WO1998053377A1 - Regelsystem und verfahren zur regelung von bearbeitungsgeschwindigkeiten bei der holzbearbeitung - Google Patents

Regelsystem und verfahren zur regelung von bearbeitungsgeschwindigkeiten bei der holzbearbeitung Download PDF

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WO1998053377A1
WO1998053377A1 PCT/DE1998/001403 DE9801403W WO9853377A1 WO 1998053377 A1 WO1998053377 A1 WO 1998053377A1 DE 9801403 W DE9801403 W DE 9801403W WO 9853377 A1 WO9853377 A1 WO 9853377A1
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speed
processing
control system
woodworking
cutting
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PCT/DE1998/001403
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Inventor
Peter Herberth
Werner JÄGER
Original Assignee
Interholz Technik Gmbh
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D13/00—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover
    • G05D13/62—Control of linear speed; Control of angular speed; Control of acceleration or deceleration, e.g. of a prime mover characterised by the use of electric means, e.g. use of a tachometric dynamo, use of a transducer converting an electric value into a displacement
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B49/00—Measuring or gauging equipment for controlling the feed movement of the grinding tool or work; Arrangements of indicating or measuring equipment, e.g. for indicating the start of the grinding operation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B51/00—Arrangements for automatic control of a series of individual steps in grinding a workpiece

Definitions

  • the invention relates to a control system for controlling processing speeds in woodworking according to the preamble of claim 1 and a method therefor according to the preamble of claim 14.
  • An anisotropic and inhomogeneous material structure results in constantly changing processing conditions when processing wood-based materials. For example, when sawing wood lengthwise, ie with a cut parallel to the trunk axis or to the grain direction, problems can arise that are caused by inconsistent tree growth. For example, if an alignment of annual rings does not run parallel to the saw cut, forces occur transversely to the cutting direction, which can lead to a workpiece or tool evading. In order to compensate for these transverse forces with the same cutting and feed speed without deviations from the cutting direction, they are therefore sufficiently stiff and compared to a cross or brain cut thicker saw tools used. This leads to a wider kerf and an increased amount of waste, for example in the form of sawdust. In addition, the cut quality decreases when there is a load from transverse forces and the tools become blunt more quickly.
  • machining speed is used in the following text as a collective term for a feed speed and / or a cutting speed, whereby under the Cutting speed The relative speed between a cutting edge of the woodworking tool and the workpiece is understood without a feed movement. Both the cutting speed and the feed rate can be made up of several components.
  • a reduction in the feed speed with a constant cutting speed leads, for example, to a reduction in the transverse forces with a simultaneous improvement in the cutting quality.
  • This also applies to drilling, where a reduction in the feed rate can also prevent the drilling tool from migrating during machining of sub-areas that are difficult to machine.
  • the adjustment of the machining speed taking into account the most difficult parts to be machined, has previously required a general reduction in the feed speed in both cases. However, this also leads to a slowing down of the machining process and to a reduction in the cutting performance, so that it is necessary to adapt the feed rate and / or the cutting speed to the machining process as required.
  • a system which measures the position of the band in band saws and which accordingly reduces the feed speed when the band is deflected.
  • This regulation has the disadvantages that it cannot be used in circular saws and in other woodworking machines and that the reaction, ie the reduction in the feed rate, comes too late if there are already cutting deviations.
  • the known system does not recognize whether it is possible to drive at higher feed speeds or lower cutting speeds in good cutting conditions.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a woodworking machine, in order to optimize a corresponding woodworking process, a regulation of the machining speed, in particular the feed and / or the cutting speed, which is adapted to the cutting conditions and which enables a constant machining quality with an optimized machining performance.
  • the invention is based on the knowledge that by means of machining-specific operating data, which are recorded parallel to the machining, conclusions can be drawn about the processes in the effective range of a tool.
  • a control system is provided that controls the processing speed when using at least one woodworking tool during a woodworking process.
  • the control is based on processing-specific operating data to be recorded parallel to the processing, at least one operating parameter to be used as a control parameter.
  • regulation is provided on the basis of the structure-borne noise emitted by the woodworking machine and the machining process.
  • control system adapts the feed and / or the cutting speed both upwards and downwards to the existing cutting conditions, a corresponding tool, e.g. a saw blade, a milling tool or a grinding wheel, always under the same conditions. This will reduce tool life and throughput, i.e. optimizes cutting or machining performance. In addition, the machining and / or surface quality of the machined workpieces remains consistently good.
  • the woodworking process is preferably carried out by machining with a geometrically defined and / or with a geometrically undetermined cutting edge.
  • the cutting of the wood material is to be brought about in particular by machining processes such as turning, milling, planing, drilling, sawing or grinding.
  • the use of the control system according to the invention for example in the case of the longitudinal saws already described, has the advantage, among other things, that it is possible to work with thinner sawing tools, since occasionally occurring transverse forces, as well as an increase in the tangential and radial cutting force components, are reduced by lowering the feed rate and thus the sawing tools not be overloaded.
  • the use of thinner sawing tools with lower rigidity leads to narrower kerfs and less waste. This enables better use of the raw material wood, which is also economically effective.
  • the control system according to the invention can be integrated in many different wood sawing machines with different types of sawing tools.
  • control system enables i.a. When planing, machining with a reduced oversize (infeed), which saves energy during machining, leads to a more uniform surface quality and better utilization of the raw material wood.
  • control system according to the invention leads to a significant improvement in the service life of the tools used in each case and to a uniform and better surface quality of the workpieces to be processed than in the case of a conventional, unregulated woodworking machine.
  • control system according to the invention has sensors and / or measuring devices for recording the respective machining-specific operating data for one or more operating parameters.
  • the control system has an evaluation unit for processing the recorded operating data.
  • the machining process is characterized by the machining-specific operating data to be recorded parallel to the machining, at least one of the following operating parameters. These are preferably:
  • the processing-specific operating data of the structure-borne noise operating parameter are preferably recorded by a direct measurement on the housing of the woodworking machine.
  • Piezoelectric accelerometers which measure the acoustic vibrations of the machine surface independently of a possibly changing room acoustics, serve as sensors for this purpose. Attaching the sensors to the housing of the woodworking machine also has the advantage that, without extensive interventions or modifications to the machine, the control system according to the invention can be installed quickly and easily, e.g. can also be done on older machines.
  • the evaluation unit has a memory in which at least one reference value is stored for each detectable operating parameter.
  • These reference values are, for example to be determined empirically, on the basis of more or less extensive test series or on the basis of individual tests, for example when setting up the woodworking machine. However, they can also be entered manually. When operating data from several different operating parameters is recorded simultaneously, it is also conceivable to link several reference values per operating parameter with the corresponding reference values of the other operating parameters, for example in the form of a matrix or a function.
  • the evaluation unit is able to compare the processing-specific operating data of the detectable operating parameters with the associated reference values and to calculate the permissible processing speed and / or the corresponding change in the current processing speed from this comparison.
  • the speed of the feed movement and / or the speed of the motor responsible for the cutting movement can be regulated by the evaluation unit.
  • the speed or the speeds are preferably adjustable by means of frequency converters.
  • the invention also includes variants in which the speed of the respective motor is set in a different way, for example by means of a slip control or by changing the number of pole pairs.
  • the speed of the feed motor and / or the speed of the cutting motor can be regulated by the evaluation unit such that the processing speed resulting from the regulated speed is adapted to the calculated processing speed. This enables rapid readjustment and adaptation of the current processing speed to the optimal calculated processing speed.
  • the calculated processing speed can be modified in height by means of a variable input value.
  • the variable input value is preferably adjustable as a percentage, in one variant the mean setting of the input value corresponds to an input of 100%.
  • work is carried out, for example, by entering a higher value in a correspondingly higher range of the feed rate, or by entering a lower value in a correspondingly lower range.
  • high quality ie setting value ⁇ 100%)
  • high throughput ie setting value> 100%
  • a higher quality is achieved when regulating the cutting speed, not by reducing it as in the feed movement, but by increasing the corresponding speed.
  • a method for regulating the machining speed, in particular a feed and / or cutting speed is characterized by the features of claim 14.
  • a processing speed when using at least one processing tool during a woodworking process is regulated by processing-specific operating data of at least one operating parameter, in particular structure-borne noise, which is determined in parallel with the processing.
  • control system for controlling a processing speed during a woodworking process With regard to the advantages of this method, reference is made to the above statements regarding the control system for controlling a processing speed during a woodworking process.
  • the processing-specific operating data of at least one of the following operating parameters serving as control parameters are preferably recorded by means of appropriate measuring devices and / or sensors. These are:
  • the recorded operating data are then fed to an evaluation unit for further processing.
  • the structure-borne noise is measured during processing on the housing of a woodworking machine.
  • This method has the advantage that the direct measurement of the structure-borne noise on the machine housing is independent of the room acoustics and enables the processing-specific structure-borne noise data to be recorded quickly without extensive interventions or modifications to the machine.
  • At least one reference value is stored in the evaluation unit for each detectable operating parameter, the respective reference value preferably being measured and stored when the woodworking machine is set up.
  • the processing-specific operating data of the detectable operating parameters are compared with the corresponding reference value during processing in the evaluation unit. An allowable processing speed is preferably calculated on the basis of this comparison and the speed of the corresponding motor is then readjusted until the current processing speed corresponds to the calculated permissible processing speed.
  • the speed of the feed motor and / or the speed of the cutting motor is set via a frequency converter.
  • the height of the calculated processing speed is modified by an input value which can be set variably and which is preferably entered as a percentage, an input value of 100% being set in a variant with a medium setting.
  • the input speed is worked when a higher value is entered, or in a correspondingly lower range when a lower value is entered.
  • the figure shows a schematic representation of a signal curve in a control system according to the invention
  • the figure schematically shows the signal curve in a control system for regulating the feed rate of a wood saw machine 6.
  • an input device 1 By means of an input device 1, the average setting of which is 100%, an input signal 2 to be varied by the operator is fed to a frequency converter 3, the output signal 4 of which controls a feed motor 5.
  • the feed motor 5 is part of a woodworking machine, which in this example is designed as a wood saw machine 6.
  • the feed motor 5 leads by means of friction wheels 7 a wood workpiece 8 to a circular saw blade 9 serving as a woodworking tool.
  • a feed speed 10 resulting from the speed of the feed motor 5 is dependent on the output signal 4 of the frequency converter 3.
  • the feed speed 10, which in this example represents a controllable processing speed essentially determines the machining process 11, of whose different operating parameters, only the structure-borne noise 12 is shown here as the output signal of a control loop.
  • the structure-borne noise 12 is dependent on the load on the circular saw blade 9 and is picked up by means of a structure-borne noise transducer 13 during a saw cut on the machine housing.
  • a signal 16 characterizing the machining process 11 is filtered out of the total signal 14 delivered by the structure-borne sound sensor 13 by means of filter stages 15 and fed to an evaluation unit 17.
  • the filter stages 15 are not part of the evaluation unit 17, but represent an independent link in the signal chain. However, it is also conceivable to view the filter stages 15 as part of the structure-borne noise sensor 13 or as part of the evaluation unit 17.
  • the filtered structure-borne noise signal 16 is fed to a comparator 18, which compares the filtered structure-borne noise signal 16 with a reference value 19.
  • the result 20 of the comparison is fed to a control unit 21, which generates a control signal 22 that is compatible with the input signal 2.
  • the control unit 21 Depending on whether the filtered structure-borne noise signal 16 falls below or exceeds the reference value 19, the control unit 21 generates a larger or a smaller control signal 22, which is then modified at the node 23 with the input signal 2.
  • the operator can vary the input signal 2 by means of the input device 1, he is able to modify the height of the control range of the feed rate 10.
  • the average setting of the input device 1 is specified as 100%.
  • the control range of the feed rate 10 resulting from this setting represents an optimal compromise between high quality and high throughput. If a higher value is entered, a correspondingly higher range of the feed rate 10 and a correspondingly higher throughput are used, or if a lower one is entered Value in a correspondingly lower area with higher quality.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zur Regelung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit bei Verwendung von mindestens einem Holzbearbeitungswerkzeug (6) während eines Holzbearbeitungsvorgangs, wobei das Regelsystem mindestens einen Betriebsparameter, insbesondere den Körperschall (12), als Regelparameter verwendet und somit eine Optimierung des Holzbearbeitungsvorgangs durch eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität bei einer optimierten Bearbeitungsleistung ermöglicht.

Description

Regelsystem und Verfahren zur Regelung von Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei der Holzbearbeitung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Regelsystem zur Regelung von Bearbeitungsgeschwindigkeiten bei der Holzbearbeitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren hierzu nach dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Durch einen anisotropen und inhomogenen Werkstoffaufbau ergeben sich bei einer Bearbeitung von Holzwerkstoffen ständig sich ändernde Bearbeitungsbedingungen. So können z.B. beim Längssägen von Holz, d.h. bei einem parallel zur Stammachse bzw. zur Faserrichtung geführten Schnitt, Probleme auftreten, die durch einen nicht gleichbleibenden Baumwuchs bedingt sind. Verläuft beispielsweise eine Flucht von Jahresringen nicht parallel zum Sägeschnitt, so treten quer zur Schnittrichtung Kräfte auf, die zu einem Ausweichen eines Werkstücks oder eines Werkzeugs führen können. Um diese Querkräfte, bei gleichbleibender Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit ohne Abweichungen von der Schnittrichtung zu kompensieren, werden deshalb ausreichend steife und im Vergleich zu einem Quer- oder Hirnschnitt dickere Sägewerkzeuge verwendet . Dieses führt zu einer breiteren Schnittfuge und zu einem erhöhten Verschnitt, der beispielsweise in Form von Sägespänen anfällt. Zudem geht bei einer Belastung durch Querkräfte die Schnittqualität zurück und die Werkzeuge werden schneller stumpf.
Ähnliche Probleme ergeben sich auch bei anderen Holzbearbeitungsverfahren, wie z.B. beim Fräsen, Hobeln, Bohren, Drehen oder Schleifen von anisotropen und inhomogenen Holz- werkstoffen. So führen z.B. einige Teilbereiche des Holzwerkstoffs, wie Äste oder HolzVerhärtungen, auch bei diesen Holzbearbeitungsverfahren zu Beinträchtigungen des Bearbeitungsprozesses und des Bearbeitungsergebnisses. Um ein möglichst gutes Bearbeitungsergebnis zu erzielen, muß eine Bearbeitungsgeschwindigkeit auf die Zerspanungsbedingungen in diesen Teilbereichen eingestellt werden, obwohl diese Teilbereiche prozentual meist nur gering (z.B. 10%) im gesamten Holzwerkstoff vorhandenen sind. In den restlichen, einfacher zu bearbeitenden Bereichen des Holzwerkstoffs (z.B. 90%), in denen bei gleicher Bearbeitungsqualität eine von der Bearbeitungszeit und/oder vom Energiebedarf weitaus günstigere Bearbeitungsgeschwindigkeit eingestellt werden könnte, ist bei einer üblicherweise nicht zu variierenden Bearbeitungsgeschwindigkeit mit der Bearbeitungsgeschwindigkeit zu fertigen, die für die Bearbeitung der schwieriger zu bearbeitenden Teilbereiche erforderlich ist . Die Bezeichnung Bearbeitungsgeschwindigkeit wird im folgenden Text als Sammelbegriff für eine Vorschubgeschwindigkeit und/oder eine Schnittgeschwindigkeit verwendet, wobei unter der Schnittgeschwindigkeit die relative Geschwindigkeit zwischen einer Schneide des Holzbearbeitungswerkzeugs und dem Werkstück ohne eine Vorschubbewegung verstanden wird. Sowohl die Schnitt- als auch die Vorschubgeschwindigkeit können sich aus mehreren Komponenten zusammensetzen.
Bei dem oben genannten Längssägevorgangs führt eine Zurücknahme der Vorschubgeschwindigkeit bei gleichbleibender Schnittgeschwindigkeit beispielsweise zu einer Verringerung der Querkräfte bei gleichzeitiger Verbesserung der Schnit - qualität. Gleiches gilt z.B. auch beim Bohren, wo ebenfalls durch eine Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit ein Auswandern des Bohrwerkzeugs bei Zerspanen schwierig zu bearbeitender Teilbereiche vermieden werden kann. Die Einstellung der Bearbeitungsgeschwindigkeit unter Berücksichtigung der am schwierigsten zu bearbeitenden Teilbereiche forderte in beiden Fällen bisher eine allgemeine Senkung der Vorschubgeschwindigkeit. Dieses führt jedoch auch zu einer Verlangsamung des Bearbeitungsprozesses und zu einer Verringerung der Schnittleistung, so daß es notwendig ist die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Schnittgeschwindigkeit bedarfsmäßig dem Bearbeitungsprozeß anzupassen.
So ist beispielsweise ein System bekannt, das bei Bandsägen die Bandposition mißt und das bei einem Ausweichen des Bandes die Vorschubgeschwindigkeit dementsprechend reduziert . Diese Regelung hat die Nachteile, daß sie bei Kreissägen und bei anderen Holzbearbeitungsmaschinen nicht einsetzbar ist und daß die Reaktion, d.h. die Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit, zu spät kommt, wenn bereits Schnittabweichungen vorhanden sind. Zudem erkennt das bekannte System nicht, ob bei guten Schnittbedingungen mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten oder niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten gefahren werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einer Holzbearbeitungsmaschine, zur Optimierung eines entsprechenden Holzbearbeitungsvorgangs, eine den Schnittbedingungen angepaßte Regelung der Bearbeitungsgeschwindigkeit, insbesondere der Vorschub- und/oder der Schnittgeschwindigkeit bereitzustellen, die eine gleichbleibende Bearbeitungsqualität bei einer optimierten Bearbeitungsleistung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Regelsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst .
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß mittels bearbeitungsspezifischer Betriebsdaten, welche parallel zur Bearbeitung erfaßt werden, Rückschlüsse auf die Vorgänge im Wirkbereich eines Werkzeugs gezogen werden können. Erfindungsgemäß ist ein Regelsystem vorgesehen, daß während eines Holzbearbeitungsvorgangs die Bearbeitungsgeschwindigkeit bei Verwendung von mindestens einem Holzbearbeitungswerkzeug regelt. Die Regelung basiert dabei auf parallel zur Bearbeitung zu erfassender, bearbeitungsspezifischer Betriebsdaten mindestens eines als Regelparameter zu verwendenden Betriebsparameters. Dabei ist insbesondere eine Regelung auf der Grundlage des von der Holzbearbeitungsmaschine und dem Bearbeitungsprozeß abgestrahlten Körperschalls vorgesehen.
Dadurch, daß das erfindungsgemäße Regelsystem die Vorschub- und/oder die Schnittgeschwindigkeit sowohl nach oben als auch nach unten den bestehenden Schnittverhältnissen anpaßt, arbeitet ein entsprechendes Werkzeug, wie z.B. ein Sägeblatt, ein Fräswerkzeug oder eine Schleifscheibe, ständig unter gleichen Bedingungen. Hierdurch wird die Standzeit der Werkzeuge und der Durchsatz, d.h. die Schnittoder Bearbeitungsleistung optimiert. Zudem ergibt sich eine gleichbleibend gute Bearbeitungs- und/oder Oberflächenqualität bei den bearbeiteten Werkstücken.
Vorzugsweise erfolgt der Holzbearbeitungsvorgang durch ein Zerspanen mit geometrisch bestimmter und/oder mit geometrisch unbestimmter Schneide. Die Zerspanung des Holzwerkstoffs ist dabei insbesondere durch Bearbeitungsverfahren, wie Drehen, Fräsen, Hobeln, Bohren, Sägen oder Schleifen herbeizuführen . Die Verwendung des erfindungsgemäße Regelsystem z.B. beim bereits oben beschriebenen Holzlängssägen hat unter andern den Vorteil, daß mit dünneren Sägewerkzeugen gearbeitet werden kann, da zeitweise auftretende Querkräfte, ebenso wie Ansteigen der tangentialen und radialen Schnittkraftkomponenten, durch ein Absenken der Vorschubgeschwindigkeit verringert werden und somit die Sägewerkzeuge nicht überbelastet werden. Die Verwendung dünnerer Sägewerkzeuge mit geringerer Steifigkeit führt zu schmaleren Schnittfugen und zu einem geringeren Verschnitt . Hierdurch wird eine bessere Nutzung des Rohstoffs Holz ermöglicht, die zudem noch wirtschaftlich effektiv erfolgt. Außerdem läßt sich das erfindungsgemäße Regelsystem in vielen verschiedenen Holzsägemaschinen mit unterschiedlichen Sägewerkzeug-Typen integrieren.
Demgegenüber ermöglicht das erfindungsgemäße Regelsystems u.a. beim Hobeln die Bearbeitung mit einem reduzierten Aufmaß (Zustellung) , was bei der Zerspanung zu einer Ener- gieeinsparungm, zu einer gleichmäßigeren Oberflächenqualität und zu eine besseren Ausnutzung des Rohstoffs Holz führt .
Bei allen angesprochenen Fertigungsverfahren führt das erfindungsgemäße Regelsystem zu einer deutlichen Verbesserung der Standzeit der jeweils verwendeten Werkzeuge und zu einer gleichmäßigen und besseren Oberflächenqualität der zu bearbeitenden Werkstücke als bei einer herkömlichen, ungeregelten Holzbearbeitungsmaschine. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Regelsystem für einen oder mehrere Betriebsparameter entsprechende Sensoren und/oder Meßvorrichtungen zur Erfassung der jeweiligen bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten auf . Zur Verarbeitung der erfaßten Betriebsdaten verfügt das Regelsystem über eine Auswerteinheit. Der Bearbeitungsprozeß wird durch die parallel zur Bearbeitung zu erfassenden, bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten mindestens eines der nachfolgenden Betriebsparameter charakterisiert. Vorzugsweise sind dies :
- Körperschall
- Werkzeug-Temperatur
- Leistungsaufnahme eines für eine Schnittbewegung zuständigen Schnittmotors
- Leistungsaufnahme eines für eine Vorschubbewegung zuständigen Vorschubmotors
- radiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- axiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- tangentiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- Krafteinwirkung auf ein Werkstück
- Abweichungen von einer Vorschubrichtung
- Lageveränderungen des Holzbearbeitungswerkzeugs Je nach ausgewählten Betriebsparametern sind dabei vom Aufbau z.T. sehr unterschiedliche Sensoren und/oder Meßvorrichtungen notwendig. Diese sind dabei so ausgelegt, daß sie während der Bearbeitung die bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten des oder der jeweiligen Betriebsparameter kontinuierlich oder getaktet erfassen und als Datenstrom an die Auswerteeinheit weiterleiten. Dabei ist es nicht immer notwendig Absolutwerte zu übertragen, häufig reicht es aus, die Änderung eines Meßwertes zu erfassen und weiterzuleiten. Bei einem annähernd kontinuierlichen Bearbeitungsprozeß kann sich dadurch eine erhebliche Datenreduktion ergeben.
Die Erfassung der bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten des Betriebsparameters Körperschall erfolgt vorzugsweise durch eine direkte Messung am Gehäuse der Holzbearbeitungsmaschine. Als Sensoren dienen dazu beispielsweise piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer, die die akustischen Schwingungen der Maschinenoberfläche unabhängig von einer sich möglicherweise ändernden Raum-Akustik messen. Die Anbringung der Sensoren am Gehäuse der Holzbearbeitungsmaschine hat zudem den Vorteil, daß ohne weitreichende Eingriffe oder Umbauten der Maschine, eine schnelle und einfache Montage des erfindungsgemäßen Regelsystems z.B. auch an älteren Maschinen erfolgen kann.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Auswerteeinheit einen Speicher auf, in dem für jeden erfaßbaren Betriebsparameter mindestens ein Referenzwert abgespeichert wird. Diese Referenzwerte sind beispielsweise empirisch, auf der Basis von mehr oder weniger umfangreicher Versuchsreihen oder aufgrund von Einzelversuchen, z.B. beim Einrichten der Holzbearbeitungsmaschine, zu ermitteln. Sie können aber auch manuell eingegeben werden. Bei der gleichzeitigen Erfassung von Betriebsdaten aus mehreren unterschiedlichen Betriebsparametern, ist auch eine Verknüpfung mehrerer Referenzwerte pro Betriebsparameter mit den entsprechenden Referenzwerten der anderen Betriebsparameter, z.B. in Form einer Matrix oder einer Funktion, denkbar.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Auswerteinheit in der Lage, die bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten der erfaßbaren Betriebsparameter mit den dazugehörigen Referenzwerten zu vergleichen und aus diesem Vergleich die zulässige Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder die entsprechende Änderung der aktuellen Bearbeitungsgeschwindigkeit zu berechnen.
In einer bevorzugten Variante der Erfindung ist die Drehzahl des für die Vorschubbewegung und/oder die Drehzahl des für die Schnittbewegung zuständigen Motors durch die Auswerteinheit regelbar. Die Drehzahl oder die Drehzahlen sind dabei vorzugsweise mittels Frequenzumformer einstellbar. Die Erfindung schließt auch Varianten ein, bei denen die Drehzahl des jeweiligen Motors auf andere Art, z.B. über eine Schlupfsteuerung oder durch eine Veränderung der Polpaarzahl, eingestellt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Drehzahl des Vorschubmotors und/oder die Drehzahl des Schnittmotors durch die Auswerteinheit derart regelbar, daß die aus der geregelten Drehzahl resultierende Bearbeitungs- geschwindigkeit der berechneten Bearbeitungsgeschwindigkeit angepaßt wird. Dadurch ist eine schnelle Nachregelung und Anpassung der aktuellen Bearbeitungsgeschwindigkeit an die optimale berechnete Bearbeitungsgeschwindigkeit möglich.
In einer weiteren Variante der Erfindung ist die berechnete Bearbeitungsgeschwindigkeit mittels eines variablen Eingabewerts in der Höhe modifizierbar. Der variable Eingabewert ist dabei vorzugsweise prozentual einstellbar, wobei in einer Variante die mittlere Einstellung des Eingabewertes einer Eingabe von 100% entspricht. Bei einer ausschließlichen Regelung der Vorschubgeschwindigkeit wird z.B. durch Eingabe eines höheren Wertes in einem entsprechend höheren Bereich der Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet, bzw. bei Eingabe eines niedrigeren Wertes in einem entsprechend niedrigeren Bereich. Mit einer derartigen Einstellmöglichkeit kann alternativ zwischen hoher Qualität (d.h. Einstellwert < 100%) und hohem Durchsatz (d.h. Einstellwert > 100%) gewählt werden. Im Gegensatz dazu wird bei einer Regelung der Schnittgeschwindigkeit eine höhere Qualität, nicht wie bei der Vorschubbewegung durch eine Verringerung, sondern durch eine Erhöhung der entsprechenden Geschwindigkeit erzielt. Ein Verfahren zur Regelung Bearbeitungsgeschwindigkeit, insbesondere einer Vorschub- und/oder Schnittgeschwindigkeit, wird durch die Merkmale des Anspruchs 14 charakterisiert.
Dabei wird eine Bearbeitungsgeschwindigkeit bei Verwendung mindestens eines Bearbeitungswerkzeugs während eines Holzbearbeitungsvorgangs durch parallel zur Bearbeitung ermittelter, bearbeitungsspezifischer Betriebsdaten mindestens eines Betriebsparameters, insbesondere des Körperschalls, geregelt .
Hinsichtlich der Vorteile dieses Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen betreffend des Regelsystems zur Regelung einer Bearbeitungsgeschwindigkeit während eines Holzbearbeitungsvorgangs verwiesen.
Vorzugsweise werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels entsprechender Meßvorrichtungen und/oder Sensoren die bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten von mindestens einem der folgenden als Regelparameter dienenden Betriebsparameter erfaßt. Dies sind:
- Körperschall
- Werkzeug-Temperatur
- Leistungsaufnahme eines für eine Schnittbewegung zuständigen Schnittmotors
- Leistungsaufnahme eines für eine Vorschubbewegung zuständigen Vorschubmotors
- radiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug, - axiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- tangentiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- Krafteinwirkung auf ein Werkstück
- Abweichungen von einer Vorschubrichtung
- Lageveränderungen des Holzbearbeitungswerkzeugs
Die erfaßten Betriebsdaten werden daraufhin einer Auswert- einheit zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Körperschall während der Bearbeitung am Gehäuse einer Holzbearbeitungsmaschine gemessen.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß die direkte Messung des Körperschalls am Maschinengehäuse unabhängig von der Raum-Akustik ist und ohne weitreichende Eingriffe oder Umbauten der Maschine eine schnelle Aufnahme der bearbeitungsspezifischen Körperschalldaten ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird für jeden erfaßbaren Betriebsparameter mindestens ein Referenz- wert in der Auswerteinheit gespeichert, wobei der jeweilige Referenzwert vorzugsweise bei einem Einrichten der Holzbearbeitungsmaschine gemessen und abgespeichert wird. In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten der erfaßbaren Betriebsparameter während der Bearbeitung in der Auswerteinheit jeweils mit dem entsprechenden Referenzwert verglichen. Vorzugsweise wird auf der Grundlage dieses Vergleichs eine zulässige Bearbeitungsgeschwindigkeit berechnet und die Drehzahl des entsprechenden Motors daraufhin soweit nachgeregelt, bis die aktuelle Bearbeitungsgeschwindigkeit der berechneten zulässigen Bearbeitungsgeschwindigkeit entspricht .
In einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl des Vorschubmotors und/oder die Drehzahl des Schnittmotors über einen Frequenzumformer eingestellt .
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahren wird die berechnete Bearbeitungsgeschwindigkeit durch einen variabel einzustellenden Eingabewert, der vorzugsweise prozentual eingegeben wird, in der Höhe modifiziert, wobei in einer Variante bei einer mittleren Einstellung ein Eingabewert von 100% eingestellt wird.
Wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren z.B. nur die Vorschubgeschwindigkeit geregelt, so wird bei Eingabe eines höheren Wertes in einem entsprechend höheren Bereich der Vorschubgeschwindigkeit gearbeitet, bzw. bei Eingabe eines niedrigeren Wertes in einem entsprechend niedrigeren Bereich. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figur der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Signalverlaufs in einem erfindungsgemäßen Regelsystem
In der Figur ist schematisch der Signalverlauf in einem Regelungssystem zur Regelung der Vorschubgeschwindigkeit einer Holzsägemaschine 6 dargestellt.
Mittels einer Eingabevorrichtung 1, deren mittlere Einstellung 100% beträgt, wird ein vom Bediener zu variierendes Eingangssignal 2 einem Frequenzumformer 3 zugeführt, dessen Ausgangssignal 4 einen Vorschubmotor 5 steuert. Der Vorschubmotor 5 ist Teil einer Holzbearbeitungsmaschine, die in diesem Beispiel als eine Holzsägemaschine 6 ausgeführt ist. Der Vorschubmotor 5 führt mittels Reibräder 7 ein Holzwerkstück 8 zu einem als Holzbearbeitungswerkzeug dienenden Kreissägeblatt 9. Eine sich aus der Drehzahl des Vorschubmotors 5 ergebenen Vorschubgeschwindigkeit 10 ist abhängig vom Ausgangssignal 4 des Frequenzumformers 3. Die Vorschubgeschwindigkeit 10, die in diesem Beispiel eine regelbare Bearbeitungsgeschwindigkeit darstellt, bestimmt wesentlich den Bearbeitungsprozeß 11, von dessen unterschiedlichen Betriebsparametern, hier nur der Körperschall 12 als Ausgangssignal eines Regelkreises dargestellt ist. Der Körperschall 12 ist abhängig von der Belastung des Kreissägeblattes 9 und wird mittels eines Körperschallaufnehmers 13 während eines Sägeschnittes am Maschinengehäuse aufgenommen. Aus dem vom Körperschallaufnehmer 13 gelieferten Gesamtsignal 14 wird mittels Filterstufen 15 ein den Bearbeitungsprozeß 11 charakterisierendes Signal 16 herausgefiltert und einer Auswerteinheit 17 zugeführt.
In diesem Beispiel sind die Filterstufen 15 nicht Teil der Auswerteinheit 17, sondern stellen ein eigenständiges Glied in der Signalkette dar. Es ist aber ebenso denkbar die Filterstufen 15 als Teil des Kδrperschallaufnehmers 13 oder als Teil der Auswerteinheit 17 anzusehen.
In der Auswerteinheit 17 wird das gefilterte Körperschall - signal 16 einem Vergleicher 18 zugeführt, der das gefilterte Körperschallsignal 16 mit einem Referenzwert 19 vergleicht. Das Ergebnis 20 des Vergleichs wird einer Steuereinheit 21 zugeführt, die ein Steuersignal 22 erzeugt, das kompatibel zu dem Eingangssignal 2 ist. Je nach dem, ob das gefilterte Körperschallsignal 16 den Referenzwert 19 unterschreitet oder überschreitet, wird von der Steuereinheit 21 ein größeres oder ein kleineres Steuersignal 22 erzeugt, das dann im Knotenpunkt 23 mit dem Eingangssignal 2 modifiziert wird.
Ein Ansteigen des Körperschalls 12, aufgrund einer erhöhten Belastung des Kreissägeblattes 9, würde in diesem Anwendungsbeispiel zu einem Überschreiten des Referenzwertes 19, zu einem kleineren Steuersignal 22, zu einem Abschwächen des Eingangssignals 2 im Knotenpunkt 23 und in Folge dessen zu einer Verringerung der Vorschubgeschwindigkeit 10 führen.
Dadurch das der Bediener mittels der Eingabevorrichtung 1 das Eingangssignal 2 variieren kann, ist er in der Lage, den Regelbereich der Vorschubgeschwindigkeit 10 in der Höhe zu modifizieren. Die mittlere Einstellung der Eingabevorrichtung 1 ist mit 100% angegeben. Der sich aus dieser Einstellung ergebende Regelbereich der Vorschubgeschwindigkeit 10 stellt einen optimalen Kompromiß zwischen hoher Qualität und hohem Durchsatz dar. Bei Eingabe eines höheren Wertes wird in einem entsprechend höheren Bereich der Vorschubgeschwindigkeit 10 und mit einem dementsprechend größeren Durchsatz gearbeitet, bzw. bei Eingabe eines niedrigeren Wertes in einem entsprechend niedrigeren Bereich mit höherer Qualität.
* * *

Claims

Ansprüche :
Regelsystem zur Regelung mindestens einer Bearbeitungs- geschwindigkeit , insbesondere einer Vorschub- und/oder einer Schnittgeschwindigkeit, bei Verwendung von mindestens einem Holzbearbeitungswerkzeug während eines HolzbearbeitungsVorgangs
dadurch gekennzeichnet, daß
das Regelsystem mindestens einen Betriebsparameter, insbesondere Körperschall (12) , als Regelparameter verwendet
Regelsystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Holzbearbeitungsvorgang durch Zerspanen mit geometrisch bestimmter und/oder mit geometrisch unbestimmter Schneide, insbesondere durch Drehen, Fräsen, Hobeln, Bohren, Sägen oder Schleifen erfolgt.
3. Regelsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regelsystem für einen oder mehrere Betriebsparameter entsprechende Sensoren und/oder Meßvorrichtungen zur Erfassung von bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten aufweist und daß das Regelsystem über eine Auswerteinheit (17) zur Verarbeitung der erfaßten Betriebsdaten verfügt .
4. Regelsystem nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Meßvorrichtungen und/oder der Sensoren die bearbeitungs- spezifischen Betriebsdaten von mindestens einem der Betriebsparameter
- Körperschall (12) ,
- Werkzeug-Temperatur,
- Leistungsaufnahme eines für eine Schnittbewegung zuständigen Schnittmotors,
- Leistungsaufnahme eines für eine Vorschubbewegung zuständigen Vorschubmotors (5) ,
- radiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- axiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- tangentiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- Krafteinwirkung auf ein Werkstück
- Abweichungen von einer Vorschubrichtung
- Lageveränderungen des Holzbearbeitungswerkzeugs
erfaßbar sind. Regelsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschall (12) während der Bearbeitung am Gehäuse einer Holzbearbeitungsmaschine (6) meßbar ist.
6. Regelsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteinheit (17) einen Speicher aufweist, in dem für jeden erfaßbaren Betriebsparameter mindestens ein Referenzwert (19) abspeicherbar ist.
Regelsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteinheit (17) die bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten der erfaßbaren Betriebsparameter mit den dazugehörigen Referenzwerten zu vergleichen sind und aus diesem Vergleich die zulässige Bearbeitungsgeschwindigkeit und/oder die entsprechende Änderung der aktuellen Bearbeitungsgeschwindigkeit berechenbar ist .
Regelsystem nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des für die Vorschubbewegung und/oder die Drehzahl des für die Schnittbewegung zuständigen Motors durch die Auswerteeinheit regelbar ist . Regelsystem nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die die Drehzahl des Vorschubmotors (5) und/oder die Drehzahl des Schnittmotors mittels eines Frequenzumformers (3) einstellbar ist.
10. Regelsystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Vorschubmotors (5) und/oder die Drehzahl des Schnittmotors durch die Auswerteeinheit (17) derart regelbar ist, daß eine aus der geregelten Drehzahl resultierende Bearbeitungsgeschwindigkeit der berechneten Bearbeitungsgeschwindigkeit anzupassen ist.
11. Regelsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines variablen Eingabewertes die berechnete Bearbeitungsgeschwindigkeit in der Höhe modifizierbar ist.
12. Regelsystem nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß der variable Eingabewert prozentual einstellbar ist .
13. Regelsystem nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß eine mittlere Einstellung des Eingabewertes dem Eingabewert 100% entspricht.
14. Verfahren zur Regelung mindestens einer Bearbeitungsgeschwindigkeit, insbesondere einer Vorschub- und/oder Schnittgeschwindigkeit, bei Verwendung von mindestens einem Holzbearbeitungswerkzeug während eines Holzbearbeitungsvorgangs
dadurch gekennzeichnet, daß
die Bearbeitungsgeschwindigkeit durch mindestens einen Betriebsparameter, insbesondere Körperschall (12) , geregelt wird.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß mittels Meßvorrichtungen und/oder Sensoren bearbeitungsspezifische Betriebsdaten von mindestens einem der Betriebsparameter:
- Körperschall (12),
- Werkzeug-Temperatur,
- Leistungsaufnahme eines für eine Schnittbewegung zuständigen Schnittmotors,
- Leistungsaufnahme eines für eine Vorschubbewegung zuständigen Vorschubmotors (5) ,
- radiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- axiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug, - tangentiale Krafteinwirkung auf ein Holzbearbeitungswerkzeug,
- Krafteinwirkung auf ein Werkstück
- Abweichungen von einer Bearbeitungsrichtung
- Lageveränderungen des Holzbearbeitungswerkzeugs
erfaßt und einer Auswerteinheit (17) zur weiteren Verarbeitung zugeführt werden.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Körperschall (12) während der Bearbeitung am Gehäuse einer Holzbearbeitungsmaschine (6) gemessen wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden erfaßbaren Betriebsparameter mindestens ein Referenzwert (19) in der Auswerteinheit (17) gespeichert wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der jeweilige Referenzwert (19) bei einem Einrichten einer Holzbearbeitungsmaschine (6) gemessen und abgespeichert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die bearbeitungsspezifischen Betriebsdaten der erfaßbaren Betriebsparameter während der Bearbeitung in der Auswerteinheit (17) jeweils mit den entsprechenden abgespeicherten Referenzwerten (19) verglichen werden.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundlage des Vergleichs von aktuellen Betriebsdaten und gespeicherten Referenzwerten eine zulässige Bearbeitungsgeschwindigkeit berechnet wird und die Drehzahl des für die Vorschubbewegung und/oder die Drehzahl des für die Schnittbewegung zuständigen Motors daraufhin soweit nachgeregelt wird, bis die aktuelle Bearbeitungsgeschwindigkeit der berechneten zulässigen Bearbeitungsgeschwindigkeit entspricht .
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Vorschubmotors (5) und/oder die Drehzahl des Schnittmotors über einen Frequenzumformer (3) eingestellt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die berechnete Bearbeitungsgeschwindigkeit durch einen variabel einzustellenden Eingabewert in der Höhe modifiziert wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingabewert prozentual eingegeben wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer mittleren Einstellung des Eingabewertes der Eingabewert 100% eingegeben wird.
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