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Diese
Erfindung betrifft die Detektion von Werkzeugen und dergleichen
in einem Strahl einer Strahlung. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft
die vorliegende Erfindung die Detektion eines Schneidewerkzeugs
in dem Pfad von Licht, das durch einen Detektor für gebrochenes
Schneidewerkzeug ausgesendet wird.
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Die
Detektion von Schneidewerkzeugen und die Abwesenheit eines derartigen
Werkzeugs (d.h. eines gebrochenen oder fehlenden Werkzeugs) kann durch
einen bekannten Werkzeugdetektor detektiert werden. Eine derartige
Vorrichtung ist in unserer früheren
Patentanmeldung
EP 1 050 368 gezeigt.
Allgemein umfasst ein Werkstückbearbeitungszyklus
eine oder mehrere Werkzeugdetektionsroutinen, so dass Ausschussarbeit
vermieden wird. Die Routine kann umfassen:
Aktivieren des Detektors
für gebrochenes
Werkzeug;
Abwarten eines "Werkzeug
gefunden"-Signals
von dem Detektor;
Weiterführen
des Bearbeitungszyklus oder Stoppen des Zyklus, wenn kein Signal
vorhanden ist.
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Diese
Routine hat einen Nachteil, wenn Werkzeugdetektoren vom "Unterbrechungsstrahl"-Typ in einer Werkzeugmaschinenumgebung verwendet
werden. Späne
und Kühlmittel
können den
Strahl während
der Routine unterbrechen und ein falsches "Werkzeug gefunden"-Signal liefern. Somit berichtet der
Detektor, dass alles gut ist, obwohl tatsächlich das Werkzeug gar nicht
vorhanden ist. Eine oder mehrere Wiederholungen der Routine können als
eine Bestätigung
dafür durchgeführt werden, jedoch
erhöht
dies die Zeit des Zyklus und ist somit unerwünscht.
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Das
U.S.-Patent 4,502,823 offenbart ein Verfahren zum Detektieren, wenn
feine Bohreinsätze
gebrochen sind, wobei ein gepulstes Lichtsignal verwendet wird,
das die Effekte von Umgebungslicht auf den Detektor minimiert. Dies
verbessert die Empfindlichkeit des Systems, wodurch ermöglicht wird,
dass kleine Brüche
in den Bohreinsätzen
detektiert werden.
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Die
DE 35 015 33 , die die Basis
des Oberbegriffs der Ansprüche
1 und 8 bildet, betrifft die Überwachung
eines Werkzeugschadens durch Detektion des Schattens, der durch
das Werkzeug an dem Detektor erzeugt wird. Die Verwendung eines
in Pixel unterteilten Detektors ermöglicht, dass die Werkzeugspitze
ermittelt werden kann, die dazu verwendet wird, eine Werkzeuglänge zu erzeugen,
wodurch ein gebrochenes Werkzeug identifiziert werden kann. Das
System kann entweder mit stationären
oder mit sich bewegenden Werkzeugen verwendet werden.
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Gemäß eines
Aspektes dieser Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Unterbrechungsstrahlwerkzeugdetektors
vorgesehen, das einen Strahlungssender zur Erzeugung eines Strahls
einer Strahlung, einen Strahlungssensor zur Erfassung der Strahlung
und einen Ausgang umfasst, wobei das Verfahren die Schritte umfasst,
dass:
ein Werkzeug in dem Strahl positioniert wird; und
ein
Sender aktiviert wird, um die Strahlung auszustrahlen;
dadurch
gekennzeichnet, dass
das Verfahren die Schritte umfasst, dass:
die
Strahlung an dem Sensor über
eine vorbestimmte Zeitdauer überwacht
wird; und
die Ausgabe des Detektors nur geändert wird, wenn die ausgestrahlte
Strahlung durch den Sensor innerhalb der vorbestimmten Zeitdauer
erfasst wird.
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Somit
sehen Ausführungsformen
der Erfindung ein "kein
Werkzeug gefunden"-Signal
(d.h. Licht an dem Sensor) vor, um ein Verriegeln des Ausgangs des
Detektors zu bewirken, was als ein "M"-Code
in einem Bearbeitungszyklus detektiert werden kann. Eine derartige
Detektionsroutine ist unanfällig
gegenüber
Spänen
und Kühlmittel,
die den Strahl blockieren, da momentane "Werkzeug gefunden"-Signale (d.h. Strahl unterbrochen)
ignoriert werden, und statt dessen vielmehr "kein Werkzeug gefunden"-Signale das Verriegeln
des Ausgangs bewirken. Wenn kein Licht während der vorbestimmten Zeitdauer
detektiert wurde, dann wird ein "gutes
Werkzeug"-Signal von
dem Werkzeugdetektor ausgegeben.
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Gemäß eines
zweiten Aspekts sieht die vorliegende Erfindung einen Unterbrechungsstrahlwerkzeugdetektor
vor, mit: einem Strahlungssender zur Erzeugung eines Strahls einer
Strahlung, einem Strahlungssensor zur Erfassung der Strahlung und einem
Ausgang, wobei der Detektor derart betrieben wird, dass nach einer
Aktivierung des Senders der Ausgang des Detektors nur dann geändert wird, wenn
die ausgesendete Strahlung durch den Sensor innerhalb einer vorbestimmten
Zeitdauer erfasst wird.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung nur beispielhaft unter Bezugnahme auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 eine
Vorrichtung zur Detektion eines gebrochenen Werkzeugs vom Unterbrechungsstrahltyp
ist;
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2 ein
Flussdiagramm zeigt, das ein Verfahren zur Werkzeugbruchdetektion
darstellt; und
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3a,
b und c eine grafische Beziehung zwischen dem Detektorausgang und
einem Strahlhindernis zeigen.
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1 zeigt
einen Detektor
5 vom Unterbrechungsstrahltyp, wobei ein
derartiges Beispiel in unserer Patentanmeldung
EP 10 50 368 nach dem Stand der Technik
beschrieben ist. Der Detektor
5 besitzt einen Strahlungssender
10,
in diesem Fall eine Laserlichtquelle
12, die einen Strahl
20 aus
Licht aussendet, und einen Lichtsensor
30 zur Erfassung
der Anwesenheit oder Abwesenheit des gesamten oder eines Teils des
Strahls. Der Sender und der Sensor sind an einem Trägeraufbau
40 befestigt.
Eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung
54 kann Werkzeuge
mechanisch in und aus dem Werkzeughalter
32 wechseln. Wenn
ein Werkzeug
50, das in dem Werkzeughalter
52 gehalten
ist, durch den Strahl
20 gelangt, dann bewirkt die Schaltung
32 in dem
Sensor
30, dass sich der Ausgang des Detektors ändert.
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2 zeigt
die Schritte, die von der Werkzeugmaschine, die durch den Maschinencontroller (56, 1)
gesteuert ist, ausgeführt
werden. Der Controller 56 weist eine Bearbeitungsroutine
auf, innerhalb der es gewünscht
ist, den Zustand des Werkzeugs zu detektieren. Eine derartige Routine
wird gewöhnlich
ausgeführt,
wenn ein Werkzeug zunächst automatisch
in den Werkzeughalter 52 geladen wird. Auf diese Weise
können
Bearbeitungszyklen, die ausgeführt
werden, während
ein Werkzeug gebrochen ist, vermieden werden. Alternativ oder wie
oben kann die Routine an dem Ende eines Bearbeitungszyklus mit einem
bestimmten Werkzeug ausgeführt werden.
In jedem Fall wird eine Angabe vorgesehen, das mit dem zuletzt bearbeiteten
Werkstück
und dem Werkzeug etwas falsch gelaufen ist, so dass ein Bedienereingriff
durchgeführt
werden kann.
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Die
Routine ist detailliert in dem Flussdiagramm von 2 dargestellt
und wird nachfolgend detaillierter beschrieben.
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Das
Werkzeug wird so bewegt, dass sein ungefähres Zentrum in Linie mit dem
Strahl 20 ausgerichtet ist. Bei diesem Beispiel ist der
Strahl schmaler als das Werkzeug, so dass es, wenn es an der Stelle angeordnet
ist, den Strahl vollständig
abdeckt, vorausgesetzt, dass es intakt und nicht gebrochen ist. Es
ist erwünscht,
dass das Ende des Werkzeugs und nicht seine Basis in den Strahl
gebracht wird, da auf diese Weise die Detektion eines Werkzeugs
mit nur einem gebrochenen Endabschnitt durchgeführt werden könnte, wenn
seine Basis intakt ist.
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Der
Werkzeugdetektor wird aktiviert, wenn das Werkzeug den Strahl behindert
haben sollte. Eine Aktivierung wird durch die Routine des Werkzeugmaschinencontrollers
für eine
gegebene vorbestimmte Zeitdauer durchgeführt. Bei Aktivierung überwacht
die Schaltung 32 des Detektors 5 den Lichtpegel
des Sensors 30 über
die vorbestimmte Zeitdauer. Nach einer derartigen Zeitdauer wird
der Ausgang entweder in einen Hochpegelzustand oder einen Niedrigpegelzustand
verriegelt, beispielsweise +24 Volt DC oder 0 Volt DC. Der Ausgang
wird in einen Eingangsport des Controllers zugeführt, um die Routine, die in
dem Controller läuft,
an dem Ende der Zeitperiode zu informieren. Die Zeitperiode wird durch
den Werkzeugmaschinencontroller bestimmt und kann auf eine beliebige
Länge gesetzt
werden, grundsätzlich
abhängig
von der Menge an Kühlmittel, die
während
des Zyklus zu erwarten ist, beispielsweise 10 ms bis zu 10 s.
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Wenn
der Ausgang im Hochpegelzustand ist, dann wird das Werkzeug als
gut betrachtet und die Routine wird fortgesetzt, beispielsweise
das Schneiden wird fortgesetzt. Wenn der Ausgang im Niedrigpegelzustand
ist, dann kann die Routine gestoppt und der Fehler markiert werden.
Alterna tiv dazu kann ein Ersatzwerkzeug dafür ausgetauscht werden, wenn
der Ausgang im Niedrigpegelzustand ist.
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3 zeigt die Beziehung zwischen dem blockierten
oder nicht blockierten Strahlenpfad 20 und dem Ausgang
des Detektors 5. In jedem der Schaubilder der 3a,
b und c zeigt das obere Band den Grad der Blockierung des Strahles,
und das untere Band in jeder Figur zeigt den Ausgang der Sensorschaltung 32.
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In 3a ist
ein Ausgang gezeigt, wenn ein gutes Werkzeug detektiert wird. Der
erste Teil der oberen Linie ist als eine gestrichelte Linie gezeigt,
um zu zeigen, dass dieser ein fiktiver Teil der Linie ist, d.h.
die Detektion findet nicht statt, beispielsweise da der Strahl noch
nicht eingeschaltet worden ist, so dass kein Strahl behindert wird,
und die gestrichelte Linie zeigt, was passieren würde, wenn
der Strahl vorhanden wäre.
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Wenn
das Werkzeug in dem Strahlenpfad zentriert ist, wird der Detektor
aktiviert, und die Anwesenheit oder Abwesenheit von Licht von dem
Strahl wird für
eine Zeitdauer T durch eine Sensorschaltung 32 detektiert.
In 3a wird kein Licht detektiert, so dass der Ausgang
unmittelbar in den Hochpegelzustand geht und im Hochpegelzustand
bleibt, bis die Routine des Werkzeugmaschinencontrollers den Ausgang
(in diesem Fall die Spannung) liest. Die Routine berichtet ein gutes
Werkzeug und wird fortgesetzt.
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3b zeigt
die gleiche Beziehung, die in 3a gezeigt
ist, jedoch ist in diesem Fall ein gebrochenes Werkzeug vorhanden.
Da keine Stahlbehinderung erfolgt, beginnt der Ausgang im Niedrigpegelzustand
und bleibt im Niedrigpegelzustand, da zumindest ein Teil des Strahlenlichts
während
der Zeitdauer T durch die Sensorschaltung detektiert worden ist.
Wenn die Werkzeugmaschinenroutine den Ausgang liest, ist ein Fehler
offensichtlich, und es wird eine geeignete Aktion unternommen, beispielsweise die
Maschine gestoppt oder das Werkzeug gewechselt.
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3c zeigt
eine realistischere Situation in einer Werkzeugmaschinenumgebung.
Hier ist ein gebrochenes Werkzeug vorhanden, wie auch eine Kontamination
in der Form von Spänen
oder Kühlmittel etc.
Somit flackert die Strahlbehinderung zwischen keiner Behinderung
und einer vollständigen
oder teilweisen Behinderung, die durch die Kontamination bewirkt
wird. Wenn die Detektorschaltung 32 Licht das erste Mal
(Zeitpunkt T1) innerhalb der Zeitdauer T
detektiert, dann wird der Ausgang in einen Niedrigpegelzustand verriegelt.
Wiederum ist in einem solchen Fall ein Fehler offensichtlich, wenn
die Werkzeugmaschine den Ausgang liest.
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So
besteht unter Verwendung des oben beschriebenen Systems keine Notwendigkeit,
saubere Bedingungen zur Überwachung
eines Werkzeugbruchs zu haben.
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Es
sind viele Abwandlungen und Varianten des Vorhergehenden für Fachleute
offensichtlich. Die Erfindung ist zur Verwendung mit einer Werkzeugmaschine
beschrieben worden, jedoch können
gleichermaßen
andere ähnliche
Maschinen verwendet werden, beispielsweise Robotervorrichtungen,
die sicherstellen müssen,
dass ein Gegenstand aufgegriffen worden ist. Die Erfindung ist zur
Verwendung bei der Detektion der Anwesenheit oder Abwesenheit von
Werkzeugen beschrieben worden, wobei jedoch auch andere Gegenstände detektiert
werden können,
beispielsweise Teilemarkiervorrichtungen oder Schweißstangen.
Bei Verwendung zur Detektion eines Werkzeugs oder ähnlichem
muss das Werkzeug etc. nicht in einem Werkzeughalter 52 angeordnet werden,
beispielsweise kann das Werkzeug in einem Werkzeugkarussell oder
einer anderen Werkzeughalte vorrichtung außerhalb der Maschine angeordnet sein,
während
es detektiert wird.
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Insbesondere
sieht das verwendete Werkzeugmaschinencontrollerverfahren vor, dass der
Detektor 5 aktiviert wird, nachdem das Werkzeug in dem
Strahlenpfad 20 zentriert ist. Es ist jedoch auch möglich, dass
der Detektor betrieben wird und der Strahl in Gebrauch ist, bevor
das Werkzeug zentriert ist. In einem solchen Fall wird die Sensorschaltung 32 so
lange nicht verriegeln, bis Licht innerhalb der Zeitperiode T erfasst
wird, wobei die Periode durch den Werkzeugmaschinencontroller gestartet wird.
Während
der Detektionsstrahl 20 Laserlicht verwendet, werden auch
andere Formen elektromagnetischer Strahlung in Betracht gezogen,
beispielsweise Infrarot- oder HF-Strahlung. Der Strahl könnte breiter
als das Werkzeug sein, vorausgesetzt, dass ein größerer Anteil
(beispielsweise mehr als die Hälfte)
der Strahlung des Strahls durch den zu detektierenden Gegenstand
abgedeckt ist.
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Die
vorbestimmte Zeitdauer T kann durch einen Lichtimpuls von dem Laser,
eine Aktivierung des Lasers für
eine Zeitdauer T über
den Maschinencontroller als ein Ergebnis eines Strahlabschirmsystems oder
bevorzugt durch einen Zeitgeber vorgesehen werden, der sich innerhalb
des Detektors an der Schaltung 32 befindet.
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Die
gezeigten Ausführungsformen
zeigen einen Strahlungssender und einen Strahlungssensor, die so
ausgerichtet sind, dass ein Strahl einer Strahlung zwischen dem
Sender und dem Sensor während der
Detektion eines Gegenstands in dem Strahl unterbrochen wird. Jedoch
kann die Erfindung auch mit einem Detektor verwendet werden, bei
dem der Sender und der Sensor benachbart sind und die Detektion
durch Reflexion eines Strahls von einem Gegenstand und auf den Sensor
stattfindet.
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Die
Erfindung ist mit einem Ausgang von entweder 0 oder 24 Volt DC beschrieben
worden. Es ist möglich,
dass andere Spannungsausgänge
verwendet werden können,
um den Eingang des Controllers der Werkzeugmaschine anzupassen.
Somit kann die Spannung zwischen 0 und 50 Volt liegen. Zusätzlich erfordern
einige Controller ein Öffnen
und Schließen einer
elektrischen Schaltung anstatt eines Spannungssignals, so dass der
Ausgang an ein Relais oder dergleichen zugeführt werden kann, so dass das
Relais normal in den eingeschalteten Zustand oder normal in den
ausgeschalteten Zustand verriegelt. Auf diese Weise besitzt der
Ausgang einen Widerstand, der sich ändert.