DE3703429C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum rechnergestützten Regeln des Fertigmaßes von Werkstücken beim Schleifen in kontinuierlicher Bearbeitungsfolge mit einer Planschleifmaschine, wie es aus der DE-OS 29 49 427 bekannt ist.

Bei Schleifmaschinen werden Meßsteuerungen verwendet, welche im Produktionsfluß jedes Werkstück messen, z. B. beim kontinuierlichen Schleifen von Meßteilen oder an den Schleifbearbeitungsflächen einzelner Werkstücke im Produktionsprozeß, z. B. bei einer Rundschleif­ maschine für Wellen-Passungen. Diese Meßsteuerungen gewinnen Meßdaten an Werkstücken zum Zwecke der stetigen Maßüberwachung und Maschinensteuerung für die geforderte Maßtolerenz der Werkstücke.

Hierbei ist es auch bekannt, eine manuelle Post-Prozeß- Meßeinrichtung oder -Meßmaschine zum Zwecke einer statistischen Qualitätskontrolle einzusetzen, wobei zur präzisen Meßwertsicherung statische Meßmethoden - am ruhenden Werkstück - an Stelle dynamischer Meßvor­ gänge - am bewegten Werkstück - angewendet werden.

Bei Post-Prozeß-Meßeinrichtungen oder Meßmaschinen ist gegenüber Meßsteuerungen jedoch die Entfernung der Meßdatenerfassung vom unmittelbaren Produktionsvorgang und besonders beim kontinuierlichen Schleifen die zeitbehaftete nachfolgende Meßtaktmethode mit Meßwerterfassung nur in Stichproben nachteilig. Weitere Nachteile sind relativ hohe Kosten für die Meßsteuerung in der Bearbeitungsmaschine und der Post-Prozeß-Meßmaschine danach.

Wenn die Post-Prozeß-Meßmaschine beim kontinuierlichen Schleifen auch dazu benutzt wird, an Stelle der Meß­ steuerung in der Maschine, die Maschine nachfolgend zu steuern, entstehen für alle Werkstücke zwischen Maschine und Post-Prozeßmaschine wegen verspäteter Meßwertaufnahme und Reaktion oft Qualitätssicherungs­ probleme. So ist es besonders beim leistungsintensiven kontinuierlichen Planschleifen notwendig, unmittelbar nach dem die Schleifwerkzeuge die Werkstücke freigegeben haben in der Maschine mit Vorschub zu messen, damit das Zustellsystem der Maschine sofort den Schleifwerkzeug­ verbrauch in den Toleranzgrenzen nachsteuern kann.

Die regelungstechnisch geforderte, schnelle Reaktion und die Anordnung der Meßsysteme zur Prozeßregelung, schon unmittelbar am Ort der Fertigung, bewirken erhöhte Meßfehlereinflüsse durch stochastische Signale (Zufalls­ signale). Erfahrungsgemäß lassen sich besonders beim kontinuierlichen Plan- und spitzenlosen Rundschleifen solche Signale beobachten. Im Extremfall bei hoher Zerspanleistung und großer Mengenleistung sind die stochastischen Signale schuld an zu großen Fertigungs­ toleranzen und Streubreiten der Werkstücke.

Diese schleifspezifischen stochastischen Signale entstehen ursprünglich durch Störeinwirkungen bei der Meßwertaufnahme.

Solche Zufall-Signal-Prozesse erfordern zuverlässige Meßwerte. Deshalb sind Verfahren zur Meßsignalaus­ wertung, Erkennung und Eliminierung stochastischer Meßfehler-Signale bei kontinuierlichen Schleifpro­ zessen für die Meßsteuerung zur Maschinensteuerung und für die geforderte statistische Prozeßregelung und bei hohen Genauigkeiten erforderlich.

Beim Schleifen von Werkstücken in kontinuierlicher Bearbeitungsfolge (Durchlaufverfahren) werden nach der eingangs erwähnten DE-PS 29 49 427 bei jedem Werkstück eliminierte und optimale prozeßabhängige veränderliche Zustell- oder Rückstellwerte für die Schleifwerkzeuge erzeugt. Hierbei werden Detailwerte, wie Selektieren des Minimalwertes jedes Werkstücks und die Mittelwert­ bildung der Summe aller Minimalwerte zwischen den Zustellintervallen zum Gewinnen von prozeßabhängigen Zustellbeträgen verwendet. In der DE-PS 33 14 318 wird die Anwendung eines Meßtastersystem für schnelle dy­ namische Meßvorgänge und hohe Belastungsfähigkeit durch Seitenkräfte und Kühlmitteleinwirkung als geeignet für den Einsatz vor Ort in der Maschine beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dahingehend weiterzuentwickeln, daß Störsignale und Meßdaten, wie Tastlücken, Schleifkorn, Schleifgrat und Vibration, rascher und sicherer ausgeglichen werden, wobei die Daten auch für eine Maschinen-Abrichtsteuerung sowie für eine statistische Qualitätskontrolle verwendbar sind.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach dem Anspruch 1 gelöst. Die Ansprüche 2 bis 4 geben zweckmäßige Weiterbildungen dieses Verfahrens an.

Durch die Anwendung eines Meßautomatikrechners ergeben sich weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten, wie:
Bedienerführung mit Bildschirmanzeige, je nach Software mehrsprachig, für die Einstellvorgänge mit mehreren Meßtastern, für Summen, Differenz und Parallelitäts-Messungen, für die numerischen Bereichs­ vorwahlen des Meßbereiches, der Meßtaster-Hubbereiche, der Genzwerte, der Zustellsignalgabe und die statistischen Kennwerte, Stückzahl, Mittelwert, Varianz, Standardabweichung, oder auch laufende gra­ phische Darstellung der einzelnen Meßwerte vor Ort, wobei jeweils die letzten Werte im Rollierverfahren gleichzeitig dargestellt werden können.

Mit einem mobilem Zusatz-Monitor besteht die Möglichkeit zur Ferneinstellung der Meßtaster, z. B. in einer Transfer­ straße. Eine Stecker-Schnittstelle mit Drucker-Anschluß zur Dokumentation über eine bestimmte Produktionsmenge ist möglich. Desweiteren können über eine Daten-Schnitt­ stelle laufend Prozeßdaten an eine zentrale Fertigungs­ leitstelle gegeben werden.

Im Gerät sind zyklische Prüfroutinen zur Selbstkontrolle der Funktionsfähigkeit anwendbar. Auch können Außensonden für Temperaturmessungen, z. B. an den Halterungen der Meßtaster thermische Drift-Wirkungen, die sodann als Korrekturfaktoren den Meßautomatikrechner zur Verfügung stehen, melden.

Das Verfahren stützt sich auf eine mit Microprozessoren arbeitende Meßsteuerungseinrichtung für Schleifmaschinen, insbesondere zum Schleifen von Werkstücken in konti­ nuierlicher Bearbeitungsfolge, wobei die Meßsignale in einem Rechner automatisch ausgewertet, aber stochastische Störsignale zuvor eliminiert werden. Die Auswertung er­ folgt nach statistischen Rechen-Regeln zum Zwecke der Qualitäts-Regelung des Schleifprozesses, zur Doku­ mentation der Schleifergebnisse und zur Meldung der Qualitäts- und Produktionsdaten an einen zentralen Leitstand-Rechner. Wegen der Mehrfach-Funktion, insbe­ sondere auch wegen der "Regel"-Funktionen im Schleif­ prozeß handelt es sich bei der Meßsteuerung um einen Meßautomatikrechner.

Es ist wesentlich, daß die durch die Prozeßnähe der Meßtaster verursachten, unvermeidlichen stochastischen Störsignale und dadurch bei der Meß­ wertaufnahme entstehenden Fehl-Messungen nicht in das statistische Rechenverfahren geleitet werden, sondern vor der Anwendung aller Regelkreis- und Statistik-Algo­ rithmen werden die numerischen Meßsignale besonders ausgewertet und Störsignale eliminiert, wie im folgen­ den Ausführungsbeispiel beschrieben wird.

Hierzu zeigt Fig. 1 eine Meßstation 1 mit einem oberen Meßtaster A 1 und einem unteren Meßtaster B 1 bei einer doppelseitigen Planschleifmaschine mit den beiden Schleifscheiben 2 und 3 für kontinuierliches Schleifen von flachen Werkstücken 4 und 5 ff, welche ungespannt mit der Vorschubeinrichtung z. B. in einer rotierenden Lochscheibe 6 der Maschine durch die Meß­ einrichtung 1 geführt werden. Die Meßwertaufnahme der beiden Meßtaster A 1 und B 1 an dem Werkstück 5 unmittel­ bar nach dem Verlassen der beiden Schleifscheiben 2 und 3 bewirkt eine schnelle Regel-Reaktion auf die beiden Schleifscheibenzustellsysteme der Doppel-Planschleif­ maschine damit innerhalb der Toleranzgrenzen der Werk­ stücke der Schleifwerkzeugverbrauch schnell nachge­ steuert werden kann. Ebenso können die thermischen Längen­ änderungen der beiden Schleifspindeln 7 und 8 zurückge­ steuert werden.

Die vorteilhafte Anordnung der Meßtaster zur schnellen Reaktion, nahe am Herstellort bei den Schleifscheiben ist jedoch mit Fehlmessungen durch Störeinflüsse sto­ chastischer Art verbunden. So bewirkt z. B. auch der ungespannte Schubtransport 6 der Werkstücke 4, 5 Veränderungen der Werkstück-Höhenlage über dem Maschinen­ tisch 9 durch Kühlmittel und Schleifspäne 10 unter den Werkstücken. Die Signale der beiden Meßtaster A 1 und B 1 werden im Rechner zur Summe geschaltet, damit die Ver­ änderung der Werkstück-Höhenlage meßtechnisch ausge­ glichen wird.

Fig. 2 ist sodann schematisch der Verlauf des Summen­ signals S=A 1+B 1 für die Werkstück-Dicke einschließ­ lich der Störsignale durch Beschleunigungskräfte am Werkstück-Meßbeginn und Meßende, sowie durch Schleif­ korn 11 in Fig. 1, auf der Werkstück-Oberfläche darge­ stellt. Dabei wird mittels eines sich selbstbildenden Signalfenster mit den Seiten I, II, III, IV die Meßsignalauswertung ermöglicht. Dazu wird mit einer relativ hohen Abtastrate, z. B. mit 3000 Meßungen pro Sekunde und 500 mm pro Sekunde Werkstückvorschub­ bewegung die Werkstückoberfläche pro Millimeter sechs­ mal abgefragt. In der Meßspur wird somit ein Höhen­ profil gemäß Kurve S aufgenommen und mit nume­ rischen Einzelwerten im Rechner gespeichert. Eine programmierbare Triggerschwelle V bestimmt den werkstückabhängigen Meßeinsatz von TA bis TE, so daß in Werkstücklücken keine Meßsignale unterhalb der Trigger­ schwelle wirksam werden.

Im Rechner werden die Anzahl der Meßsignale auf der Taststrecke von Triggerschwelle TA am Anfang der Messung, bis zur Triggerschwelle TE am Ende der Messung gleich einem 100% Anteil gesetzt.

Durch programmierbare Grenzen nach TA, z. B. 10%=Grenze vor TB, z. B. 10%=Grenze II verbleiben 80% Meßstrecke für die weitere Meßsignalauswertung. Hiermit werden die durch Beschleunigungskräfte erzeugten fehlerhaften Meßsignale ausgeschaltet.

Die untere Signalfenstergrenze III wird durch den numerischen Minimalwert im 80%-Auswertebereich bestimmt. Dieser selektierte numerische Minimalwert ist eine zuverlässige Meßgröße für die Werkstückdicke, weil Störsignale im 80%-Auswertebereich immer über dem Mini­ malwert liegen.

Mögliche Minimalwertfehler können nur im ausge­ grenzten Anfang- und Endbereich auftreten.

Die obere Signalfenstergrenze IV wird durch den numerischen Maximalwert der Werkstückdicke im 80%-Aus­ wertbereich bestimmt. Größere Störsignale, z. B. wie die Stelle 11 werden eliminiert.

Die Erkennung der Fehlmessungen VI ist durch das abnorme Steigungsmaß gegenüber dem sehr geringen Steigungsmaß der geschliffenen Planfläche möglich. Signalfolgen mit starker Steigung und nachfolgendem starken Abfall sind ein sicherer Indiz für Störsignale über der planen Schleifebene.

Durch den numerischen Vergleich von jeweils zwei Meß­ signalen in der Abtastfolge ist diese Differenz ein Maß für die Steigung. Durch eine Rechen-Parameter- Vorgabe für zulässige Steigung ist eine schnelle Selektierung der Störsignale von Fremdkörpern möglich. Die Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert ist ein Maß für mögliche Parallelitätsabweichung der beiden geschliffenen Werkstückflächen.

Durch vorgegebene Grenzwerte der Parallelität werden Signale an die Maschinensteuerung zur Einleitung eines automatischen Abrichtzyklus für die beiden Schleif­ scheiben gegeben.

Durch die kombinatorischen Wirkungen der Rechen-Funk­ tion mit Summenmessung der Meßtastersignale Trigger­ schwellen für autom. Meßbeginn, hohe Abtastrate zur topographischen Erfassung der Oberflächen, Signal­ fenstergrenzen an vier Seiten, und Differenz-Wertungen von Steigungen bei jedem Werkstück, werden vor der Weitergabe zur Schleifprozeßregelung und statistischen Darstellung die schleifprozeß-typischen Störgrößen eliminiert.

Zur Kompensation der thermischen Längenänderungen der Meßstation 1 in Fig. 1 wird mit Hilfe eines einge­ bauten Temperatur-Sensor 12 in Fig. 1 die jeweilige Betriebstemperatur gemessen und dem Meßautomatik­ rechner zugeleitet.

Im Meßautomatikrechner ist eine Korrekturtabelle ge­ speichert, welche die Änderungen des Dickenmaßes Δ S in Abhängigkeit von der veränderten Betriebstemperatur Δ t kontinuierlich berücksichtigt.

In Fig. 3 ist schließlich ein Schemabild des Gesamt­ aufbaus eines Meßautomatikrechners 1 ausgehend von den Meßtastern mit den möglichen peripheren Geräten und Anschlüssen zur Kommunikation dargestellt.

Die Eingänge 2 und 3 für die Meßtaster A 1 und B 1 können für Mehrstellen-Meßaufgaben z. B. bei Parallelitäts­ messungen an KFZ-Pleuel erweitert werden zu An, Bn, das heißt, n-Anzahl Meßtaster, die sich softwaremäßig zu Summen-Differenzen- und Vergleichs-Messungen ver­ knüpfen lassen.

Der Eingang 4 ist für Analoge-Sensoren, z. B. für Kom­ pensation von Temperatureinflüsse vorgesehen; Eingang 5 für direkte Kontakt-Meldungen der Maschinensteuerung; Ausgang 6 für Direkt-Signale an die Maschinensteuerung; Ausgang 7 für Analoge Meßsignale, z. B. für einen Schnell-Schreiberanschluß, Ausgang 8 für externen Werkstückzähler; Ausgang 9 für externen Bildschirm, z.B. für Ferneinstellungen.

Die Schnittstelle 10 ist für Druckeranschluß zur Dokumentation der statistischen Meßergebnisse vorge­ sehen; Schnittstelle 11 für Signal-Austausch und Datenkommunikation mit der Maschinensteuerung; zur Betätigung der Zustellsysteme um einem meßtechnisch ermittelten Betrag der Soll-Istwert-Differenz, zur Regelung des Schleifprozesses und zum Einleiten eines Abrichtzyklus, z. B. bei Überschreiten einer vorgegebenen Parallelitätsabweichungs-Differenz zwischen Maximalwert und Minimalwert.

Die Schnittstelle 12 ist für Signal-Austausch und Datenkommunikation vorgesehen mit einem übergeordneten Computer, z. B. der zentralen Produktionsleitstelle um Produktionsmenge und Produktionsqualität nach den Regeln der statistischen Qualitätskontrolle laufend zu melden.

In zeitlichen Abständen, z. B. während der meßfreien Zeit können Prüfprogramme für den Meßautomatikrechner vom Leit-Computer iniziiert werden zur automatischen Überwachung des Meßautomatikrechner.

Claims (4)

1. Verfahren zum rechnergestützten Regeln des Fertigmaßes von Werkstücken beim Schleifen in kontinuierlicher Bearbeitungsfolge mit einer Planschleifmaschine, deren Höhenprofil - topographische Oberfläche - mit Meßtastern in Meßdaten von Meßspuren umgesetzt werden und deren Anfang und Ende durch Überschreiten einer Triggerschwelle erkannt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß vor Beginn der Datenauswertung im Meßrechner die Meßdaten jeder Meßspur eines Werkstücks vollständig als eine Folge von Amplituden-Zeitwertpaaren abgespeichert werden,
daß ein vorgegebener Bruchteil der Meßdaten am Anfang und Ende der Meßspuren für die weitere Auswertung weggelassen wird,
daß diejenigen Meßsignale selektiert werden, bei denen der Anstieg der Amplitude im Vergleich zum Anstieg bei den übrigen Meßdaten eine vorgebbare Steigung überschreitet,
daß der Minimalwert der verbleibenden Meßsignale zur Bildung eines Mittelwerts beiträgt, aus welchem ein Zustellsignal abgeleitet wird, durch das eine Regelabweichung ausgeglichen wird und
daß aus der Differenz zwischen Maximal- und Minimalwert der verbleibenden Meßsignale ein Signal zum Einleiten eines Abrichtzyklus abgeleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch gleichzeitig, doppelseitiges Planschleifen des Werkstücks.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert und die Differenz von Maximal- und Minimalwert des Signals der Meßspur graphisch dargestellt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelwert und die Differenz zur automatischen, statistischen Qualitätskontrolle weiterverwendet werden.