ES2248939T3 - Disposicion de medida para la deteccion de dimensiones de piezas de ensayo, preferentemente de cueerpos huecos, en particular de taladros en piezas de trabajo asi como procedimiento para medir estas dimensiones. - Google Patents

Abstract

CON LA DISPOSICION DE MEDICION Y CON EL PROCEDIMIENTO DEBEN PODER SER REGISTRADAS LAS DIMENSIONES DE LA PIEZA DE ENSAYO DE MANERA FIABLE CON ALTA EXACTITUD. PARA ELLO LA DISPOSICION DE MEDICION MUESTRA UN EQUIPO DE ENDOSCOPIO (10), CON EL QUE A PARTIR DE DOS ABERTURAS DE SALIDA ES PROYECTABLE LA MISMA MUESTRA DE LINEAS PARA LA FORMACION DE UNA MUESTRA MUARE (24) SOBRE LA SUPERFICIE DE LES PIEZA DE ENSAYO (4). LA MUESTRA MUARE (24) SE REGISTRA CON AL MENOS UNA CAMARA Y SE VALORA. A PARTIR DEL RESULTADO DE VALORACION SE DETERMINAN DE FORMA SENCILLA Y CON ALTA EXACTITUD LAS DIMENSIONES A SER MEDIDAS EN LA PIEZA DE ENSAYO (4).

Description

Disposición de medida para la detección de dimensiones de piezas de ensayo, preferentemente de cuerpos huecos, en particular de taladros en piezas de trabajo así como procedimiento para medir estas dimensiones.

La invención se refiere a una disposición de medida según el preámbulo de la reivindicación 1 así como a un procedimiento con utilización de una disposición de medida de este tipo según el preámbulo de la reivindicación 8.

En la mecanización por ejemplo de piezas de trabajo es necesario por lo general que la precisión de mecanizado cumpla determinados requerimientos. Así por ejemplo, un taladro debe presentar una sección transversal de forma circular, y no debe presentar una sección transversal no redonda. Para comprobar la calidad del mecanizado, las piezas de trabajo se comprueban tras el mecanizado, manualmente o en puestos de ensayo, respecto a la calidad de mecanizado requerida. Si se pone de manifiesto un defecto de mecanizado, la pieza de trabajo bien debe ser mecanizada de nuevo, o se desecha. Un nuevo mecanizado de la pieza de trabajo precisa tiempo de mecanizado adicional.

La invención se plantea el problema de configurar la disposición de medida del tipo genérico y el procedimiento del tipo genérico de modo que las dimensiones de las piezas de ensayo se puedan detectar con alta precisión y de modo fiable.

Este problema se resuelve según la invención, en la disposición de medida del tipo genérico, con las características de caracterización de la reivindicación 1, y en el procedimiento del tipo genérico, según la invención, con las características de caracterización de la reivindicación 8.

En la disposición de medida según la invención y en el procedimiento según la invención, sobre la superficie a medir de la pieza de ensayo se proyectan con el dispositivo de endoscopia dos patrones de líneas que se solapan mutuamente, de modo que sobre la superficie se forma un patrón de jaspeado. Este patrón de jaspeado se puede detectar con la cámara. El patrón de jaspeado se puede analizar. A partir del resultado del análisis, las dimensiones a medir en la pieza de ensayo se pueden determinar fácilmente y sin embargo con alta precisión.

Otras características de la invención se deducen de las demás reivindicaciones, de la descripción y de los dibujos.

La invención se explica en detalle con ayuda de un ejemplo de realización representado en los dibujos. Muestran:

Fig. 1, en representación esquemática, una disposición de medida según la invención dispuesta en una herramienta,

Fig. 2, en representación a escala ampliada y en corte axial, la herramienta con la disposición de medida según la invención,

Fig. 3, en representación esquemática, el principio de medida al emplear la disposición de medida según la invención,

Fig. 4, en una representación correspondiente a Fig. 3, diferentes posibilidades para la puesta en práctica del procedimiento de medida con utilización de la disposición de medida según la invención,

Fig. 5, en representación esquemática, diferentes ejemplos para la puesta en práctica del procedimiento de medida con utilización de dos máscaras.

Con la disposición de medida se pueden detectar fácilmente, y sin embargo con precisión, dimensiones de cuerpos huecos, preferentemente de taladros en piezas de trabajo. Por ejemplo, con la disposición de medida se puede detectar fácilmente y con precisión el diámetro de un taladro en la pieza de trabajo. Es posible además efectuar esta medición ya durante el mecanizado mediante una herramienta, y en base a la medición reconducir la herramienta y/o la pieza de trabajo a mecanizar en tiempo real hasta alcanzar el resultado prescrito. Entre los ciclos de mecanizado y medida individuales sobre la pieza de trabajo no es necesaria traslación ni cambio alguno de la herramienta y/o de la pieza de trabajo. Por el contrario, el resultado del trabajo, por ejemplo la redondez de un taladro o su diámetro, se miden y analizan preferentemente directamente durante el mecanizado. Por tanto, los defectos de mecanizado se pueden reconocer y corregir inmediatamente. La pieza de trabajo mecanizada, terminada, no precisa comprobación adicional alguna. Como se puede llevar a cabo una corrección durante el mecanizado, se obtienen tiempos de mecanizado muy cortos y sobre todo calidades resultantes excepcionales. Se aumenta también la vida de duración de las herramientas, porque gracias a la medición y análisis en tiempo real durante el mecanizado, la herramienta se puede utilizar óptimamente durante largo tiempo para el mecanizado.

Es posible también llevar a cabo el mecanizado en la pieza de trabajo con la herramienta y medir y analizar el resultado del mecanizado inmediatamente a continuación. Si el resultado del mecanizado no corresponde a los requerimientos deseados, inmediatamente a continuación se corrige en la medida necesaria la herramienta y/o la pieza de trabajo y se lleva a cabo un nuevo mecanizado.

Con ayuda de los dibujos se describe la variante, en la que la medición del resultado del trabajo se lleva a cabo ya durante el mecanizado.

Las Fig. 1 y 2 muestran esquemáticamente una herramienta 1, que puede ser una fresa, una broca y similar. La herramienta 1 tiene una parte de trabajo 2, con la que se fabrica y/o mecaniza un taladro 3 en una pieza de trabajo 4. La parte de trabajo 2 sobresale de una parte cónica 5 en un mandril de sujeción 6, con el que la herramienta 1 es fijada de manera conocida en un alojamiento 7 para la herramienta. El alojamiento 7 para la herramienta se señala con líneas de trazos y puntos en Fig. 2 y tiene una ranura 8 para uñeta, en la que puede engranar de manera conocida una uñeta de un aparato de manipulación, como por ejemplo un cambiador de herramientas. El alojamiento 7 para la herramienta es insertado en una unidad de husillo de una máquina de mecanizar y accionado en rotación de manera conocida.

El cono 5 de la herramienta 1 adelgaza en dirección hacia la parte de trabajo 2 y está situada con cierta separación axial tanto respecto al alojamiento 7 para la herramienta como respecto a la pieza de trabajo 4, que es mecanizada con la herramienta 1.

La herramienta 1 tiene un taladro axial central 9, en el que está alojado un sistema óptico de endoscopia 10. El taladro 9 se extiende en toda la longitud de la herramienta 1 y está cerrado por el extremo del lado de la parte de trabajo, por lo que las virutas y similares que se producen durante el mecanizado de la pieza de trabajo 4 no pueden llegar al sistema óptico de endoscopia 10. El sistema óptico de endoscopia 10 se extiende a través del alojamiento 7 para la herramienta hasta un cabezal de cámara 11, que puede ser fijo, pero también móvil conjuntamente. Dentro del alojamiento 7 para la herramienta se encuentra una unidad de iluminación 12 con proyector de marcas, con el que se genera de manera conocida la luz necesaria para el sistema óptico de endoscopia 10.

Según las necesidades de la realización mecánica, el sistema óptico formado por el cabezal de cámara 11 y el proyector de marcas 12 (unidad de iluminación) puede estar realizado plegado mediante procedimientos ópticos conocidos.

El sistema óptico de endoscopia 10 tiene un delgado tubo 13, que se extiende a través del taladro central 9 de la herramienta 1 y que está provisto de un sistema de lentes o de un sistema óptico de fibra de vidrio. La herramienta 1 presenta al menos una abertura de visión 14, a través de la cual el sistema óptico de endoscopia 10 puede ver la zona de mecanizado de la herramienta. En Fig. 2 se señala mediante flechas que la abertura de visión 14 puede estar prevista en diferentes puntos de la herramienta 1. La posición de la abertura de visión 14 depende de qué mecanizado se ha de efectuar en la pieza de trabajo 4 y/o qué zona de la pieza de trabajo se ha de vigilar durante el mecanizado. Es posible también, naturalmente, prever dos o más aberturas de visión 14 en diferentes puntos de la herramienta 1. El sistema óptico de endoscopia 10 está dispuesto de modo que la observación del resultado del mecanizado sea posible a través de la ventana de visión 14 respectiva. Para ello, el dispositivo óptico de endoscopia 10 está provisto de una parte de observación 27 (Fig. 1), que está dispuesta detrás de la abertura de visión 14 y que está unida con el cabezal de cámara 11. Si la herramienta 1 tiene dos o más aberturas de visión 14 en diferentes puntos, es ventajoso que el tubo 13 del dispositivo óptico de endoscopia 10 esté alojado de modo desplazable en el taladro 9 de la herramienta 1, a fin de que la parte de observación 27 se sitúe detrás de la correspondiente abertura de visión 14.

A través del taladro 9 se puede conducir, de manera conocida, refrigerante durante el mecanizado de la pieza de trabajo 4. El sistema óptico de endoscopia 10 está incrustado en este caso en un encapsulado.

La transmisión electrónica de señales desde el sistema óptico de endoscopia se efectúa mediante dos anillos de transmisión 15 y 16. El anillo de transmisión 15 se asienta sobre el mandril de sujeción 6 de la herramienta 1, que está rodeado a pequeña distancia por el anillo de transmisión 16. Los dos anillos de transmisión 15, 16 forman contactos o respectivamente emisores/receptores para una transmisión electrónica de energía y señales. Las señales procedentes del cabezal de cámara 11 son transmitidas a través de esta interfaz hacia fuera, hacia un ordenador (no representado).

La unidad de iluminación 12 puede estar dispuesta también fuera del alojamiento 7 para la herramienta, por ejemplo en el recinto de trabajo libre. También el proyector de marcas puede estar situado en el recinto de trabajo libre. En el extremo libre del tubo 13 están dispuestos, a la altura de la abertura de visión 14, dos divisores de haz 17 dispuestos axialmente en serie. Aguas debajo de ellos están dispuestas lentes abatidas 18, que están dispuestas fuera del tubo 13, dentro de la abertura de visión 14. Las dos lentes 18, que pueden estar dispuestas también dentro del tubo 13 del sistema óptico de endoscopia 10, están inclinadas de modo que la luz que pasa a través de ellas incide sobre una zona común 19 sobre la pared interior 20 del taladro 9 de la pieza de trabajo 4 (Fig. 2). A través de la abertura de visión 14 se puede observar y detectar durante el mecanizado, en el ejemplo de realización representado, la mitad inferior del taladro ciego 9 de la pieza de trabajo 4. Según la posición de la abertura de visión 14 se pueden detectar diferentes zonas del taladro 9, también su fondo.

Las zonas de la pieza de trabajo detectadas por la parte de observación 27 son transmitidas al cabezal de cámara 11 en forma de señales luminosas. Éste puede estar provisto de un filtro de polarización o de color 21. También la unidad de iluminación 12 puede estar provista de un filtro de polarización o de color 21 de este tipo. El cabezal de cámara 11 puede estar configurado de manera conocida. Las señales son analizadas y tratadas correspondientemente por él.

Con la configuración descrita se mide por ejemplo el diámetro del taladro 9 de la pieza de trabajo 4. Para ello, mediante el sistema óptico de endoscopia 10 se proyectan sobre la pared interior 20 del taladro 9 en la zona superficial 19 dos patrones de líneas iguales 22 (Fig. 5). En la zona superficial 19 se forma por tanto un patrón de jaspeado 24 (Fig. 1 y 5), que es observado con la parte de observación 27. Según la configuración del patrón de jaspeado 24 se pueden sacar conclusiones sobre la zona superficial 19. Los dos patrones 22, 23 de líneas, que son idénticos, son proyectados, de manera conocida, desde fuera a través del sistema óptico de endoscopia 10 sobre la zona superficial 19.

En Fig. 5 se representan a título de ejemplo tres patrones de superposición diferentes 24, que vienen determinados por la relación de la base 25 (separación mutua de las lentes 18) y su separación 26 respecto al plano de proyección (zona superficial 19). La base 25 es igual en las tres formas de realización. La separación vertical 26 entre las lentes 18 y el plano de proyección 19 es mínima en el ejemplo de realización superior. Se obtiene por tanto un patrón de jaspeado 24 determinado.

En el ejemplo de realización central en Fig. 5, la separación 26 es mayor que en la forma de realización superior. Se obtiene por tanto también un patrón de jaspeado 24 diferente al del ejemplo de realización superior.

En el ejemplo de realización inferior en Fig. 5 la separación 26 es máxima. Se obtiene por tanto de nuevo un patrón de jaspeado 24 distinto.

Los tres ejemplos de realización muestran que mediante la forma del patrón de jaspeado 24 se puede sacar una conclusión sobre la separación entre la herramienta 1 y la pared interior 20 del taladro 9. Esta separación 26 es por tanto también una medida para el radio o bien el diámetro del taladro 9. De esta manera se puede determinar fácilmente, y sin embargo con alta precisión, por medio del patrón de jaspeado 24, si el radio o bien el diámetro del taladro corresponde al valor prescrito.

Con ayuda de Fig. 3 se describe en general el principio de medida por medio del patrón de superposición 24. Los patrones 22, 23 de líneas (Fig. 5) contienen líneas microscópicas, que mediante la disposición jaspeada son trasformadas en estructuras macroscópicas, fáciles de reconocer. Fig. 3 muestra en general una unidad de proyección, que en el ejemplo de realización descrito está formada por la herramienta 1 con el sistema óptico de endoscopia 10. Los dos patrones de líneas 22, 23 son proyectados mediante las dos lentes 18 sobre la superficie 20 del objeto a comprobar 4, en el ejemplo de realización descrito la pared interior del taladro de la pieza de trabajo. La parte de observación 27 se encuentra centralmente entre las dos lentes 18. Con la parte de observación 27 se detecta la zona superficial 19, sobre la que se forma el patrón de jaspeado 24 mediante superposición de los patrones 22, 23 de líneas. La separación entre la unidad de proyección 1 y el objeto 4 se designa con 26 y es máxima en el ejemplo de realización izquierdo en Fig. 3. Debido a la superposición de los patrones de líneas se obtienen sucesiones claro-oscuro, habiéndose designado la zona clara con K2 y la zona oscura con K1. La resolución depende de la separación mínima alcanzable \Deltat de las sucesiones claro (K2) - oscuro (K1) la dirección de la separación 26.

En el ejemplo de realización central de la Fig. 3 la separación 26 es menor que en el ejemplo de realización izquierdo. Se obtiene en consecuencia una sucesión claro-oscuro distinta, que conduce a un patrón de jaspeado distinto.

En el ejemplo de realización derecho en Fig. 3 la separación 26 es mínima. Se obtiene en correspondencia nuevamente una sucesión claro-oscuro distinta y por tanto también un patrón de jaspeado distinto.

En Fig. 4 se aprecia que es posible una codificación y un reconocimiento de la separación mediante diferentes frecuencias de líneas en los patrones 22 y 23 de líneas. En el ejemplo de realización superior de la Fig. 4 está prevista una frecuencia de líneas muy alta. En la zona de superposición 24 se obtiene sin embargo, gracias al efecto de jaspeado, una imagen a una frecuencia local más baja. La amplitud en el campo de medida 19, que cambia rápida y periódicamente con la separación entre objeto 4 y parte de observación 27 (Fig. 4a, imagen derecha e izquierda), es una medida no unívoca para la separación. Como la periodicidad de las amplitudes en el campo de medida 19 y la frecuencia de líneas varían en la misma medida (Fig. 4, compárense secuencias a)-c), izquierda o derecha), el carácter unívoco se puede conseguir mediante una disminución sucesiva de las frecuencias de líneas hasta el doble de la separación entre objeto 19 y parte de observación 27.

Se muestra de nuevo la dependencia del patrón de jaspeado respecto a la separación entre la parte de observación 27 y el objeto 4. En la representación izquierda, la parte de observación 27 detecta blanco, y en la imagen derecha negro.

En la forma de realización representada abajo en Fig. 4, los patrones 22, 23 de líneas tienen una frecuencia de líneas muy pequeña, por lo que el patrón de jaspeado 24 obtenido mediante la superposición de los patrones 22, 23 de líneas tiene una frecuencia de líneas pequeña. Según la separación entre la parte de observación 27 y el objeto 4, la parte de observación 27 en la disposición izquierda (gran separación) detecta blanco en el campo de medida 19, y en la disposición derecha (pequeña separación) también blanco.

Si las diferentes frecuencias de líneas según Fig. 4 se proyectan simultáneamente, es posible una codificación binaria directa de la medida de la separación. Según la separación entre la parte de observación 27 y el objeto 4 se obtienen, para la proyección simultánea de diferentes frecuencias de líneas, diferentes patrones de jaspeado 24a, 24b.

Mediante el aprovechamiento del patrón de jaspeado 24, a saber mediante la proyección de los patrones 22, 23 de líneas sobre el objeto 4 a medir, se aprovecha la resolución del sistema óptico de endoscopia 10 hasta el límite de resolución. Se pueden detectar por tanto dimensiones mínimas sin dificultades. Así por ejemplo, con el procedimiento descrito se puede detectar incluso la micro-rugosidad de una superficie.

La disposición de medida no tiene que estar dispuesta en una herramienta, sino que se puede emplear también como unidad de medida independiente, separada de la herramienta. Así por ejemplo es posible, tras el mecanizado de la pieza de trabajo 4 con la herramienta 1, introducir en el taladro 9 la unidad de medida separada a continuación de la extracción de la herramienta, y efectuar las mediciones necesarias. El objeto a medir no tiene que ser una pieza de trabajo, sino que puede ser cualquier pieza de ensayo apropiada, sobre la que hay que efectuar mediciones. Con la disposición de medida se pueden detectar en particular dimensiones de cuerpos huecos. Si la superficie de la pieza de ensayo diera lugar a reflejos, se prevén ventajosamente los filtros de polarización 21 en el cabezal de cámara 11 y en la unidad de observación 12, para mejorar el contraste del patrón de jaspeado 24 proyectado. Los filtros de polarización 21 en el cabezal de cámara 11 y en la unidad de observación 12 están dispuestos en posición mutuamente cruzada. En lugar de los filtros de polarización 21 se pueden emplear también métodos de selección de colores para superficies reflectantes de las piezas de ensayo 4. Así, en lugar de los filtros de polarización 21 se pueden emplear también filtros de color en el cabezal de cámara 11 y en la unidad de observación 12. Los divisores de haz 17 del sistema óptico de endoscopia 10 están configurados selectivos en correspondencia.

Para aumentar la fracción de la luz difractada sobre la superficie 20 del objeto 4, las herramientas 1 pueden llevar estructuras o revestimientos para aumentar la micro-rugosidad. También es posible emplear emulsiones de mecanizado para aumentar la micro-rugosidad.

Sobre la superficie 20 del objeto 4 se pueden aplicar pigmentos fluorescentes para conseguir una mejora del contraste en la formación del patrón de jaspeado 24. Ahora bien, los pigmentos fluorescentes aplicados pueden servir también para la separación entre camino óptico del haz de proyección y camino óptico del haz de imagen del sistema óptico de endoscopia 10.

Una configuración particularmente ventajosa consiste en alojar el sistema óptico de endoscopia 10 de la manera descrita en la herramienta 1. Los procesos de mecanizado y de medida se desarrollan entonces sin cambio de herramienta alguno.

También es posible básicamente observar simultáneamente con el sistema óptico de endoscopia, por ejemplo a través de dos aberturas de visión previstas en puntos diferentes de la herramienta 1, diferentes zonas de mecanizado en la pieza de trabajo 4. Para poder asociar ópticamente las informaciones correspondientes, se puede por ejemplo puede polarizar la luz. En este caso, las señales se pueden asociar a la abertura de visión respectiva 14 mediante diferente polarización. Otra posibilidad de asociación sería la utilización de luz de color con un divisor de haz selectivo correspondiente. Mediante la diferenciación de colores se pueden asociar también las señales emitidas a la abertura de visión respectiva 14.

Como herramientas, se pueden equipar con el sistema óptico de endoscopia herramientas de fresar, herramientas de mandrilar, cuchillas de torno, herramientas de amolar y similares. Con tales herramientas es posible entonces una medición en tiempo real así como una corrección en tiempo real. Ya durante el mecanizado de la pieza de trabajo 4 mediante la herramienta 1 se puede detectar el resultado del mecanizado y compararlo con valores prescritos predeterminados. Según el resultado de la comparación prescrito-actual se pueden llevar a cabo correcciones ya durante el mecanizado.

Claims (12)

1. Disposición de medida para la detección de dimensiones de piezas de ensayo, preferentemente de cuerpos huecos, en particular de taladros en piezas de trabajo, caracterizada porque la disposición de medida presenta un dispositivo de endoscopia (10), con el que desde dos aberturas de salida se puede proyectar el mismo patrón (22, 23) de líneas para la formación de un patrón de jaspeado (24) sobre la superficie (20) de la pieza de ensayo (4), y porque el patrón de jaspeado (24) se puede detectar con al menos una cámara (11).

2. Disposición de medida según la reivindicación 1, caracterizada porque el dispositivo de endoscopia (10) está alojado preferentemente en un alojamiento axial (9) de la herramienta (1).

3. Disposición de medida según la reivindicación 1 o 2, caracterizada porque el dispositivo de endoscopia (10) presenta un tubo (13), que está provisto en el extremo libre de al menos dos aberturas de salida (14), detrás de las cuales se encuentra ventajosamente al menos una parte de observación (27).

4. Disposición de medida según la reivindicación 3, caracterizada porque delante de las aberturas de salida (14) están dispuestos sendos elementos de lente abatidos (18), que están preferentemente abatidos de modo que los haces de proyección del dispositivo de endoscopia (10) que pasan a través de ellos forman el patrón de jaspeado (24) sobre la superficie (20) de la pieza de ensayo (4).

5. Disposición de medida según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la cámara (11) está provista de un filtro de polarización (21).

6. Disposición de medida según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el dispositivo de endoscopia (10) presenta una unidad de iluminación (12), que está provista de un proyector de marcas y/o de un filtro de polarización (21).

7. Disposición de medida según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque para mejorar el contraste del patrón de jaspeado proyectado (24) están previstos elementos seleccionadores de colores, tales como filtros de color, divisores de haz selectivos y similares.

8. Procedimiento para la medida de las dimensiones de piezas de ensayo empleando la disposición de medida según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque sobre la superficie (20) de la pieza de ensayo (4) se genera un patrón de jaspeado (24), que es detectado y analizado.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque se emplean dos patrones (22, 23) de líneas iguales para generar el patrón de jaspeado (24), y porque preferentemente se proyectan simultáneamente diferentes frecuencias de líneas para generar el patrón de jaspeado (24) sobre la superficie (20) de la pieza de ensayo (4).

10. Procedimiento según la reivindicación 8 o 9, caracterizado porque las herramientas (1) que mecanizan la pieza de ensayo (4) presentan estructuras o revestimientos, que mediante la generación de una micro-rugosidad aumentada sobre la pieza de ensayo (4) facilitan la clasificación del valor de medida.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque se emplean emulsiones de mecanizado para aumentar la micro-rugosidad de la superficie (20) a medir, provista ventajosamente de pigmentos fluorescentes, de la pieza de ensayo (4).

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque para aumentar la resolución se emplea una rejilla modulada en intensidad de forma sinusoidal como ayuda para la determinación de fases.