„Messanordnung und Verfahren zum optischen Vermessen von Trennwerkzeugen"
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messanordnung sowie auch ein Verfahren zum optischen Vermessen von Schneidelementen bei Trennwerkzeugen, wie Sägeblättern, Trennschleifscheiben und dergleichen.
Es ist bekannt, Bearbeitungswerkzeuge, wie Bohrer und Kreissägeblätter, optisch zu vermessen, indem jeweils der relevante Arbeitsbereich des Werkzeugs mit einer elektronischen Kamera als Bild aufgezeichnet und dieses elektronische Bild dann auch elektronisch mittels einer Rechnereinheit unter Anwendung eines Bildbearbeitungsprogramms ausgewertet wird. Dabei muss allerdings bisher für eine hinreichende Vermessung der relevanten Geometrien und Verhältnisse im Arbeitsbereich die Kamera und/oder das jeweilige Werkzeug mehrfach umgestellt werden. Beispielsweise muss zum Vermessen eines Kreissägeblattes die Messkamera in drei verschiedene Messpositionen verschwenkt werden, um die wichtigsten Schneidenwinkel und Abmessungen des Sägeblattes vermessen zu können. Dies führt zu einem großen Zeitaufwand und ist zudem auch mühsam, weil jedes Schneidelement (jeder Sägezahn) einzeln mehrfach aus verschiedenen Perspektiven nacheinander aufgenommen werden muss.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Messanordnung zu schaffen, mit der Trennwerkzeuge hinsichtlich ihrer wichtigsten Größen einfach, schnell und besonders komfortabel sowie mit hoher Präzision vermessen werden können. Zudem soll auch ein entsprechendes Verfahren zum optischen Vermessen angegeben werden.
Erfindungsgemäß wird dies durch eine Messanordnung nach dem Anspruch 1 bzw. durch ein Verfahren nach dem Anspruch 17 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen enthalten.
Erfindungsgemäß ist demnach eine Messeinheit mit mindestens zwei elektronischen Kameras und mit einem Durchlaufbereich für die zu vermessenden Schneidelemente des jeweiligen Trennwerkzeugs vorgesehen. Dabei sind die Kameras relativ zu dem Durchlaufbereich derart ausgerichtet, dass von jedem den Durchlaufbereich durchlaufenden Schneidelement praktisch gleichzeitig mindestens zwei elektronische Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven erzeugbar sind. Somit werden erfindungsgemäß in einem Durchlauf des zu vermessenden Trenn Werkzeugs von jedem Schneidelement automatisch mindestens zwei elektronische Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven erzeugt, und diese Bilder werden nachfolgend elektronisch verarbeitet und ausgewertet.
Dabei sind die (mindestens zwei) Kameras so ausgerichtet, dass die relevantesten Größen des jeweiligen Trennwerkzeugs gleichzeitig erfasst werden können. Beispielsweise bei einem Kreissägeblatt mit z. B. hartmetallbestückten Zähnen können mit einem aus radialer Blickrichtung aufgenommenen Vorderansicht-Bild einer ersten Kamera zumindest die Zahnbreite und der Zahnsitz relativ zu einem Stammblatt mit seitlichen, axialen Freiwinkeln sowie zusätzlich auch die Stammblattposition relativ zu einer Sollmittelebene erfasst werden. Mit einer zweiten Kamera wird senkrecht zur Messebene (Blattebene des Trennwerkzeugs) ein Seitenansicht-Bild erzeugt, mit dem die Zahnkontur und die Schneidenwinkel (relevante Winkel am Zahn, d. h. Span- und Freiwinkel) erfasst werden können. Optional können mit ein bis zwei zusätzlichen Kameras auch die Tangential- und Radialfreiwinkel erfasst werden. Schließlich können noch ein bis zwei Kameras für bestimmte Zusatzmessungen am Blatt vorgesehen sein, z. B. im Zahngrund, am Zahnsitz und/oder in der Lötungszone der Zahn-Bestückung (Hartmetall- oder Diamant-Schneidelement).
Darüber hinaus können auch optische Schwingungsmessungen insbesondere dynamisch bei Einsatzdrehzahl zur anschließenden Spaπnungskorrektur durchgeführt werden.
Die Erfindung führt zu einer sehr schnellen und komfortablen Vermessung, indem ein rotierendes scheibenförmiges Trennwerkzeug in nur einem Durchlauf über 360° vollständig vermessen werden kann, indem während des Umlaufs, der vorzugsweise mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 2 bis 3 Sekunden pro Umdrehung erfolgt, alle Schneidelemente automatisch nacheinander optisch mit jeweils mindestens zwei Bildern aus unterschiedlichen Perspektiven aufgezeichnet werden. Alle Bilder werden
in einer Bildspeichereinrichtung gespeichert und automatisch elektronisch ausgewertet, wobei vorzugsweise eine Tabelle mit den den einzelnen Schneidelementen zugeordneten, relevanten Messgrößen erstellt wird. Diese Tabelle kann auf einem Monitor dargestellt werden. Es können auch die Schneidelemente qualitativ bewertet, beispielsweise als einwandfrei oder als fehlerhaft gekennzeichnet werden. Zudem ist es möglich, jedes einzelne Schneidelement in der Tabelle z. B. durch eine Markierung auszuwählen und auf diese Weise seine zugehörigen Bilder aus dem Speicher aufzurufen und zusätzlich auf dem Monitor darzustellen.
Die Erfindung eignet sich für beliebige Trennwerkzeuge, und zwar neben allen rotierenden, kreisscheibenförmigen Werkzeugen, wie Kreissägeblättern mit insbesondere hartmetallbestückten Schneidzähnen und Trennschleifscheiben vorzugsweise mit diamantbestückten Schneid- bzw. Schleifelementen, grundsätzlich auch für längliche Sägeblätter, die dann zum Vermessen in einem Längsdurchlauf durch den Durchlaufbereich der erfindungsgemäßen Messeinheit bewegt werden.
Anhand der Zeichnungen soll nun die Erfindung beispielhaft genauer erläutert werden. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische, blockschaltbildartige Darstellung einer erfindungsgemäßen Messanordnung,
Fig. 2 eine stark vergrößerte Ansicht einer erfindungsgemäßen Messeinheit in
Pfeilrichtung Il gemäß Fig. 1 , wobei zur Darstellung der wesentlichen Komponenten eine Gehäuseabdeckung weggelassen ist,
Fig. 3 eine beispielhafte Darstellung eines von einer ersten Kamera in
Pfeilrichtung III gemäß Fig. 2 erzeugten Bildes im Bereich eines Schneidelementes eines Trennwerkzeugs und
Fig. 4 eine beispielhafte Darstellung eines weiteren Bildes, welches von einer zweiten Kamera in Pfeilrichtung IV aufgenommen wird.
Wie sich zunächst aus Fig. 1 ergibt, dient eine erfindungsgemäße Messanordnung 1 zum optischen Vermessen von Schneidelementen 2 bei Trennwerkzeugen 4. In Fig. 1 ist beispielhaft als Trennwerkzeug 4 ein Kreissägeblatt veranschaulicht, welches über den Umfang verteilte, als Sägezähne ausgebildete Schneidelemente 2 aufweist. Die
Messanordnung 1 besteht aus einer Messeinheit 6, einer der Messeinheit 6 nachgeschalteten Auswerteeinrichtung 8 und vorzugsweise einem mit der Auswerteeinrichtung 8 verbundenen Monitor 10 oder dergleichen Display. Als Auswerteeinrichtung 8 kann ein Rechner verwendet werden, z. B. ein PC mit zugehörigem Monitor oder ein Laptop bzw. Notebook mit integriertem Display.
Wie sich nun aus Fig. 2 ergibt, weist die Messeinheit 6 mindestens zwei elektronische Kameras 12 und 14 sowie einen Durchlaufbereich 16 für die zu vermessenden Schneidelemente 2 des jeweiligen Trennwerkzeugs 4 auf. Der Durchlaufbereich 16 ist als eine Öffnung eines Gehäuses der Messeinheit 6 gebildet. Dabei sind die Kameras 12, 14 erfindungsgemäß relativ zu dem Durchlaufbereich 16 derart ausgerichtet, dass von jedem den Durchlaufbereich 16 durchlaufenden Schneidelement 2 mindestens zwei elektronische Bilder aus unterschiedlichen Perspektiven erzeugbar sind. Die nachgeschaltete Auswerteeinrichtung 8 dient dann zur elektronischen Verarbeitung und Auswertung der von den Kameras 12, 14 der Messeinheit 6 erzeugten Bilder.
Die Anordnung und Ausrichtung der Kameras 12, 14 innerhalb der Messeinheit 6 ist auf eine Messebene 18 bezogen, die durch den Durchlaufbereich 16 verläuft und bei der bestimmungsgemäßen Anwendung mit einer Mittelebene 20 des zu vermessenden Trennwerkzeugs 4 zusammenfällt. Diese Messebene 18 bildet somit auch gleichzeitig eine Bewegungsmittelebene der Schneidelemente 2 beim Durchlauf durch den Durchlaufbereich 16.
Erfindungsgemäß ist nun in einer Mindestausstattung der Messeinheit 6 die erste Kamera 12 mit ihrer optischen Aufnahmeachse 22 zur Erzeugung von Vorderansicht- Bildern der Schneidelemente 2 (vgl. hierzu Fig. 3) entsprechend dem Verlauf der Messebene 18 ausgerichtet. Bei kreisscheibenförmigen, rotierenden Trennwerkzeugen 4 folgt hieraus eine Aufnahmerichtung radial von außen auf die Schneidelemente 2. Die in der Mindestausführung vorhandene zweite Kamera 14 ist mit ihrer optischen Aufnahmeachse 24 zur Erzeugung von Seitenansicht-Bildern der Schneidelemente 2 (vgl. Fig. 4) ausgerichtet. Dies entspricht einer Aufnahmerichtung rechtwinklig zur Ebene 20 des Trennwerkzeugs 4. Hierbei ist es nun besonders vorteilhaft, wenn die zweite Kamera 14 - wie in Fig. 2 dargestellt - mit ihrer Aufnahmeachse 24 parallel versetzt neben der ersten Kamera 12 und deren Aufnahmeachse 22 angeordnet ist, wobei der zweiten Kamera 14 dann ein Umleπkelement 26 - insbesondere in Form eines Spiegels oder eines Prismas - zugeordnet ist, welches die eigentliche Aufnahmeachse 24 zur Seitenansicht der Schneidelemente 2 rechtwinklig zu der
Messebene 18 umlenkt; vgl. in Fig. 2 die umgelenkte Aufnahmeachse 24a. Durch die bevorzugte parallele Anordnung der Kameras 12, 14 ergibt sich eine besonders kompakte, Platz sparende Ausführung der Messeinheit 6.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung sind den Kameras 12, 14 Leuchtmittel zur Beleuchtung des jeweiligen Aufnahmebereiches zugeordnet. Der zweiten Kamera 14 ist eine Lichtquelle 28 zur Gegenlichtbeleuchtung zugeordnet. Diese Lichtquelle 28 ist in vorteilhafter Ausgestaltung - bezogen auf die Messebene 18 - etwa symmetrisch der zweiten Kamera 14 gegenüberliegend angeordnet, und ihr Licht (vgl. in Fig. 2 die eingezeichnete Lichtstrahlachse 30) wird über ein Umlenkelement 32 rechtwinklig zur Messebene 18 und damit in Richtung des gegenüberliegenden Umlenkelementes 26 und der Aufnahmeachse 24a der zweiten Kamera 14 umgelenkt (vgl. die umgelenkte Lichtstrahlachse 30a). Auch diese bevorzugte Ausgestaltung führt zu einem kompakten Aufbau der Messeinheit 6. Auch das Umlenkelement 32 kann als Spiegel oder Prisma ausgebildet sein.
Die Komponenten der Messeinheit 6 sind bevorzugt an einem gemeinsamen, z. B. plattenförmigen Träger 33 befestigt (Fig. 2) und werden von einer nicht dargestellten, z. B. haubenartigen Abdeckung (Gehäuse) abgedeckt.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist die gesamte Messeinheit 6 relativ zu dem jeweiligen zu vermessenden und dazu über eine Werkzeugaufnahme gehaltenen Trennwerkzeug 4 derart zwischen einer Ausgangsstellung und einer Arbeitsstellung beweglich geführt, dass sie in der Arbeitsstellung (s. Fig. 2) mit ihrem Durchlaufbereich 16 das Trennwerkzeug 4 bereichsweise aufnimmt und in der Ausgangsstellung (s. Fig. 1) mit ihrem Durchlaufbereich 16 das Trennwerkzeug 4 vollständig freigibt, so dass das Trennwerkzeug 4 von der Werkzeugaufnahme demontiert oder auf die Werkzeugaufnahme montiert werden kann. Die Bewegung der Messeinheit 6 zwischen Ausgangsstellung und Arbeitsstellung ist in den Fig. 1 und Fig. 2 jeweils durch einen Doppelpfeil 34 veranschaulicht. Die Messeinheit 6 ist dazu über eine geeignete Schiebeführung geführt, wobei sie manuell oder motorisch bewegbar ist. Vorzugsweise erfolgt in der Arbeitsstellung eine selbsttätige Positionierung und Arretierung relativ zu dem Trennwerkzeug 4. Die Positionierung kann mit Vorteil über eine nicht dargestellte Lichtschranke oder dergleichen erfolgen. Als motorischer Antrieb kann ein hydraulischer oder pneumatischer Antriebszylinder oder ein Spindeltrieb vorgesehen sein (ebenfalls nicht dargestellt).
Die von den Kameras 12, 14 erzeugten elektronischen Bildsignale werden über elektrische Leitungsverbindungen 36 an die Auswerteeinrichtung 8 übertragen. Hier werden die entsprechenden Bilder (elektronische, digitale Standbilder) vorzugsweise in einer Bildspeichereinrichtung gespeichert. Weiterhin enthält die Auswerteeinrichtung 8 Rechner-Mittel zum Erstellen einer Tabelle für die vorhandenen Schneidelemente 2 des jeweiligen Trennwerkzeugs 4 zusammen mit zugehörigen, durch die elektronische Verarbeitung und Auswertung der Bilder ermittelten, insbesondere geometrischen Größen und vorzugsweise mit Zusatzkennzeichnungen in Relation zu vorbestimmten Sollgrößen. Die erstellte Tabelle kann dann auf dem Monitor 10 dargestellt werden. Vorzugsweise mit einer üblichen Cursor-Steuerung kann jeweils eines der Schneidelemente 2 mit seinen zugehörigen Werten ausgewählt werden, wobei dann die zugehörigen Bilder aus der Bildspeichereinrichtung abgerufen und ebenfalls auf dem Monitor dargestellt werden können.
In den Fig. 3 und 4 sind beispielhaft zwei derartige Bilder dargestellt. Die elektronische Bildauswertung erkennt und markiert automatisch relevante Geometrien, die als Messlinien 38 eingetragen und mit dargestellt werden können. Zudem sind relevante Sollgrößen als Linien 40 eingetragen. Dabei können die Linien 38, 40 mit unterschiedlichen Farben dargestellt werden. Auf diese Weise erhält der Anwender eine sehr schnelle und übersichtliche Information über die Qualität des jeweiligen Schneidelementes 2. In Fig. 3 ist beispielhaft ein fehlerhaftes Schneidelement 2 veranschaulicht. Dabei ist ersichtlich, dass das Schneidelement 2 seitlich außerhalb seines Sollbereiches versetzt liegt. Zudem liegt auch ein die Schneidelemente 2 tragendes Stammblatt 42 des Trennwerkzeugs 4 bezüglich seiner Mittelebene seitlich versetzt relativ zu einer Soll-Mittelebene. Es können zudem auch die Winkel von seitlichen Messlinien der Seitenflanken des Schneidelementes 2 bestimmt werden. In Fig. 4 ist das Seitenprofil des Schneidelementes 2 veranschaulicht. Anhand der durch die Bildauswertung eingetragenen Messlinien 38 kann hier zumindest ein Schneidenwinkel α bestimmt werden.
In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt in der Auswerteeinrichtung 8 auch eine qualitative Auswertung der elektronisch bestimmten Größen jeweils in Relation zu vorgegebenen Sollwerten. Dabei können in der erzeugten und dargestellten Tabelle fehlerhafte Schneidelemente 2 gekennzeichnet werden. Beispielsweise können alle korrekten, den Sollvorgaben entsprechende Werte in Grün und fehlerhafte, von den Sollwerten abweichende Werte in Rot dargestellt werden.
Außerdem kann in vorteilhafter Ausgestaltung noch eine zusätzliche, nicht dargestellte Einrichtung zum automatischen Kennzeichnen von durch die Bildauswertung als fehlerhaft festgestellten Schneidelementen 2 vorgesehen sein. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Einrichtung handeln, die direkt an dem Trennwerkzeug 4 fehlerhafte Schneidelemente 2 beispielsweise durch Tintenstrahl markiert.
In einer weiteren Ausbaustufe der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 kann anhand der ermittelten Messergebnisse auch unmittelbar oder mittelbar eine bestimmte Bearbeitungsvorrichtung zur Korrektur des jeweiligen Trennwerkzeugs 4 angesteuert werden. Eine solche Bearbeitungsvorrichtung kann beispielsweise eine Schleifmaschine zur Korrektur der Schneidengeometrie sein.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung ist insbesondere die Messeinheit 6 modular aufgebaut, indem sie aus bestimmten, bedarfsweise wählbaren Modulkomponenten aufgebaut ist. Insbesondere können die Kameras als frei wählbare Module aufgebaut sein.
Die Erfindung ermöglicht ein sehr schnelles und komfortables Vermessen von beliebigen Trennwerkzeugen 4. Speziell im Falle von rotierenden, scheibenförmigen Trennwerkzeugen 4 kann eine vollständige Vermessung in nur einem 360°-Durchlauf mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von nur etwa 2 bis 3 Sekunden erfolgen. Bei dieser Umdrehung werden Bilder aller Schneidelemente 2 erzeugt. Eine solche Messung beginnt mit einem bestimmten Schneidelement bei einem Umdrehungswirikel von 0°. Alle weiteren Schneidelemente werden dann zusätzlich auch mit ihrer Winkelposition in die Tabelle eingetragen. Auf diese Weise können die Messwerte leicht den einzelnen Schneidelementen 2 des Trennwerkzeugs 4 zugeordnet werden.
Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausführungen. So ist die Messeinheit 6 nicht auf die Ausführung mit nur zwei Kameras 12, 14 beschränkt, sondern es können ein bis zwei zusätzliche Kameras beispielsweise zur Bestimmung der Tangential- und Radialfreiwinkel der Schneidelemente 2 und/oder zusätzliche Kameras für bestimmte Zusatzmessungen vorgesehen sein. Die Erfindung ermöglicht auch eine Prüfung von Lötverbindungen zwischen dem jeweiligen Schneidelement 2 und dem zugehörigen Stammblatt 42. Dazu wird der jeweilige, optisch als Bild erfasste Lötbereich mit in der
Auswerteeiririchtung 8 abgelegten Mustern verglichen und daraus die Lötdichte bestimmt. Diese Dichte der Verbindung wird als Grundlage zur Bewertung herangezogen. Beispielsweise wird eine ermittelte Dichte im Bereich von 95 % bis 100% als gut bewertet. Sind über 5 % des Lötbereiches mangelhaft, beispielsweise porös, so wird das jeweilige Schneidelement 2 entsprechend als mangelhaft bewertet und gekennzeichnet.