrahl (2) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeuge (5) in einem Mehr­ spindelwerkzeugkopf (4) angeordnet sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Fluidstrahls (2) ca. 3-8 mm, vorzugsweise ca. 5 mm, beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auswerten des Fluidschallsignals (8) ein Hochpaßfilter (10) mit steiler Filtercharakteristik enthält, dessen Eckfre­ quenz ca. 100-500 kHz, vorzugsweise ca. 200 kHz, beträgt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auswerten des Fluidschall­ signals (8) einen Effektivwertgleichrichter (12), der das von dem Hochpaßfilter (10) erhaltene Signal zu einem Gleichspannungssignal (13) umwandelt, und einen Komparator (14) aufweist, der das erhaltene Gleich­ spannungssignal (13) mit einem Schwellwertsignal (15, 21) vergleicht und bei Überschreitung des Schwellwertsignals (15, 21) ein einen Werkzeugbruch eines einzelnen Werkzeugs (5) anzeigendes Schaltaus­ gangssignal (16) erzeugt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Auswerten des Fluidschall­ signals (8) ferner ein Tiefpaßfilter (17) und einen Summierverstärker (20) aufweist, wobei das Tiefpaß­ filter (17) parallel zu dem Komparator (14) das Gleichspannungssignal (13) aus dem Effektivwert­ gleichrichter (12) erhält und ein gefiltertes Gleich­ spannungssignal (18) an den Summierverstärker (20) weitergibt, der des weiteren einen fest vorgegebenen Schwellenabstandswert (19) erhält und fortlaufend ein dynamisches Schwellwertsignal (21) erzeugt, das ge­ meinsam mit dem Gleichspannungssignal (13) dem Kom­ parator (14) zugeführt wird, um bei Überschreitung des dynamischen Schwellwertsignals (21) das einen Werkzeugbruch anzeigende Schaltausgangssignal (16) zu erzeugen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (17) eine solche Eckfrequenz aufweist, daß das gefilterte Gleichspannungssignal (18) leicht geglättet ist, so daß es einerseits dem Gleichspannungssignal (1, 3) noch gut folgen kann, andererseits aber einem kurzen, beim Werkzeugbruch entstehenden Signalimpuls (24) nicht folgen kann.

10. Verfahren zum Erzeugen eines Schaltausgangssignal (16) für die Werkzeugbrucherkennung in Werkzeugma­ schinen

• - durch Richten eines Fluidstrahls (2) auf ein Werkstück (3), das gleichzeitig von mehreren Werkzeugen (5) bearbeitet wird, wobei der Fluid­ strahl (2) unter Laminarströmungsbedingungen und als Freistrahl auf das Werkstück (3) auftrifft,
• - durch Messen des von dem Fluidstrom (2) auf ein gen der Strömungsrichtung übertragenen Gesamt­ körperschallsignals aller Werkzeuge (5) in dem Fluidstrahl (2), wobei der Gesamtkörperschall von dem Werkstück (3) in den Fluidstrahl (2) eingekoppelt wird, und
• - durch Verwerten des gemessenen Gesamtschwin­ gungs-Fluidschallsignals (8) durch Unterdrücken niederfrequenter Signalanteile und Verwenden hochfrequenter Signalanteile (13), um bei Über­ schreiten eines dynamischen Schwellwerts (21) ein Schaltausgangssignal (16) zu erzeugen, das den Werkzeugbruch wenigstens eines der Werkzeuge (5) anzeigt.