WO2014198712A2 - Kalottenschleifgerät und verfahren zu dessen verwendung - Google Patents

Kalottenschleifgerät und verfahren zu dessen verwendung Download PDF

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WO2014198712A2
WO2014198712A2 PCT/EP2014/062006 EP2014062006W WO2014198712A2 WO 2014198712 A2 WO2014198712 A2 WO 2014198712A2 EP 2014062006 W EP2014062006 W EP 2014062006W WO 2014198712 A2 WO2014198712 A2 WO 2014198712A2
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grinding
ball
measuring device
kalottenschleifgerät
position measuring
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Reinhold Bethke
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Fraunhofer Gesellschaft Zur Förderung Der Angew. Forschung E.V.
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/08—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness for measuring thickness
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion

Definitions

  • the invention relates to a Kalottenschleiffill with
  • At least one receiving device for receiving a test object and at least one grinding ball, which can be brought into rotation by drive means and with a
  • the invention relates to a method for determining the abrasion wear of a test specimen, in which at least one specimen in at least one receiving device
  • Drive means is rotated to grind a dome in the specimen.
  • Devices and methods of the type mentioned above can be used to determine the layer thickness and the wear resistance of a coating on the specimen.
  • Coatings of the type mentioned can be used to the decorative appearance of components
  • a test device and a corresponding method for determining the layer thickness and the wear resistance of a coating on a test specimen is known.
  • a grinding ball is rotated by drive means in rotation and at least with a part of its own weight against the
  • the abrasive particles may include diamond, oxides, carbides, nitrides or silicides.
  • the basis of the emulsion may be deionized water or an oil.
  • the volume fraction of the particles can vary between 2% and 20%.
  • the depth of the calotte is determined profilometrically or by microscopic evaluation.
  • the grinding path results from the test duration and the rotational speed of the ball.
  • the wear coefficient can be calculated from the parameters grinding path, contact force and calotte volume. From the diameter and depth of the dome, the layer thickness of a coating
  • Abrasive process can be performed or the
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method and a device for determining the abrasion wear and / or the layer thickness of a coated test specimen, which
  • the object is achieved by a Kalottenschleif- device according to claim 1 and a method according to claim 10.
  • a calotte grinding device comprises at least one receiving device for receiving at least one test object and at least one grinding ball, which can be brought into rotation by drive means and can be guided against the test object with a predetermined or predefinable force.
  • the sanding ball is a free-running sanding ball, i.
  • the sanding ball is not fixed with a drive axle
  • a solid compound in the sense of the present invention would be present, for example, in the case of a positive or cohesive connection or an adhesive connection.
  • the calotte grinding device comprises a position measuring device for measuring the position of the at least one sanding ball.
  • the function of the position measuring device does not necessarily include the exact determination of the position in three-dimensional space, but in particular at least one measured value which is used for determining the change in position of the
  • Abrasive ball is usable during the machining process. This makes it possible while a running
  • the calotte grinding device is preferably set up, a position measurement of the sanding ball during an ongoing grinding process
  • the position measuring device comprises at least one measuring means for position measurement of the grinding ball by means of a non-contact measuring principle.
  • the grinding process is not affected by the measurement itself.
  • the position measuring device is set up to automatically determine measured values of the position of the grinding ball at predetermined or predeterminable time intervals. In this way, the timing of the grinding process can be reproducibly documented and errors, such as.
  • the attitude measuring device is configured to measure the distance of the attitude measuring device to the grinding ball. Since distance measuring devices are readily available on the market as standard measuring devices, the position can be measured here inexpensively and very accurately, whereby preferably only the relative displacement of the grinding ball during grinding in the direction of the grinding normal axis is determined.
  • the change in position can be determined by laser triangulation. In some embodiments of the invention, the change in position may be determined by a capacitive or inductive measurement. In some embodiments of the invention, the change in position may be determined by electronic image analysis from a digital camera image.
  • Abrasive ball be defined and the attitude measuring device may deviate at an angle of less than 30 ° from the grinding normal direction with consideration of the ball center as an angular reference point. Since the position measuring device thus lies largely in extension of the grinding standard behind the grinding ball, the displacement of the grinding ball into the ground dome causes a corresponding measured value of the displacement.
  • the position measuring device is set up, one projected in the measuring direction of the position measuring device
  • the position measuring device preferably has a camera or a one-dimensional photosensor for detecting a circumferential line of the grinding ball or a part thereof or a point of the circumferential line. This orientation of the position measuring device is in particular
  • the shift can be determined by evaluating the recorded with a brightness contrast perimeter. Because the line has a variety of pixels
  • the camera is considered as a two-dimensional photosensor. It is also possible to use a (one-dimensional) line detector, each having only one point of the perimeter and its
  • the dome grinder is configured to determine an initial start position and subsequent change positions of a sanding ball to determine the depth of the sanding ball via the relative movement of the sanding ball
  • the calotte grinder is preferably set up to display the numerical value of the depth of penetration on a display and / or to store it in a storage medium.
  • An appropriate storage medium is in some
  • Embodiments of an electronic storage medium wherein a printer is also understood as a suitable storage medium. It is preferably not possible to output the measured value of the distance measurement, but rather the calotte grinding depth calculated therefrom or the corresponding one
  • these calculations may include adaptation calculations that take into account, in particular, the wear on the grinding ball.
  • the calotte grinding device may preferably be set up to determine and store distance-time value pairings, in particular a distance-time diagram, the depth of penetration of the grinding ball into a test object.
  • the calotte grinder may be arranged in predetermined or predetermined intervals to determine the designated depth and store. This makes it possible to create a clean and complete documentation, which may be required in the field of quality assurance. Also, by the multiplicity of
  • At least one specimen is inserted into at least one receiving device
  • the grinding test specimen machining is at least one measured value with respect to the position of the grinding ball
  • the attitude measuring device may be configured to adjust a rotational speed of the grinding ball from a cyclic change in the distance between the attitude measuring device and the grinding ball
  • Signal can be derived either a speed or an angular velocity of the sanding ball or the Number of revolutions can be determined to determine the way exactly.
  • a desired depth of grinding is determined and upon reaching it
  • Abrasion process can be canceled in particular software-controlled, as soon as required distances were reached, which means a significant acceleration in comparison to conventional grinding, in which had to be ground significantly lower, as sure as the required
  • Fig. 1 shows schematically a Kalottenschleifterrorism
  • Fig. 2 illustrates the evaluation of a Kalottenschliffs obtained in FIG. 1.
  • FIG 3 shows an embodiment of a calotte grinding machine according to the invention with three grinding balls.
  • Fig. 4 shows a grinding structure with several
  • FIG. 5 shows a path-time diagram created by the measured values in the case of the multi-layered test sample structure.
  • Fig. 1 shows schematically the implementation of
  • Fig. 1 shows a section through a grinding ball 11.
  • the grinding ball 11 can be
  • made of hardened steel or a Steel and have a diameter of about 10 mm to about 40 mm.
  • the grinding ball 11 rests on a rotatable shaft 121. Upon rotation of the shaft 121, the grinding ball 11 is set in rotation via the frictional forces between the shaft and the grinding ball.
  • the respective directions of rotation are schematically illustrated by arrows.
  • the grinding ball 11 rests on the surface of a test object 20.
  • the test piece 20 may comprise a base material with a coating applied thereto.
  • the specimen 20 may be an uncoated material, such as a hardened or tempered steel.
  • the test piece 20 preferably has a flat surface for performing the
  • the test object 20 is in a receiving device 10
  • the surface to be examined of the test piece 20 is inclined between about 90 ° and about 10 ° to the vertical. In some embodiments of the invention, the inclination of the surface to be examined is against the
  • Dead weight of the grinding ball 11 on both the shaft 121 and on the DUT 20 By adjusting the inclination of the DUT, the weight distribution between the shaft 121 and DUT 20 can be adjusted, as well by adjusting the horizontal distance.
  • the device 1 has an optional
  • Measuring device 13 on.
  • Embodiments of the invention is absent, the acting normal force can also be determined from the weight of the grinding ball 11 and the geometric arrangement of ball, shaft and DUT.
  • the applied normal force that results from the sanding ball on the test specimen 20 traversed grinding path and the volume of the ground calotte
  • FIG. 2 shows the cross section through a
  • the DUT 20 is a parallelepiped with a flat surface.
  • the specimen 20 may also have a different geometry.
  • a layer of a coating 21 is arranged, for example, an amorphous carbon or a ceramic.
  • the coating 21 has a thickness h, which may be, for example, between about 1 ⁇ and about 500 ⁇ . In a multilayer coating, each layer thickness can be between about 1 ⁇ and about 500 ⁇ .
  • the grinding ball 11 is ground by continued unwinding on the surface of the coating 21 in the test piece 20. This results in a dome 25, which is shaped approximately complementary to the grinding ball 11.
  • the calotte has the depth T. This is composed of the layer thickness h of the coating and the penetration depth t into the base material of the test object 20.
  • the top view of the cap 25 is shown. Visible are two concentric circles with the diameters D and d.
  • the outer diameter D results from the radius R of the grinding ball 11 and the grinding depth T.
  • the smaller diameter d results from the radius R of the grinding ball 11 and the thickness h of the
  • the depth T together with the radius R of the dome, defines the wear of the DUT.
  • Fig. 3 shows a perspective view of a
  • Calotte grinding machine 1 configured to simultaneously process three specimens 20a, 20b and 20c. Since the three specimens 20a, 20b and 20c can be mounted in a simple manner at the same distance and at the same inclination to the drive means 12 on the platform 16 of the machine 1, acts on all specimens 20 the same weight of each associated grinding ball 11. In some
  • three specimens 20a, 20b and 20c can be mounted with a common receiving device on the calotte grinding machine 1, so that a particularly simple adjustment of a plurality of
  • the three abrasive balls IIa, IIb and 11c may in some embodiments of the invention have the same diameter and / or consist of the same material. In other embodiments of the invention, abrasive balls IIa, IIb and 11c of different diameters and / or of different materials may be used.
  • the three abrasive balls IIa, IIb and 11c are rotated by a common drive means 12 in rotation.
  • Abrasion wear and has the test specimen with the thinnest calotte has the greatest resistance to wear. Extensive comparison calculations or unrecognized error sources, which lead to a different abrasive load and thereby to misinterpretation of the measurement result, can thus be avoided.
  • the drive means 12 comprise in the illustrated
  • a rotatable shaft 121 is mounted in a left receiving bearing 125 and a right receiving bearing 124.
  • the concentricity of the shaft 121 may in some embodiments of the invention better than 100 ⁇ , better than 50 ⁇ or better than 20 ⁇ be.
  • a longer wave can also have one or more middle ones
  • Drive means be present, for example a
  • the shaft 121 has three positioning devices, so that each sanding ball 11 is accommodated in a positioning device. This prevents that the grinding balls 11 migrate along the shaft 121, so that not or not exclusively the desired location on the respective test piece 20 the wear by the grinding ball 11th
  • the positioning include in the illustrated
  • the groove 122 may have concave interfaces
  • the grooves 122 can also be rectilinear
  • optional polymer and / or elastomeric elements 123 are provided. These may have a slightly smaller internal dimension than the outer diameter of the shaft 122, so that the elastomeric elements 123 can be held on the shaft 121 by a press fit. This allows on the one hand a secure attachment and on the other hand easy replacement when the elastomeric elements 123 are worn by the action of the grinding balls 11.
  • the elastomeric elements 123 may have the shape of an O-ring.
  • the Kalottenschleifilless 1 electronics which, for example, a microprocessor or a
  • Microcontroller may have. In this case, a control and / or regulation for the electrical
  • Control and / or regulation may be implemented as analog and / or digital circuit.
  • For user input is a front panel 14 to
  • the housing 15 which is part of the housing 15 and may have a keyboard 141 for user input and a display 142 for outputting data to the user.
  • the user can call, for example, different test programs, which, for example, in running time or
  • the order of the grinding suspension can be controlled by an electronics inside the housing 15 and controlled by user input via the front panel 14.
  • FIG. 1 shows the
  • Test specimen has been grounded, is considered as the contact point M, the center of the dome.
  • Position measuring device 30 may be a distance measuring device that measures the distance in the grinding normal direction S to the surface of the grinding ball 11.
  • optical measuring principles such as e.g. Laser distance measurement or triangulation measurement or electromagnetic, such as
  • Vortex measurement based measuring principles are used.
  • the position measuring device creates a measuring field, which determines the distance to the grinding ball due to the field change.
  • a coil is supplied with alternating current, whereupon a magnetic field is formed around the coil. If the sphere is an electrically conductive object in this magnetic field, eddy currents are produced according to Faraday's law of induction. The self field of these eddy currents acts according to the
  • This embodiment of the invention may have the advantage that even if the ball is dirty, for example by grinding suspension, a
  • the aim of the measurement is, due to the change in position of the grinding ball 11, the depth of the dome during the measurement
  • the position measuring device preferably on the grinding normal axis S. deviations in an angular range of +/- 15 ° in all directions starting from the ball center Z can
  • Angle calculation Measurement errors that result from a large value can be corrected. In this case, larger values for the angle range may be permissible.
  • Distance of the grinding ball 11 to the position measuring device 30 at a certain measuring time x and sO is the distance of the grinding ball at the beginning of the measurement.
  • Rx is the radius of the grinding ball 11 at the measuring time x and R0 is the radius of the grinding ball at the beginning of the grinding process, which corresponds to the beginning of the measuring process.
  • the wear AR on the abrasive ball 11 may be considered to be minor
  • experience of wear is used for AR. So can eg. in a reference measurement for given material pairings, the wear of the sanding ball at a number n of
  • the absolute distance from the position measuring device to the grinding ball is not relevant, but rather the positional shift of the grinding ball during the machining process. So it is not necessary for the position measuring device to provide a permanent attachment of the position measuring device to the grinder, but it can be between two grinding operations with simple
  • the measurement of the position with the position measuring device 30 takes place at repeated equal intervals of 60 s.
  • the time intervals may not be equidistant.
  • the timing may be at shorter or longer intervals, which are selected from the interval of about 1 ms to about 10 s, or about 1 s to about 600 s.
  • a large number of measured values are obtained.
  • These measured values can be combined into a travel time diagram, whereby the evaluation is particularly easy with equidistant measured values.
  • Fig. 1 an alternative embodiment 31 of the position measuring device is additionally shown. Only one of the position measuring devices 30 or 31 is preferred
  • This position measuring device 31 is preferably a camera and is in relation to its optical axis
  • the optical axis can be the point of the surface of the sanding ball (11)
  • Camera 31 are aligned such that with only one camera 31, the designated circular arcs of a plurality of abrasive balls can be determined.
  • a specimen 20 having a single-layer coating 21 was considered with FIG.
  • multi-layered samples 21 and 22 may also be used.
  • the measured values of the position measuring device 30, 31 result in the path-time diagram of FIG. 5.
  • the measured value of the position measuring value s0 is measured, which is used as a reference for the subsequent calculations of the positional change.
  • the grinding ball 11 grinds relatively quickly due to the grinding process and the initially small contact surface from the grinding ball to the test object 20.
  • the abrasion resistance of the second layer 22 is less than that of the first layer 21.
  • the path of the grinding ball 11 is steeper.
  • the base material of the specimen is reached. From this point on, the increase in the drag depth increases steeply.
  • the increase in grinding depth increases, which of the control of the
  • the calotte grinding device comprises a plurality of grinding balls and for each grinding ball a receiving area for a position measuring device is provided, so that a single position measuring device at different receiving areas
  • the position measuring device can be positioned to determine the position of the corresponding grinding ball.
  • a very low-backlash positioning and / or very reproducible positionable storage or attachment of the position measuring device is required.
  • a dovetail guide for example, parallel to the rotatable shaft
  • the position measuring device is arranged. By simply moving the position measuring device in this guide, the position measuring device can be moved to different grinding balls, so as to determine the respective position.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kalottenschleifgerät (1) mit zumindest einer Aufnahmeeinrichtung (10) zur Aufnahme eines Prüflings (20) und zumindest einer Schleifkugel (11a, 11b, 1c), welche durch Antriebsmittel (12) in Rotation bringbar und mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Kraft gegen den Prüfling (20) führbar ist, wobei das Kalottenschleifgerät (1) eine Lagemessvorrichtung (30, 31) zur Messung der Lage der zumindest einen Schleifkugel umfasst, wobei die Lagemessvorrichtung (30,31) zumindest ein Messmittel zur Lagemessung der Schleifkugel (11a, 11b, 11c) mittels eines berührungslos arbeitenden Messprinzips umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren zur Bestimmung des Abriebverschleißes und/oder einer Schichtdicke.

Description

Kalottenschlei fgerät und Verfahren zu dessen Verwendung
Die Erfindung betrifft ein Kalottenschleifgerät mit
zumindest einer Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme eines Prüflings und zumindest einer Schleifkugel , welche durch Antriebsmittel in Rotation bringbar und mit einer
vorgebbaren Kraft gegen den Prüfling führbar ist. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Abriebverschleißes eines Prüflings, bei welchem zumindest ein Prüfling in zumindest einer Aufnahmeeinrichtung
aufgenommen wird und zumindest eine Schleifkugel mit einer vorgebbaren Kraft gegen den Prüfling geführt und durch
Antriebsmittel in Rotation gebracht wird, um eine Kalotte in den Prüfling einzuschleifen . Vorrichtungen und Verfahren der eingangs genannten Art können dazu verwendet werden, die Schichtdicke und die Verschleißfestigkeit einer Beschichtung auf dem Prüfling zu bestimmen.
Beschichtungen der eingangs genannten Art können eingesetzt werden, um das dekorative Aussehen von Bauteilen zu
verbessern oder deren Reibungs- oder Verschleißverhalten an gewünschte Eigenschaften anzupassen. Für die Gewährleistung der Funktionssicherheit einer solchen Beschichtung ist die Schichtdicke von Interesse. Im Falle von tribologisch
belasteten Beschichtungen ist auch deren
Verschleißfestigkeit von Interesse, d.h. die
Widerstandskraft gegen Abrieb.
Aus der DIN-EN 1071 Teil 6 ist eine PrüfVorrichtung und ein korrespondierendes Verfahren zur Bestimmung der Schichtdicke und der Verschleißfestigkeit einer Beschichtung auf einem Prüfling bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Schleifkugel durch Antriebsmittel in Rotation versetzt und zumindest mit einem Teil ihres Eigengewichts gegen den
Prüfling geführt. Durch Zufügen eines Abrasivmittels an die Grenzfläche zwischen der Schleifkugel und dem Prüfling entsteht an der Oberfläche des Prüflings eine Kalotte, wenn sich die Schleifkugel zunehmend tiefer in den Prüfling einschleift. Als Abrasivmittel können Emulsionen mit
SchleifPartikeln verwendet werden. Die Schleifpartikel können Diamant, Oxide, Karbide, Nitride oder Silizide enthalten. Die Basis der Emulsion kann deionisiertes Wasser oder ein Öl sein. Der Volumenanteil der Partikel kann zwischen 2 % und 20 % variieren.
Bei herkömmlich bekannten Schleifgeräten wird die Tiefe der Kalotte profilometrisch oder durch mikroskopische Auswertung bestimmt. Der Schleifweg ergibt sich aus der Prüfdauer und der Rotationsgeschwindigkeit der Kugel . Aus den Parametern Schleifweg, Auflagekraft und Kalottenvolumen lässt sich der Verschleißkoeffizient berechnen. Aus Durchmesser und Tiefe der Kalotte kann die Schichtdicke einer Beschichtung
bestimmt werden.
Diese bekannten Schleifgeräte weisen jedoch den Nachteil auf, dass Messungen nur zu Beginn und am Ende des
SchleifVorganges durchgeführt werden können oder der
SchleifVorgang zur Bestimmung der Kalottentiefe unterbrochen werden muss. Hierdurch werden Messfehler erzeugt, wenn der Prüfling nach der Messung in anderer Lage im Schleifgerät montiert wird. Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Abriebverschleißes und/oder der Schichtdicke eines beschichteten Prüflings anzugeben, welches
zeitabhängige Untersuchungen eines Prüflings in kürzerer Zeit und/oder mit größerer Genauigkeit ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Kalottenschleif- gerät nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 10 gelöst .
Ein Kalottenschleifgerät umfasst zumindest eine Aufnahmeeinrichtung zur Aufnahme zumindest eines Prüflings und zumindest eine Schleifkugel , welche durch Antriebsmittel in Rotation bringbar und mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Kraft gegen den Prüfling führbar ist. In einigen
Ausführungsformen der Erfindung handelt es sich bei der Schleifkugel um eine freilaufende Schleifkugel , d.h. die Schleifkugel ist nicht mit einer Antriebsachse fest
verbunden. Eine feste Verbindung im Sinne der vorliegenden Erfindung würde beispielsweise bei form- oder stoffschlüssiger Verbindung oder einer KlebeVerbindung vorliegen.
Weiterhin umfasst das Kalottenschleifgerät eine Lagemessvorrichtung zur Messung der Lage der zumindest einen Schleifkugel . Die Funktion der Lagemessvorrichtung umfasst nicht notwendiger Weise die exakte Bestimmung der Lage im dreidimensionalen Raum, sondern insbesondere zumindest einen Messwert, der für die Bestimmung der Lageänderung der
Schleifkugel während des Bearbeitungsvorgangs verwendbar ist. Hierdurch ist es möglich, während einem laufenden
SchleifVorgang die Lage der Schleifkugel zu überwachen und zu Zeitpunkten während des SchleifVorgangs die bereits erreichte Schleiftiefe zu bestimmen. Somit fällt zunächst der bisher erforderliche nachfolgende Arbeitsschritt der Auswertung der geschliffenen Kalotte weg. Dieser Schritt wurde häufig manuell durchgeführt und der Auswertevorgang birgt die Gefahr eines Ablesefehlers. Gerade bei dünnen Beschichtungsdicken ist die exakte manuelle Schleiftiefen- messung ggf. schwierig. Da während des gesamten Schleif- Vorgangs eine Vielzahl von Messwerten aufgenommen werden kann, können diese über eine Interpolation verbunden werden, um so eventuelle Messfehler zu mittein und so kann die
Schleiftiefe einfach und genau bestimmt werden. Ferner können die ermittelten Messwerte digital gespeichert oder ausgedruckt werden, um so eine Dokumentation des durchgeführten SchleifVorgangs im Sinne einer Qualitätskontrolle durchführen zu können. In diesem Sinne ist das Kalotten- schleifgerät bevorzugt eingerichtet, eine Lagemessung der Schleifkugel während eines laufenden SchleifVorgangs
durchzuführen und insbesondere eingerichtet ist, über eine Lageänderung der Schleifkugel die Tiefe des Eindringens der Schleifkugel in einen in das Kalottenschleifgerät
aufgenommenen Prüfling zu bestimmen.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann durch
Aufnahme einer Mehrzahl von Messwerten zu unterschiedlichen Zeiten der Verschleißwiderstand und/oder die Schichtdicke einer Mehrzahl von Einzelschichten eines Mehrschichtsystems bestimmt werden.
Bevorzugt umfasst die Lagemessvorrichtung zumindest ein Messmittel zur Lagemessung der Schleifkugel mittels eines berührungslos arbeitenden Messprinzips. So wird der Schleif- Vorgang durch die Messung selbst nicht beeinflusst.
Insbesondere ist die Lagemessvorrichtung eingerichtet, automatisiert in vorbestimmten oder vorbestimmbaren Zeitabständen Messwerte der Lage der Schleifkugel zu ermitteln. Hierdurch kann der zeitliche Ablauf des SchleifVorgangs reproduzierbar dokumentiert werden und Fehler, wie z.B.
scheinbar erhöhte Schleifleistungen zu Beginn des Schleifvorgangs, die durch Einschleifbedingungen hervorgerufen werden, ermittelt und bei der Auswertung kompensiert werden. In einigen Ausführungsformen ist die Lagemessvorrichtung dazu eingerichtet, den Abstand der Lagemessvorrichtung zu der Schleifkugel zu messen. Da Abstandsmessvorrichtungen am Markt als Standardmessvorrichtungen gut erhältlich sind, kann hiermit kostengünstig und sehr genau die Lage gemessen werden, wobei bevorzugt lediglich die relative Verschiebung der Schleifkugel während des Schleifens in Richtung der Schleifnormalachse bestimmt wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Lageänderung durch Lasertriangulation bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Lageänderung durch eine kapazitive oder induktive Messung bestimmt werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Lageänderung durch elektronische Bildauswertung aus einem digitalen Kamerabild bestimmt werden.
Weiterführend kann die Schleifnormalachse durch den Kontaktmittelpunkt eines in dem Kalottenschleifgerät aufgenommenen Prüflings mit der Schleifkugel und dem Mittelpunkt der
Schleifkugel definiert sein und die Lagemessvorrichtung kann im Winkel von weniger als 30° von der Schleifnormalrichtung mit Betrachtung des Kugelmittelpunkts als Winkelbezugspunkt abweichen. Da somit die Lagemessvorrichtung weitgehend in Verlängerung der Schleifnormalen hinter der Schleifkugel liegt, bewirkt die Verschiebung der Schleifkugel in die geschliffene Kalotte hinein, einen entsprechenden Messwert der Verschiebung.
Alternativ ist die Lagemessvorrichtung eingerichtet, eine in die Messrichtung der Lagemessvorrichtung projizierte
Umfangslinie der Schleifkugel oder einen Teil davon zu detektieren. Bevorzugt weist dabei die Lagemessvorrichtung eine Kamera oder einen eindimensionalen Photosensor zur Detektion einer Umfangslinie des Schleifkugel oder eines Teils davon oder eines Punkts der Umfanglinie auf. Diese Ausrichtung der Lagemessvorrichtung ist insbesondere
vorteilhaft bei der Verwendung einer Kamera, wenn sie derart seitlich oder oberhalb oder unterhalb der Schleifkugel angeordnet ist, so dass die Schleifkugel sich bei ihrer Verschiebung durch das aufgenommene Bild bewegt. So kann über die Auswertung der mit einem Helligkeitskontrast aufgenommenen Umfangslinie ihre Verschiebung bestimmt werden. Da die Linie eine Vielzahl von Bildpunkten
beinhaltet, kann über die Vielzahl dieser Messpunkte
(=Bildpunkte) eine durch die Redundanz erhöhte Messgenauigkeit erzielt werden. Die Kamera wird dabei als ein zweidimensionaler Photosensor angesehen. Es ist auch möglich, einen (eindimensionalen) Liniendetektor zu verwenden, der jeweils nur einen Punkt der Umfangslinie und dessen
Verschiebung detektieren kann.
In einigen Ausführungsformen ist das Kalottenschleifgerät eingerichtet, eine initiale Startposition und nachfolgende Änderungspositionen einer Schleifkugel zu bestimmen, um über die Relativbewegung der Schleifkugel die Tiefe des
Eindringens der Schleifkugel in den Prüfling zu bestimmen. Dabei ist das Kalottenschleifgerät bevorzugt eingerichtet, den Zahlenwert der Tiefe des Eindringens an einer Anzeige anzuzeigen und/oder in einem Speichermedium zu speichern. Ein entsprechendes Speichermedium ist in einigen
Ausführungsformen ein elektronisches Speichermedium, wobei auch ein Drucker auch als ein geeignetes Speichermedium verstanden wird. Es kann bevorzugt nicht der Messwert der Abstandsmessung ausgegeben werden, sondern die daraus berechnete Kalottenschleiftiefe oder das entsprechende
Kalottenvolumen. Bei diesen Berechnungen können nämlich Anpassungsberechnungen beinhaltet sein, die insbesondere den Verschleiß an der Schleifkugel berücksichtigen.
Weiter kann das Kalottenschleifgerät bevorzugt eingerichtet sein, Weg-Zeit-Wertepaarungen, wie insbesondere ein Weg- Zeitdiagramm, der Tiefe des Eindringens der Schleifkugel in einen Prüfling zu bestimmen und zu speichern. Alternativ kann das Kalottenschleifgerät eingerichtet sein, in vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitabständen die bezeichnete Tiefe zu bestimmen und zu speichern. Hierdurch wird es ermöglicht eine saubere und komplette Dokumentation zu erstellen, die im Bereich der Qualitätssicherung gefordert sein kann. Auch lassen sich durch die Vielzahl der
Messwerte, bzw. Wertepaarungen Messfehler, die vereinzelt aufgetreten sein könnten, ausmitteln. So lässt sich neben der Festigkeit einer oder mehrerer Schichten der
Beschichtung auch ihre jeweilige Dicke automatisiert und somit genauer als bei einer manuellen Messung kontrollieren. Die Zeit des Wegzeitdiagramms ist insbesondere die Zeit der schleifenden Prüflingsbearbeitung .
Bei einem Verfahren zur Bestimmung des Abriebverschleißes und/oder einer Schichtdicke eines Prüflings wird zumindest ein Prüfling in zumindest eine Aufnahmeeinrichtung
aufgenommen und zumindest eine Schleifkugel wird mit einer vorgebbaren oder vorgegebenen Kraft gegen den Prüfling geführt und durch Antriebsmittel in Rotation gebracht, um eine Kalotte in den Prüfling einzuschleifen . Dabei wird der schleifenden Prüflingsbearbeitung zumindest ein Messwert in Bezug auf die Lage der Schleifkugel mit einem
automatisierten Messverfahren aufgenommen, wodurch sich u.a. die bereits beschriebenen Vorteile der automatisierten
Messung mit hoher Genauigkeit ergeben.
In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Lagemessvorrichtung dazu eingerichtet sein, aus einer zyklischen Änderung des Abstandes zwischen der Lagemessvorrichtung und der Schleifkugel eine Drehzahl der Schleifkugel zu
ermitteln. Es hat sich herausgestellt, dass die Schleifkugeln in der Regel kleine Abweichungen von der exakten Kugelform aufweisen. Hierdurch ändert sich der Abstand zwischen der Messvorrichtung und der Oberfläche der
Schleifkugel zyklisch. Aus dem sich zyklisch ändernden
Signal kann entweder eine Drehzahl bzw. eine Winkelgeschwindigkeit der Schleifkugel abgeleitet werden oder die Anzahl der Umdrehungen kann bestimmt werden, um auf diese Weise den Weg exakt zu bestimmen.
Bevorzugt wird zu Beginn des SchleifVorgangs eine Solltiefe des Schleifens festgelegt und bei dem Erreichen dieser
Solltiefe wird ein Warn- oder Informationssignal ausgegeben wird oder der SchleifVorgang beendet. Somit kann der
SchleifVorgang insbesondere softwaregesteuert abgebrochen werden, sobald geforderte Wegstrecken erreicht wurden, was eine deutliche Verfahrensbeschleunigung im Vergleich zum herkömmlichen Schleifen bedeutet, bei dem deutlich tiefer geschliffen werden musste, um so sicher das geforderte
Schleifergebnis erzielt zu haben.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Figuren ohne
Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 schematisch das einem Kalottenschleifgerät
zugrundeliegende Messprinzip.
Fig. 2 erläutert die Auswertung eines gemäß Fig. 1 erhaltenen Kalottenschliffs.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kalottenschleifmaschine mit drei Schleifkugeln .
Fig. 4 zeigt einen Schleifaufbau mit mehreren
Beschichtungsschichten und
Fig. 5 zeigt ein durch die Messwerte erstelltes Weg-Zeit- Diagramm bei dem mehrschichtigen Prüflingsaufbau .
Fig. 1 zeigt schematisch die Durchführung des
vorgeschlagenen Verfahrens. Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch eine Schleifkugel 11. Die Schleifkugel 11 kann
beispielsweise aus gehärtetem Stahl bestehen oder einen Stahl enthalten und einen Durchmesser von etwa 10 mm bis etwa 40 mm aufweisen.
Die Schleifkugel 11 liegt auf einer rotierbaren Welle 121 auf. Bei Rotation der Welle 121 wird über die Reibungskräfte zwischen Welle und Schleifkugel auch die Schleifkugel 11 in Rotation versetzt. Die jeweiligen Drehrichtungen sind durch Pfeile schematisch verdeutlicht.
Weiterhin liegt die Schleifkugel 11 auf der Oberfläche eines Prüflings 20 auf. Der Prüfling 20 kann einen Grundwerkstoff mit einer darauf angebrachten Beschichtung aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Prüfling 20 ein unbeschichteter Werkstoff sein, beispielsweise ein gehärteter oder angelassener Stahl. Der Prüfling 20 weist bevorzugt eine plane Oberfläche zur Durchführung des
Verfahrens auf .
Selbstverständlich ist die Durchführung des Verfahrens jedoch auch bei konkav oder konvex gekrümmten Oberflächen des Prüflings 20 möglich, wenn die erhaltenen Messwerte entsprechend korrigiert werden.
Der Prüfling 20 ist in einer Aufnahmeeinrichtung 10
gehaltert. Die zu untersuchende Oberfläche des Prüflings 20 ist dabei zwischen etwa 90° und etwa 10° zur Senkrechten geneigt. In einigen Ausführungsformen der Erfindung beträgt die Neigung der zu untersuchenden Oberfläche gegen die
Senkrechte etwa 60° bis etwa 70°. Hierdurch ruht das
Eigengewicht der Schleifkugel 11 sowohl auf der Welle 121 als auch auf dem Prüfling 20. Durch Anpassen der Neigung des Prüflings kann die Gewichtsverteilung zwischen Welle 121 und Prüfling 20 angepasst werden, ebenso durch Anpassung des horizontalen Abstandes .
Weiterhin weist die Vorrichtung 1 eine optionale
Messeinrichtung 13 auf. Die Messeinrichtung 13 kann die in etwa senkrecht auf den Prüfling 20 einwirkende Normalkraft bestimmen. Sofern die Einrichtung 13 in einigen
Ausführungsformen der Erfindung fehlt, kann die einwirkende Normalkraft auch aus dem Gewicht der Schleifkugel 11 und der geometrischen Anordnung von Kugel, Welle und Prüfling bestimmt werden. Die einwirkende Normalkraft, der von der Schleifkugel auf den Prüfling 20 zurückgelegte Schleifweg und das Volumen der eingeschliffenen Kalotte ergeben
zusammen ein Maß für die Abriebfestigkeit des Prüflings 20.
Die Auswertung der Messung ist nochmals in Fig. 2
dargestellt. Fig. 2 zeigt den Querschnitt durch einen
Prüfling 20. Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Prüfling 20 um einen Quader mit ebener Oberfläche. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Prüfling 20 selbstverständlich auch eine andere Geometrie aufweisen.
Auf dem Prüfling 20 ist eine Schichte einer Beschichtung 21 angeordnet, beispielsweise aus einem amorphen Kohlenstoff oder einer Keramik. Die Beschichtung 21 weist eine Dicke h auf, welche beispielsweise zwischen etwa 1 μπι und etwa 500 μπι betragen kann. Bei einer mehrschichtigen Beschichtung kann jede Schichtdicke zwischen etwa 1 μπι und etwa 500 μπι liegen .
Die Schleifkugel 11 wird durch fortgesetztes Abrollen auf der Oberfläche der Beschichtung 21 in den Prüfling 20 eingeschliffen. Hierdurch entsteht eine Kalotte 25, welche in etwa komplementär zur Schleifkugel 11 geformt ist. Im Schnitt der Fig. 2 weist die Kalotte die Tiefe T auf. Diese setzt sich zusammen aus der Schichtdicke h der Beschichtung und der Eindringtiefe t in den Grundwerkstoff des Prüflings 20.
Im unteren Bildteil der Fig. 2 ist die Aufsicht auf die Kalotte 25 dargestellt. Erkennbar sind zwei konzentrische Kreise mit den Durchmessern D und d. Der äußere Durchmesser D ergibt sich aus dem Radius R der Schleifkugel 11 und der Schleiftiefe T. Der kleinere Durchmesser d ergibt sich aus dem Radius R der Schleifkugel 11 und der Dicke h der
Beschichtung . Insoweit kann durch Bestimmung des
Durchmessers d die Schichtdicke der Beschichtung 21
ermittelt werden. Die Tiefe T definiert zusammen mit dem Radius R der Kalotte den Abriebverschleiß des Prüflings.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung eine
Kalottenschleifmaschine mit drei Schleifkugeln IIa, IIb und 11c. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die
Kalottenschleifmaschine 1 dazu eingerichtet, drei Prüflinge 20a, 20b und 20c gleichzeitig zu bearbeiten. Da die drei Prüflinge 20a, 20b und 20c in einfacher Weise in gleichem Abstand und in gleicher Neigung zu den Antriebsmitteln 12 auf der Plattform 16 der Maschine 1 montiert werden können, wirkt auf sämtliche Prüflinge 20 dieselbe Gewichtskraft der jeweils zugeordneten Schleifkugel 11. In einigen
Ausführungsformen der Erfindung können drei Prüflinge 20a, 20b und 20c mit einer gemeinsamen Aufnahmevorrichtung auf der Kalottenschleifmaschine 1 montiert werden, so dass sich eine besonders einfache Justage einer Mehrzahl von
Prüflingen 20 ergibt.
Die drei Schleifkugeln IIa, IIb und 11c können in einigen Ausführungsformen der Erfindung den gleichen Durchmesser aufweisen und/oder aus dem gleichen Material bestehen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können Schleifkugeln IIa, IIb und 11c mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder aus unterschiedlichem Material Verwendung finden.
Die drei Schleifkugeln IIa, IIb und 11c werden durch ein gemeinsames Antriebsmittel 12 in Rotation versetzt.
Hierdurch ist sichergestellt, dass die Schleifkugeln 11 mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit und gleicher Dauer auf die jeweiligen Prüflinge 20 einwirken. Da auch die Auflagekraft identisch ist, ist die Tiefe der eingeschliffenen Kalotte unmittelbar ein Maß für den jeweiligen Abriebverschleiß, so dass der Prüfling mit der tiefsten Kalotte den größten
Abriebverschleiß aufweist und der Prüfling mit der flachsten Kalotte die größte Widerstandsfähigkeit gegen Verschleiß aufweist. Umfangreiche Vergleichsberechnungen oder nicht erkannte Fehlerquellen, welche zu einer unterschiedlichen abrasiven Belastung und dadurch zur Fehlinterpretation des Messergebnisses führen, können somit vermieden werden.
Die Antriebsmittel 12 umfassen im dargestellten
Ausführungsbeispiel eine rotierbare Welle 121. Die Welle 121 ist in einem linken Aufnahmelager 125 und einem rechten Aufnahmelager 124 gelagert. Der Rundlauf der Welle 121 kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung besser als 100 μπι, besser als 50 μπι oder besser als 20 μπι sein. Eine längere Welle kann auch ein oder mehrere mittlere
Aufnahmelager entlang der Längserstreckung aufweisen.
Im linken Aufnahmelager 125 können elektrische
Antriebsmittel vorhanden sein, beispielsweise ein
Elektromotor, mit welchem die Welle 121 in Rotation versetzt werden kann.
Die Welle 121 weist drei Positioniereinrichtungen auf, so dass jede Schleifkugel 11 in einer Positioniereinrichtung aufgenommen ist. Hierdurch wird vermieden, dass die Schleif- kugeln 11 entlang der Welle 121 wandern, so dass nicht oder nicht ausschließlich die gewünschte Stelle am jeweiligen Prüfling 20 dem Verschleiß durch die Schleifkugel 11
ausgesetzt ist.
Die Positioniereinrichtungen umfassen im dargestellten
Ausführungsbeispiel jeweils eine Nut 122, welche
beispielsweise durch Drehen in die Welle 121 eingebracht werden kann. Die Nut 122 kann konkave Grenzflächen
aufweisen, welche in etwa komplementär zur Außenkontur der Schleifkugeln 11 geformt sind. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Nuten 122 auch geradlinige
Begrenzungsflächen aufweisen, so dass die Schleifkugeln 11 nicht vollflächig an den Begrenzungsflächen der Nuten 122 anliegen .
Als Verschleißschutz für die Welle 122 und/oder zur Erhöhung der Reibungskraft zwischen der Welle 121 und den Schleifkugeln 11 sind optionale Polymer- und/oder Elastomerelemente 123 vorgesehen. Diese können ein etwas geringeres Innenmaß aufweisen als der Außendurchmesser der Welle 122, so dass die Elastomerelemente 123 durch einen Presssitz auf der Welle 121 gehalten werden können. Dies erlaubt einerseits eine sichere Befestigung und andererseits einen leichten Austausch, wenn die Elastomerelemente 123 durch Einwirkung der Schleifkugeln 11 verschlissen sind. In einigen
Ausführungsformen der Erfindung können die Elastomerelemente 123 die Form eines O-Rings aufweisen.
Zur Kontrolle des Versuchs kann sich im Gehäuse 15 des Kalottenschleifgerätes 1 eine Elektronik befinden, welche beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen
MikroController aufweisen kann. In diesem Fall kann eine Steuerung und/oder eine Regelung für die elektrischen
Antriebsmittel 12 in Form einer Software ausgeführt sein. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die Steuerung und/oder Regelung als analoge und/oder digitale Schaltung ausgeführt sein.
Für Benutzereingaben steht eine Frontplatte 14 zur
Verfügung, welche Teil des Gehäuses 15 ist und eine Tastatur 141 für Benutzereingaben und ein Display 142 zur Ausgabe von Daten an den Benutzer aufweisen kann. Hierdurch kann der Benutzer beispielsweise unterschiedliche Prüfprogramme abrufen, welche sich beispielsweise in Laufdauer oder
Drehzahl unterscheiden können. Weiterhin kann das Kalottenschleifgerät 1 nicht dargestellte Mittel zum Aufbringen einer SchleifSuspension auf die
Schleifkugeln 11 aufweisen. Auch der Auftrag der Schleif- Suspension kann über eine Elektronik im Inneren des Gehäuses 15 kontrolliert werden und durch Benutzereingaben über die Frontplatte 14 gesteuert werden.
Zudem weist das Kalottenschleifgerät 1 gemäß der
Ausführungsform der Fig. 1 auf der Schleifnormalachse S eine Lagemessvorrichtung 30 auf. Fig. 1 zeigt die
Scheifnormalachse S als die Achse durch den Schleifkugelmittelpunkt Z und dem Berührungspunkt M der Schleifkugel 11 mit dem Prüfling 20 definiert. Bei einer Schleif- kugel, die sich, wie in Fig. 2 gezeigt, bereits in den
Prüfling eingeschliffen hat, wird als der Berührungspunkt M der Mittelpunkt der Kalotte betrachtet. Die
Lagemess-ivorrichtung 30 kann eine Abstandsmessvorrichtung sein, die den Abstand in der Schleifnormalrichtung S zu der Oberfläche der Schleifkugel 11 misst. Als Messprinzip können optische Messprinzipien, wie z.B. Laserdistanzmessung oder Triangulationsmessung oder elektromagnetische, wie
kapazitive oder induktive oder Messprinzipien oder auf
WirbelStrommessung basierende Messprinzipien verwendet werden .
So kann bspw. die Schleifkugel mit einem elektrischen
Potential verbunden werden und die Lagemessvorrichtung erstellt ein Messfeld, welches aufgrund der Feldänderung den Abstand zu der Schleifkugel bestimmt.
In anderen Ausführungsformen der Erfindung wird eine Spule mit Wechselstrom gespeist, worauf sich ein Magnetfeld um die Spule ausbildet. Befindet sich die Kugel als elektrisch leitender Gegenstand in diesem Magnetfeld, entstehen darin gemäß dem faradayschen Induktionsgesetz Wirbelströme. Das Eigenfeld dieser Wirbelströme wirkt entsprechend der
Lenz 'sehen Regel dem Feld der Spule entgegen, was eine Änderung der Spulenimpedanz nach sich zieht. Diese abstandsabhängige Impedanzänderung lässt sich durch
Amplitudenänderung der Sensorspule als messbare Größe am Controller abgreifen. Diese Ausführungsform der Erfindung kann den Vorteil aufweisen, dass auch bei Verschmutzung der Kugel, beispielsweise durch SchleifSuspension, eine
zuverlässige Messung des Abstandes möglich ist.
Das Ziel der Messung ist es, aufgrund der Lageänderung der Schleifkugel 11 die Tiefe der Kalotte während dem
SchleifVorgang über eine Vielzahl von zeitlich versetzten Messungen zu bestimmen. Dazu liegt die Lagemessvorrichtung, wie bereits erwähnt, bevorzugt auf der Schleifnormalachse S. Abweichungen in einem Winkelbereich von +/- 15° in alle Richtungen ausgehend vom Kugelmittelpunkt Z können
akzeptabel sein, da die Messergebnisse dadurch nicht
übermäßig beeinflusst werden. Ggf. können über eine
Winkelberechnung Messfehler, die sich durch einen großen Wert ergeben, korrigiert werden. In diesem Fall können größere Werte für den Winkelbereich zulässig sein.
Gemäß dem Aufbau der Fig. 1 ergibt sich die Kalottentiefe, bzw. Schleiftiefe, T nach der Formel T = As - 2 * AR, wobei As = sx - sO und AR = Rx - R0, wobei sx der gemessene
Abstand der Schleifkugel 11 zu der Lagemessvorrichtung 30 zu einem bestimmten Messzeitpunkt x und sO der Abstand der Schleifkugel zu Beginn der Messung ist. Rx ist der Radius der Schleifkugel 11 bei dem Messzeitpunkt x und R0 ist der Radius der Schleifkugel zu Beginn des SchleifVorgangs , was dem Beginn des Messvorgangs entspricht.
In manchen bevorzugten Ausführungsformen lässt sich der Verschleiß AR an der Schleifkugel 11 als geringfügig
ignorieren, so dass sich die Formel zu: T = As vereinfacht.
In anderen bevorzugten Ausführungsformen, werden für AR Erfahrungswerte des Verschleißes verwendet. So kann bspw. bei einer Referenzmessung bei gegebenen Werkstoffpaarungen der Verschleiß der Schleifkugel bei einer Anzahl n von
Drehungen der rotierenden Welle 121 bestimmt werden und damit eine Korrekturkonstante k bestimmt werden, so dass die Kalottentiefe sich ergibt als: T = As - k * n. Auch kann bspw. die Schleifdauer t als Referenz für den Verschleiß der Schleifkugel verwendet werden, so dass die Formel lautet: T = As - kl * t, wobei ebenfalls kl ein nähernder
Erfahrungswert ist.
Aus der Formel ergibt sich, dass die absolute Entfernung von der Lagemessvorrichtung zu der Schleifkugel nicht relevant ist, sondern vielmehr die Lageverschiebung der Schleifkugel während des Bearbeitungsvorgangs. So ist es nicht notwendig für die Lagemessvorrichtung eine dauerhafte Befestigung der Lagemessvorrichtung an dem Schleifgerät vorzusehen, sondern sie kann zwischen zwei SchleifVorgängen mit einfachen
Schraubmitteln lösbar und befestigbar sein, ohne dass bei dem Wiederbefestigen eine hohe Reproduzierbarkeit der exakten Lage der Lagemessvorrichtung notwendig ist.
Wesentlich ist jedoch, dass innerhalb einer Messung bzw. eines Schleifvorgangs der Abstand von der Lagemessvorrichtung zu dem Prüfling 20 identisch bleibt.
Die Messung der Position mit der Lagemessvorrichtung 30 findet in wiederholten gleichen Zeitabständen von jeweils 60 s statt. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Zeitabstände auch nicht äquidistant sein. Bei alternativen Ausführungsformen kann die Zeitmessung in kürzeren oder längeren Abständen erfolgen, welche ausgewählt sind aus dem Intervall von etwa 1 ms bis etwa 10 s oder etwa 1 s bis etwa 600 s. So wird eine große Anzahl von Messwerten erhalten. Diese Messwerte können zu einem Wegzeit-Diagramm verbunden werden, wobei die Auswertung bei äquidistanten messwerten besonders einfach ist. In Fig. 1 ist zusätzlich eine alternative Ausführungsform 31 der Lagemessvorrichtung eingezeichnet. Bevorzugt wird lediglich eine der Lagemessvorrichtungen 30 oder 31
verwendet. Diese Lagemessvorrichtung 31 ist bevorzugt eine Kamera und sie ist in Bezug auf ihre optische Achse
senkrecht zu der Schleifnormalrichtung S und senkrecht zu der rotierenden Welle 121 angeordnet. Die optische Achse kann den Punkt der Oberfläche der Schleifkugel (11)
schneiden, der dem Berührungspunkt M gegenüber liegt. Es wird dabei die Beleuchtung der Kamera 31 derart
eingerichtet, dass sich ein Kontrast zu dem Hintergrund ergibt und so nimmt die Kamera einen Kreisbogen, der der Prüfkugelkontur entspricht, auf. Über eine Vielzahl vom Messungen der Kamera 31 kann ein Verschieben der
aufgenommenen Kreisbogenkontur festgestellt werden und auf diese Weise die Verschiebung As der Schleifkugel , über die, wie oben bereits erläutert, die Tiefe der Kalotte bestimmt werden kann. Auch kann bei Ausführungsformen des
Kalottenschleifgeräts 1 mit mehreren Schleifkugeln die
Kamera 31 derart ausgerichtet werden, dass mit nur einer Kamera 31 die bezeichneten Kreisbögen mehrerer Schleifkugeln bestimmbar sind.
Vorstehend wurde mit der Fig. 2 ein Prüfling 20 mit einer einschichtigen Beschichtung 21 betrachtet. Alternativ können, wie in Fig. 4 gezeigt, auch Prüflinge mit mehreren Beschichtungen 21 und 22 verwendet werden. Die Messwerte der Lagemessvorrichtung 30, 31 ergeben das Weg-Zeit-Diagramm der Fig. 5. Zum Zeitpunkt tO des Beginns der Messung wird der Messwert der Lagemesswert sO gemessen, welcher für die nachfolgenden Berechnungen der Lageveränderung als Bezugsmaß verwendet wird. Zu Beginn des SchleifVorgangs schleift sich die Schleifkugel 11 aufgrund der Einschleif-ivorgänge und der anfangs geringen Kontaktfläche von der Schleifkugel zu dem Prüfling 20 relativ schnell ein. Zum Zeitpunkt tl ist die Schleiftiefe T derart fortgeschritten, dass die Kalotte 25 die zweite Schicht 22 der Beschichtung erreicht hat, wobei T=hl ist. Im vorliegenden Beispiel ist die Abriebfestigkeit der zweiten Schicht 22 geringer, als die der ersten Schicht 21. Somit ist die Wegkurve der Schleifkugel 11 steiler. Zum Zeitpunkt t2 wird das Grundmaterial des Prüflings erreicht. Ab diesem Zeitpunkt steigt die Schleiftiefenerhöhung steiler an. Wenn das Grundmaterial erreicht ist, steigt der also Schleiftiefenzuwachs an, was von der Steuerung des
Kalottenschleifgeräts erkannt werden kann, um ggf. so den SchleifVorgang abzubrechen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Kalottenschleifgerät mehrere Schleifkugeln und für jede Schleifkugel ist ein Aufnahmebereich für eine Lagemessvorrichtung vorgesehen, so dass eine einzige Lagemessvorrichtung an unterschiedlichen Aufnahmebereichen
positionierbar ist, um die Lage der entsprechenden Schleif- kugel zu bestimmen. Bei dieser Ausgestaltung wird eine sehr spielarme Positionierung und/oder sehr gut reproduzierbar positionierbare Lagerung bzw. Befestigung der Lagemessvorrichtung benötigt. So kann die Lagemessvorrichtung
beispielsweise in einer Schwalbenschwanzführung gelagert werden, die bspw. parallel zu der rotierbaren Welle
angeordnet ist. Durch ein einfaches Verschieben der Lagemessvorrichtung in dieser Führung kann die Lagemessvorrichtung zu unterschiedlichen Schleifkugeln bewegt werden, um so die jeweilige Position zu bestimmen.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden
Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus. Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen sind frei miteinander kombinierbar.

Claims

Ansprüche
1. Kalottenschleifgerät (1) mit zumindest einer
Aufnahmeeinrichtung (10) zur Aufnahme eines Prüflings (20) und zumindest einer Schleifkugel (IIa, IIb, 11c) , welche durch Antriebsmittel (12) in Rotation bringbar und mit einer vorgegebenen oder vorgebbaren Kraft gegen den
Prüfling (20) führbar ist, wobei das Kalottenschleifgerät (1) eine Lagemessvorrichtung (30, 31) zur Messung der Lage der zumindest einen Schleifkugel umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (30,31) zumindest ein Messmittel zur Lagemessung der Schleifkugel (IIa, IIb, 11c) mittels eines berührungslos arbeitenden Messprinzips umfasst .
2. Kalottenschleifgerät gemäß Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (30, 31) dazu eingerichtet ist, eine Lagemessung der Schleifkugel während eines laufenden SchleifVorgangs durchzuführen
3. Kalottenschleifgerät gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (30, 31) dazu eingerichtet ist, über eine Lageänderung der Schleifkugel die Tiefe (T) des Eindringens der Schleifkugel in einen in das Kalottenschleifgerät (1) aufgenommenen Prüfling (20) zu bestimmen.
4. Kalottenschleifgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, den Abstand zwischen der Lagemessvorrichtung und der Schleifkugel (IIa, IIb, 11c) zu messen .
5. Kalottenschleifgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (30) dazu eingerichtet ist, aus einer zyklischen Änderung des Abstandes zwischen der Lagemessvorrichtung und der
Schleifkugel (IIa, IIb, 11c) eine Drehzahl der
Schleifkugel zu ermitteln.
Kalottenschleifgerät gemäß Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kontaktmittelpunkt (M) eines in dem Kalottenschleifgerät aufgenommenen Prüflings (20) mit der Schleifkugel (11) und dem Mittelpunkt (Z) der Schleifkugel (11) eine Schleifnormalrichtung (S) definiert ist und die Lagemessvorrichtung (30) im Winkel ( ) von weniger als 30° von der Schleifnormalrichtung (S) mit Betrachtung des Kugelmittelpunkts (Z) als Winkelbezugspunkt abweicht .
Kalottenschleifgerät gemäß Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (31)
eingerichtet ist, eine in die Messrichtung der Lagemessvorrichtung projizierte Umfangslinie der Schleifkugel oder einen Teil davon zu detektieren.
Kalottenschleifgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagemessvorrichtung (31) eine Kamera oder einen eindimensionalen Photosensor zur Detektion einer Umfangslinie des Schleifkugel oder eines Teils davon oder eines Punkts der Umfanglinie aufweist.
Kalottenschleifgerät gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalottenschleifgerät eingerichtet ist, Weg-Zeit-Wertepaarungen, wie
insbesondere ein Weg-Zeitdiagramm, der Tiefe (T) des
Eindringens der Schleifkugel in einen Prüfling (20) zu bestimmen und zu speichern
oder
dass das Kalottenschleifgerät eingerichtet ist, in
vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitabständen die
bezeichnete Tiefe (T) zu bestimmen und zu speichern, wobei die Zeitabstände insbesondere konstant sind.
10. Verfahren zur Bestimmung des Abriebverschleißes
und/oder einer Schichtdicke einer oder mehrerer
Beschichtung (en) eines Prüflings, bei welchem zumindest ein Prüfling in zumindest eine Aufnahmeeinrichtung (10) aufgenommen wird und zumindest eine Schleifkugel (11) mit einer vorgebbaren oder vorgegebenen Kraft gegen den
Prüfling (20) geführt und durch Antriebsmittel (12) in Rotation gebracht wird, um eine Kalotte in den Prüfling (20) einzuschleifen, dadurch gekennzeichnet, dass während der schleifenden Prüflingsbearbeitung zumindest ein
Messwert in Bezug auf die Lage der Schleifkugel (11) mit einem automatisierten Messverfahren berührungslos
aufgenommen wird.
11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zu Beginn des Schleifvorgangs eine Sollschleiftiefe festgelegt wird und bei dem Erreichen dieser
Sollschleiftiefe ein Warn- oder Informationssignal
ausgegeben wird und/oder der SchleifVorgang beendet wird.
12. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass über eine Lageänderung der Schleif - kugel die Tiefe (T) des Eindringens der Schleifkugel in einen in das Kalottenschleifgerät (1) aufgenommenen
Prüfling (20) bestimmt wird.
13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Lagemessvorrichtung und der Schleifkugel (IIa, IIb, 11c) gemessen wird .
14. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Kontaktmittelpunkt (M) eines in dem Kalottenschleifgerät aufgenommenen Prüflings (20) mit der Schleifkugel (11) und dem Mittelpunkt (Z) der Schleifkugel (11) eine Schleifnormalrichtung (S) definiert ist und die Lagemessvorrichtung (30) im Winkel ( ) von weniger als 30° von der Schleifnormalrichtung (S) mit Betrachtung des Kugelmittelpunkts (Z) als Winkelbezugspunkt abweicht .
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine in die Messrichtung der Lagemessvorrichtung projizierte Umfangslinie der Schleifkugel oder ein Teil davon detektiert wird.
16. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kamera oder ein eindimensionaler Photosensor zur Detektion einer Umfangslinie des Schleifkugel oder eines Teils davon oder eines Punkts der
Umfanglinie verwendet wird.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass Weg-Zeit-Wertepaarungen, wie
insbesondere ein Weg-Zeitdiagramm der Tiefe (T) des
Eindringens der Schleifkugel in einen Prüfling (20) bestimmt und/oder gespeichert wird.
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