DE8510312U1 - Optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit von bewegten Werkstücken - Google Patents

Description

Stw.: SCHAUDT-Oberfläche prüfen-Meßsignal übertragen-

Glasfaserleitung-I - Schaudt-Akte 34, Stuttgart, den 27. März 1985

Vorrichtung zum optischen Prüfen der Oberfläche von Werkstücken

Die Erfindung betrifft eine optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit von bewegten Werkstücken während ihrer Bearbeitung auf einer Schleifmaschine, insbesondere von rotierenden Werkstücken auf Rundschleifmaschinen, mit einem Licht auf einen Oberflächenabschnitt des Werkstücks aussendenden und reflektiertes Licht empfangenden Prüfkopf, dem wenigstens ein opto-elektrischer Wandler zum Erzeugen von dem reflektierten Licht entsprechenden Meßsignalen zugeordnet ist.

Es gibt Schleifaufgaben, bei denen neben exakten Werkstückabmessungen auch eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Werkstücks gefordert ist. Während die Werk-Stückabmessungen insbesondere auf Rundschleifmaschinen in process, also während des SchleifVorgangs, ermittelt werden können, und der SchleifVorgang dementsprechend gesteuert werden kann, wird die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks nach dem Bearbeiten in einem nachfolgenden Arbeitsgang geprüft. Hierzu ist es bekannt, die Oberfläche des Werkstücks nach dem Entnehmen aus der Aufspannung in der Maschine zu reinigen, dann zu beleuchten und die Intensität des reflektierten Lichts zu messen. Aus diesem gemessenen Intensitätswert kann auf die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks geschlossen werden. Zur Beeinflussung der Oberflächenbeschaffenheit im Sinne bestimmter Vorgaben kann die Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe, ihre Drehzahl oder die Drehzahl des Werkstücks in Abhängigkeit vom gemessenen Wert geändert werden oder es kann z.B. ein Abrichtvorgang eingeleitet und entsprechend gesteuert werden. Auf die Bearbeitung des geprüften Werkstücks hat das Prüfergebnis dieses gesonderten Prüfvorgangs jedoch keinen Einfluß mehr. Es kann vielmehr nur bei den

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nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen korrigierende bzw. optimierende Berücksichtigung finden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welche mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit am eingespannten Werkstück während des Schleifprozesses und eine Beeinflussung des Schleifprozesses im Sinne einer Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit gestattet.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäQ dadurch, daG der Prüfkopf vom Werkstück entfernt angeordnet ist, daß er über ein Lichtleitfaserbündel mit einem auf den zu prüfenden Oberflächenabschnitt des eingespannten Werkstücks ausrichtbaren Tastkopf verbunden ist und daß der Tastkopf zum Aussenden des von dem Prüfkopf abgegebenen und zum Empfangen des an der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts ausgebildet und angeordnet ist. In bevorzugter Weise ist die Lichtaustritts- und Lichteintrittsöffnung des Tastkopfes zum Messen berührungslos dicht vor der zu prüfenden Werkstückoberfläche positionierbar. Dadurch wird ein Verschleiß der Lichtaustritts- und Lichteintrittsöffnung des Tastkopfes vermieden. In Ausgestaltung der Erfindung enthält der Tastkopf eine optische Umlenkanordnung, deren eine Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche mit einem Ende des Lichtleitfaserbündels verbunden ist und deren andere Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche radial bzw. senkrecht zur Werkstückoberfläche hin ausgerichtet ist. Bei dieser Ausführung des Tastkopfes erfolgt die optische Zuleitung zum Tastkopf tangential zum rotierenden Werkstück, während das Licht radial zum Werkstück aus dem Tastkopf austritt. Auf diese Weise ist eine günstige, raumsparende Anordnung des Tastkopfes im Arbeitsbereich

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der Schleifmaschine möglich.

In der Regel wird bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Schleifmaschine ein Kühlschmiermittel zugeführt, das die Oberfläche des Werkstücks mindestens im Arbeitsbereich der Schleifscheibe benetzt. Um trotzdem eine zuverlässige Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks zu ermöglichen, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, daß dem Tastkopf ein Mittel zumEntfernen des im zu prüfenden Oberflächenabschnitt am Werkstück haftenden Kühlschmiermittelfilms zugeordnet ist. Als Mittel zum Entfernen des Kühlschmiermittelfilms kann eine an eine Druckquelle angeschlossene, auf den zu prüfenden Oberflächenabschnitt des Werkstücks ausgerichtete Blasdüse vorgesehen sein. Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich dadurch, ^da|3 die Lichteintritts- und Lichtaustrittsöffnung des Tastkopfes mit einer an eine Druckquelle angeschlossenen Ringdüse umgeben ist. Der Tastkopf enthält bei dieser Konstruktion also nicht nur die Licht führung, sondern auch die Blasluftführung. Dies stellt eine konstruktiv besonders günstige und raumsparende Lösung dar, die auch ein zuverlässiges Freiblasen des zu prüfenden Oberflächenabschnitts des Werkstücks gewährleistet. Um den Reinigungseffekt der Ringdüse zu verbessern, sieht die Erfindung vor, daß die Ringdüse exzentrisch ausgebildet ist, derart, daß ihr

Luftaustrittsquerschnitt entgegen der Bewegungsrichtung

des Werkstücks größer ist als in dessen Bewegungsrichtung.

Eine konstruktiv besonders bevorzugte Ausführungsform der Prüfvorrichtung nach der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Tastkopf Bestandteil eines Tasters eines Durchmessermeßkopfes ist. Vorzugsweise ist der über das Lichtleitfaserbündel mit dem Tastkopf verbundene Prüfkopf am Durchmessermeßkopf angebracht bzw. in diesem integriert.

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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Prüfvorrichtung hat den Vorteil, daß sie eine Prüfung der Oberflächenbeschaffenhfcit eines Werkstücks während dessen Bearbeitung in einer Schleifmaschine erlaubt. Die Prüfvorrichtung erfordert wenig Raum im Arbeitsbereich der Schleifmaschine und kann mil einem Durchmessermeßkopf kombiniert sein. Aufgrund der durch die Erfindung ermöglichten in process-Messung der Oberflächenbeschaffenheit ist eine Beeinflussung der laufenden Bearbeitung eines Werkstücks möglich. Das führt zu einer beträchtlichen AusschuGverminderung.

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Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Rundschleifmaschine mit Durchmessermeßkopf und optischer PrüfVorrichtung nach der Erfindung,

Figur 2 eine Teilansicht des Werkstücks mit

MeQtastern zur Durchmessermessung und einer optischen Prüfvorrichtung nach der Erfindung, gssehen in Richtung des Pfeiles II,

Figur 3 _ eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III-III in Figur 2,

Figur 4a eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines unteren Meßtasters und

Figur 4b

einen Schnitt entlang B-B der Figur 4a.

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Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Rundschleifmaschine mit einem DurchmessermeGkopf mit integrierter optischer Prüfeinrichtung für die Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks während seiner Bearbeitung.

Auf einem von einem Maschinenbett 1 getragenen stationären Sockel 2 ist ein Schleifschlitten 3 in X-Richtung beweglich geführt. Der Schleifschlitten 3 trägt eine Schleifspindel 4 mit einer Schleifscheibe 6.

Auf dem Maschinenbett 1 ist in Front vor dem Schleifschlitten 3 ein Maschinentisch 7 gelagert, der quer zur X-Richtung horizontal verschiebbar ist. Der Maschinentisch 7 trägt einen Werkstückspindelstock 8 und diesem gegenüber einen nicht dargestellten Reitstock, zwischen denen in üblicher Weise ein zu bearbeitendes Werkstück 9 eingespannt ist. Das Werkstück ist in Richtung eines Pfeiles 11 und die Schleifscheibe in Richtung eines Pfeiles 12 antreibbar.

Auf einer am Maschinenbett 1 angebrachten Konsole 13 ist ein Schlitten 14 in Richtung eines Pfeiles U bewegbar gelagert, der ein Meßgerät 16 mit einem Taster 16a zur Längspositionierung des Werkstücks 9 trägt.

An einer auf dem Maschinenbett 1 montierten Säule 17 ist parallel zum Maschinentisch 7 ein MeGschlitten 18 geführt, an welchem über einen Schwenkhebel 19 ein MeGkopf 21 angebracht ist. Mittels des Schwenkhebels 19 ist der MeGkopf aus seiner in Figur 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Arbeitsstellung in eine mit strichpunktierten Linien dargestellte Ruhestellung 21a schwenkbar. Die Schwenkachse, um welche der Schwenkhebel geschwenkt wird, ist mit 19a

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bezeichnet.

Der Meßkopf 21 weist an einem Meßkopfgehäuse 22 zwei in Y-Richtung verschiebbare Taster 23 und 24 auf, die zur Durchmesserbestimmung des Werkstücks 9 auf entgegengesetzten Seiten an dessen Umfang anliegen und so den Werkstückdurchmesser während der Bearbeitung mit der Schleifscheibe 6 abgreifen. Ein im Meßkopfgehäuse 22 angeordneter, in der Zeichnung nicht dargestellter Meßwertaufnehmer ist über eine Leitung 26 mit einer Steueranordnung 27 verbunden, die eine bekannte Maschinensteuerung sein kann und die ermittelten Durchmessermeßwerte zu Steuersignalen verarbeitet. Im Meßtaster 24 des Meßkopfes 21 ist zusätzlich eine optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks 9 während seiner Bearbeitung mit der Schleifscheibe 6 eingebaut. Diese optische Prüfvorrichtung ist über eine optische Leitung, beispielsweise eine Glasfaserleitung 28, mit einem Prüfkopf 29 verbunden, der an dem Meßkopfgehäuse 22 angebracht ist. Der Prüfkopf 29 ist über eine Leitung 26a ebenfalls mit der Steueranordnung 27 verbunden. Der im unteren Taster 24 angeordneten optischen Prüfvorrichtung ist eine Blasdüse 31 zugeordnet, die mittels Befestigungsmitteln ebenfalls am Meßkopfgehäuse 22 angebracht ist. Über einen Schlauch 33 ist die Blasdüse 31 mit einer Druckluftquelle 34 verbunden.

Der Aufbau der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks während der Bearbeitung auf einer Schleifmaschine geht am deutlichsten aus den Figuren 2 und 3 heri/or. Figur 2 ist eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles II der Figur 1 und Figur 3 eine Schnittansicht entlang der Linie IH-III der Figur 2. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figur 1.

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Figur 2 zeigt, daß der Taster 24 des Durchmessermeßkopfes mit einem optischen Tastkopf 36 verbunden ist, der ein etwa radial auf die Werkstückoberfläche ausgerichtetes Umlenkprisma 37/'en^Jth"aIt. Eine Seitenfläche 38 des Umlenkprismas 37 ist möglichst verlustfrei mit den Enden der Fasern des Lichtleitfaserbündels 28 verbünden. Das Lichtleitfaserbündel 28 führt, wie schon im Zusammenhang nüt Figur 1 erwähnt, zu dem Prüfkopf 29, wo ein Teilbündel 28a der Faser.eitung mit einer Lichtquelle 39 verbunden ist. Ein anderes Teilbündel 28b ist an einen Meßwertaufnehmer 41 angeschlossen, bei dem es sich um einen handelsüblichen opto-elektrischen Wandler handeln kann. Der Meßwertaufnehmer 41 ist über die Leitung 26a mit der Steueranordnung 27, beispielsweise der Maschinensteuerung, verbunden. Entlang dem Taster 24 ist das Lichtleitfaserbündel 28 in einem Kanal 42 geführt, um Verschmutzungen und Beschädigungen der optischen Prüfanordnung zu vermeiden. Der optische Ausgang rtJes Umlenkprismas 37 ist etwa radial auf die Oberfläche des Werkstücks 9 ausgerichtet. Der Tastkopf 36 liegt nicht an der zu prüfenden Oberfläche des Werkstücks an, um Verschleißerscheinungen zu vermeiden.

Während der Bearbeitung des Werkstücks wird,- wie allgemein üblich, über eine Kühlschmiermitteldüse 44 ein Kühlschmiermittel zugeführt, das zum Teil an der Oberfläche des rotierenden Werkstücks 9 haften bleibt. Mit der Blasdüse 31, die über die Leitung 33 mit der Dr;;ckluftquelle 34 verbunden ist und die vor dem Prüfbereich des optischen Tastkopfes 36 etwa radial auf die Oberfläche des rotierenden Werkstücks ausgerichtet ist, wird wenigstens im optischen Prüfbereich der Kühlschmiermittelfilm von der Oberfläche des Werkstücks entfernt.

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Durch das Teilbündel 28a der optischen Leitung 28, dessen Fasern in dem am Umlenkprisma 37 anliegenden Endbereich mit den Fasern des anderen Teilbündels 28b statistisch gemischt sein können, gelangt von der Lichtquelle 39 ausgesandtes Licht über das Umlenkprisma 37 zur gereinigten Oberfläche des umlaufenden Werkstücks 9. Das Licht wird an dieser Oberfläche reflektiert und wenigstens ein Teil des reflektierten Lichts tritt durch das Umlenkprisma in die Fasern des Teilbündels 28b ein und gelangt zum MeQwertaufnehmer 41, wo seine Intensität als MaG für die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks gemessen wird. Entsprechende MeGsignale gelangen über die Leitung 26a zur Steueranordnung 27, wo sie zu Steuersignalen verarbeitet werden können.

Die Figuren 4a und 4b zeigen in einer Draufsicht und einem Längsschnitt eine andere Ausführungsform eines Tastkopfes nach der Erfindung. Auch hier ist dieser Tastkopf 46 am unteren Taster 24 des DurchmessermeGkopfes angebracht. Der Tastkopf 46 weist jedoch kein Umlenkprisma auf, sondern die optische Leitung 47 (Glasfaserleitung) ist unmittelbar bis zum Ausgang des Tastkopfes 46 geführt. Am Ausgang des Tastkopfes 46 ist die optische Leitung 47 von einer Ringdüse 48 umgeben, die über eine Druckleitung 49 mit der Druckluftquelle 34 in Verbindung steht. Das Ende der optischen Leitung 47 und die Ringdüse 48 liegen berührungslos dicht vor der Oberfläche des rotierenden Werkstücks 9, so daG ein ausreichender Teil des an der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts in die optischen Fasern des mit dem MeGwertaufnehmer verbundenen Teilbündels 28b eintreten kann. Wie zuvor schon beschrieben, ist auch hier die optische Leitung 47 mit dem Prüfkopf 29 verbunden. Zum Schutz der MeGanordnung sind die Druckleitung 49 und die optische Leitung 47 auch hier in einem Kanal 50 geführt,

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der seitlich am unteren Tastarm 24 des Durchmessermeßkopfes angebracht ist.

Die Ringdüse 48 ist exzentrisch ausgebildet, so daß ihr Luftaustrittsquerschnitt 48a entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstücks 9 größer ist als ihr in Bewegungsrichtung des Werkstücks liegender Luftaustrittsquerschnitt 48b.

Bei beiden Ausführungsbeispielen des optischen Tastkopfes wird dieser zusammen mit den Tastern für die Durchmessermessung bei Beginn des SchleifVorgangs an das Werkstück angelegt, so daß während des SchleifVorgangs nicht nur der Durchmesser des Werkstücks erfaßt wird, sondern auch seine Oberflächenbeschaffenheit dauernd kontrolliert werden kann.

Claims (8)

i J 9 I · · ·■·■■ a · · · «III Stw.: SCHAUDT-Oberfläche prüfen-Meßsignal übertragen-Glasfaserleitung-Schaudt-Akte 34 - Stuttgart, den 31. Oktober 1986 Schutzansprüche

1. ,(Optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit von bewegten Werkstücken^während ihrer Bearbeitung auf einer Schleifmaschine, insbesondere von rotierenden Werkstücken auf Rundschleifmaschinen, mit einem Licht auf einen Oberflächenabschnitt des Werkstücks aussendenden und reflektiertes Licht empfangenden Prüfkopf, dem wenigstens ein opto -elektriscrier Wandler zum Erzeugen von dem reflektierten Licht entsprechenden MeQ-signalen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (29) vom Werkstück (9) entfernt angeordnet ist, daß am Prüfkopf ein Ende eines Lichtleitfaserbündels (28, 47) befestigt ist, dessen zweites Ende an einem Tastkopf (36, 46) angebracht ist und daß der Tastkopf zum Aussenden des von dem Prüfkopf abgegebenen und zum Empfangen des an der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts auf einen zu prüfenden Oberflächenabschnitt des eingespannten Werkstücks (9) ausrichtbar ist.

2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustritts- und Lichteintrittsöffnung (43) des Tastkopfes (36, 46) zum Messen berührungslos dicht

vor der zu prüfenden Werkstückoberfläche positionierbar ist 30

3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (36) eine optische Umlenkanordnung (37) enthält, deren eine Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche (38) mit einem Ende des Lichtleitfaserbündeis (28) verbunden ist und deren andere Lichteintrittsund Lichtaustrittsfläche (43) radial bzw. senkrecht zur Werkstückoberfläche hin ausgerichtet ist.

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4. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühlschmiermittelentfernungseinrichtung in Gestalt einer mit einem Druckanschluß (33) versehenen, auf den zu prüfenden Oberflachenabschnitt ausgerichteten Blasdüse (31, 48) vorgesehen ist.

5. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (36, 46) Bestandteil eines Tasters (24) eines Durchmessermeßkopfes (21) ist.

6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkopf (29) am Durchmessermeßkopf (21) angebracht ist.

7. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintritts- und Lichtaustrittsöffnung (43) des Tastkopfes (46) mit einer einen Druckanschluß (49) aufweisenden Ringdüse (48) umgeben ist.

8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdüse (48) exzentrisch ausgebildet ist, derart, daß ihr Luftaustrittsquerschnitt (48a) entgegen der Bewegungsrientung des Werkstücks (9) größer ist als in dessen Bewegungsrichtung.