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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Werkzeugs, insbesondere einer Schneide, ein Verfahren zur Qualitätsbeurteilung einer mit dem Werkzeug bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks mit Hilfe des Verfahrens zur Überwachung des Werkzeugs sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines Werkzeugs, welches zur Durchführung des Verfahrens zur Überwachung des Werkzeugs, insbesondere der Schneide, dient.
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Derartige Überwachungen insbesondere an Schneidwerkzeugen dienen dazu, möglichst frühzeitig Fehler bei der Bearbeitung von Werkstücken feststellen zu können, wozu üblicherweise Kamerasysteme oder Lasersysteme verwendet werden. Bei der Bearbeitung von Zylinderkurbelgehäusen aus Leichtmetall ist eine Erhöhung beispielsweise der Festigkeit beziehungsweise Änderung der Oberflächeneigenschaften der Zylinderlaufflächen erwünscht. Dies soll durch Aufbringen einer thermischen Spitzschicht erfolgen. Deren Haltbarkeit im Zylinder ist abhängig von der Oberflächenstruktur, auf der sie aufgebracht wird. Besonders gute Ergebnisse werden mit geschnittenen Oberflächenstrukturen mit Hinterschneidungen erzielt, die eine Verklammerung der Spritzschicht an der Zylinderinnenfläche ermöglichen. Zum Einbringen dieser Strukturen werden Schneiden vorgesehen, welche entlang der Zylinderinnenfläche geführt werden und stufenweise oder in einem Schritt die gewünschte Struktur erzeugen. Hierbei muss sichergestellt werden, dass die gesamte Schneide des Werkzeugs keine Fehler aufweist und korrekt eingespannt ist. Des Weiteren muss die Bildung einer Aufbauschneide sowie Artefakte auf der Schneide wie beispielsweise Späne ebenso wie Brüche oder Abplatzungen detektiert werden können. Zusätzlich sollte ein erhöhter Verschleiß für einen rechtzeitigen Austausch des Werkzeugs detektiert werden können, um Ausschuss zu vermeiden.
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Es sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Überwachung von Schneiden bekannt geworden, welche häufig mit einem Kamera- Optiksystem arbeiten.
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So wird in der
DE 10 2012 106 139 A1 ein Verfahren zur Ermittlung von Werkzeugverschleiß zur geometrisch bestimmten Zerspanung vorgeschlagen, bei dem über eine optische Aufnahmeeinrichtung ein Bild der Schneidoberfläche erzeugt wird und dieser Ist-Zustand des Werkzeugs mit einem in einer Steuereinheit hinterlegten Soll-Zustand der Schneide verglichen wird. Zur Ausrichtung der optischen Aufnahmeeinrichtung zum Werkzeug dient ein Sensor. Mit diesem Verfahren und der zugehörigen Vorrichtung lässt sich jedoch lediglich ein Verschleiß nachweisen.
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Dieses Verfahren birgt jedoch das Problem, dass eine korrekte Montage oder zu erwartende Brüche und dergleichen beispielsweise durch thermische Belastung oder eine beginnende Aufbauschneide nicht detektiert werden können. Auch wird keine Bewertung des bearbeiteten Werkstücks vorgenommen.
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Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Überwachung eines Werkzeugs, ein Verfahren zur Qualitätsbeurteilung einer mit dem Werkzeug bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines Werkzeugs zur Verfügung zu stellen, mit denen neben der Ermittlung einer rein geometrischen Abnutzung eines Werkzeugs auch Aussagen zur korrekten Montage des Werkzeugs, zur Qualität neuer Werkzeuge, zum Vorhandensein von beispielsweise Spänen oder anderen Artefakten wie einer Aufbauschneide am Werkzeug oder zur thermischen Belastung der Werkzeuge sowie zur Güte der bearbeiteten Oberfläche möglich sind.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Überwachung eines Werkzeugs mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1, durch ein Verfahren zur Qualitätsbeurteilung einer mit dem Werkzeug bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 10 sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines Werkzeugs und einer mit diesem Werkzeug erzeugten Oberfläche eines Werkstücks nach Anspruch 14 gelöst.
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Dadurch, dass das Werkzeug im Werkzeughalter eingespannt wird, anschließend in ein oder mehrere Werkstücke mittels des Werkzeugs eine Struktur eingebracht wird, daraufhin das Werkzeug an einer Position gestoppt wird, an der das Werkzeug zu einer optischen Aufnahmeeinrichtung definiert ausgerichtet ist, darauf folgend ein erstes Gebrauchtzustandsbild des Werkzeugs erzeugt wird, bei dem das Werkzeug aus Richtung der optischen Aufnahmeeinrichtung belichtet wird, anschließend ein zweites Gebrauchtzustandsbild erzeugt wird, bei dem das Werkzeug aus einer zur optischen Aufnahmeeinrichtung entgegengesetzten Richtung belichtet wird, woraufhin in einer Recheneinheit aus den erzeugten Gebrauchtzustandsbildern digitale Daten erzeugt werden, welche mit in der Recheneinheit hinterlegten digitalen Daten eines Masterwerkzeugs verglichen werden und bei einer definierten Abweichung zwischen den aus den Gebrauchtzustandsbildern erzeugten Daten und den hinterlegten Daten des Masterwerkzeugs auf ein fehlerhaftes Werkzeug geschlossen wird, können verschiedene Aussagen sowohl zum Verschleiß der kompletten Schneidengeometrie als auch zu Ablagerungen auf der Schneide beispielsweise durch Späne oder andere Artefakte wie beispielsweise einer Aufbauschneide, Brüchen oder Abplatzungen am Werkzeugs oder thermischen Belastungen getroffen werden.
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Ein solches Verfahren kann im Folgenden genutzt werden, um anschließend, falls ein fehlerhaftes Werkzeug ermittelt wurde, auf eine eventuell fehlerhafte bearbeitete Oberfläche des Werkstücks in Abhängigkeit vom auftretenden Fehler zu schließen, an dem dann eine zusätzliche Kontrolle entfallen kann.
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Das Verfahren wird mit einer Vorrichtung durchgeführt mit einem Grundkörper, einem Werkzeughalter, welcher am Grundkörper befestigt ist und das Werkzeug trägt, einer optischen Aufnahmeeinrichtung, einer Optik, einer ersten Lichtquelle, welche an der zur optischen Aufnahmeeinrichtung gewandten Seite des Werkzeugs angeordnet ist, einer zweiten Lichtquelle, welche an einer vom Werkzeug abgewandten Seite der optischen Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist und einer Recheneinheit, mit der die optische Aufnahmeeinrichtung verbunden ist. Die jeweiligen Lichtquellen können in Abhängigkeit der Aufnahmeeinrichtung jeden gewünschten Wellenlängenbereich z. B. UV, IR oder Weißlicht abdecken. Die Lichtquellen können in Anzahl und Position variieren.
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Dabei dient die Aufnahme im Durchlicht dem direkten geometrischen Vergleich des Werkzeugs mit dem als Master hinterlegten Werkzeug. Die zweite Aufnahme im Auflicht lässt auch Farbunterschiede erkennen, die durch thermische Belastung beim Schneiden sowie bei einer beginnenden Bildung einer Aufbauschneide entstehen können. Die feste Positionierung verhindert Fehler durch falsche Ausrichtung der optischen Aufnahmeeinrichtung zum Werkzeug.
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Es ist vorteilhaft, wenn die beiden Lichtquellen und die optische Aufnahmeeinrichtung fest am Grundkörper angeordnet sind, da hierdurch Abweichungen bei den Messungen zuverlässig vermieden werden können und auch Aussagen zur richtigen Ausrichtung und Einspannung des Werkzeugs getroffen werden können.
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Vorzugsweise weist die Optik ein telezentrisches Objektiv auf, durch dessen exakt parallelen Strahlengang über den gesamten Schärfebereich sehr exakte Messwerte erreichbar sind.
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In einer Weiterentwicklung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Einspannen des Werkzeugs im Werkzeughalter ein Neuzustandsbild erzeugt, dessen in der Recheneinheit erzeugten Daten mit den Daten des Masterwerkzeugs verglichen werden, wobei bei einer definierten Abweichung zwischen den aus den Gebrauchtzustandsbildern erzeugten Daten und des aus dem Neuzustandsbild erzeugten Daten auf ein fehlerhaftes Werkzeug geschlossen wird. Dies ermöglicht eine Bewertung eines neuen Werkzeugs bezüglich seiner Qualität und seiner korrekten Montage. Auch eine Identifikation eines richtigen Werkzeugs ist möglich.
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In einer weiteren Ausbildung des Verfahrens wird ein erstes Neuzustandsbild erzeugt, bei dem das Werkzeug aus Richtung der optischen Aufnahmeeinrichtung belichtet wird und zweites Neuzustandsbild erzeugt, bei dem das Werkzeug aus einer zur entgegengesetzten Richtung belichtet wird. Entsprechend ist es auch für das neue Werkzeug möglich, dieses sowohl geometrisch exakt auszuwerten als auch farblich, so dass Fehler in der Herstellung des Werkzeugs ermittelt werden können und auch eine unsachgemäße Montage, die zu Veränderungen des Werkzeugs führt sicher identifiziert werden kann.
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In einer weiterführenden Ausführung werden die aus den Gebrauchtzustandsbildern erzeugten Daten in der Recheneinheit mit einem oder beiden der aus den Neuzustandsbildern erzeugten Daten verglichen, wobei bei einer definierten Abweichung zwischen den aus den Gebrauchtzustandsbildern erzeugten Daten und aus den Neuzustandsbildern erzeugten Daten auf ein fehlerhaftes Werkzeug geschlossen wird. So werden bei der Beurteilung des Werkzeugs nicht nur die Abweichungen von einem idealen Werkzeug identifiziert, sondern auch die tatsächlichen Änderungen dieses Werkzeugs ermittelt, wodurch Fehler minimiert werden und eine Beurteilung zur Qualitätsänderung möglich ist, die ein rechtzeitiges aber nicht verfrühtes Austauschen eines verwendeten Werkzeugs ermöglicht.
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Vor dem Durchführen der Messungen wird vorteilhafterweise die optische Aufnahmeeinrichtung mit der Optik zum Synchronisieren der optischen Achse zu den Maschinenachsen kalibriert. Hierdurch werden Messfehler aufgrund von Abweichungen der Abstände oder Winkel zwischen dem Werkzeug und dem gesamten optischen System verhindert, welche somit definiert ausgerichtet ist. Eventuelle Positionsunterschiede des Werkzeuges beim Anfahren der Kontrollposition werden so ausgeglichen bzw. herausgerechnet, so dass diese keinen Einfluss auf die Beurteilung oder Vermessung der Scheide haben.
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In einer hierzu noch weiterführenden oder alternativen Ausführung werden bei der Erstellung des Neuzustandsbilds am Werkzeug feste Bezugspunkte festgelegt, welche mit den entsprechenden Bezugspunkten bei der Erzeugung der Gebrauchszustandsbildern verglichen werden, wobei Differenzen zwischen den Bezugspunkten in der Recheneinheit beim Vergleich der digitalen Daten herausgerechnet werden. So können die Messergebnisse noch einmal verbessert werden.
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Vorzugsweise wird eine subpixelgenaue Auswertung zur Erzeugung der Daten aus den Bildern durchgeführt. Bei der Bildaufnahme werden Größe und Anzahl der Pixel meist durch das Aufnahmegerät bestimmt, teils auch durch die zu übertragende Datenmenge begrenzt. Durch Interpolation wird es möglich die normale Auflösung, die durch die Anzahl der Pixel der optischen Aufnahmeeinrichtung begrenzt ist, zu übertreffen. Dabei werden die Lage und Größe des Werkzeugs im Bild mit hoher Genauigkeit ermittelt, indem die ermittelbaren Kantenverläufe mit einer mathematischen Funktion angenähert werden und dann der jeweilige Wendepunkt dieser Funktionen mit hoher Genauigkeit berechnet wird. Dort liegt die genaue Kante. Die real erreichbare Genauigkeit mit diesem Verfahren, welches statt mittels Interpolation auch mittels Korrelation durchgeführt werden kann, liegt beim 10- bis 50-fachem der eigentlichen Auflösung der verwendeten Optik.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn beim Vergleich der Daten des ersten Gebrauchtzustandsbildes, bei dem das Werkzeug aus Richtung der optischen Aufnahmeeinrichtung belichtet wird mit den Daten des ersten Neuzustandsbildes, bei dem das Werkzeug aus Richtung der optischen Aufnahmeeinrichtung belichtet wird, ein Vergleich der Farbwerte der Pixel der Oberflächen durchgeführt wird. Bei einer erhöhten thermischen Belastung färben sich die Ränder einer Schneide üblicherweise in einem rötlichen oder bläulichen Ton. Bei einer beginnenden Bildung einer Aufbauschneide färben sich die Ränder silbrig. Hier auftretende Farbdifferenzen zwischen dem benutzten Werkzeug und dem neuen Werkzeug lassen auf einen erhöhten Wärmeeintrag von außen oder durch Reibung schließen. Andere farbliche Veränderungen lassen sich ebenfalls gewissen Belastungen des Werkzeugs zuordnen.
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Des Weiteren wird beim Vergleich der Daten des zweiten Neuzustandsbildes, bei dem das Werkzeug aus der zur optischen Aufnahmeeinrichtung entgegengesetzten Richtung belichtet wird, mit den Daten des Masterwerkzeugs und beim Vergleich der Daten des zweiten Gebrauchtzustandsbildes, bei dem das Werkzeug aus der zur optischen Aufnahmeeinrichtung entgegengesetzten Richtung belichtet wird, mit den Daten des zweiten Neuzustandsbildes ein Formvergleich durchgeführt. Bei diesen Vergleichen werden alle geometrischen Änderungen des Werkzeugs festgestellt. Dies betrifft die Ausrichtung des Werkzeugs an der Maschine und somit dessen Einspannung wie auch Abnutzung, Bruch oder ein Schneidenaufbau. Alle diese Fehler sind identifizierbar und können zur Bewertung der Qualität des Werkzeugs herangezogen werden.
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Weiterhin wird vor der Erzeugung der Gebrauchtzustandsbilder oder nach der Erzeugung der Bilder bei Ermittlung eines Schneidenaufbaus oder anderer Artefakte das Werkzeug gereinigt. Diese Reinigung kann erfolgen, um Fehler bei der Aufnahme aufgrund loser Verunreinigungen zu vermeiden oder um ermittelte Anhaftungen nur im Falle ihres Auftretens zu entfernen. Bei einer beginnenden Aufbauschneide kann diese zusätzlich z. B. mit Natronlauge gereinigt werden.
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Eine weitere Verbesserung des Verfahrens wird erreicht, indem die optische Aufnahmeeinrichtung Gebrauchszustandsbilder aufnimmt, bei denen das Werkzeug unter zumindest zwei verschiedenen Winkeln von jeweils einem Projektor zeitlich sequentiell beleuchtet wird, welcher helle und dunkle Streifen unterschiedlicher Breite erzeugt, wobei aus den Gebrauchszustandsbildern in der Recheneinheit ein dreidimensionales Bild erzeugt wird, wobei die digitalen Daten in der Recheneinheit mit den digitalen Daten eines Masterwerkzeugs verglichen werden. Ein solches Verfahren wird als Streifenprojektion bezeichnet. Dabei beleuchtet der Projektor das Werkzeug mit Mustern von parallelen und dunklen Streifen unterschiedlicher Breite. Die Kamera registriert das projizierte Streifenmuster unter einem bekannten Blickwinkel zur Projektion. Für jedes Projektionsmuster wird mit jeder Kamera ein Bild aufgenommen. Für jeden Bildpunkt aller Kameras entsteht so eine zeitliche Folge von unterschiedlichen Helligkeitswerten, welche zusammengesetzt in ein dreidimensionales Bild umgerechnet und mit einem Masterbild verglichen werden können. So lassen sich auch auf dem Werkzeug verbleibende Späne und ähnliches detektieren. Hierzu sind am Grundkörper zumindest zwei Projektoren zur Erzeugung von Streifenmustern befestigt.
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Um eine erhöhte Auflösung zu erhalten, wird vorteilhafterweise der Werkzeughalter axial stückweise verschoben und jeweils ein Gebrauchszustandsbild für einen Abschnitt des Werkzeugs erzeugt, wobei nach vollständiger Abtastung die zeitlich hintereinander erzeugten Bilder in der Recheneinheit zu einem Gebrauchszustandsbild zusammengesetzt werden, dessen digitale Daten mit den digitalen Daten des Masterwerkzeugs verglichen werden.
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Es wird somit ein Verfahren zur Überwachung eines Werkzeugs, ein Verfahren zur Qualitätsbeurteilung einer mit dem Werkzeug bearbeiteten Oberfläche eines Werkstücks sowie eine Vorrichtung zur Überwachung eines Werkzeugs geschaffen, mit denen die Qualität einer verwendeten oder einer neuen Schneide sehr exakt beurteilt werden kann. Dabei können sowohl Formänderungen mit hoher Genauigkeit ermittelt werden, als auch Aussagen zum Zustand beziehungsweise zur Alterung des Materials aufgrund äußerer Belastungen getroffen werden. Es können somit aus den digitalen Daten Tendenzen zur Werkzeughaltbarkeit und Vorhersagen zur Standzeit getroffen werden. Dies ermöglicht einen Austausch oder Reinigung vorhandener Werkzeuge zu einem optimalen Zeitpunkt also vor dem Auftreten nicht reversibler Fehler und dennoch eine Nutzung bei maximaler Standzeit. So werden auch zuverlässig gute Oberflächenstrukturen am Werkstück erzeugt, die nicht mehr zusätzlich geprüft werden müssen. Dies vermindert deutlich den Ausschuss zum Teil hochwertiger Werkstücke aufgrund falscher Bearbeitung.
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Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in den Figuren dargestellt und wird ebenso wie das zugehörige Verfahren im Folgenden anhand des Beispiels einer Schneide zur Bearbeitung von Zylinderinnenflächen eines Kurbelgehäuses beschrieben.
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1 zeigt beispielhaft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Werkzeugs in perspektivischer Darstellung.
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2 zeigt beispielhaft eine Auflichtaufnahme eines Werkzeugs.
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3 zeigt beispielhaft eine Durchlichtaufnahme eines Werkzeugs.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem Grundkörper einer Werkzeugmaschine, an dem ein Werkzeughalter 14 bewegbar befestigt ist, an dem das Werkzeug 16, im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Schneide, eingespannt ist. Zur Erzeugung einer Oberflächenstruktur in einem Werkstück, im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Verklammerungsstruktur an einer Zylinderinnenfläche eines Zylinderkurbelgehäuses oder einer Buchse, rotiert der Werkzeughalter 14 mit der Schneide 16, so dass durch die Schneide 16 die Zylinderinnenfläche spanabhebend bearbeitet wird.
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Am Grundkörper sind über Befestigungsschienen 18 verschiedene optische Instrumente befestigt. Diese umfassen eine optische Aufnahmeeinrichtung 20 in Form einer Kamera, die mit einer Optik 22 verbunden ist, die ein telezentrisches Objektiv 24 aufweist, welches einen parallelen Strahlengang aufweist, so dass ein deutlich breiterer Bereich geschaffen wird, in dem sehr exakte Messungen möglich sind. An zwei Seiten des Objektivs 24 ist eine erste Lichtquelle 26 angeordnet, die im Ausführungsbeispiel aus zwei Strahlern 28 besteht, die gemeinsam oder einzeln geschaltet werden. Selbstverständlich können auch nur eine oder mehr als zwei Strahler verwendet werden, die entweder im sichtbaren oder außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Spektrums arbeiten. Das Objektiv 24, die Aufnahmeeinrichtung 20 sowie die erste Lichtquelle 26 sind in Richtung des Werkzeugs 16 ausgerichtet, so dass eine optische Achse 30 eine Normale auf die Erstreckungsebene der Schneide 16 bildet. Alternativ zu den beiden Strahlern 28 kann das Auflicht auch im Strahlengang des Objektives 24 geführt werden.
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An der zur Optik 22 entgegengesetzten Seite der Schneide 16 ist am entgegengesetzten Erstreckungsende der Befestigungsschienen 18 eine zweite Lichtquelle 32 befestigt, so dass bei Verwendung dieser Lichtquelle 32 die optische Aufnahmeeinrichtung 20 ein Bild im Gegenlicht erzeugt.
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Die Maschinenachsen 34, also insbesondere die Mittelachse des Werkzeughalters 14, sind räumlich bei Erzeugung der Bilder an einer definierten Aufnahmeposition angeordnet, die durch vorhergehende Kalibrierung der Maschinenachsen 34 zur optischen Achse 30 festgelegt wird.
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Die Aufnahmeeinrichtung 20 ist mit einer Recheneinheit 36 über Datenübermittlungsleitungen verbunden, so dass die digitalen Daten einer Aufnahme an die Recheneinheit 36 übermittelt werden können.
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In der Recheneinheit 36 sind Daten eines Masterwerkzeugs hinterlegt. Diese beinhalten neben der Form des Werkzeugs 16 und insbesondere der Form der Schneidzähne 38 auch genaue Angaben zur Lage und Ausrichtung eines korrekt am Werkzeughalter 14 montierten Werkzeugs 16. Zusätzlich enthalten diese Daten Informationen zur Färbung der Schneidzähne 38.
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Soll nun die Innenfläche eines Zylinders eines Zylinderkurbelgehäuses oder Buchse bearbeitet werden, wird zunächst eine Schneide 16 im Werkzeughalter 14 eingespannt. Der Werkzeughalter 14 wird mit der Scheide 16 an seine definierte Position gefahren und daraufhin ein erstes Neuzustandsbild der Schneide 16 erzeugt, wobei zunächst die zweite Lichtquelle 32 eingeschaltet wird. Es entsteht ein Bild, welches ähnlich dem in 3 dargestellten Bild ist. Aus diesem ersten Neuzustandsbild werden digitale Daten erzeugt, die in der Auswerteinheit mit den Daten des Masterwerkzeugs verglichen werden. Insbesondere erfolgt dabei eine Konturauswertung über ein Subpixeling-Verfahren, so dass sehr genaue Messwerte erzielt werden, deren Auflösung deutlich höher ist als die der ohnehin bereits sehr scharfe Bilder erzeugenden Aufnahmeeinrichtung 20.
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Durch die Festlegung eines Bezugspunktes für die Messungen durch die Kalibrierung der optischen Achse 30 und der Maschinenachsen 34 können beim Vergleich des Neuzustandsbildes mit den Daten des Masterwerkzeugs alle geometrischen Abweichungen bestimmt werden. Hierdurch kann sowohl ermittelt werden, ob das Werkzeug 16 falsch eingespannt wurde, und dies sowohl bezüglich eines falschen Einspannwinkels als auch einer falschen Einspannhöhe, als auch ob das Werkzeug 16 bezüglich seiner Eigengeometrie innerhalb der gewünschten Norm ist. Innerhalb der gewünschten Norm bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die vorhandenen Abweichungen kleiner sind als zuvor definierte maximal zulässige Abweichungen. Identifizierbar sind sowohl falsche Zahnwinkel 40 als auch falsche Zahnhöhen 42. Auch eine Identifikation falscher Werkzeuge ist möglich. Des Weiteren können Artefakte auf der Scheide zu einer Geometrieänderung führen sowie die gesamte Schneidengeometrie beurteilt werden.
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Des Weiteren kann ein weiteres Neuzustandsbild im Auflichtverfahren erzeugt werden, also bei eingeschalteter erster Lichtquelle 26. Mit dieser Aufnahme, wie sie beispielhaft in 2 dargestellt ist, kann zusätzlich mittels der hieraus gewonnenen Daten ein farblicher Vergleich zum Masterbild vorgenommen werden. Dies bedeutet, dass ein Farbpixelvergleich zwischen den digitalen Daten durchgeführt wird. Insbesondere im Bereich der Schneidkanten 44 der Schneidzähne 38 aber auch an der gesamten Schneide können so Verfärbungen ermittelt werden, die durch Wärmeeinwirkung, Abplatzungen, Reibung, Biegung, Aufbauschneidenbildung, oder Verschmutzungen entstehen können. So können Fehler in der Herstellung oder bei der Lagerung oder Montage ermittelt werden, um die Nutzung nicht guter Werkzeuge 16 zu vermeiden. Die Durchlicht und Auflichtmessungen können nacheinander oder zeitgleich ablaufen.
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Liegen die ermittelten Abweichungen über den hierfür definierten zulässigen Werten wird das Werkzeug 16 als fehlerbehaftet bewertet und ausgetauscht oder neu eingespannt, je nachdem welche Art von Fehler ermittelt wurde. Wird das Werkzeug 16 als fehlerfrei bewertet, liegen alle ermittelten Werte also innerhalb der zulässigen Grenzen, wird dieses in den Zylinder des Zylinderkurbelgehäuses gefahren, um dort eine Oberflächenstruktur zu erzeugen, welche nutförmige Aussparungen in Form der Schneidzähne 38 aufweist.
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Nach einem oder nach mehreren Schneidvorgängen wird das Werkzeug 16 wieder in seine vordefinierte Ausgangsstellung gefahren, in der dann eine Gebrauchtzustandsaufnahme im Gegenlicht und eine Gebrauchtzustandsaufnahme mit Auflicht gemacht werden. Diese Aufnahmen, beziehungsweise die daraus ermittelten Daten, können in der bereits oben für die Neuzustandsaufnahmen aufgeführten Weise mit den Daten des Masterwerkzeugs verglichen werden, um sicherzustellen, dass sich das Werkzeug 16 weiterhin innerhalb der festgelegten Normgrenzen befindet und zwar erneut sowohl bezüglich seiner korrekten Anordnung als auch seiner geometrischen Form und seiner Farbgebung. Die Prüfung kann nach jeden Bearbeitungszyklus z. B. Bohrung erfolgen oder Stichprobenartig nach einer vorgegeben Anzahl von Bearbeitungszyklen.
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Des Weiteren werden diese Gebrauchtzustandsbilder mit den Neuzustandsbildern verglichen, so dass Änderungen an diesem Werkzeug 16 identifizierbar sind. Dies ermöglicht insbesondere Aussagen zum Verschleiß des Werkzeugs 16 oder Brüchen aber auch zu vorhandenen Artefakten auf der Schneide, die durch die veränderten Zahnhöhen 42 oder Winkeln 40 oder generall abweichende Geometrien identifizierbar sind. Auch eine hohe Reibbelastung beim Schneiden, welche sich in erhöhter Reibung und damit in einer erhöhten thermischen Belastung niederschlägt sowie eine sich bildende Aufbauschneide ist identifizierbar, da dies zu Verfärbungen an den Schneidkanten 44 führt. Auch hierzu werden zuvor zulässige Abweichungen definiert, bei deren Überschreiten ein Werkzeugwechsel oder Reinigung erforderlich wird.
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Wird ein solches Werkzeug nach seinem Einsatz als fehlerfrei zugeordnet, wird gleichzeitig auch das behandelte Werkstück, also die eingebrachte Oberflächenstruktur als fehlerfrei bewertet, so dass das entsprechend bearbeitete Zylinderkurbelgehäuse zum thermischen Bespritzen der Zylinderinnenflächen weitergegeben werden kann. Umgekehrt wird bei Überschreiten der maximal zulässigen Abweichungen auch auf ein fehlerhaftes Werkstück geschlossen, welches entsprechend nachzubearbeiten oder anderweitig zu prüfen ist.
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Wird bei der farblichen oder geometrischen Auswertung ein Materialaufbau auf den Schneidzähnen 38 identifiziert, wird das Werkzeug 16 euer Reinigung unterzogen. Ein Reinigungswerkzeug kann hierzu ebenfalls am Grundkörper befestigt werden. Alternativ kann diese Reinigung auch vor jeder Messung durchgeführt werden.
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Mit dieser Vorrichtung und den beschrieben Verfahren ist eine zuverlässige Überwachung der verwendeten Werkzeuge und damit indirekt auch der bearbeiteten Werkstücke möglich. Neben der reinen Ermittlung von Abweichungen und somit fehlerhaften Werkzeugen sind die Abweichungen auch bestimmten Fehlern zuzuordnen, so dass die jeweils notwendigen Maßnahmen ergriffen werden können, wie beispielsweise Austausch der Schneide, Neubefestigung der Schneide oder Reinigung der Schneide. Die Schneide ist somit hinsichtlich ihrer Qualität einzuordnen. Auch können insbesondere durch die farbliche Auswertung Prognosen zur Haltbarkeit des Werkzeugs vorgenommen werden.
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Es sollte deutlich sein, dass der Schutzbereich des vorliegenden Hauptanspruchs nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel begrenzt ist, sondern diese Überwachung an jeglicher Art von Zerspanungsmaschine eingesetzt werden kann. Selbstverständlich kann beispielsweise auf die Verwendung oder den Vergleich mit den Neuzustandsaufnahmen gegebenenfalls verzichtet werden. Auch können jeweils die Neuzustandsaufnahmen als Masterwerkzeugaufnahmen dienen. Die Definition der zulässigen Abweichungen kann entweder anhand von Erfahrungswerten oder Versuchen ermittelt werden oder direkt bestimmt werden. Die Recheneinheit kann entweder aus einem oder zwei Bauteilen bestehen, wobei die Erzeugung der digitalen Daten aus den Bildern in einer Recheneinheit der Aufnahmeeinrichtung selbst erfolgen und dann als Datenpaket zu einer zweiten Einheit versendet werden kann, in der der Vergleich durchgeführt wird. Die Möglichkeit einer stückweisen sequentiellen Abtastung sowie die Verwendung einer zusätzlichen Auswertung mittels Streifenprojektion sind ebenfalls gegeben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012106139 A1 [0004]
