DE9010797U1

DE9010797U1 - Anordnung zur Überwachung von Werkzeugen an numerisch gesteuerten Maschinen

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Publication number: DE9010797U1
Application number: DE9010797U
Authority: DE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1990-07-19
Filing date: 1990-07-19
Publication date: 1990-09-20
Anticipated expiration: 2000-07-20

Description

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Siemens Aktiengesellschaft

Anordnung zur Überwachung von Werkzeugen an numerisch gesteuerten Maschinen.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Überwachung vor. Werkzeugen, insbesondere zur Erkennung von WerkzeuQtruch an Bohrmaschinen in der Leiterplattenfertigung, wob?i diese Maschinen in der Ragel numerisch gesteuert sir.ü.

Die Überwachung der Werkzeuge von Maschinen, die größtenteils automatisch und "üut^ ?'">ge z.eit ohne oerscr^lle Besetzung ar- C-: Lten, lot eir. allgemeines Prcbism. Werkzeugbruch kann vorali«»m oei hochwertigen Werkstücken zu .^heblichem Schaden führen, aus diesem Grund werden dl» verschiedenartigsten Überwachungssysteme an solchen Maschinen eingesetzt. Ein gängiges System ist die Frequenzanalyse der Antriebsspindel, wobei über die Aufnahme der Drehzahl eine Auswertung auf Werkzeugbruch möglich ist. Dieses sehr aufwendige System stößt jedoch an seine Grenzen, wenn beispielsweise sehr dünne Bohrer eingesetzt werden. Die hierbei erzielbaren Signale können nicht mehr hinsichtich der Unterscheidung zwischen korrekt arbeitendem Werkzeug und gebrochenem Werkzeug verwendet werden.

Die in der Leiterplattenfertigung eingesetzten Bohrer weisen Durchmesser bis zu minimal 50 pm auf. Hohe Raten an Werkzeugbruch sind dadurch verständlich. Damit ist die Überwachung des Werkzeugbruches von besonderer Bedeutung. Gerade bei sehr hochwertigen Leiterplatten ist eine Beschädigung durch ein gebrochenes Werkzeug irreperabel und führt zu Ausschußraten mit empfindlichem Verlust.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Überwachung von Werkzeugen an numerisch gesteuerten Maschinen bereitzustellen, mittels dar der Bruch von extrem kleinen Werkzeugen erkennbar ist.

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lichtquelle zur Erzeugung eines Laserstrahles und ein Fotoelement mit einer angeschlossenen Auswerteelektronik enthält, wobei ein intaktes Werkzeug durch die Beleuchtung mittels des Laserstrahles eine Abschattung auf dem Fotoelement erzeugt und eine Auswertung auf Werkzeugbruch durch die Auswerteelektronik argand der vom Fotoelement gelieferten elektrischen Signale ermöglicht .

er Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Überwachung kleinster Werkzeuge in numerisch gesteuerten Maschinen durch eine Anordnung entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 geschehen kann. Grundlage hierzu ist der Einsatz einer Laserlichtquelle, mittels der direkt oder indirekt ein Laserstrahl mit zumindest bereichsweise derart geringem Durchmesser zur Beleuchtung des Werkzeuges erzeugbar ist, das bei vorhandenem Werkzeug auf dem Fotoelement eine relative Abschattung ausreichender Größe vorliegt. Das Vorhandensein der Abschattung bzw. das Fehlen der Abschattung entsprechen den Zuständen, daß das Werkzeug intakt ist oder Werkzsugbruch vorliegt. Über die an das Fotoelement angeschlossene Auswerteelektronik kann anhand eines binären Signales mit einem O/1-Pegel eine Abschaltung der Maschine bei Werkzeugbrucr* vorgenommen werden. Die Leistung der eingesetzten Laserlichtquelle kann extrem niedrig gehalten werden. So können beispielsweise HeNe-Laser oder auch Laserdioden eingesetztwerden.

Ist die Ausbildung des Laserstrahles zur Erzeugung einer Abschattung auf dem Fotoelement nicht fein gepjg, so kann rfiittels einer Optik, die zwisci<-.r, Laserlichtquelle und Werkzeug angeordnet ist, eine Fokussierung des Laserstrahles vorgenommen und das Werkzeug im Fokusbereich der Optik piaziert werden. Das Fotoelement liegt dementsprechend in dem wieder erweiterten Bereich des Larerlichtstrah.es, in Beleuchtungsrichtung hinter dem Werkzeug. Durch diese Maßnahme kann in vorteilhafter Weise eine größere Meßsicherheit erzielt werden. Ein anderer Vorteil besteht darin, einfachere Las^rllchtquellen, beispielsweise eine Laserdiode, zu verwerden. Da

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Fokussieren in diesem Fall notwendig, wenn keinerle.1 Blenden eingesetzt werden sollen.

Wird das Werkzeug innerhalb eines bestimmten Bereiche:, yeschwenkt oder nimmt es verschiedeno Arbeitspositionen ein und soll es gleichzeitig an jedem Ort auf Werkzeugbruch übprwacht werden, so ist der Einsatz einer zellenförmig ausgebildeten Lichtquelle und eines zellenförmig ausgebildeten Fotoelementes zweckmäßig. Durch die gezielte Zuordnung von einzelnen Elementen. die sich einerseits in der Zeile aus Laserlichtauellen und andererseits in der 7eile aus Fotoelementen befinden, kann das Werkzeug an verschiedenen Trten auf Werkzeugbruch hir überwacht werden.

um die Messung durch entstehende Verschmutzung nicht 7u beeinträchtigen, werden die optisch wirksamen Flächen der Anordnung mittels eines Luftstromes beaufschlagt.

Im folgenden wird anhand von zwei Figuren ein Ausführungsbeispiel beschrieben:

Figur 1 zeigt die Seitenansicht einer Anordnung zur Überwachung von Werkzeugen,

Figur 2 zeigt die Draufsicht einer Anordnung nach Figur 1

mit zellenförmig ausgebildeten optischen Elementen.

In der Figur 1 wird eine Anordnung zur Überwachung von Werkzeugen (4), in diesem Fall einem Miniaturbohrer mit beispielsweise einem minimalen Durchmesser von 50 um, dargestellt. Der Arbeitsabstand (8) zwischen der Optik (2) und Fotoelement (6) muß einerseits zur Erzielung eines durch die Auswerteelektronik (7) auswertbaren Signales zum Erkennen von Werkzeugbruch optimiert und andererseits an die Gegebenheiten der numerisch gesteuerten Maschine angepaßt werden. Die hier dargestellte Laserlichtquelle (1) erzeugt einen Laserstrahl (3), der zur Steigerung der Meßsicherheit der Anordnung durch die Optik (2) gebündelt wird. Die einzelnen Elemente der Anordnung sind so gegeneinander plaziert und ausgerichtet, daß

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das Werkzeug (4) im Fokusbereich (5) des Laserstrahles (3) plaziert ist und dort beleuchtet wird. Das Fotoelement (6) befindet sich im erweitertem Bereich des Laserstrahles (3). Somit wird eine je nach Auslegung der Optik (2) ucd des Atbeitsabstandes (8) variierbare Vergrößerung ausgenutzt. Diese Vergrößerung muß jedoch im Verhältnis zur Größe, also der Fläche des Fotoelementes (6) dimensioniert werden.

Fotoelement (6) liefert entsprechend der vorhandenen oder nicht vorhandenen Absrhattungen elektrische Signale an die Auswerteelektronik (7), die ihiorseits ein binäres Signal als Ausgangssigna] (9) zum Überwachen bzw. zum Abschalten der numerisch gesteuerten Maschine abyibt.

Da für die meisten spanenden Bearbeitungen entsprechende Flüssigkeiten eingesetzt werden, ist es zweckmäßig, die optisch wirksamen Flächen von Laser lichtquelle (1), Optik (2) und Fotoelement (6) ei irch einen Luftstrom freizuhalten. Druckluft führt nicht zu mechanischen Beschädigungen der einzelnen Bauteile &igr; nd ist in der Regel beim Betrieb derartiges Maschinen verfügbar.

Die Figur (2) zeigt in der Draufsicht eine Lichtzeile (j.1), die Laserstrahlen (3) aussendet. Die Lichtzeile (11) besteht aus einzelnen Elementen von Laserlichtquellen. Das Werkzeug (4) ist hier zentral zwischen der Lichtzeile (11) und einer Diodenzeile (61) angeordnet. Die Breite einer Lichtzeile (11) und einer Diodenzeile (61) bzw. die Anzahl der Elemente innerhalb einer bestimmten Breite hängt von der erzielbaren und ein auswertbares Signal produzierenden Abschattung auf der Diodenzeile, sowie von dem gewünschten örtlichen Erkennungsbereich ab. Wie in Figur 1 sind die Auswerteelektronik (7) und das Ausgangssignal (9) angedeutet. Der Vorteil dieser Ausführung der Neuerung liegt in der Möglichkeit die einzelnen Elemente der Lichtzeile (11) den einzelnen Elenenten der Diodenzeile (61) durch logische Verknüpfungen zuzuordnen und somit die Ausdehnung des Meßbereiches zu vergrößern. Somit kann das Werkzeug (A) an verschiedenen Orten erkannt werden und außerdem Werkzeugbruch signalisiert werden.

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Versuche haben ergeben, daß zur Überwachung eines Bohrers mit einem Durchmesser von 50 pm mittels des Einsatzes einer Laserlichtquelle (1) ein auswertbares Signal von der Fotozelle geliefert wird. Mittels der beschriebenen Anordnung lassen sich numerisch gesteuerte Maschinen, bei denen die Schnittkräfte und die Abmessungen de- Werkzeuge (4) sehr klein sind, zuverlässig überwachen. Der Einsatz kostengünstiger, aber breit streuender Laserdioden ist durch den Einsatz einer fokussierenden Optik (2) möglich. Falls eine Lasei1ichtquelIe mit ausreichend kleinem Durchmesser des Laserstrahles (3) eingesetzt wird, kann unter Umständen die Optik (2) entfallen.

5 Schutzansprüche
2 Figuren
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Claims

6 H 15 OE Schutzansprüche

1. Anordnung zur Überwachung von Werkzeugen (4) an numerisch gesteuerten Maschinen, insbesondere zur Erkennung von Werkzeugbruch an Bohrmaschinen in der Leiterplattenfertigung, gekennzeichnet durch ,

- eine Laserlichtquelle (1) zur Erzeugung eines Laserstrahles (3),

- ein Fotoelement (6) mit einer angeschlossenen Auswerteelektronik (7) und

- die Anordnung von Werkzeug (4) und Fotoelement (6) im Lasei otrahl (3), wobei über die Beleuchtung des Werkzeuges (4) mittels des Laserstrahles (3) eine auswertbare Abschattung auf dem Fotoelement (6) erzeugbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Optik (2) den Laserstrahl (3) fokussiert und das Werkzeug (4) im Fokusbereich (5) der Optik (2) angeordnet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Laserlichtquelle (1) und das Fotc element (6) zellenförmig ausgebildet sind.

4. Anordnung nach einem der verhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet , daß opt-isch wirksame Flächen von der Laserlichtquelle (1), der Optik (2) odei dem Fotoelement (6) von einem Luftstrom (10) beaufschlagt sind.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet _f daß zur kontinuierlichen Werkzeugüberwachung eine mechanische Kopplung zwischen Anordnung und Werkzeughalterung vorgesehen ist, wobei die Linearbewegungen des Werkzeuges (4) verfolgt werden.

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