DE3827752A1 - Verfahren und vorrichtung zur erfassung der oberflaeche von schleifscheiben - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur erfassung der oberflaeche von schleifscheibenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung
der Oberfläche (Schleifbelag) von in Betrieb be
findlichen Schleifscheiben gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1, und außerdem befaßt sich die
Erfindung mit einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
Schleifscheiben werden beim Rundschleifverfahren ein
gesetzt, um die Oberflächen von Werkstücken, z.B. von
Wellen, glatt zu schleifen. Zusätzlich besteht häufig
auch die Aufgabe, die Oberfläche einer Welle so weit
abzuschleifen, daß die Welle einen bestimmten exakten
Durchmesser besitzt.
Die zu diesem Zweck verwendeten Schleifscheiben wer
den von einem Motor angetrieben und mit ihrer Ober
fläche, also ihrem aktiven Schleifbelag, in Berüh
rung mit der Oberfläche des Werkstückes gebracht.
Während des Schleifvorganges tritt dabei eine Ab
nutzung des Schleifbelages der Schleifscheibe ein,
der auch inhomogen sein kann und somit zu Welligkeiten
führt. Deshalb ist es erforderlich, die Schleifscheibe
von Zeit zu Zeit abzurichten.
Während das Abrichten einer gebrauchten oder neuen
Schleifscheibe selbst in der Praxis keine Probleme
bereitet, ist es schwierig, den Zeitpunkt zu bestimmen,
wann eine Schleifscheibe so weit abgenutzt ist, daß
sie mit einem Abrichtwerkzeug (z.B. einem Diamanten)
abgerichtet und geschärft werden muß.
Die geschilderte Schwierigkeit rührt daher, daß es
bisher nicht möglich war, die Oberfläche der Schleif
scheibe in ihrer sehr feinen Struktur meßtechnisch zu
erfassen und eine Aussage über den Zustand der Ober
fläche der Schleifscheibe zu erhalten. Nur eine sol
che Aussage würde es aber ermöglichen, den Zeitpunkt
festzulegen, zu dem ein Abrichten einer stumpf oder
wellig gewordenen Schleifscheibe erforderlich ist.
In der Praxis hat man sich bisher mit Erfahrungs
werten beholfen und die Schleifscheibe jeweils nach
einer geschätzten Benutzungsdauer abgerichtet. Aus
Vorsicht hat man dabei die Schleifscheibe meistens
zu früh abgerichtet, also zu einem Zeitpunkt, wo
ein Abrichten aufgrund des noch vorhandenen aktiven
Schleifbelages eigentlich nicht erforderlich wäre.
Die beschriebene bisherige Handhabung ist als nach
teilig anzusehen. Während des Abrichtens steht die
Schleifscheibe nicht für ihren eigentlichen Verwen
dungszweck zur Verfügung, und wenn die Schleifschei
be zu früh und damit auch häufiger als an sich not
wendig abgerichtet wird, führt dies zu erhöhten Ne
benzeiten bei der Bearbeitung eines Werkstückes, und
damit auch zu erhöhten Kosten.
Es ist zwar an sich bekannt, Oberflächen und deren
feine Strukturen meßtechnisch zu erfassen, beispiels
weise induktiv oder auch mit optischen Sensoren.
Eine induktive Messung scheidet bei der Schleifschei
be wegen des fehlenden Metalls jedoch aus.
Die Anwendung optischer Sensoren zur berührungslosen
Erfassung der Oberfläche kann bei Schleifscheiben
ebenfalls nicht angewendet werden, weil dies die Um
weltbedingungen am Meßort nicht zulassen. Wenn sich
die Schleifscheibe nämlich in Betrieb befindet, ent
steht während des Schleifvorganges insbesondere durch
eventuell benötigte Kühlschmiermittel Dreck und Schmutz,
so daß optische Meßverfahren nicht geeingnet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Erfassung der Oberfläche (Schleifbelag) von in Be
trieb befindlichen Schleifscheiben zu schaffen, welches
es ermöglicht, eine Aussage über die Beschaffenheit der
Oberfläche bzw. der Oberflächenstruktur bzw. der Rund
heit der Schleifscheibe zu erhalten, um feststellen zu
können, wann eine abgenutzte, aber noch brauchbare
Schleifscheibe wieder abgerichtet werden muß. Außerdem
soll durch die Erfindung eine Vorrichtung zur Erfassung
der Oberfläche (Schleifbelag) von in Betrieb befind
lichen Schleifscheiben geschaffen werden.
Dieses Ziel erreicht die Erfindung bei dem im Ober
begriff des Patentanspruchs 1 erwähnten Verfahren
durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Ver
fahrensschritte, und hinsichtlich der Vorrichtung
wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentan
spruchs 6 gelöst.
Überraschend erlaubt es das neue Verfahren erstmals,
eine Aussage über die Beschaffenheit der Oberfläche
von Schleifscheiben zu treffen, wobei die Messungen
während des Betriebes der Schleifscheiben unter den
von Schmutz und Dreck gekennzeichneten Umweltbedin
gungen durchgeführt werden können. Trotz der vorhan
denen ungünstigen Umweltbedingungen wird ein berüh
rungsloses optisches Meßverfahren angewendet, was
dadurch ermöglicht wird, daß der Sender und Empfän
ger des optischen Sensors durch einen aus der Kammer
durch eine oder mehrere Öffnungen austretenden Gas
strom vor Verschmutzung geschützt werden. Dieser Gas-
oder Luftstrom führt noch zu einem weiteren Vorteil,
da die beim Schleifvorgang verwendeten flüssigen Schmier
mittel weggeblasen werden. Somit können eventuelle
Reste eines Kühl-Schmiermittels weggeblasen werden.
Außerdem wird die hygroskopische Oberfläche der Schleif
scheibe durch den Luftstrom optimal gesäubert und für
die Messung vorbereitet, so daß eine Verfälschung der
Messung ausgeschlossen werden kann.
Bei dem neuen Verfahren wird also bei Schleifscheiben
erstmals eine berührungslose Oberflächenmessung mit
einem optischen Meßverfahren durchgeführt, und zwar
unter Anwendung eines zur Beseitigung der Schmutz
verhältnisse vorgesehenen Luftstromes, der unter
Druck auf die Schleifscheibe gerichtet werden kann.
Als optisches Meßverfahren läßt sich in vorteilhaf
ter Weise die an sich bekannte Triangulationsmeßtech
nik verwenden, wie sie durch den Prospekt "Kappa-Meß
technik; Triangulationsmeßtechnik" bekannt geworden
ist.
Um den Arbeitspunkt des Sensors optimal einstellen
zu können, wird bei dem Verfahren in zweckmäßiger
Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, den Sensor
in radialer Richtung der Schleifscheibe bewegbar
anzuordnen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfin
dung sieht vor, daß die Drehwinkelstellung der Schleif
scheibe zusätzlich zur Auswertung der Messung durch
den optischen Sensor herangezogen wird. Dadurch ist
es möglich, daß durch den Sensor gemessene Signal
einem Ort auf der Schleifscheibenoberfläche zuzu
ordnen.
Die durch die Erfindung geschaffene neue Vorrichtung
zeichnet sich durch einen optischen Sensor zur be
rührungslosen Messung der Oberfläche der Schleifschei
be aus. Der Sensor umfaßt einen Sender und einen Em
pfänger, die beide in einer Kammer geschützt angeord
net sind, wobei die Kammer mit Ausnahme einer vorde
ren Öffnung allseitig geschlossen ist. Durch die er
wähnte Öffnung können der von dem Sender ausgestrahlte
Lichtstrahl sowie der von der Schleifscheibe reflektierte
zum Empfänger gelangende Lichtstrahl austreten. Die
Kammer wird außerdem in ihrem Inneren mit Druckluft
beaufschlagt, die durch die erwähnte Öffnung in Rich
tung auf die Schleifscheibe als Luft- oder Gasstrom
austritt und somit verhindert, daß Schmutzpartikel
zum Sender und Empfänger gelangen können.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben und der nachfolgenden
Beschreibung und Zeichnung zu entnehmen.
Zum besseren Verständnis wird die Erfindung anhand
des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbei
spiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht
einer Schleifscheibe mit ei
nem zugeordneten Sensor,
Fig. 2 eine schematische Seitenan
sicht eines Sensors für eine
Schleifscheibe,
Fig. 3 eine schematische Darstellung
einer optimalen Oberflächen
struktur einer Schleifscheibe,
Fig. 4 eine schematische Darstellung
einer im Betrieb gemessenen
Oberflächenstruktur einer
Schleifscheibe,
Fig. 5 eine Seitenansicht einer Schleif
scheibe, und
Fig. 6 eine Vorderansicht auf die Ober
fläche einer Schleifscheibe.
In der Anordnung gemäß Fig. 1 wird eine runde Schleif
scheibe 14 von einem Motor 16 angetrieben, dem ein Win
kelcodierer 18 zugeordnet ist. Mit der Schleifschei
be 14 wird ein Werkstück 20, z.B. eine Welle, ge
schliffen.
Auf der dem Werkstück 20 radial gegenüberliegenden
Seite der Schleifscheibe 14 befindet sich ein in Rich
tung des Doppelpfeiles A und gegebenenfalls auch in
Richtung C verstellbarer Sensor 10 mit einem der Schleif
scheibe 14 zugewandten Sensorkopf 12.
Wie die Darstellung in Fig. 2 verdeutlicht, sind im
Sensorkopf 12 ein Sender 32 und ein Empfänger 38 an
geordnet. Der Sender 32 und der Empfänger 38 sind
Bestandteile des optischen Sensors 10, der nach dem
an sich bekannten Prinzip der Triangulationsmeßtech
nik aufgebaut ist.
Der Sensorkopf 12 wird durch eine Kammer 24 gebildet,
die allseitig geschlossen ist, mit Ausnahme eines
vorderen, der Schleifscheibe 14 zugewandten Schlitzes
26 und einer mit einem Schlauch 30 verbundenen Öff
nung 28. Durch den Schlitz 26 können der von dem Sen
der 32 erzeugte Lichtstrahl 34 (Laserstrahl) sowie
der von der Oberfläche 22 der Schleifscheibe 14 re
flektierte Lichtstrahl 36 zum Empfänger 38 hindurch
treten.
Über den Schlauch 30 wird in die Kammer 24 Druckluft 54
geführt, die durch den Schlitz 26 der Kammer 24 als
Luftstrom 52 austritt. Durch diesen auf die Ober
fläche 22 der Schleifscheibe 14 gerichteten Luftstrom
werden Schmutzpartikel weggeblasen, es wird also ver
hindert, daß diese Schmutzpartikel in die Kammer 24
zu dem dort geschützt angeordneten Sender 32 und Em
pfänger 38 gelangen können. Deshalb ist es möglich,
ein optisches berührungsloses Meßverfahren trotz der
beim Schleifen enstehenden Schmutzpartikel anzuwen
den. Außerdem wird die Oberfläche 22 der Schleifschei
be 14 durch den Luftstrom 52 auch von einer verwen
deten Kühlflüssigkeit für den Schleifvorgang gesäu
bert, so daß die Meßstelle einwandfrei sauber ist.
Fig. 3 zeigt in einer schematischen Darstellung die
Oberflächenstruktur einer abgerichteten Schleifschei
be 14 längs einer linearen Achse. Die Oberflächen
struktur 40 gibt also längs einer linearen Achse
eine Querschnittsdarstellung der Oberfläche 22 der
Schleifscheibe 14. Wie zu erkennen ist, besitzt die
Querschnittskurve der Oberflächenstruktur 40 über
wiegend scharfe spitze Kanten, d.h., die Schleif
scheibe befindet sich in einem optimalen Zustand.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Darstellung ei
ne mit dem optischen Sensor 10 im praktischen Be
trieb ermittelte Meßkurve einer Oberflächenstruk
tur 42. Während die optimale Kurve in Fig. 3 noch
in etwa gerade verläuft, ist in Fig. 4 eine Modula
tion zu erkennen, die der Oberflächenstruktur 42
überlagert ist und von einer Modulation der Schleif
scheibenoberfläche herrührt.
Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 mit der Schleifschei
be 14 und dem Werkstück 20 handelt es sich nämlich
um ein schwingfähiges Gebilde, mit der Folge, daß
sich die Welligkeit aufgrund dynamischer Wechselwir
kungen zwischen Werkstück und Werkzeug einstellen
kann. Die Umfangslinie der Schleifscheibe 14 verläuft
also nicht ideal mit gleichbleibendem Radius, viel
mehr treten - ohne Berücksichtigung der Oberflächen
struktur 42 selbst - Bereiche mit unterschiedlichen
Radien auf, wodurch sich die modulierte Kurvendar
stellung in Fig. 4 ergibt. Zur Verdeutlichung ist
gestrichelt in vereinfachter Form die ideale Umfangs
linie 56 dargestellt.
Mit dem optischen Sensor 10 und der Triangulations
meßtechnik läßt sich also nicht nur die Topographie
der Oberfläche 22 erfassen, vielmehr können nach ei
ner Tiefpaßfilterung auch Umwuchten oder Welligkeiten
der Schleifscheibe 14 festgestellt werden. Wenn nun
diese Umwuchtungen oder Welligkeiten so groß werden,
daß sie vorgegebene Grenzwerte bzw. Grenzlinien 44
überschreiten, muß die Schleifscheibe neu abgerichtet
oder ausgewuchtet werden, auch wenn die Oberflächen
struktur 40 selbst noch scharf genug sein sollte.
Neben der Auswertung der geschilderten Welligkeiten
kann ferner auch die Oberflächenstruktur 40 selbst
ausgewertet werden, und wenn diese keine scharfen
Kanten mehr aufweist, sondern überwiegend flache Run
dungen besitzt, muß die Oberfläche 22 der Schleif
scheibe 14 ebenfalls abgerichtet werden.
Aufgrund der meßtechnischen Erfassung der Oberfläche
22 der Schleifscheibe 14 nach einem berührungslosen
optischen Meßverfahren läßt sich nunmehr der Zeit
punkt für das Abrichten der Schleifscheibe 14 bestim
men, so daß die eingangs erwähnten Nebenzeiten verrin
gert werden können.
Mit Hilfe des Winkelcodierers 18 (vgl. Fig. 1) kann
bei der meßtechnischen Erfassung der Oberfläche 22
der Schleifscheibe 14 gemäß Fig. 5 ein Bezugspunkt
46 definiert werden. Bei einer Drehung der Schleif
scheibe 14 in Richtung des Pfeiles B ist es somit
möglich, wählbare einzelne Abschnitte 48 auf der
Oberfläche 22 definiert zu erfassen und gegebenen
falls auch graphisch oder optisch darzustellen bzw.
meßtechnisch auszuwerten.
In der Vorderansicht der Schleifscheibe 14 in Fig. 6
ist auf der Oberfläche ein schmaler Streifen 50 ge
zeigt. Längs dieses Streifens 50 erfolgt die berüh
rungslose Messung der Oberfläche 22 der Schleifschei
be 14. Durch eine örtliche Lageveränderung des Sen
sors 10 in Richtung der Achse der Schleifscheibe 14
läßt sich auch die örtliche Lage des Streifens 50
auf der Oberfläche 22 nach Wunsch verändern. Im übri
gen hat sich gezeigt, daß es genügt, den schmalen
Streifen 50 meßtechnisch zu erfassen, daß es also
nicht erforderlich ist, die gesamte Oberfläche 22
über ihre Breite zu messen.
Weiter oben wurde schon erwähnt, daß die Anordnung
gemäß Fig. 1 ein schwingfähiges Gebilde darstellt.
Für den Fall, daß sich Schwingungen über die Befesti
gung des Sensors und seiner Justiervorrichtung auf
den Sensor 10 selbst übertragen sollten, wodurch das
Meßsignal beeinflußt werden könnte, besteht die Mög
lichkeit, durch einen weiteren Sensor eine Kompen
sation zu bewirken. Der weitere Sensor mißt den Weg,
die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung der
Schwingbewegungen, und über eine Auswertung dieser
Größen läßt sich eine Kompensation der störenden
Schwingung erreichen.
Bei dem verwendeten Meßverfahren wird die Auflösung,
mit der man Strukturen auf der Oberfläche der Schleif
scheibe 14 erfassen kann, unter anderem von Durchmesser
des Lichtpunktes auf dem Objekt - Oberfläche der
Schleifscheibe 14 - beeinflußt. In vorteilhafter Weise
wird bewußt ein sehr kleiner Lichtpunktdurchmesser ver
wendet, um noch Korngrößen erfassen zu können. Als
zweckmäßig hat sich ein Lichtpunktdurchmesser des von
dem Sender 32 auf die Schleifscheibe 14 projezierten
Lichtstrahls von etwa 0,1 mm erwiesen.
Die Erfindung ist nicht auf das beschriebene Ausführungs
beispiel beschränkt; vielmehr sind im Rahmen des all
gemeinen Erfindungsgedankens mancherlei andere Aus
führungen denkbar. Beispielsweise ist es möglich, so
wohl dem Sender 32 als auch dem Empfänger 38 jeweils
eine eigene Kammer zuzuordnen.
Claims (12)
1. Verfahren zur Erfassung der Oberfläche
(Schleifbelag) von in Betrieb befindlichen Schleif
scheiben, insbesondere von Schleifscheiben, die für
Rundschleifverfahren verwendet werden, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Oberfläche (22) der Schleif
scheibe (14) berührungslos mittels eines optischen
Sensors (10), der einen Sender (32) und Empfänger
(38) als optische Meßeinrichtung umfaßt, gemessen
wird, und daß der Sender (32) und der Empfänger (38)
durch einen Gasstrom (52) vor Verschmutzung ge
schützt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sensor (10) in radialer Richtung
(A) der Schleifscheibe (14) bewegbar angeordnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, da
durch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelstellung
der Schleifscheibe (14) zur Auswertung der Messung
durch den optischen Sensor (10) herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung
nach dem Prinzip der an sich bekannten Triangulations
meßtechnik durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Topo
graphie der Oberfläche (22) der Schleifscheibe (14)
gemessen wird.
6. Vorrichtung zur Erfassung der Oberfläche
(Schleifscheibe) von in Betrieb befindlichen Schleif
scheiben, insbesondere von Schleifscheiben, die für
Rundschleifverfahren verwendet werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Vorrichtung durch einen optischen
Sensor (10) zur berührungslosen Messung der Ober
fläche (22) der Schleifscheibe (14) gebildet ist,
daß der Sensor (10) einen Sender (32) und einen Em
pfänger (38) umfaßt, die in einem durch eine Kammer
(24) gebildeten Sensorkopf (12) angeordnet sind,
daß die Kammer (24) mit Ausnahme mindestens einer vorderen Öff
nung (26) allseitig geschlossen und in ihrem Innen
raum mit Druckluft (54) beaufschlagt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Öffnung als Schlitz (26) ausgebildet
ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und/oder 7, da
durch gekennzeichnet, daß sie in radialer Richtung
(A) der Schleifscheibe (14) bewegbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, daß der
optische Sensor (10) nach dem Triangulationsmeßprin
zip aufgebaut ist.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie
auf der dem mit der Schleifscheibe (14) zu bearbei
tenden Werkstück (20) gegenüberliegenden Seite der
Schleifscheibe (14) im Abstand angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden
Ansprüche 6-10, dadurch gekennzeichnet, daß der
die Schleifscheibe (14) antreibende Motor (16) ei
nen Winkelcodierer (18) besitzt.
12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden An
sprüche 6-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender
(32) des Sensors (10) einen Lichtstrahl auf die Ober
fläche (22) der Schleifscheibe projeziert, wobei
der Lichtstrahl einen sehr kleinen Lichtpunktdurch
messer von etwa 0,1 mm besitzt.
Priority Applications (1)
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DE3827752C2 DE3827752C2 (de) | 1992-01-23 |
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