DE3610160A1

DE3610160A1 - Vorrichtung zum optischen pruefen der oberflaeche von werkstuecken

Info

Publication number: DE3610160A1
Application number: DE19863610160
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 7000 Stuttgart Vetter
Original assignee: Schaudt Maschinenbau GmbH
Current assignee: Schaudt Maschinenbau GmbH
Priority date: 1985-04-06
Filing date: 1986-03-26
Publication date: 1986-10-09

Description

Vorrichtung zum optischen Prüfen der Oberfläche von Werkstücken
Die Erfindung betrifft eine optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit von Werkstücken mit einem vom Werkstück entfernt angeordneten, Licht auf einen Oberflächenabschnitt des Werkstücks aussendenden und reflektiertes Licht empfangenden Prüfkopf, dem wenigstens ein opto-elektrischer Wandler zum Erzeugen von dem reflektierten Licht entsprechenden Meßsignalen zugeordnet ist und der über ein Lichtleitfaserbündel mit einem auf den zu prüfenden Oberflächenabschnitt des Werkstücks ausrichtbaren Tastkopf zum Aussenden des von dem Prüfkopf abgegebenen und zum Empfangen des an der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts verbunden ist.
Es gibt Schleifaufgaben, bei denen neben exakten Werkstückabmessungen auch eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit des fertigen Werkstücks gefordert ist. Während die Werkstückabmessungen insbesondere auf Rundschleifmaschinen in process, also während des Schleifvorgangs, ermittelt werden können, und der Schleifvorgang dementsprechend gesteuert werden kann, wird die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks nach dem Bearbeiten in einem nachfolgenden Arbeitsgang geprüft. Hierzu ist es bekannt, die Oberfläche des Werkstücks nach dem Entnehmen aus der Aufspannung in der Maschine zu reinigen, dann zu beleuchten und die Intensität des reflektierten Lichts zu messen.
Aus diesem gemessenen Intensitätswert kann auf die Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks geschlossen werden.
Zur Beeinflussung der Oberflächenbeschaffenheit im Sinne bestimmter Vorgaben kann aufgrund dieser Messungen bei der Bearbeitung nachfolgender Werkstücke die Vorschubgeschwindigkeit der Schleifscheibe, ihre Drehzahl oder die Drehzahl des Werkstücks in Abhängigkeit vom gemessenen Wert geändert werden oder es kann z.B. ein Abrichtvorgang eingeleitet und entsprechend gesteuert werden. Auf die Bearbeitung des geprüften Werkstücks hat das Prüfergebnis dieses gesonderten Prüfvorgangs jedoch keinen Einfluß mehr.
Es kann vielmehr nur bei den nachfolgenden Bearbeitungsvorgängen korrigierende bzw. optimierende Berücksichtigung finden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art anzugeben, welche mit einfachen Mitteln eine zuverlässige Kontrolle der Oberflächenbeschaffenheit am eingespannten Werkstück während des Schleifprozesses und eine Beeinflussung des Schleifprozesses im Sinne einer Optimierung der Oberflächenbeschaffenheit gestattet.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Tastkopf Bestandteil eines Tasters eines Abmessungsmeßkopfes einer Schleifmaschine ist, und daß der Abmessungsmeßkopf mit dem Tastkopf der Schleifscheibe der Schleifmaschine zur In-process-Messung der Abmessung und der Oberflächenbeschaffenheit während der Werkstückbearbeitung durch Schleifen zugeordnet ist.
Besonders zweckmäßig ist die Realisierung der Erfindung als in einer Rundschleifmaschine, wo der Tastkopf Bestandteil eines Tasters eines Durchmessermeßkopfes ausgebildet sein kann. In bevorzugter Weise ist die Lichtaustritts- und Lichteintrittsöffnung des Tastkopfes zum Messen berührungslos dicht vor der zu prüfenden Werkstückoberfläche positioniert. Dadurch wird ein Verschleiß der Lichtaustritts-und Lichteintrittsöffnung des Tastkopfes vermieden. In Ausgestaltung der Erfindung enthält der Tastkopf eine optische Umlenkanordnung, deren eine Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche mit einem Ende des Lichtleitfaserbündels verbunden ist und deren andere Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche radial bzw. senkrecht zur Werkstückoberfläche hin ausgerichtet ist. Bei dieser Ausführung des Tastkopfes erfolgt die optische Zuleitung zum Tastkopf tangential zum rotierenden Werkstück, während das Licht radial zum Werkstück aus dem Tastkopf austritt. Auf diese Weise ist eine günstige, raumsparende Anordnung des Tastkopfes im Arbeitsbereich der Schleifmaschine möglich.
In der Regel wird bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Schleifmaschine ein Kühlschmiermittel zugeführt, das die Oberfläche des Werkstücks mindestens im Arbeitsbereich der Schleifscheibe benetzt. Um trotzdem eine zuverlässige Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks zu ermöglichen, sieht die Erfindung in weiterer Ausgestaltung vor, daß dem Tastkopf ein Mittel zum Entfernen des im zu prüfenden Oberflächenabschnitt am Werkstück haftenden Kühlschmiermittelfilms zugeordnet ist. Als Mittel zum Entfernen des Kühlschmittmittelfilms kann eine an eine Druckquelle angeschlossene, auf den zu prüfenden Oberflächenabschnitts des Werkstücks ausgerichtete Blasdüse vorgesehen sein. Eine besonders günstige Anordnung ergibt sich dadurch, daß die Lichteintritts- und Lichtaustrittsöffnung des Tastkopfes mit einer an eine Druckquelle angeschlossenen Ringdüse umgeben ist. Der Tastkopf enthält bei dieser Konstruktion also nicht nur die Lichtführung, sondern auch die Blasluftführung. Dies stellt eine konstruktiv besonders günstige und raumsparende Lösung dar, die auch ein zuverlässiges Freiblasen des zu prüfenden Oberflächenabschnitts des Werkstücks gewährleistet. Um den Reinigungseffekt der Ringdüse zu verbessern, sieht die Erfindung vor, daß die Ringdüse exzentrisch ausgebildet ist, derart, daß ihr Luftaustrittsquerschnitt entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstücks größer ist als in dessen Bewegungsrichtung.
Eine konstruktiv besonders bevorzugte Ausführungsform der Prüfvorrichtung nach der Erfindung ergibt sich dadurch, daß der Tastkopf Bestandteil eines Tasters eines Durchmessermeßkopfes ist. Vorzugsweise ist der über das Lichtleitfaserbündel mit dem Tastkopf verbundene Prüfkopf am Durchmessermeßkopf angebracht bzw. in diesem integriert.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Prüfvorrichtung hat den vorteil, daß sie eine Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks während dessen Bearbeitung in einer Schleifmaschine erlaubt. Die Prüfvorrichtung erfordert wenig Raum im Arbeitsbereich der Schleifmaschine, da sie mit einem Durchmessermeßkopf kombiniert ist. Aufgrund der durch die Erfindung ermöglichten in-process-Messung der Oberflächenbeschaffenheit ist eine Beeinflussung der laufenden Bearheitung eines Werkstücks möglich. Das führt zu einer beträchtlichen Ausschußverminderung.
Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Rundschleifmaschine mit Durchmessermeßkopf und optischer Prüfvorrichtung nach der Erfindung, Figur 2 eine Teilansicht des Werkstücks mit Meßtastern zur Durchmessermessung und einer optischen Prüfvorrichtung nach der Erfindung, gesehen in Richtung des Pfeiles II, Figur 3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie III in Figur 2, Figur 4a eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform eines unteren Meßtasters und Figur 4b einen Schnitt entlang B-B der F#igur 4a.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Rundschleifmaschine mit einem Durchmessermeßkopf mit integrierter optischer Prüfeinrichtung für die Prüfung der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks während seiner Bearbeitung.
4uf einem von einem Maschinenbett 1 getragenen stationären Sockel 2 ist ein Schleifschlitten 3 in X-Richtung beweglich geführt. Der Schleifschlitten 3 trägt eine Schleifspindel 4 mit einer Schleifscheibe 6.
Auf dem Maschinenbett 1 ist in Front vor dem Schleifschlitten 3 ein Maschinentisch 7 gelagert, der quer zur Richtung horizontal verschiebbar ist. Der Maschinentisch 7 traqt einen Werkstückspindelstock 8 und diesem gegenüber einen nicht dargestellten Reitstock, zwischen denen in üblicher Weise ein zu bearbeitendes Werkstück 9 eingespannt ist. Das Werkstück ist in Richtung eines Pfeiles 11 und die Schleifscheibe in Richtung eines Pfeiles 12 antreibbar.
Auf einer am Maschinenbett 1 angebrachten Konsole 13 ist ein Schlitten 14 in Richtung eines Pfeiles U bewegbar gelagert, der ein Meßgerät 16 mit einem Taster 16a zur Längspositionierung des Werkstücks 9 trägt.
An einer auf dem Mschienbett 1 montierten Säule 17 ist parallel zum Maschinentisch 7 ein Meßschlitten 18 geführt, an welchem über einen Schwenkhebel 19 ein Meßkopf 21 angebracht ist. Mittels des Schwenkhebels 19 ist der Meßkopf 21 aus seiner in Figur 1 mit ausgezogenen Linien dargestellten Arbeitsstellung in eine mit strichpunktierten Linien dargestellte Ruhestellung 21a schwenkbar. Die Schwenkachse, um welche der Schwenkhebel geschwenkt wird, ist mit 19a bezeichnet.
Der Meßkopf 21 weist an einem Meßkopfgehäuse 22 zwei in Y-Richtung verschiebbare Taster 23 und 24 auf, die zur Durchmesserbestimmung des Werkstücks 9 auf entgegengesetzten Seiten an dessen Umfang anliegen und so den Werkstückdurchmesser während der Bearbeitung mit der Schleifscheibe 6 abgreifen. Ein im Meßkopfgehäuse 22 angeordneter, in der Zeichnung nicht dargestellter Meßwertaufnehmer ist über eine Leitung 26 mit einer Steueranordnung 27 verbunden, die eine bekannte Maschinensteuerung sein kann und die ermittelten Durchmessermeßwerte zu Steuersignalen verarbeitet. Im Meßtaster 24 des Meßkopfes 21 ist zusätzlich eine optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks 9 während seiner Bearbeitung mit der Schleifscheibe 6 eingebaut. Diese optische Prüfvorrichtung ist über eine optische Leitung, beispielsweise eine Glasfaserleitung 28, mit einem Prüfkopf 29 verbunden, der an dem Meßkopfgehäuse 22 angebracht ist. Der Prüfkopf 29 ist über eine Leitung 26a ebenfalls mit der Steueranordnung 27 verbunden. Der im unteren Taster 24 angeordneten optischen Prüfvorrichtung ist eine Blasdüse 31 zugeordnet, die mittels Befestigungsmitteln 32 ebenfalls am Meßkopfgehäuse 22 angebracht ist. Über einen Schlauch 33 ist die Blasdüse 31 mit einer Druckluftquelle 34 verbunden.
Der Aufbau der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit eines Werkstücks während der Bearbeitung auf einer Schleifmaschine geht am deutlichsten aus den Figuren 2 und 3 hervor.
Figur 2 ist eine Teilansicht in Richtung des Pfeiles II der Figur 1 und Figur 3 eine Schnittansicht entlang der Linie III-III der Figur 2. Gleiche Teile sind mit denselben Bezugszeichen versehen wie in Figur 1.
Figur 2 zeigt, daß der raster 24 des Durchmessermeßkopfes mit einem optischen Tastkopf 36 verbunden ist, der ein etwa radial auf die Werkstückoberfläche ausgerichtetes Umlenk-(Fia.3z prisma 37 en a t. Eine Seitenfläche 38 des Umlenkprismas 37 ist möglichst verlustfrei mit den Enden der Fasern des Lichtleitfaserbündels 28 verbunden. Das Lichtleitfaserbündel 28 führt, wie schon im Zusammenhang mit Figur 1 erwähnt, zu dem Prüfkopf 29, wo ein Teilbündel 28a der Faserleitung mit einer Lichtquelle 39 verbunden ist.
Ein anderes Teilbündel 28b ist an einen Meßwertaufnehmer 41 angeschlossen, bei dem es sich um einen handelsüblichen opto-elektrischen Wandler handeln kann. Der Meßwertaufnehmer 41 ist über die Leitung 26a mit der Steueranordnung 27, beispielsweise der Maschinensteuerung, verbunden.
Entlang dem Taster 24 ist das Lichtleitfaserbündel 28 in einem Kanal 42 geführt, um Verschmutzungen und Beschädigungen der optischen Prüfanordnung zu vermeiden. Der optische Ausgang es Umlenkprismas 37 ist etwa radial auf die Oberfläche des Werkstücks 9 ausgerichtet. Der Tastkopf 36 liegt nicht an der zu prüfenden Oberfläche des Werkstücks an, um Verschleißerscheinungen zu vermeiden.
Während der Bearbeitung des Werkstücks wird, wie allgemein üblich, über eine Kühlschmiermitteldüse 44 ein Kühlschmiermittel zugeftihrt, das zum Teil an der Oberfläche des rotierenden Werkstücks 9 haften bleibt. Mit der Blasdüse 31, die über die Leitung 33 mit der Druckluftquelle 34 verbunden ist und die vor dem Prüfbereich des optischen Tastkopfes 36 etwa radial auf die Oberfläche des rotierenden Werkstücks ausgerichtet ist, wird wenigstens im optischen Prüfbereich der Kühlschmiermittelfilm von der Oberfläche des Werkstücks entfernt.
Durch das Teilbündel 28a der optischen Leitung 28, dessen Fasern in dem am Umlenkprisma 37 anliegenden Endbereich mit den Fasern des anderen Teilbündels 28b statistisch gemischt sein können, gelangt von der Lichtquelle 39 ausgesandtes Licht über das Umlenkprisma 37 zur gereinigten Oberfläche des umlaufenden Werkstücks 9. Das Licht wird an dieser Oberfläche reflektiert und wenigstens ein Teil des reflektierten Lichts tritt durch das Umlenkprisma 37 in die Fasern des Teilbündels 28b ein und gelangt zum Meßwertaufnehmer 41, wo seine Intensität als Maß für die Beschaffenheit der Oberfläche des Werkstücks gemessen wird.
Entsprechende Meßsignale gelangen über die Leitung 26a zur Steueranordnung 27, wo sie zu Steuersignalen verarbeitet werden können.
Die Figuren 4a und 4b zeigen in einer Draufsicht und einem Längsschnitt eine andere Ausführungsform eines Tastkopfes nach der Erfindung. Auch hier ist dieser Tastkopf 46 am unteren Taster 24 des Durchmessermeßkopfes angebracht. Der Tastkopf 46 weist jedoch kein Um#lenkprisma auf, sondern die optische Leitung 47 (Glasfaserleitung) ist unmittelbar bis zum Ausgang des Tastkopfes 46 geführt. Am Ausgang des Tastkopfes 46 ist die optische Leitung 47 von einer Ringdüse 48 umgeben, die über eine Druckleitung 49 mit der Druckluftquelle 34 in Verbindung steht. Das Ende der optischen Leitung 47 und die Ringdüse 48 liegen berührungslos dicht vor der Oberfläche des rotierenden Werkstücks 9, so daß ein ausreichender Teil des an der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts in die optischen Fasern des mit dem Meßwertaufnehmer verbundenen Teilbündels 28b eintreten kann. Wie zuvor schon beschrieben, ist auch hier die optische Leitung 47 mit dem Prüfkopf 29 verbunden. Zum Schutz der Meßanordnung sind die Druckleitung 49 und die optische Leitung 47 auch hier in einem Kanal 50 geführt, der seitlich am unteren Tastarm 24 des Durchmessermeßkopfes angebracht ist.
Die Ringdüse 48 ist exzentrisch ausgebildet, so daß ihr Luftaustrittsquerschnitt 48a entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstücks 9 größer ist als ihr in Bewegungsrichtung des Werkstücks liegender Luftaustrittsquerschnitt 48b.
Bei beiden Ausführungsbeispielen des optischen Tastkopfes wird dieser zusammen mit den Tastern für die Durchmessermessung bei Beginn des Schleifvorgangs an das Werkstück angelegt, so daß während des Schleifvorgangs nicht nur der Durchmesser des Werkstücks erfaßt wird, sondern auch seine Oberflächenbeschaffenheit dauernd kontrolliert werden kann. - Leerseite -

Claims

Patentansprüche t. Optische Prüfvorrichtung zum Prüfen der Oberflächenbeschaffenheit von Werkstücken mit einem vom Werkstück entfernt angeordneten, Licht auf einen Oberflächenabschnitt des Werkstücks aussendenden und reflektiertes Licht empfangenden Prüfkopf, dem wenigstens ein opto-elektrischer wandler zum Erzeugen von dem reflektierten Licht entsprechenden Meßsignalen zugeordnet ist und der über ein Lichtleitfaserbündel mit einem auf den zu prüfenden Oberflächenabschnitt des Werkstücks ausrichtbaren Tastkopf zum Aussenden des von dem Prüfkopf abgegebenen und zum Empfangendes an der Werkstückoberfläche reflektierten Lichts verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der rastkopf (36, 46) Bestandteil eines Tasters (24) eines #bmessungsmeßkopfes (21) einer Schleifmaschine ist, und daß der Abmessungsmeßkopf mit dem Tastkopf der Schleifscheibe (6) der Schleifmaschine zur In-process-Messung der Abmessung und der Oberflächenbeschaffenheit während der erkstückbearbeitung durch Schleifen zugeordnet ist.
2. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (36, 46) Bestandteil eines Tasters 24) eines Durchmessermeßkopfes (21) einer Rundschleifmaschine ist.
3. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustritts- und Lichteintrittsöffnung (43) des Tastkopfes (36, 46) gegenüber der Anlagefläche des Tasters (24) am Werkstück (9) zurückgesetzt angeordnet und zum Messen berührungslos dicht vor der zu prüfenden Werkstückoberfläche positioniert ist.
4. Prüfvorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Tastkopf (36) eine optische Umlenkanordnung (37) enthält, deren eine Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche (38) mit einem Ende des Lichtleitfaserbündels (28) verbunden ist und deren andere Lichteintritts- und Lichtaustrittsfläche (43) radial bzw.

senkrecht zur Werkstückoberfläche hin ausgerichtet ist.
5. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tastkopf (36, 46) ein Mittel (31, 48) zum Entfernen des im zu prüfenden Oberflächenabschnitt am Werkstück (9) haftenden Kühlschmiermittelfilms zugeordnet ist.
6. Prüfvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Entfernen des Kühlschmiermittelfilms eine an eine Druckquelle (34) angeschlossene, auf den zu prüfenden Oberflächenabschnitt ausgerichtete Blasdüse (31, 48) vorgesehen ist.
7. Prüfvorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichteintritts- und Lichtaustrittsöffnung (43) des Tastkopfes (46) mit einer an eine Druckquelle (34) angeschlossenen Ringdüse (48) umgeben ist.
8. Prüfvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringdüse (48) exzentrisch ausgebildet ist, derart, daß ihr Luftaustrittsquerschnitt (48a) entgegen der Bewegungsrichtung des Werkstücks (9) größer ist als in dessen Bewegungsrichtung.
9. Prüfvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der über das Lichtleitfaserbündel (28, 47) mit dem Tastkopf (36, 46) verbundene Prüfkopf (29) am Durchmessermeßkopf (21) angebracht ist.