FI111412B - Laitteisto ja menetelmä työstökoneen toiminnallisen tehokkuuden määrittämiseksi - Google Patents

Description

111412

Laitteisto ja menetelmä työstökoneen toiminnallisen tehokkuuden määrittämiseksi 5 Keksinnön ala Tämä keksintö liittyy patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määriteltyyn numeerisesti ohjattavaan työstökeskukseen.

10 Tekniikan tason Ivhvt kuvaus

Miehitetyissä ja miehittämättömissä levymetallin käsittelykoneissa on suuri merkitys sillä, miten tehokkaasti työkalu tekee reiän tai aukon työlevyyn. Levymetallin työstökoneessa on kaksi perustilannetta, joissa 15 meisti ei enää toimi kunnolla eli on rikkoutunut. Ensimmäinen tilanne on se, kun työkalua on käytetty lukuisia kertoja ja sen leikkaava osa on tullut asteittain tylsemmäksi, kunnes se ei enää leikkaa. Toinen tilanne on se, kun työkalu lastuaa, mikä tarkoittaa sitä, että työkalu on toiminnallisesti heikkotehoinen eli on kokonaan tai osittain rikkoutunut ja että 20 työkalun tekemät aukot ovat huonolaatuisia.

Tarkemmin selitettynä jos käytetään kokonaan tai osittain rikkoutunutta työkalua, se saattaa juuttua työlevyyn, kun työkalulla yritetään tehdä reikää, ja kun työkalu vedetään takaisin, työlevy saattaa pullistua siltä 25 kohdalta. Työlevy saattaa pullistua myös sitä kiinni pitävien tarrainten kohdalta, ja jos käyttäjä tai joku muu henkilö on lähettyvillä, saattaa työlevyn odottamaton irtoaminen aiheuttaa turvallisuusriskin ja mahdollisesti aiheuttaa hänelle vahinkoa.

30 Toinen ongelma syntyy, jos käyttäjä ei huomaa, että työstöväline ei enää tee kunnollisia reikiä työlevyyn. Seurauksena voi olla, että työs-tämätön työlevy menee tuotantolinjassa jatkokäsittelyyn. Työlevyt, joissa ei ole kaikkia tarvittavia reikiä, ovat tietenkin käyttökelvottomia. Tästä seuraa tuotantokustannusten nousua.

Vielä muitakin ongelmia esiintyy, kun levytyöstökonetta käytetään osana automaattista miehittämätöntä työstökeskusta. Niissä tapauk- 35 2 111412 sissa, joissa ei ole ihmistä valvomassa työstöä, mahdollisuudet ovat jopa suuremmat sille, että työlevystä puuttuu reikiä tai siinä on huonolaatuisia reikiä (eli reikiä, jotka eivät ole puhtaita ja joissa on esimerkiksi lastuja reunoilla), joita on laajennettava. Tämä aiheuttaa vii-5 veitä jakeluun ja tulojen menetyksiä.

Tunnetaan järjestelmiä, joilla työkalun vikaantuminen voidaan havaita. Esimerkiksi US-patentissa 4 420 685 on esitetty menetelmä, jossa rikkoutunut työkalu havaitaan mittaamalla työlevyn työstössä syntyvien 10 lastujen ja partikkeleiden määrä. US-patentissa 4 918 616 taas on esitetty menetelmä, jossa työstövälineen läheisyyteen on asennettu signaaligeneraattori, josta lähtee signaali työlevyä kohden. Signaali-generaattorista lähtevällä signaalilla ohjataan akustisen säteilyn siirtojärjestelmää, joka on myös asennettu työstövälineen läheisyyteen.

15 Akustisen säteilyn siirtojärjestelmästä saatava keinotekoinen signaali suunnataan työstövälinettä kohti. Tähän keinotekoiseen signaaliin saadaan työstövälineeltä vastauksena akustinen signaali, joka tunnistetaan ja analysoidaan, ja sen tuloksena päätellään, onko työkalu rikkoutunut.

20 US-patentissa 4 228 514 on esitetty menetelmä, jossa poranterän kuluminen päätellään sen pyörimisnopeudesta. US-patentissa 4 176 396 on puolestaan esitetty työkalun kulumisen havaitsemismenetelmä, jossa käytetään hyväksi anturia, joka lähettää työkalun leikkausprofiiliin 25 verrannollisen signaalin. Leikkausprofiiliin liittyvä tieto on tallennettu tiedonkäsittelyjärjestelmään siinä vaiheessa, kun työkalu on alun perin otettu käyttöön. Tätä tietoa verrataan päivitettyyn leikkaus-tietoon, josta päätellään työkalun kulumisen aste.

30 US-patentissa 3 841 149 on myös kuvattu menetelmä työkalun kulumisen havaitsemiseksi. Siinä käytetään vertailuarvona suhteellisen kulumattoman työkalun lähettämää laajakaistaista värähtelyenergiaa. Sitä verrataan työkalun värähtelyenergiatasoihin peräkkäisten ja säännöllisten työkalun käyttöjaksojen aikana, minkä perusteella työkalun kulu-35 minen voidaan päätellä.

3 111412 US-patentissa 3 694 637 on esitetty menetelmä työkalun kulumisen tarkkailemiseksi, jossa Fourier-analyysia käytetään työkalun värähtelyominaisuuksien muuttamiseksi tehotaajuusjakaumaksi, jota voidaan verrata testityökalusta saatuun vertailujakaumaan. US-patentin 5 3 694 637 mukaiset eri jakaumat analysoidaan minitietokoneella, ja työkalun värähtelyominaisuudet on saatu kiihtyvyysmittarin avulla. US-patentissa 4 031 368 on esitetty vielä eräs menetelmä työkalun kulumisen päättelemiseksi. Tässä menetelmässä käytetään leikkaavasta työkalusta mitattuja suureita, kuten rintapinnan kuluminen, sivupinnan ku-10 luminen ja jättöpinnan kuluminen, työstetyn työkappaleen mittasuhteita, sen värähtelyä, poikkeamaa ja pinnan karheutta jne. Näistä tiedoista voidaan ohjauselintä apuna käyttäen laskea työkalun odotettavissa oleva elinikä.

15 Geen ym. artikkelissa "Automatic Detection of Cutting Tool Failure" on käsitelty kolmea käytettävissä olevaa menetelmää työkalun rikkoutumisen havaitsemiseksi. Menetelmät ovat: akustisen säteilyn tarkkailu, leik-kausvoiman mittaus ja tehon mittaus.

20 Nykyisen tekniikan tason mukaisissa työkalun rikkoutumisen havaitse-misjärjestelmissä on huomio pääasiassa kiinnitetty pelkästään työkaluun. Suurin piirtein kaikissa tunnetuissa ratkaisuissa on otettava huomioon työkalun liikkeet, mikä usein edellyttää monimutkaisten kytkentöjen suunnittelua värähtelyn ja työkalun liikkeiden eliminoimiseksi. Li-25 säksi työkalun tarkkailun tarve aiheuttaa sen, että tarkkailumekanismi on sijoitettava lähelle työkalua. Tarkkailujärjestelmän sijoittaminen lähelle liikkuvaa työkalua on usein vaikeaa, jopa mahdotonta. Lisäksi työkalun kulumisen havaitseminen hydraulisissa työstökoneissa em. menetelmiä käyttäen edellyttää hydraulisen paineen tunnistavan me-30 kanismin käyttöä. On kuitenkin olemassa lukematon joukko mekaanisia laitteita, joihin hydraulisen paineen antureita ei voida asentaa.

Keksinnön kuvaus 35 Keksijä on havainnut, että turvallisin ja varmin tapa rikkoutuneen työkalun havaitsemiseksi on työkalun tekemän reiän (tai aukon) laadun arviointi. Yksinkertaistaen keksijä on havainnut seuraavat kolme vaih- 4 111412 toehtoa, kun työkalulla on työstetty työlevyä reiän tai aukon tekemiseksi: (a) ei reikää tai aukkoa, (b) viallinen reikä tai aukko, ja (c) moitteeton reikä tai aukko. Siinä tapauksessa, että työkalu tekee moitteettoman reiän, järjestelmän käyttäjän ei ilmeisestikään tarvitse 5 puuttua työstöön. Näin ei kuitenkaan ole tapauksissa (a) ja (b), jolloin reikä puuttuu tai on huonolaatuinen.

Keksijä on siis tullut siihen johtopäätökseen, että työkalun teho voidaan päätellä reikää tutkimalla missä tahansa työstön vaiheessa. Koska me-10 netelmää voidaan käyttää kauempana varsinaisesta työstö- tai leik-kaustapahtumasta, tällainen reiäntutkimismenetelmä antaa joustavuutta järjestelmään. Koska laitteisto voidaan sijoittaa kauemmaksi työstökoneista, voidaan reikien laadun määrittämiseksi käyttää monenlaisia eri laitteistoja, jolloin voidaan käyttää luotettavampia ja halvempia 15 menetelmiä nykyisin käytössä oleviin verrattuna.

Keksijä tarkastelee erityisesti laitteita ja menetelmiä, joilla työkalun työ-levyyn tekemä reikä voidaan arvioida ja korreloida sen laatu työkalun toiminnan tehokkuuteen. Esimerkiksi voidaan käyttää valosähköistä 20 mekanismia, jossa anturi tunnistaa työkalun tekemät reiät. Toinen käytännön esimerkki, jota keksijä tarkastelee, käsittää kameran, jolla tunnistetaan reiän muoto, jota verrataan ennalta tallennettuun uuden työkalun tekemään reikään eli täydelliseen tai haluttuun reikään. Keksijä tarkastelee vielä erästä mekanismia, jossa mekaaninen koetin tai 25 mekaanisten koetinelementtien joukko mittaa fyysisesti reiän olemassaolon ja laadun. Reiän laadun määrittämiseksi on tarkasteltu liikkuvaa koetinta, joka tallentaa koordinaatit, joihin se koskee.

Riippumatta siitä, mitä mekanismia käytetään, sijoittamalla työkalun 30 työlevyyn tekemien reikien havaitsemismekanismi lähelle työkalua mutta ei kiinni siihen, voidaan tehtyjen reikien määrittäminen tehdä samanaikaisesti kun työlevy on käsiteltävänä työpöydällä tuotantoajon aikana. Tällainen yhtäaikaisen valmistamisen ja tutkimisen ansiosta minimoidaan - jopa eliminoidaan - reiän havaitsemisesta johtuvat me-35 netetyt tuotantoajat. Tämän keksinnön tarkoituksena on esittää menetelmä työkalun toiminnan tehokkuuden mittaamiseksi.

5 111412

Keksinnön mukaiselle numeerisesti ohjattavalle työstökeskukselle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnus-merkkiosassa.

5

Piirustusten kuvaus Tämän keksinnön edellä mainittuja tavoitteita ja etuja selvitetään lähemmin ja itse keksintöä havainnollistetaan viittaamalla seuraavaan 10 keksinnön suoritusmuotojen kuvaukseen, johon liittyvät oheiset piirustukset. Piirustuksissa kuva 1 on sivukuvanto esimerkinomaisesta levymetallin työasemasta, johon keksinnön mukainen järjestelmä on sovel-15 lettavissa, kuva 2 on tasokuvanto kuvan 1 mukaisesta työasemasta, kuva 3 on yksinkertaistettu lohkokaavio tämän keksinnön esimer- 20 kinmukaisesta järjestelmästä, kuva 4 on tasokuvanto revolverista ja keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon tunnistinmekanismin suhteellisesta sijainnista, 25 kuva 5 on sivukuvanto keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaisesta mekanismista, kuva 6A on tasokuvanto keksinnön toisen suoritusmuodon tunnis-30 tinmekanismista, kuva 6B on sivukuvanto kuvan 6A suoritusmuodon mekanismista, 35 kuva7A on tasokuvanto keksinnön erään muun suoritusmuodon tunnistinmekanismista, 6 111412 kuva7B on sivukuvanto kuvan 7A tunnistinmekanismista, kuva7C on osittainen tasokuvanto kuvan 7B tunnistinmekanismin magneettisesti johtavista kerroksista, 5 kuva 8 on yksinkertaistettu lohkokaavio vielä eräästä keksinnön suoritusmuodosta, ja kuva 9 on keksinnön toimintoja kuvaava vuokaavio.

10

Keksinnön yksityiskohtainen kuvaus

Kuviin 1 ja 2 viitaten esitetään automaattinen levymetallin työasema, johon keksinnön mukaista järjestelmää voidaan soveltaa, sivukuvan-15 tona (kuva 1) ja tasokuvantona (kuva 2). Vaikka tässä yhteydessä on esitetty levymetallin työstökeskus, on huomattava, että tämän keksinnön mukainen järjestelmä soveltuu yhtä hyvin yksittäisiin työstökoneisiin, kuten meisteihin, laserleikkaimiin ja plasmaleikkaimiin. Lisäksi on huomattava, että revolverireikämeistien ja laserleikkaimien lisäksi ku-20 vien 1 ja 2 mukainen työstökeskus voi käsittää muitakin työkaluja, kuten plasmaleikkaimia.

Kuten piirustuksista käy ilmi, automaattisessa levymetallin työasemassa 2 on alustarunko 4, johon on asennettu ylärunko 6. Viitenume-25 rolla 8 on merkitty työpöytä, jonka päälle on sijoitettu työlevy 10. Kuvissa esitettyä automaattista levymetallin työasemaa varten on runkoon 4 asennettu liikkuvasti ensimmäinen kuljetin 12, joka on liikuteltavissa nuolten Y suunnassa. Kuljettuneen 12 on asennettu liikkuvasti toinen kuljetin 14, joka on liikuteltavissa ensimmäistä kuljetinta 12 pitkin nuol-30 ten X suunnassa. Kaksi tarrainta 16 on yhteydessä toiseen kuljettimeen 14. Kuten on esitetty US-patentissa 4 658 682, jonka selitykseen tässä yhteydessä viitataan, kussakin tarraimessa 16 on leukapari 18 työlevyyn 10 tarttumiseksi.

35 Ylärunkoon 6 on kiertyvästi asennettu myös revolveripää 20, johon voidaan kiinnittää liikkuvasti useita työkaluja, joista työkalut 22 ja 24 on esitetty kuvissa 1 ja 2. Kuten on hyvin tunnettua, revolveripäätä 20 voi- 7 111412 daan kiertää keskiakselin ympäri (CT kuvassa 4) siten, että kukin työkalu, joka on sovitettu liikuteltavasti sen kehäosan vastaavaan liittimeen, voidaan kohdassa 26 sijoittaa meistin alle reiän tai aukon aikaansaamiseksi työlevyyn 10. Kuten kuvasta 2 käy ilmi, ensimmäinen 5 kuljetin 12 on liikuteltavissa Y-akselia ja toinen kuljetin 14 X-akselia pitkin, jolloin työlevyä 10 voidaan liikuttaa mihin tahansa työpöydällä 8 yhdistämällä kuljettimien 12 ja 14 liikkeitä. Näin ollen haluttu osa työlevyä 10 voidaan liikuttaa kohtaan 26 työkalun 24 alle siten, että meisti voi iskeä työkalua 24 aukon aikaansaamiseksi haluttuun osaan työle-10 vyä10.

Kuten on tunnettua, kuvassa 2 esitetyn mukaista levymetallin työasemaa 2 ohjataan numeerisella tietokoneohjauksella (CNC) 28, joka on yhdistetty työasemaan 2 kaapeleilla kaapelijohtimen 30 välityksellä.

15

Sen lisäksi, että meistillä voidaan tehdä reikiä työlevyyn 10 kohtaan 26, voidaan reikiä ja aukkoja tehdä työlevyyn 10 myös käyttämällä laser-leikkainta (tai plasmaleikkainta), jonka leikkauspää on esitetty viitenumerolla 32. Lasersäteen kulkureitti leikkauspään 32 ja lasergeneraatto-20 rin välillä (ei esitetty) on merkitty viitenumerolla 34. Koska tällainen la-serleikkain on hyvin tunnettu ja esitetty esimerkiksi US-patentissa Re 31 042, asian enempi käsittely ei ole tässä tarpeellista. Riittäköön, kun sanotaan, että laserleikkaimen pää 32 leikkaa työlevyä 10 laserener-gian ja hapetetun nesteen yhdistelmällä.

25

Kuten edellä jo mainittiin, laserleikkaimen ei tarvitse työstää yhdessä revolverireikämeistin kanssa, koska laserleikkain voi todellisuudessa olla yksittäinen laite. Näin ollen tämä keksintö ei rajoitu ainoastaan la-serleikkaimiin, revolverireikämeisteihin tai plasmaleikkaimiin, koska 30 keksintöä voidaan soveltaa mihin tahansa työstökoneeseen, jolla voidaan tehdä aukkoja työlevyyn. Kuitenkin kuvan 2 mukaisessa työasemassa voidaan työlevyyn 10 tehdä reikiä sekä revolverireikämeistillä että laserleikkaimella.

35 Kuvassa 3 on esitetty yksinkertaistettu lohkokaavio ja työpöydällä 8 olevan työlevyn 10 sivukuvanto. Työlevy 10 ja työpöytä 8 on numeroitu samoin kuin kuvissa 1 ja 8.

8 111412

Kuten on esitetty, tavanomainen anturi 36 on sijoitettu työpöydän 8 aukon 38 alapuolelle. Tällöin työlevy 10, tarkemmin sanottuna valittu osa työlevyä 10, johon on tehty aukko 40, on sijoitettu anturin 36 ylä-5 puolelle, joka tunnistaa tehdyn aukon. Anturi 36 voi olla mikä tahansa tavanomainen anturi.

Kuvan 3 järjestelmässä on anturin 36 toiminnan parantamiseksi sijoitettu sähkömagneettista säteilyä lähettävä elin, kuten valonlähde 42, 10 lähelle aukkoa 38 aukon ympäristön valaisemiseksi. On olemassa lukematon määrä tapoja, joilla anturi 36 voi tunnistaa työlevyssä 10 olevan aukon 40. Eräässä menetelmässä aukon 40 läpi pääsevät valonsäteet tunnistetaan kollektiivisesti kuvana. Eräs toinen tapa on tunnistaa lähteestä 42 lähetetyt ja aukon 40 ympäriltä heijastunut sähkömag-15 neettinen säteily kuvana. Tällaiset kuvat lähetetään anturilta 36 tallen-timelle 40. Jokainen tällainen tallennettu kuva lähetetään edelleen vertailuelimelle 46, joka vertaa sitä ennalta tallennettuun tietoon, joka on esimerkiksi halutun tai optimaalisen reiän kuva, joka on tallennettu ennalta muistiin 48.

20

Tunnistetun ja tallennetun kuvan vertailun tulos johdetaan edelleen kor-relaattorille 50, joka selvittää työlevyyn 10 reiän 40 tehneen työkalun 24 toiminnan tehokkuuden. Korrelaattorin 50 toimintaa, kuten myös tallentimen 44 ja vertailuelimen 46 toimintaa, ohjaa prosessori 52, joka 25 kuvien 1 ja 2 mukaisen levymetallin työaseman tapauksessa voisi olla CNC 28. Menetelmä reiän 40 tunnistamiseksi anturilla 36 ja vertaamiseksi ennalta tallennettuun tietoon muistissa 48 on tavanomaista, ja tässä yhteydessä voidaan viitata US-patenttiin 5 020 114, jossa kuvi-onmuodostuselimeltä saadaan kaksiulotteinen kuvio vähentämällä 30 muistiin etukäteen tallennettu taustakuvio. Tässä yhteydessä viitataan patentin US-5 020 114 selitysosaan.

Sen sijaan, että vain verrataan aukon 40 kuvaa ennalta tallennettuun tietoon, kuvan 3 mukaiseen järjestelmään voidaan työpöydän 8 aukon 35 38 läheisyyteen sijoittaa lisäsäteilylähde 54. Lisäsäteilylähteellä voi daan kohti aukkoa 40 lähettää sähkömagneettista säteilyä, jonka taajuus poikkeaa lähteen 42 lähettämän säteilyn taajuudesta. Koska va- 9 111412 losäteilylähteen 42 ja lisäsäteilylähteen 54 lähettämän sähkömagneettisen säteilyn taajuudet poikkeavat toisistaan, sopiva tavanomainen anturi 36 laskee eritaajuisten sähkömagneettisten säteilyjen ero-5 tuksen, ja koska nämä eri sähkömagneettiset säteet lähetetään eri kulmissa, voidaan aukko 40 mitata tarkasti. Menetelmä, jossa kaksi erilaista sähkömagneettista säteilyä yhdistetään tarkan kuvan saamiseksi, on esitetty US-patentlssa 3 636 362, johon tässä hakemuksessa viitataan. Reiän alueen ja sähkömagneettisesta säteilystä saadun tie-10 don vastaavuuden selvittämiseksi tarvittavat matemaattiset laskelmat on esitetty US-patentissa 3 806 252, johon tässä yhteydessä viitataan. Tällaisia menetelmiä voidaan käyttää korrelaattorissa 50 mitatun kuvan ja ennalta tallennetun tiedon vastaavuuden selvittämiseksi, minkä perusteella työkalun toiminnan tehokkuus voidaan varmistaa.

15

Kuvan 3 mukaisessa järjestelmässä voidaan anturilla 36 luetun kuvan parantamiseksi käyttää vertailuanturia, kuten anturia 56. Vertailuanturin 56 tarkoitus on kompensoida ympäristön valo, joka voi muuten vaikuttaa tunnistettuun kuvaan. Esimerkiksi ympäristön valo voi vaikuttaa rei-20 än 40 luettuun kuvaan. Tällöin ympäristön valo voidaan kompensoida määrittämällä reiän 40 tunnistetun kuvan ja vertailuanturin 56 tunnistaman vertailuvalon erot, jolloin reiän 40 kuva saadaan korostetusti esiin.

Kuvissa 4 ja 5 on esitetty anturin 36 eräs erityinen suoritusmuoto. Ku-25 vassa 4 on esitetty ensimmäisen suoritusmuodon mukaisen tunnistimen sijoitus kuvassa 2 olevan levymetallin työstökeskuksen revolverin 20 suhteen. Revolverin 20 osalta on huomattava, että sen kehällä on joukko työkaluliittimiä T1 - T20, joista jokainen sisältää ainakin yhden työkalun, jolla voidaan tehdä reikä työlevyyn 10. Revolverin 20 pyöräh-30 dysakselia on merkitty CT:llä, ja revolverin 20 keski-linjaa on merkitty CL:llä.

Edellä esitettyyn viitaten ja kuten on tunnettua, aukon tekemiseksi työ-levyyn 10 oletetaan, että valittu osa työlevyä 10 on sijoitettu revolverin 35 20 ja työpöydän 8 väliin paikkaan 26, ja revolveria 20 pyöritetään, kun nes tietyn aukon tekevä työkalu on sijoitettu kohtaan 26. Sen jälkeen meisti 26 (kuva 1) tulee alas ja ohjaa työkalun työlevyä 10 vasten tietyn 10 111412 aukon tekemiseksi työlevyyn 10. Yksinkertaisuuden vuoksi ei työle-vyä 10 ole esitetty kuvassa 4. Anturi 36 tai paremminkin varsinainen tunnistin 58, sijaitsee meistin paikasta 26 Y-akselin suuntaan etäisyydellä 60 ja revolverin 20 keskilinjasta CL X-akselin suuntaan etäisyy-5 dellä 62. Anturin 36 sijoitus revolverin 20 suhteen käy ilmi myös kuvista 1 ja 2.

Kuten kuvissa 4 ja 5 on esitetty, anturi 36 on kiinnitetty anturin rungosta 66 pulteilla 64 alustarunkoon 4. Anturin rungon 66 jatkona on kotelo 68, 10 jonka onttoon yläosaan on sovitettu tunnistin 58, jonka on valmistanut Telemecanique Company of Westminster, Maryland, USA. Kotelo 68 on kiinnitetty runkoon 66 pulteilla 65. Tunnistimen 58 johtimet ulottuvat todellisuudessa kotelon 68 onteloon 70, vaikka tätä ei ole esitetty. Tunnistimen 58 suojaamiseksi leikkauksen yhteydessä syntyvältä lialta, 15 pirstaleilta ja pölyltä, kansi 72 on yhdistetty kierteellä kotelon 68 yläosaan.

Kuten on esitetty, kannessa 72 on aukko 74, jonka läpi tunnistin 58 tunnistaa työlevyn 10 aukon 40 läpi pääsevän valon. Sen varmistami-20 seksi, että leikattavista työlevyistä lohkeava lika tai lastut eivät peitä aukkoa 74, on tehty ilmakanava 76 kotelon 68 kärjestä 68T tuloventtii-lin aukkoon 78, joka on kotelon 68 keskivaiheilla. Sopivalla ilmaliitän-nällä (ei esitetty) voidaan ilmaa puhaltaa venttiilin aukkoon 78 ja edelleen ilmakanavaa 76 pitkin lian ja pirstaleiden pakottamiseksi pois au-25 kosta 74.

Tunnistimen 58 osalta on vielä huomattava, miten se on asennettu koteloon 68 kierremutterilla 80. Säätämällä kierremutteria 80 voidaan tunnistimen 58 korkeutta muuttaa joko lähemmäksi tai kauemmaksi 30 työlevyn 10 aukkoa 40. Samoin on kansi 72 säädettävissä kiertämällä tunnistimen 58 asettamiseksi. Tunnistimen 58 ja aukon 74 koot riippuvat tietenkin reiän 40 kuvitellusta koosta. Esimerkiksi jos reikä 40 tehdään meistillä, jonka halkaisija on 3/8", luonnollisesti tunnistin 58 ja aukko 74 määritellään vastaavasti siten, että ne pystyvät havaitsemaan 35 koko 3/8"-kokoisen aukon 40.

11 111412

Edelleen kuvaan 4 viitaten kaikki työstössä syntyvät pirstaleet eivät putoa anturin 36 päälle, koska anturin 36 sijainti on työstöalueen 26 ulkopuolella X- ja Y-suuntaisten siirtymien vuoksi. Anturi 36 on itse asiassa erotettu työstötoiminnasta, koska se ei ole kiinnitettynä työlevyyn 5 10 tai työpöytään 8, jolloin anturiin 36 ei vaikuta työpöydän 8 tai työle- vyn 10 värähtelyt, poikkeamat ja liikkeet. Lisäksi koska anturi 36 sijaitsee vain lyhyellä etäisyydellä työstökohdasta 26, kuvan 2 mukaisissa automaattisissa levymetallin työasemissa työlevyä 10 on tarpeen siirtää vain lyhyt matka eli paikasta 26 tunnistimen aukon 74 kohdalle tun-10 nistamista varten. Etäisyyksiä on merkitty viitenumeroilla 60 ja 62.

Näin ollen tämän keksinnön mukaisessa järjestelmässä voidaan työlevyä 10 työstää yhtä aikaa kun aiemmin mahdollisesti tehtyä reikää ja sen laatua tutkitaan tunnistimella 58 ja tehdään laadunmääritys. Kuten 15 edellä on mainittu, reiän laatu eli tarkkuusmääritys saadaan suoraan tunnistimelta 58.

Anturia 36 vastaava mekaaninen suoritusmuoto on esitetty kuvissa 6A ja 6B. Kuvissa 6A ja 6B esitetty mekanismi koostuu joukosta samakes-20 kisiä asteittain pieneneviä pitkänomaisia elementtejä 84 - 88, jotka ympäröivät keskuskoetinta 82. Elementit ovat kotelossa 90, joka voidaan kiinnittää alustarunkoon 4 pulteilla (ei esitetty). Pitkänomaiset elementit on eristetty toisistaan joko ilmavälillä tai eristävällä materiaalilla, joka on osoitettu viitenumerolla 92. Elementit on vuorostaan kiinnitetty run-25 koon 92, jota ohjausmekanismi 94 voi liikutella koteloa 90 pitkin. Tunnistusmekanismi 95 on tässä sijoitettu runkoon 92, mutta se voi olla sijoitettuna muuallekin. Tunnistusmekanismi voi koostua esimerkiksi säätövastuksesta 95a, jolla osoitetaan eri elementtien 82 - 88 liikkumista. Säätövastuksessa 95a on eri osia, jotka on johtimilla 96 - 96d 30 kytketty kytkinten 97 kautta elementeille 82 - 88. Säätövastuksen asemesta voidaan käyttää tavanomaisia paikan osoittavia kytkimiä. Tunnistusmekanismi 95 on kytketty johtimella 98 tarkkuustallentimelle 100. Tarkkuustallennin 100 voi tietenkin olla sama kuin kuvassa 3 esitetty tallennin 44.

35

Kuvien 6A ja 6B mukainen tunnistusmekanismi toimii seuraavasti: Kun työlevyä 10 on työstetty, siihen on todennäköisesti tehty reikä joko 12 111412 meistillä tai laser- tai plasmaleikkaimella, minkä jälkeen työlevy 10 siirretään (joko käsin tai automaattisessa työstökeskuksessa tarraimien avulla) siten, että valittu osa työlevyä, johon reikä olisi pitänyt työstää, 5 sijoitetaan kuvien 6A ja 6B mekanismin yläpuolelle. Kuten kuvassa 6B on esitetty, sen jälkeen kun työlevy 10 on sijoitettu kohdalleen, moottorilla 94 ohjataan eri pitkänomaiset elementit 82 - 88 ylöspäin työlevyä 10 vasten. Jos työlevyssä 10 ei ole reikää, ei tietenkään elementin 82 kärki 82T pääse läpi tason, jossa työlevy 10 on. Jos sen sijaan työle-10 vyssä 10 on reikä, kuten esimerkiksi kuvassa 6B esitetty reikä 40, elementin 82 kärki 82T läpäisee ja ohittaa tason, jossa työlevy 10 on. Tämä on esitetty katkoviivoitetulla elementin kärjellä 82T. Kuitenkin samanaikaisesti oletetaan, että reikä 40 on vain hieman suurempi kuin elementin 82 halkaisija, jolloin elementin 84 kärki 84T osuu työlevyn 10 15 alapintaan. Samanaikaisesti työpöytä 8 on maadoitettu ja työlevy 10 on kytketty siihen, ja edellyttäen, että pitkänomainen elementti 84 on johtavaa materiaalia, signaali lähetetään johdinta 96b pitkin tunnistusmekanismille 95, joka voi olla esim. säätövastus, joka tunnistaa vastuksen muutoksen, tai paikan tunnistava kytkin, joka kytkeytyy päälle samalla 20 hetkellä.

Edelleen signaali lähetetään tunnistusmekanismilta 95 tarkkuustallen-timelle 100 osoittamaan, että työlevyn 10 reikä 40 on suurempi kuin pitkänomaisen elementin 82 halkaisija mutta pienempi kuin samankes-25 kisen elementin 84 halkaisija. Tällöin tarkkuustallentimella 100 on nyt reiän 40 tarkkuusmääritys. Kuvan 6B mukaisen mekanismin määritys-tarkkuus riippuu tietenkin mekanismissa olevien elementtien lukumäärästä eli mitä enemmän elementtejä, sitä parempi määritystarkkuus. Saatua tarkkuutta verrataan ennalta tallennettuun tietoon optimaali-30 sesta reiästä, kuten on esitetty kuvassa 3, jolloin mitatun reiän laadusta voidaan korreloida työkalun toiminnallinen tehokkuus.

Tarkemmin selitettynä jos reikä 40 on tehty osittain rikkoutuneella työkalulla, jonka alkuperäinen halkaisija on ollut sama kuin elementin 84, 35 ja olettaen, että näin tehty reikä ei ole täysin lastuton eikä samakeski-nen, seuraa siitä se, että koetinelementti 84 ei pääse työlevyn 10 tason läpi. Näin ollen tarkkuustallentimelle 100 lähetetty signaali osoittaa vain 13 111412 sen, että työlevyyn 10 tehty reikä on samankokoinen kuin elementti 82. Kuitenkin ennalta tallennetun tiedon perusteella tiedetään, että reiän tekevä työkalu tehokkaasti toimiessaan tekee reiän, jonka koko vastaa elementin 84 halkaisijaa. Tällöin eliminointiprosessin avulla 5 CNC 28 voi päätellä, että työkalun toiminnassa on häiriö. Sama vertai-luprosessi on tietenkin yhtä lailla sovellettavissa mihin tahansa työkaluun - esim. revolverireikämeisti, laserleikkain tai plasma-leikkain jne. -edellyttäen, että työkalulla tehtävän optimaalisen tai halutun reiän mitat on etukäteen tallennettu muistiin 48.

10

Kuvissa 7A ja 7B on esitetty myös yksi anturin 36 mekanismin suoritusmuoto. Tässä tunnistusmekanismissa on joukko pitkänomaisia elementtejä, joista jokainen on huomattavasti kuvassa 6B esitettyä pienempi, sijoitettuina koteloon 102, joka on liitetty alustarunkoon 4 sa-15 moin kuin kotelo 90 kuvassa 6B. Poikkileikkauskuvassa 7B esitettyä elinten 104 joukkoa 104 - 1041 pidetään paikoillaan kahdella asennus-levyllä 106 ja 108. Asennuslevy 108 on tehty langoitetuista kerroksista 108a ja 108b. Levyt 106 ja 108 on kuvassa 7A esitetty tasokuvantona, jossa kummassakin asennuslevyssä on joukko reikiä, joiden määrä 20 vastaa elementtien 104 lukumäärää. Toisin sanoen jokainen elementti 104 sovitetaan yhteen asennuslevyssä 106 olevaan reikään ja vastaavaan levyssä 108 samalla kohdalla olevaan reikään, eli kerrosten 108a ja 108b läpi.

25 Jokaisen elementin 104 alaosa muodostuu tiettyä polariteettia olevasta magneettisesta materiaalista 110. Kotelon 102 pohjaosaan 102b on suljettu magnetoituvaa ainetta. Energialähteellä 114 voidaan suljettu materiaali 112 magnetoida vastakkaiseen polariteettiin kuin magneettinen aine 110. Kun magneettinen aine 112 on magnetoitu magneetti-30 seen aineeseen 110 vastakkaisella polariteetilla, magnetoitunut aine 112 työntää elementtejä 104 työlevyn 10 suuntaan. Työntyminen aiheuttaa sen, että jos työlevyllä 10 on reikä 40, magneettiset aineet 110 pääsevät puoliksi läpi asennuslevyn 108 kerroksista 108a ja 108b, kuten on esitetty viitenumerolla 110a elementeissä 104 -104i ja katkovii-35 voitetulla osalla, joka työntyy esiin työlevyn 10 yläpuolella. Koska reiän halkaisija on sellainen, että vain elementit 104 - 104i pääsevät reiän läpi, loput elementit osuvat työlevyn 10 alapintaan. Tällöin näiden ele- 14 111412 menttien magneettinen osa 110 ei tule kerrosten 108a ja 108b läheisyyteen.

Kuvan 7C mukaisesti kerroksissa 108a ja 108b jokaiseen reikään on 5 liitetty kaksi johdinta (esimerkiksi johtimet 108a1 ja 108b1 elementille 104k) päällekkäin kohtisuorasi! toisiaan vastaan. Nämä johtimet saavat energiansa eri suunnista. Tällöin nämä johtimet saavat energiaa yhtä aikaa ainoastaan siinä tapauksessa, että näiden johdinten lähellä oleva magneettikenttä on häiriintynyt, esimerkiksi silloin kun jonkin elementin 10 104 magneettinen osa läpäisee kerrosten 108a ja 108b muodostaman reiän.

Koska elementtien 104 halkaisija on varsin pieni, reiän 40 laatu voidaan helposti määrittää esimerkiksi elementtien 104 - 104i avulla ku-15 vassa 7B esitetyssä halkileikkauksessa. Tällä tavalla mitattu laatu voidaan lähettää tarkkuustallentimelle 100 kerroksista 108a ja 108b saatuina signaaleina. Kerroksen 108a johtimet ovat kohtisuoraan paperin tasoa vastaan, vaikka tätä ei ole esitetty, kun taas kerroksen 108b johtimet ovat nuolten 116 suuntaisia. Vastaavasti kun magneettiset aineet 20 110 ovat kerrosten 108a ja 108b puolivälissä, pulssi rekisteröidään le vyllä 108 ainoastaan niissä kohdissa, joissa toisiaan kohtisuorassa olevat johtimet leikkaavat. Häiriö johdinten leikkauskohdassa aiheuttaa pulssin lähettämisen tarkkuustallentimelle 100.

25 Käyttämällä hyväksi kuvien 7 - 7C mukaista mekanismia voidaan työkalun työlevyyn 10 tekemän reiän laatu määrittää tarkasti. Työkalun tekemän reiän laadun ja työkalun toiminnan tehokkuuden välillä saadaan vastaavuus, kuten edellä on esitetty.

30 Eräs menetelmä reiän laadun määrittämiseksi on käyttää liikuteltavaa koetinta aukon eri kohtien koskettamiseksi ja tallentaa kosketuspaik-kojen koordinaatit. Menetelmä, jossa käytetään hyväksi aukon muodon määrittämistä kosketettujen koordinaattien perusteella, on esitetty US-patentissa 5 016 199, johon tässä yhteydessä viitataan.

35

Kuvassa 8 on esitetty vielä eräs suoritusmuoto, jolla voidaan määrittää työkalun tekemien reikien laatu ja verrata sitä ennalta tallennettuun 15 111412 tietoon, josta voidaan päätellä työkalun toiminnallinen tehokkuus eli onko työkalu kokonaan tai osittain rikkoutunut.

Kuvan 8 suoritusmuoto, joka on samankaltainen kuin kuvan 3 suori-5 tusmuoto, käsittää valonlähteen 42 valitun osan työlevyä 10 valaisemiseksi. Kuitenkin kuvan 8 suoritusmuodossa käytetään kuvassa 3 esitetyn anturin 36 asemesta optista kuva-anturia, esim. kameraa tai optista lukijaa, kuten CCD-kennoa 120. Kuva muodostetaan kuten aikaisemminkin siitä osasta työlevyä 10, jossa reiän 40 pitäisi olla. Jos tal-10 lennettu kuva osoittaa, että valitussa kohdassa ei ole reikää, siitä päätellään, että työkalu on rikkoutunut. Siinä tapauksessa, että arvioitava työkalu on meisti, on selvää, että tämä meisti ei enää työstä reikiä. Siinä tapauksessa, että on tutkittu laserleikkainta tai plasmaleikkainta, se tosiasia, että reikää ei ole muodostunut, osoittaa, että jotakin on 15 vialla joko lasersäteessä tai plasmassa. Tällaisen päättelyn tuloksena työstökoneen toiminta tietenkin pysäytetään ja työkalu - revolverireikä-meisti, laserleikkain tai plasmaleikkain - tutkitaan ainakin visuaalisesti ja päätellään, onko työkalu rikkoutunut ja vaatiiko se varaosan. Kun tallennettu kuva osoittaa reiän olemassaolon, tallennettua kuvaa ver-20 rataan ennalta tallennettuun tietoon ideaalisesta kuvasta, jonka perusteella voidaan arvioida työkalun toiminnan tehokkuus tai kunto, kuten kuvan 3 selityksen yhteydessä on esitetty.

Kuvan lukeminen kameralla ja luetun kuvan digitointi lähetettäväksi 25 tallentimelle 44 on tavanomaista ja on esitetty esimerkiksi US-paten-teissa 4 920 273, 4 612 666, 4 463 600 ja 4 648 053, joiden kaikkien selitysosaan tässä yhteydessä viitataan.

Edellä on esitetty tämän keksinnön mukaisen järjestelmän eri vaihto-30 ehtoja ja tunnistinmekanismeja. Seuraavassa esitetään menetelmän toiminta viittaamalla kuvan 9 lohkokaavioon.

Aloitetaan ympyrästä 130, jossa järjestelmä odottaa työstettävää työ-levyä. Kun työlevy on työstetty, se siirretään paikoilleen tarkastetta-35 vaksi. Esimerkiksi valittu osa työlevyä, jossa reiän pitäisi olla, siirretään meistin kohdasta 26 anturille 36 lohkossa 132. Tämän jälkeen mitä tahansa edellä mainittua mekanismia käyttäen valittu osa työlevyä 10 16 111412 tarkastetaan lohkossa 134. Lohkossa 136 päätellään, onko reikä havaittu vai ei. Jos reikä on havaittu, reiän laatu tai tarkkuus määritellään lohkossa 138 esimerkiksi jollakin menetelmällä, joka on esitetty jossakin patentissa, johon tämän hakemuksen yhteydessä 5 viitataan.

Tämän jälkeen lohkossa 140 verrataan määritettyä reikää ennalta tallennettuun tietoon halutusta tai optimaalisesta reiästä. Vertailun tulosta käytetään hyväksi selvitettäessä työkalun tekemän reiän tai aukon laa-10 dun ja työkalun toiminnallisen tehokkuuden välistä vastaavuutta eli sitä, toimiiko työkalu tehokkaasti vai onko se osittain tai kokonaan rikkoutunut. Tämä tehdään lohkossa 142. Lohkossa 144 päätellään, onko työkalun toimintateho hyväksyttävällä tasolla. Jos on, niin järjestelmän toiminta palaa ympyrään 133 ja odottaa seuraavaa tarkasteltavaa työ-15 levyä. On huomattava, että jokaisen työlevyn tarkastamisen asemesta järjestelmä voidaan ohjelmoida toimimaan siten, että työstettävien työ-levyjen erästä tarkastetaan vain muutama ensimmäinen työlevy.

Jos lohkossa 144 on havaittu, että työkalun toimintateho on heikko, 20 järjestelmän ohjain pysäyttää työstökoneen ja/tai työkalun toiminnan lohkossa 148. Samoin lohkoon 136 palaten jos reikää ei havaita millään edellä mainitulla tunnistusmekanismilla lohkossa 136, järjestelmän prosessori tai ohjain olettaa, että työkalu on kokonaan tai osittain rikkoutunut tai että on joitakin muita ongelmia, jotka aiheuttavat häiriöitä 25 työkalun toimintaan. Tämä tehdään lohkossa 146. Lohkon 146 olettamuksen mukaan työstökoneen ja/tai työkalun toiminta pysäytetään samoin lohkossa 148.

30 Lohkossa 150 työstökoneen ja/tai työkalun toiminnan pysäyttämisen yhteydessä työkalu ensin tutkitaan. Päättelylohkossa 152 päätellään, onko työkalu rikkoutunut eli vaatiiko se vaihdon varaosaan. Jos päätellään, että vaihto on tarpeen, työkalu vaihdetaan lohkossa 154. Kun rikkoutunut työkalu on vaihdettu, ohjain voi palata ympyrään 130 ja 35 odottaa seuraavaa tarkastettavaa työlevyä. Jos työkalun vaihto ei kuitenkaan ole tarpeen, järjestelmä voi etsiä muita syitä lohkossa 156.

17 111412

Koska tämän keksinnön yksityiskohtiin liittyy paljon erilaisia sovelluksia, muunnoksia ja vaihtoehtoja, on tässä yhteydessä tarkoitettu, että kaikki tässä selityksessä ja oheisissa kuvissa esitetyt asiat on tulkittava vain 5 keksintöä valaisevina eikä rajoittavina seikkoina. Samoin on tarkoitettu, että vain oheisten patenttivaatimusten sisältö ja aihepiiri rajoittavat tätä keksintöä.

Claims (8)

111412

1. Numeerisesti ohjattava työstökeskus (2), joka käsittää ainakin yh-5 den työaseman, työpöydän (8), johon on sijoitettu suhteessa työasemaan siirrettävä työlevy (10), siirtoelimet (12) käsittäen: työpöytään liitetyn tartuntaelimen (16) ainakin yhden valitun osan työlevystä kuljettamiseksi työasemaan, työaseman lähelle sijoitetut työkalut (22, 24), jotka on tarkoitettu ainakin yhden aukon muodostamiseksi valittuun 10 osaan työlevystä, tunnistuselimet (36) ainakin yhden muodostetun aukon tunnistamiseksi, yhdessä tunnistuselimen kanssa toimivat korre-laatioelimet (46, 50, 52) aukon olemassaolon tai poissaolon, ja mikäli aukko on olemassa, aukon laadun korreloimiseksi ennalta tallennettuun tietoon, tunnettu siitä, että tunnistuselimet (36) sijaitsevat työpöy- 15 dän (8) ja työkalun (22, 24) läheisyydessä että tunnistuselimet (36) sijaitsevat työpöydässä (8) olevan aukon (38) alapuolella työkalun (22, 24. asemasta katsottuna työpöydän (8) vastakkaisella puolella, ja että tunnistuksen aikana valittu työlevyn (10) osa, jossa on tunnistettava aukko, sijaitsee työpöydän (8) aukon (38) yläpuolella. 20

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskus, tunnettu siitä, että tun-nistuselin käsittää: elimet (120, 58, 82-88, 104), joiden avulla tutkitaan onko valitussa työlevyn (10) osassa aukkoa; mainitun laitteiston käsittäessä lisäksi: ohjauselimet (28), joiden avulla päätetään työkalujen 25 käytöstä, mikäli korrelaatioelinten määrittelemän työkalujen tehokkuuden katsotaan olevan annetun raja-arvon alapuolella.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskus, tunnettu siitä, että tun-nistuselin käsittää: elimet (36 tai 120), jotka kokoavat valitusta työlevyn 30 osasta virtaavaa valoa, ja elimet (46, 50, 52) kootun valon määrän vertaamiseksi ennalta määritellyn valon määrään, joka vastaa tilannetta, jossa valittu työlevyn osa käsittää aukon, jokaisen työlevyn peräkkäisen aukon olemassaolon ja laadun määrittelemiseksi.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskus, tunnettu siitä, että tun- nistuselin käsittää elimet (44, 120) valitun työlevyn osan kuvan optiseksi tallentamiseksi, jolloin jokainen peräkkäisistä aukoista muodostaa 111412 tunnistuksen yhteydessä osan kuvasta; ja jolloin korrelaatioelin käsittää: elimet (46, 50) kuvan vertaamiseksi ennalta tallennetun halutun aukon kuvaan työkalun toiminnan määrittelemiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 2 mukainen keskus, tunnettu siitä, että koe- tinelin käsittää: elimet (42, 54) ainakin yhden sähkömagneettisen aallon lähettämiseksi valittua työarkin osaa kohti, jossa jokainen peräkkäisistä aukoista sijaitsee, jos aukko on tehty; ja elimet (36) valitusta työkappaleen osasta heijastuvan sähkömagneettisen aallon aikaan-10 saaman kaiun vastaanottamiseksi; ja jolloin tunnistuselin käsittää lisäksi: elimet (50, 52), joiden avulla kaiusta määritellään jokaisen työ-levylle muodostetun peräkkäisen aukon laatu.

6. Patenttivaatimuksen 2 mukainen keskus, tunnettu siitä, että koeti-15 nelin käsittää: mekaaniset elimet käsittäen takaisinvedettävän koettimen, joka voidaan ulottaa työlevyn tasoon, kun valittu työlevyn osa on asetettu oikealle paikalleen tunnistusta varten; ja ohjauselin (28) määrittää että työlevylle voidaan työkalulla tehdä tehokkaasti aukkoja työle-vyyn, jos koetin voidaan ulottaa työlevyn tason läpi. 20

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen keskus, tunnettu siitä, että ta-kaisinvedettävä koetin käsittää: useita ulotettavissa olevia osia (82-88, 104), jotka ovat jokainen aktivoitavissa laajennettavuusasteesta, ainakin kahteen asentoon, joissa ohjauselin voi määrittää minkä tahansa 25 peräkkäisen aukon ulottuvuuden, jotka aukot saadaan aikaan työlevyyn varmistamalla useiden osien vastaavat asennot.

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen keskus, tunnettu siitä, että ohjauselin käsittää: elimet (46), joiden avulla synkronisoidaan minkä ta- 30 hansa peräkkäisen aukon laatu tallennettuun tietoon, joka kuvaa optimaalisen aukon laatua ja korreloi synkronisoinnin tulosta työkalun (22, 24. suorituskykyyn työlevyn (10) aukkojen muodostamisessa. 111412