DE4109917C2 - Vorrichtung zur Überwachung des Werkzeugzustandes an einer programmgesteuerten spanabhebenden Werkzeugmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur Überwachung des Werkzeugzustandes an einer programmgesteuerten spanabhebenden WerkzeugmaschineInfo
- Publication number
- DE4109917C2 DE4109917C2 DE4109917A DE4109917A DE4109917C2 DE 4109917 C2 DE4109917 C2 DE 4109917C2 DE 4109917 A DE4109917 A DE 4109917A DE 4109917 A DE4109917 A DE 4109917A DE 4109917 C2 DE4109917 C2 DE 4109917C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- tool
- power
- value
- processing
- comparison
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B19/00—Programme-control systems
- G05B19/02—Programme-control systems electric
- G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
- G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety
- G05B19/4065—Monitoring tool breakage, life or condition
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37249—Correction coefficient of life time as function of kind of machining
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37252—Life of tool, service life, decay, wear estimation
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/37—Measurements
- G05B2219/37585—Start, begin and end, halt, stop of machining
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B2219/00—Program-control systems
- G05B2219/30—Nc systems
- G05B2219/50—Machine tool, machine tool null till machine tool work handling
- G05B2219/50008—Multiple, multi tool head, parallel machining
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Human Computer Interaction (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)
- Numerical Control (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung des
Werkzeugstandes einer programmgesteuerten spanabhebenden
Werkzeugmaschine.
Aus DE-OS 39 03 133 ist an einer z. B. als Sägemaschine oder
Drehmaschine ausgebildeten Werkzeugmaschine eine Vorrich
tung dieser Art bekannt, bei der eine Erfassung des Schneid
widerstandes oder einer ihm zugeordneten Größe, z. B. auch
der Antriebsleistung, zu dem Zweck erfolgt, die Bearbeitbar
keit des jeweils vorliegenden Werkstücks zu ermitteln. Durch
Vergleich der gemessenen Größe mit zuvor durch Testbearbei
tung ermittelten Vergleichswerten kann das jeweils zu be
arbeitende Werkstück als leicht, mittel oder schwer bearbeit
bar eingestuft werden. Es ist auch erwähnt, daß durch
den Vergleich das Ende der Standzeit des Werkzeugs bestimmt
werden kann. Hierzu sind jedoch zusätzliche Informationen
über den Verschleißzustand des jeweiligen Werkzeuges erfor
derlich, die z. B. im Falle einer Sägemaschine durch Kame
raüberwachung des Sägeblattes oder Erfassung der Schnittab
weichung (Fehlschnitt) gewonnen werden. Die bei dieser be
kannten Vorrichtung für den Vergleich zugrunde gelegten un
terschiedlichen Vergleichswerte beziehen sich nur auf unter
schiedliche Werkstückbeschaffenheit (Material, Größe), nicht
aber auf unterschiedliche Werkzeuge und mit diesen durchzu
führende unterschiedliche Bearbeitungsvorgänge.
Bei einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine, die mit einer Mehrzahl von Bearbeitungswerkzeugen
ausgerüstet ist, beispielsweise einem Bohrautomaten oder einer numerisch ge
steuerten Drehmaschine, werden Werkzeuge entsprechend einem vorbestimmten Bear
beitungsprogramm ausgewählt, um Bearbeitungsvorgänge entsprechend den Bearbei
tungsbedingungen durchzuführen, die in dem Bearbeitungsprogramm voreingestellt
sind.
Bei einem solchen Bearbeitungsvorgang erfordern unterschiedliche Werkzeuge unter
schiedliche Antriebsleistungen.
Auch bei ein und demselben
Werkzeug ändert sich, falls das Werkzeug zum Bearbeiten an mehreren
Stellen eingesetzt wird, die Leistung jedesmal, wenn sich die Bearbeitungsform
und die Bearbeitungsbedingungen ändern.
Bei einer Werkzeugmaschine dieser Art (Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP-A-52-105 384) ist ein Verfahren zum Beurteilen von Anomali
täten des Werkzeuges anhand der Antriebsleistung bekannt, bei dem von vorneherein
ein Vergleichswert für jedes Bearbeitungswerkzeug eingestellt wird und bei dem bei jedem
Werkzeugwechsel ein dem neu gewählten Werkzeug entsprechender Vergleichswert auf
grund eines Werkzeugnummernsignals ausgewählt wird. Eine Beurteilung hinsichtlich
einer Anomalität des Werkzeuges erfolgt, indem die Antriebsleistung mit dem Vergleichs
wert verglichen wird. Bei diesem Verfahren, bei dem für jedes Werkzeug
nur ein einziger Vergleichswert eingestellt wird, muß dieser Vergleichswert
wenn er bei mehreren Bearbeitungsschritten verwendet wird, auf die maximale Antriebsleistung
einjustiert werden, die in allen diesen Schritten auftritt. Dies macht es jedoch unmöglich,
den Vergleichswert bei einem eine geringe Leistung erfordernden Bearbeitungsschritt zur
Beurteilung heranzuziehen. Das Werkzeug kann infolgedessen nicht ausreichend über
wacht werden.
Wenn sich die Bearbeitungsbedingungen bei einer Änderung der Bearbeitungsform
oder der Drehzahl des Werkzeugs ändern, während der Vergleichswert und die Antriebsleistung
verglichen werden, ist es dabei auch unmöglich, den Vergleichswert auf einen
Wert zu verstellen, welcher der Änderung der Bearbeitungsleistung entspricht.
Wenn beispielsweise entsprechend Fig. 3 beim Bearbeiten eines Werkstücks 21 an einer
Mehrzahl von Stellen mit einem einzigen Bearbeitungswerkzeug 20 die Form des Werk
stücks 21 ungleichförmig ist, beispielsweise aufgrund einer sich verjüngenden Außenfläche
22, ändert sich die benötigte Antriebsleistung, so daß auch der Vergleichswert geändert werden
muß. Weil aber bei dem konventionellen Verfahren für sämtliche Bearbeitungsstellen
ein einziger Vergleichswert eingestellt ist, war keine zweckentsprechende Anomalitätsbeur
teilung möglich.
Bei praktischen Bearbeitungsvorgängen treten häufig scheinbare Werkzeuganomalitäten
dadurch auf, daß die Leistung zyklisch oder nichtzyklisch fluktuiert, während
sich die mittlere Leistungsamplitude selbst nicht sehr viel ändert, oder es können kurzzeitige Stör
signale in der Antriebsleistung auftreten, die auf bröckelnde Späne oder dergleichen zurückzu
führen sind. In einem solchen Fall ist es mittels des Verfahrens, bei
welchem die erfaßte Leistung mit einem festen Vergleichswert verglichen wird, ausge
schlossen, Werkzeuganomalitäten zuverlässig zu erfassen.
Bei der Beurteilung von Werkzeuganomalitäten und Störsignalen muß nämlich sicher
gestellt werden, daß typische Schwankungen der erfaßten Leistung er
mittelt werden und daß auf präzise Weise nur der Anstieg der Leistung erfaßt
wird, der auf Werkzeugverschleiß zurückzuführen ist. Bei dem Verfahren, bei welchem
Anomalitäten einfach dadurch erfaßt werden, daß festgestellt wird, ob die erfaßte Leistung
einen vorgegebenen Vergleichswert übersteigt oder nicht, ist es unmöglich, zwischen
Schwankungen und einem Ansteigen der Leistung zuverlässig und genau
zu unterscheiden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
der genannten Art so auszubilden, daß sie in Verbindung mit
einer programmgesteuerten Werkzeugmaschine, deren Steuer
programm die Werkzeugauswahl vorgibt und für jedes ausge
wählte Werkzeug eine Anzahl von einzelnen, gegebenenfalls
unterschiedlichen Bearbeitungsvorgängen steuert, in der
Lage ist, den Werkzeugzustand in jedem einzelnen dieser Be
arbeitungsvorgänge zuverlässig und unter Berücksichtigung
der jeweils vorliegenden Bearbeitungsbedingungen zu überwachen.
Diese Aufgabe wird mit den Maßnahmen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Wenn der Vergleichsanordnung externe Signale, wie eine Werkzeug
nummer und eine Werkstücknummer, von der Werkzeugmaschine zugehen, wird der zu
erfassende Bearbeitungsschritt beurteilt, und entsprechende Erfassungs
daten werden aus der Speicheranordnung abgerufen. Wenn die Werkzeugmaschine
mit der Bearbeitung beginnt, werden, nachdem eine Startperiode ver
strichen ist, der Vergleichswert und die für die Bearbeitung verbrauchte Leistung während der Erfassungsdauer
miteinander verglichen.
Weil die Erfassungdauer für jeden Bearbeitungsschritt zeitlich bestimmt ist, kann die Erfassung
genau während der Zeitspanne erfolgen, während der das Werkstück auf der
Werkzeugmaschine mittels des Werkzeugs tatsächlich bearbeitet wird.
Weil ferner ein Vergleichswert für jeden Bearbeitungsschritt eingestellt werden kann, läßt
sich die Bearbeitungsleistung innerhalb jedes Schrittes mit einem zweckentsprechenden
Vergleichswert vergleichen. Dies erlaubt eine exakte und feinfühlige Erfassung von Werk
zeuganomalitäten.
Da die Vergleichswerte aus Bezugswerten und Koeffizientendaten erhalten werden,
kann bei Einstellen jeweils eines Bezugswertes für jedes Werkzeug eine Mehr
zahl von Vergleichswerten in einfacher Weise für jeden Bearbeitungsschritt eingestellt werden,
indem der Bezugswert mit den Koeffizientendaten multipliziert wird. Dadurch entfällt
die Notwendigkeit, für jeden Schritt eine Mehrzahl von Vergleichswerten gespeichert zu
halten, die sich von den Vergleichswerten in anderen Schritten unterscheiden.
Die Bearbeitungsleistung in Relation zu mehreren
Vergleichswerten können zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfaßt werden, indem die Überwachungs
periode für jeden Vergleichswert zweckentsprechend eingestellt wird. Durch Kom
binieren der so erfaßten Reihenfolge läßt sich der zeitliche Verlauf der
Bearbeitungsleistung beurteilen. Alle unregelmäßigen Zeitverläufe
können auf diese Weise genau unterschieden werden.
Die während der Bearbeitung erfaßten Leistungssignale werden einer Verarbeitung oder Umformung unterzogen,
beispielsweise in Form einer Integration, durch Erfassen des Maximalwertes und durch
Extrahieren der Oberwellenkomponenten. Die derart verarbeiteten Signale werden mit
den Vergleichswerten verglichen. Durch zweckentsprechende Umformung der Leistungs
signale kann dafür gesorgt werden, daß präzise nur solche Vergrößerungen und Fluktuationen der Bearbeitungs
leistung, die auf Werkzeugverschleiß zurückzuführen sind, ermittelt werden,
ohne Beeinflussung durch die bearbeitungsbedingten Änderungen der Bearbeitungsleistung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der beiliegenden Zeich
nungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 2 eine graphische Darstellung der Bereiche, innerhalb derer die Zeitdaten
eingestellt werden,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Werkstücks und der zugehörigen
Bearbeitungsschritte,
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer abgewandelten Ausführungsform der Vor
richtung nach der Erfindung,
Fig. 5 ein Blockschaltbild der Oberwellen-Detektorschaltung der
Vorrichtung gemäß Fig. 4,
Fig. 6a bis 6c Signalverläufe, welche die Oberwellenerfassung
erläutern,
Fig. 7 ein Blockschaltbild der Schaltung zum Ermitteln von Bereichen, in
nerhalb derer die Leistung stabil ist,
Fig. 8 einen Signalverlauf zur Erläuterung der sequentiellen Be
urteilungsfunktion,
Fig. 9 ein Fließschema der Signalverarbeitung in dem Rechner und
Fig. 10 eine graphische Darstellung einer Leistungskurve, wie sie als Er
gebnis der Steuerung mittels des Rechners erhalten wird.
Entsprechend Fig. 1 weist eine Anomalitätserfassungvorrichtung 1 eine
Detektoranordnung 2, die mit einem Antriebsmotor 9 einer Werkzeugmaschine
verbunden ist, eine als Mikrocomputer ausgebildete Zentraleinheit als Vergleicher (Beurteilungsanordnung) und
eine mit der Zentraleinheit 3 verbundene Speicheranordnung 4 auf.
Bei dem Antriebsmotor 9 handelt es sich
beispielsweise um einen Motor zum Drehen
eines Werkzeuges oder einer Spindel oder einen Motor zum Antreiben
einer Vorschubwelle. Die Detektoranordnung 2 kann ständig die von
dem Motor 9 auf die Bearbeitung entfallende Leistung erfassen, z. B. durch Messen
der elektrischen Leistung oder des Stroms.
Mit der Detektoranordnung 2 ist eine Filterschaltung 5 verbunden, die
eine Schaltung zum Beseitigen von Rausch- oder Störkomponenten in der gemessenen
Leistung und eine Schaltung zum Entfernen des Signalanteils
gehören, welcher der Leistung entspricht, die während belastungsfreier Zustände
(während der Motor leer läuft) verbraucht wird. Die von der Detektoranordnung 2 er
faßte Leistung wird auf diese Weise in die Zentraleinheit 3 als die beim
Bearbeiten tatsächlich verbrauchte Leistung eingegeben.
Mit der Zentraleinheit 3 sind eine numerische Steuerung 10 der Werkzeugmaschine und
die Speicheranordnung 4 derart verbunden, daß dazwischen Daten
ausgetauscht werden können. Die Signale von der Zentraleinheit 3 gehen über ein Interface
11 an eine Treiberschaltung 12 zum Ansteuern eines Antriebsmotors 13 und einer
Alarmvorrichtung 14. Der Zentraleinheit 3 ist eine Speichereinheit 8 zum Einspeichern
von Datensignalen zugeordnet, die von der Speicheranordnung 4 kommen bzw. an diese
gehen.
Die Speicheranordnung 4 weist eine Stufennummerndatei 6 zum Bestimmen einer
Stufennummer aus der jeweiligen Werkstücknummer und Werkzeugnummer sowie eine
Erfassungsinformationsdatei 7 zum Gewinnen von Erfassungsinformationen in jeder
Bearbeitungsstufe auf.
Jede Stufennummer umfaßt alle Bearbeitungsschritte, die innerhalb der Bearbeitungs
stufe an dem jeweiligen Werkstück mittels des gleichen Bearbeitungswerkzeuges
entsprechend dem Bearbeitungsprogramm auszuführen sind.
Die Erfassungsinformationsdatei 7 enthält dagegen, wie aus der Tabelle 1 hervorgeht,
Erfassungsdaten für jede Schrittnummer und jede Stufennummer. Das heißt, in dieser
Datei finden sich Erfassungdaten für jeden Schritt, der von dem betreffenden Werkzeug innerhalb der
Stufe ausgeführt wird. Wenn die Schrittnummer und die Stufennummer von der
Zentraleinheit 3 benannt werden, werden die der benannten Schrittnummer entsprechenden
Erfassungsdaten in die Speichereinheit 8 der Zentraleinheit 3 eingegeben.
Zu den Erfassungsdaten gehören ein Schwellenwert, der als Vergleichswert zum Beurteilen der Standzeit jedes
Werkzeuges dient sowie Zeitdaten zum Bestimmen der Erfassungzeit und der Erfassungs
dauer. Der der Beurteilung der Werkzeugstandzeit dienende Schwellenwert wird eingestellt als Produkt
aus der Leistung multipliziert mit einem vorbestimmten Koeffizienten.
Die beim Festlegen des Schwellenwertes zugrundegelegte Leistung wird aus der
Leistung errechnet, die bei einer Testbearbeitung eines Werkstückes gemessen
wird.
Mehrere Schwellenwerte können eingestellt werden, indem der betreffende Koeffizient
geändert wird. Der Vorteil der Einstellung einer Mehrzahl von Schwellenwerten ist darin
zu sehen, daß das Werkzeug gleichzeitig hinsichtlich einer Mehrzahl von Erfassungskriterien
überprüft werden kann, wie normaler Verschleiß, Abplatzen von Mikrospänen und
Großschäden, z. B. ein Bruch des Werkzeugs. Dies erlaubt eine feinfühlige Beurteilung.
Zu den oben erwähnten Zeitdaten gehören die Erfassungsstartzeit (Zeit T1) und
die Erfassungsdauer (Zeit T2). Wie aus Fig. 2 hervorgeht, werden diese
so eingestellt, daß nur die tatsächliche Bearbeitungsleistung
erfaßt wird, d. h. die Leistung, die zur spanabhebenden Bearbeitung des Werk
stückes mittels des Werkzeuges tatsächlich erforderlich ist. Die Erfassungsdauer
(Zeit T2) reicht von dem Zeitpunkt, zu welchem die Bearbeitung beginnt und die
Antriebsleistung anzusteigen anfängt, bis zu dem Zeitpunkt, bei welchem die Be
arbeitung abgeschlossen ist und die Leistung auf einen Wert sinkt, der mindestens nähe
rungsweise dem unbelasteten Zustand entspricht. Die Erfassungsstartzeit (Zeit
T1) ist auf die Zeitspanne eingestellt, die von dem Zeitpunkt, zu welchem die
Erfassungsdauer (Zeit T2) in dem vorhergehenden Schritt geendet hat (beim An
fangsschritt von dem Beginn der Bearbeitung innerhalb des Bearbeitungsprogramms oder
von dem Zeitpunkt, zu dem ein Befehl zum Wechseln der Werkzeuge gegeben wird), bis
zu dem Zeitpunkt reicht, zu welchem die Bearbeitung in dem nächsten Schritt beginnt.
Durch die Einstellung der Erfassungszeit wird erreicht,
daß die Erfassungsdauer mit der tatsächlichen Bearbeitung genau übereinstimmt. Da bei
einer mit numerischer Steuerung ausgestatteten Werkzeugmaschine, deren me
chanische Bewegungen, wie Werkzeugwechsel und Spindeldrehung, entsprechend einem
Bearbeitungsprogramm gesteuert werden, die Intervalle zwischen den betreffenden
Schritten und Stufen sowie ihre Verlaufsdauern durch das Bearbeitungspro
gramm exakt vorgegeben sind, kann die Erfassungszeit mit der tatsächlichen Bearbeitung
in Übereinstimmung gebracht werden, indem die Zeitwerte auf die durch das Pro
gramm vorbestimmten Intervalle und Laufzeiten eingestellt werden.
Solche Zeitdaten (Zeit T1, Zeit T2) können anhand des Bearbeitungspro
gramms errechnet werden, das sich in der numerischen Steuerung 10 befindet. Stattdessen
lassen sich die Zeitdaten auch im Zuge einer Testbearbeitung bestimmen, wie bei
der Einstellung der Schwellenwerte, wobei die Antriebsleistung zu verschiedenen Zeitpunkten
abgefragt wird und die Zeitdaten aus den Ergebnissen der Abfragevorgänge errechnet
werden.
Nachstehend sei die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform der Erfassungsvorrich
tung erläutert.
Wenn Werkzeuge oder Werkstücke in der Werkzeugmaschine gewechselt werden, werden
die Nummer des neu ausgewählten Werkzeugs und die Nummer des zu bearbeiten
den Werkstückes getrennt oder gleichzeitig von der numerischen Steuerung 10 an die
Zentraleinheit 3 gegeben. Nach Empfang dieser Signale benennt die Zentraleinheit 3
die Werkzeugnummer oder die Werkstücknummer in der Stufennummerndatei 6 der
Speicheranordnung 4, um die entsprechende Stufennummer auszuwählen. Dann be
nennt die Zentraleinheit die so ausgewählte Stufennummer in der Erfassungsinforma
tionsdatei 7, um alle entsprechenden Erfassungsdaten auszulesen und diese Daten in
der Speichereinheit 8 einzuspeichern. Diese Vorgänge werden durchgeführt, während
Werkzeug und Werkstück gewechselt werden.
Wenn die Bearbeitung in dem ersten Schritt der Stufe mit dem neu ge
wählten Werkzeug beginnt, fängt die Zentraleinheit 3 mit der Überwachung der Bear
beitung in dem ersten Schritt an. Wenn nach der Eingabe der von der Detektor
anordnung 2 erfaßten Antriebsleistung in die Zentraleinheit 3 die Zeitspanne T1
verstrichen ist,
wird die Antriebsleistung überwacht und mit den anhand der Zeitdaten eingestellten Schwellenwerten
verglichen, bis die Zeitdauer T2 verstrichen ist.
Nach Ablauf der Zeitdauer T2 stellt die Zentraleinheit 3 fest, daß die Überwachung in
dem ersten Schritt beendet ist, und die Zentraleinheit geginnt ohne Unterbrechung die
Überwachung in dem zweiten Schritt. Dann werden der Schwellenwert und der Zeitwert in
der Speichereinheit 8 der Zentraleinheit 3 auf Daten für den zweiten Schritt umgeschaltet,
die in der Erfassungsinformationsdatei eingespeichert sind. In der gleichen Weise wie
für den ersten Schritt werden der Schwellenwert und die Antriebsleistung nach Verstreichen
der Zeitdauer T1 miteinander verglichen, bis auch die Zeitdauer T2 verstrichen ist.
Wenn die Überwachung in dem zweiten Schritt endet, werden der dritte, vierte und nach
folgende Schritte nacheinander ohne Unterbrechung überwacht.
Wenn sämtliche Bearbeitungsschritte mit einem Werkzeug beendet sind, wird die Nummer
des Werkzeugs, das mittels eines Signals neu ausgewählt wird, welches einen Werk
zeugwechsel vorgibt, von der numerischen Steuerung 10 in die Zentraleinheit 3 einge
geben. Nach Empfang dieses Signals ruft die Zentraleinheit 3 aus der Speicheranord
nung 4 die Stufennummer und die entsprechenden Erfassungsdaten anhand der Werk
zeugnummer auf. Auf diese Weise werden der Schwellenwert und der Zeitwert in der
Speichereinheit 8 der Zentraleinheit 3 durch die Erfassungsdaten für die neue Stufen
nummer ersetzt. Die Zentraleinheit 3 überwacht nun die Antriebsleistung auf der
Grundlage der neuen Erfassungsdaten.
Die Arbeitsvorgänge werden in ähnlicher Weise durchgeführt, wenn das Werkstück ge
ändert wird. Ein die Nummer des gewechselten Werkstückes kennzeichnendes Signal
und ein Signal, welches die Nummer des Werkzeugs zum Durchführen der ersten Bear
beitung kennzeichnet, werden von der numerischen Steuerung 10 in die Zentraleinheit 3
eingegeben. Die Zentraleinheit 3 ruft aus der Speicheranordnung 4 eine Stufennummer
und Erfassungsdaten anhand der vorgenannten Signale auf, und sie führt eine entspre
chende Überwachung aus.
Ein Vergleich der Antriebsleistung mit dem Schwellenwert erfolgt somit nur während der
tatsächlichen Bearbeitungsdauer in jedem Bearbeitungsschritt und für sämtliche Werk
stücke und alle Werkzeuge, um etwaige Anomalitäten des Werkzeugs festzu
stellen.
Die Beurteilung der Werkzeuganomalität durch die Zentraleinheit 3 erfolgt, wenn die
Antriebsleistung den Schwellenwert übersteigt, wobei die Art der Anomalität
danach bestimmt wird, welcher Schwellenwert überschritten wird und wie oft er
überschritten wurde. In dringenden
Fällen, beispielsweise einem Bruch der Schneide, gibt die Zentraleinheit 3 ein Signal an
die Treiberschaltung 12, um den Antriebsmotor 13 zu steuern und damit die Drehzahl
oder die Schnittiefe zu ändern oder die Alarmvor
richtung 14 zu betätigen.
Wird die Situation nicht als so dringend beurteilt, wie dies beispielsweise bei normalem
Verschleiß der Fall ist, wird die Anzahl von Malen, während deren die Antriebsleistung
den Schwellenwert übertroffen hat, eingespeichert, und ein Signal wird abgegeben,
wenn die Anzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt.
Bei der beschriebenen Ausführungsform wird die Stufennummer anhand der
Werkstücknummer und der Werkzeugnummer gewählt, die von der numerischen Steuerung
10 ausgegeben werden. Es kann aber auch ein externes Signal, beispielsweise in
Form eines binären Codes, benutzt werden, um eine Stufennummer in der Zentralein
heit 3 unmittelbar zu benennen.
In der Erfassungsinformationsdatei 7 wird die gleiche Anzahl von Schritten für jede
Stufennummer eingestellt. Diese braucht jedoch nicht notwendigerweise gleich
zu sein; sie kann vielmehr entsprechend der Anzahl der Bearbeitungsstellen für jedes
Werkzeug erhöht oder vermindert werden.
Die Fig. 4 bis 10 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfassungsvorrichtung. Wie
aus Fig. 4 hervorgeht, weist die Anomalitätserfassungsvorrichtung 31 in diesem Fall eine Leistungs-
Detektoranordnung 32, eine Speicheranordnung 33 und eine Vergleicher/
Beurteilungs-Anordnung 34 auf. Der grundliegende Aufbau ist der gleiche wie bei
der ersten Ausführungsform. Unterschiede liegen darin, daß eine Schaltung zur
Signalverarbeitung, beispielsweise zur Integration des Leistungssignals
oder zum Erfassen des Maximalwertes dieses Signals als Teil der Detektoranordnung 32
vorgesehen ist, und daß die Speicheranordnung 33 nicht nur Stufennummerdaten und
Erfassungsinformationsdaten, sondern auch Daten zum Bestimmen der Arten der ein
gegebenen Signalformen und Daten mit speziellen Funktionen enthält. Aufgrund dieser
Unterschiede hat die Vergleicher/Beurteilungs-Anordnung 34 Steuerfunktionen, die
sich von denjenigen der ersten Ausführungsform unterscheiden.
Zu der Detektoranordnung 32 gehören eine Abfrageschaltung 37, welche
aus dem Meßsignal für die Leistung P(t), das über einen Leistungsdetektor 35 und ein
Störsignalbeseitigungsfilter 36 erhalten wird, den Anteil der Leerlaufleistung
f(to) speichert, sowie eine Rechenschaltung 38, welche die für die Bearbeitung aufgewendete Leistung f(t) errech
net, indem sie die abgefragte Leerlaufleistung f(to) von der
gemessenen Leistung P(t) subtrahiert. Mit der Rechenschaltung 38 sind mehrere Schaltungen
zum Verarbeiten von Signalformen verbunden, die repräsentativ für die so
erhaltene Leistung f(t) sind. Zu diesen Signalverarbeitungsschaltungen
gehören eine Integrationsschaltung 39 zum Integrieren des Signalverlaufs der Leistung
f(t), eine Maximalwert-Detektorschaltung 40 zum Ermitteln des Maxi
malwertes, eine Oszillations-Detektorschaltung 41 zum Erfassen von Oszillations
komponenten sowie eine Detektorschaltung 42 zum Erfassen des Bereiches,
innerhalb dessen die Bearbeitungsleistung stabil ist.
Sowohl der Integrationsschaltung 39 als auch der Maximalwert-Detektorschaltung 40
sind Torschaltungen 43 zugeordnet, die geöffnet oder geschlossen werden können, wenn ein
Signal, das entweder extern eingegeben oder intern anhand der Erfassung der
Leistung erzeugt wird, am Beginn und am Ende der Bearbeitung zugeführt
wird, so daß das Meßsignal nur während der eigentlichen Werkstück-Bearbeitung verarbeitet wird.
Wie aus Fig. 5 hervorgeht, weist die Oszillations-Detektorschaltung 41 eine
Oberwellen-Extraktionsschaltung 47 auf, die eine Hochpaßschaltung 44, ein
Bandpaßfilter 45 und eine Vollweggleichrichter- und Glättungsschaltung 46 umfaßt.
Des weiteren sind eine Integrationsschaltung 48 und eine Zeitgeberschaltung 49 zum
Öffnen und Schließen einer Torschaltung vorgesehen, die zwischen die
Extraktionsschaltung 47 und die Integrationsschaltung 48 geschaltet ist.
Mittels der Hochpaßschaltung 44 der Extraktionsschaltung 47 werden entsprechend Fig. 6a
die Gleichstromanteile aus dem Leistungssignal beseitigt. Aus den
so erhaltenen Oszillationskomponenten S1 werden dann Sinuswellen (S2,
S3) mit bestimmten Frequenzen extrahiert, indem die Bandpaßfrequenz des
Bandpaßfilters 45 geändert wird, wie dies in Fig. 6b angedeutet ist. Diese Sinus
wellen werden einer Vollweggleichrichtung und Glättung unterzogen und dann ausge
geben.
Die Integrationsschaltung 48 führt eine Integration ∫s der von der Extraktionsschaltung
47 ausgegebenen Sinuswellen innerhalb der in der Zeitgeberschaltung 49 vorein
gestellten Zeitspanne, die der Bearbeitungsdauer entspricht, durch. Das ausgegebene
Signal ist in Fig. 6c dargestellt.
Wenn die Antriebsleistung stark schwankt, wie dies beispielsweise zu Beginn eines
Bohrvorganges der Fall sein kann, ist es schwierig, die Leistung in stabiler Weise mit einem
konstanten Schwellenwert zu vergleichen. Die Detektorschaltung 42 zum Ermitteln
eines stabilen Bereichs der Bearbeitungsleistung erfaßt eine Zeit, zu welcher die Bear
beitungsenergie stabil wird, und ermittelt außerdem einen zweckentsprechenden
Schwellenwert.
Wie aus Fig. 7 hervorgeht, weist die Detektorschaltung 42 eine Torschaltung 50, die ent
sprechend der Bearbeitungsdauer geöffnet und geschlossen werden kann, sowie eine In
tegrationsschaltung 51 zum Integrieren des Leistungssignals auf. Mit der In
tegrationsschaltung 51 ist eine Mittelwert-Berechnungsschaltung 53 verbunden,
die den Mittelwert des integrierten Wertes f(t2) = Σ ∫ f(t)/N aus der mittleren Anzahl
N von Bearbeitungsvorgängen, die von einer Zählschaltung 52 angeliefert
wird, und dem Gesamtwert der integrierten Werte, der von der Integrationsschaltung 51
eingegeben wird, berechnet. Mit der Mittelwert-Berechnungsschaltung 53 sind ferner
ein Register 54 und eine Vergleicherschaltung 55 verbunden. An die Vergleicherschaltung
55 ist eine Zählschaltung 56 angeschlossen.
Bei dieser Anordnung zählt die Mittelwert-Berechnungsschaltung 53 die Signale, die von
der Zählschaltung 52 eingegeben werden. Jedesmal, wenn der Zählwert eine vorbe
stimmte Anzahl (N) erreicht, die gleich 2 oder größer ist, wird der Summen
wert Σf(t) der eingegebenen integrierten Werte durch die mittlere Anzahl (N) dividiert.
Der so erhaltene Mittelwert wird an das Register 54 und die Vergleicherschaltung 55
ausgegeben.
Wenn das Register 54 von der Rechenschaltung 53 ein Mittelwertsignal aufnimmt
(beispielsweise das als f(t2)n bezeichnete nte Signal), wird dieser Wert zwischengespei
chert. Bei der Eingabe des nächsten Mittelwertes (f(t2)n+1) wird der vorherige Mittel
wert (f(t2)n) der Vergleicherschaltung 55 zugeführt, während der neu eingegebene Mittel
wert (f(t2)n+1) gespeichert wird. Dieser Vorgang wiederholt sich jedesmal, wenn ein
Signal von der Mittelwert-Berechnungsschaltung 53 eingegeben wird.
Die Vergleicherschaltung 55 speichert die von der Mittelwert-Berechnungsschaltung 53
eingegebenen Mittelwerte f(t2)n, f(t2)n+1 einen nach dem anderen ein, und sie ver
gleicht den Absolutwert der Differenz zwischen dem neuesten Mittelwert f(t2)n+1 und
dem vorherigen Mittelwert f(t2)n, d. h. |a| = (|f(t2)n+1 - f(t2(n|) mit einem vorbe
stimmten zulässigen Wert b. Wenn der Absolutwert unter den zulässigen Wert b ab
sinkt, gibt die Vergleicherschaltung 55 ein Signal an die Zählschaltung 56 ab.
In der Zählschaltung 56 ist zuvor eine Zahl (M), die gleich 2 oder größer ist, eingespeichert.
Wenn die von der Vergleicherschaltung 55 eingegebenen Signale die Zahl (M) er
reichen, gibt die Zählschaltung 56 ein Signal an die Vergleicherschaltung 55 ab.
Wenn der Vergleicherschaltung 55 von der Zählschaltung 56 das Eichsignal zugeht, gibt
sie den in der Speichereinheit eingespeicherten Mittelwert f(t2)n+1 an den Rechner
(Zentraleinheit) 62 ab, um den Bezugs-Schwellenwert zu eichen.
Zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Mittelwert für die Eichung von der Vergleicher
schaltung 55 ausgegeben wird, wird die Schwankung des Mittelwertes der Antriebsleistung
innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten, d. h. die Leistung
befindet sich innerhalb eines stabilen Bereichs. Die Zentraleinheit 62 kann daher den
Vergleich und die Beurteilung auf stabile Weise durchführen, indem der letzte Mittel
wert als Bezugs-Schwellenwert verwendet wird.
Bei dieser Ausführungsform ist die Detektorschaltung 42 mit ihrer eigenen Integrations
schaltung 51 ausgestattet. Es können aber auch die Signale von der Integrationsschal
tung 39 gemäß Fig. 4 benutzt werden. Des weiteren kann als Signal zum Ermitteln eines
stabilen Bereichs der Maximalwert f(t)max verwendet werden.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, enthält die Speicheranordnung 33 fünf Datentabellen, näm
lich eine Stufentabelle 57, eine Betriebsarttabelle 58, eine Schrittabelle 59, eine Kanal
tabelle 60 und eine Sonderfunktionstabelle 61.
Die Tabelle 2 läßt erkennen, daß die Stufentabelle 57 spezielle Stufenbedingungen ent
sprechend den betreffenden Werkstücknummern (O-Nummern) und den betreffenden
Werkzeugnummern (T-Nummern) enthält, wie dies auch für die Stufennummerndatei 6
der ersten Ausführungsform zutrifft. Bei diesen Stufenbedingungen handelt es sich je
doch nicht nur um die Stufennummern; sie umfassen vielmehr eine Mehrzahl von weiteren
Daten.
Insbesondere enthält die Stufentabelle 57 in einer durch Angabe der O-Nummer und der
T-Nummer angewählten Matrix eine Betriebsartnummer (die Nummer der
Betriebsarttabelle 58, unter der die den Bearbeitungsbedingungen entsprechenden Erfas
sungsbedingungen gespeichert sind), einen Bezugswert für den Schwellenwert (einen Be
zugswert für jeden SET-Wert (Schwellenwert), wenn ein Werkstück mittels eines mit der
T-Nummer bezeichneten Werkzeugs mit 100% Leistung bearbeitet wird), je eine
Schrittnummer für den Beginn und das Ende der Erfassung
(Nummer der Schrittabelle 59 zum Einstellen der Erfassungszeit und des Schwellen
wertes) sowie Daten, die angeben, ob ein Wiederholbefehl vorliegt
(d. h. zum Wiederholen einer vorbestimmten Schrittnummer) und ob eine Sonder
funktion vorliegt oder nicht. Durch Auswahl bestimmter O- und T-Nummern werden
alle diese Daten in die Zentraleinheit 62 eingelesen.
Die Betriebsarttabelle 58 enthält, wie aus der Tabelle 3 hervorgeht, verschiedene Be
dingungen, die für die Erfassung einer Anomalität für jede Betriebsartnummer notwendig
sind. Durch Auswahl einer Betriebsartsnummer entsprechend den Stufenbedingungen
in der Stufentabelle werden diese Bedingungen gleichzeitig ausgelesen.
Zu den in der Betriebsarttabelle 58 eingespeicherten Bedingungen gehören Daten für
die Auswahl der mit dem Schwellenwert zu vergleichenden Größe (wie gemessene
Leistung, Bearbeitungsanteil der Leistung, integrierter Wert oder Maximalwert), Daten
zum Ausblenden der beim Starten des Motors auftre
tenden Anlaufleistung, die für das Erfassen von Werkzeugverschleiß störend sein
kann, sowie Daten bezüglich einer Verzögerungszeit oder eines Korrekturwertes
für das Erfassen der Leerlaufleistung.
In der Betriebsarttabelle 58 sind ferner Daten eingespeichert, die bestimmen, ob der
Zeitpunkt zum Starten des Überwachens in dem Bearbeitungsschritt
von außen zu steuern ist oder ob dieser Zeitpunkt intern gesteuert werden soll, indem
der Pegel der Bearbeitungsleistung erfaßt wird, oder ob die Überwachung während
der betreffenden Operation ständig aufrechterhalten werden soll. Zu den in der Betriebsart
tabelle 58 gespeicherten Daten gehören ferner Daten, die angeben, welcher der vier
unten genannten Schwellenwerte (SET1-SET4) zu verwenden ist und ob Grenzwertüber
schreitungen oder Grenzwertunterschreitungen erfaßt werden sollen, des weiteren
Daten zum Einstellen der Dauer der Überwachung der Änderung der oben genannten Werte
von AUS zu EIN, und Daten zum Ändern der Eingangsverstärkung eines Stromsensors
des Leistungsdetektors 35.
Die Schrittabelle 59 und die Kanaltabelle 60 entsprechen der Erfassungsinformations
datei 7 der ersten Ausführungsform, sie erlauben jedoch eine Anpassung an einen wei
teren Datenbereich. Die Schrittabelle 59 enthält insbesondere die Erfassungsstartzeit
(Zeit T1), die Erfassungsdauer (Zeit T2) und eine Kanalnummer für jede
Schrittnummer. Die Kanaltabelle 60 enthält für jede Kanalnummer Koeffizientendaten
40, 120, 130 . . . zum Einstellen von Schwellenwerten mit den vier Pegeln (SET 1-SET 4)
als eine Einstellung, und Überwachungsdauerdaten (Zeit ST) zum Bestimmen der
Überwachungsdauer für jeden Schwellenwert.
Die Koeffizientendaten stellen Prozentwerte bezüglich der Bezugswerte in der
Tabelle 57 dar. Für jeden Bearbeitungsschritt können vier unterschiedliche Schwellen
werte eingestellt werden, indem der Koeffizient für jeden Kanal mit den Bezugswerten
für die in der Tabelle 57 eingestellten Schwellenwerte multipliziert wird. Bei dieser
Ausführungsform können daher, nachdem einmal die Bearbeitungsleistung für jedes Werkzeug
anhand einer Versuchsbearbeitung eines Werkstücks errechnet ist, mehrere Schwellen
werte für jeden Bearbeitungsschritt einfach vorgegeben werden, indem die Koeffizienten
daten in der Kanaltabelle 60 entsprechend eingestellt werden. Dadurch wird vermieden,
daß eine Mehrzahl von unterschiedlichen Schwellenwerten für unterschiedliche Bearbei
tungsschritte eingestellt werden muß; es wird eine erhebliche Verminderung des Arbeits
aufwands bei der Datenvorgabe möglich. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß sich
die Schwellenwerte leicht ändern lassen, indem die Koeffizientenwerte geändert werden.
Die vier Schwellenwerte (SET 1-SET 4) werden benutzt zum Erfassen des Kontakts zwischen
dem Werkzeug und dem Werkstück (oberer Grenzwert), zum Erfassen des Werk
zeugverschleißes (oberer Grenzwert), zum Erfassen eines Werkzeugbruches (oberer
Grenzwert) und zum Erfassen eines Werkzeugbruches (unterer Grenzwert).
Die Überwachungszeitdaten (Zeit ST), die entsprechend den Koeffizientendaten
in der Kanaltabelle 60 eingestellt werden, werden bei den unten erläuterten Sonder
funktionen benutzt.
Die in der Tabelle 57 eingestellte Wiederholfunktion stellt eine Funktion zum wieder
holten Überwachen der Leistung bei Bearbeitungsschritten mit gleichen Bedingungen
dar. Diese Funktion dient der Verminderung der Anzahl von eingestellten Schritten.
Bei der vorliegend erläuterten Vorrichtung wird die Bearbeitungsleistung über eine
Mehrzahl von Schritten hinweg sequentiell überwacht, wobei die Anzahl der Schritte durch
die Startschrittnummer und die Endschrittnummer in der Tabelle 57 bestimmt
wird. Wenn aber die zu überwachende Leistung bei kontinuierlicher Bearbeitung
nicht sehr stark fluktuiert, bedarf es keiner individuellen Überwachung für jeden einzelnen Schritt.
In einem solchen Fall wird die Wiederholfunktion
eingestellt, so daß die Überwachung für die betreffenden
Schrittnummern wiederholt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform enthält die Tabelle 57 ferner als Sonder
funktionen eine automatische Berechnungsfunktion, eine Oszillations-Erfas
sungsfunktion und eine sequentielle Beurteilungsfunktion.
Die automatische Berechnungsfunktion sorgt bei der erläuterten
Detektorschaltung 42 dafür, die Antriebsleistung in einem stabilen Bereich zu
erfassen. Wenn gleichartige Werkstücke mittels eines einzigen Werkzeuges wieder
holt bearbeitet werden und sich die jeweils anfängliche Bearbeitungsleistung von einem
Zwischenwert vor dem Werkzeugwechsel unterscheidet, dann wird mit dieser
Funktion ein Bezugswert bestimmt aufgrund der Erfassung der Sta
bilität der Bearbeitungsleistung aus den Ergebnissen von mehreren Bearbeitungsvorgängen.
Wenn der Mittelwert der erfaßten Leistung bei M aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritten
N-mal niedriger liegt als ein zulässiger Wert,
wird davon ausgegangen, daß sich die Bearbeitungsleistung stabilisiert hat, und
der letzte Mittelwert wird als der Bezugswert eingespeichert. Der in der Tabelle 57
eingestellte Bezugswert wird selbsttätig auf diesen Mittelwert geeicht.
In diesem Fall kann durch zweckentsprechende Einstellung der Zahlen N und M
ein Wert
der Bearbeitungsleistung während einer probeweisen Bearbeitung als 100%ige Leistung
betrachtet werden, die als Bezugswert für den Schwellenwert eingestellt wird.
Für jede in der Tabelle 57 definierte O-Nummer und T-Nummer wird bestimmt,
ob die automatische Berechnungsfunktion verwendet werden soll oder nicht. Bei Ver
wendung dieser Funktion wird die Zeitspanne von Beginn der Bearbeitung bis zu
einem bestimmten Zeitpunkt während der Bearbeitung für jedes Werkstück und jedes
Werkzeug eingestellt, um die zu diesem Zeitpunkt erfaßte Leistung als 100%ige Leistung
der Bestimmung des Bezugswertes zugrundezulegen.
Die Oszillations-Erfassungsfunktion dient der Beurteilung von periodischen Schwankungen
der Bearbeitungsleistung. Die Oberwellen
komponenten, die sich mit dem Verschleiß, dem Abplatzen oder Brechen des Werk
zeugs ändern, werden dabei mittels der Oberwellen-Detektorschaltung
41 herausgezogen und einem Integrationsprozeß unterworfen. Wenn die Größe der
Schwankungen den Schwellenwert übersteigt, wird davon ausgegangen, daß das Werkzeug
fehlerhaft ist.
Ob diese Oberwellen-Erfassungsfunktion anzuwenden ist oder nicht, wird für
jede O-Nummer und T-Nummer vorgegeben. Bei Verwendung dieser Funktion wird ein zugehöriger
Schwellenwert zur Beurteilung einer Anomalität eingestellt.
Die Bearbeitungsenergie schwankt in eigentümlicher Weise, wenn sich das Werkzeug in
einem anomalen Zustand befindet. Die sequentielle Beurteilungsfunktion wird benutzt,
um solche Fluktuationen zu ermitteln.
Wenn beispielsweise während eines Bohrvorganges eine Anomalität an der Werkzeug
schneide in der Anfangsphase des Bohrvorganges auftritt, steigt die Bearbeitungsleistung
zunächst an, um dann wieder abzunehmen, wie in Fig. 8 dargestellt. Wenn danach
der anormale Zustand des Werkzeuges andauert, beginnt die Bear
beitungsleistung wieder anzusteigen, und sie bleibt hoch, bis die Schneidkante
gebrochen ist.
Um einen solchen anomalen Zustand zu ermitteln, werden, wie in Fig. 8 dargestellt ist,
drei Schwellenwerte (SET1 (oberer Grenzwert), SET2 (unterer Grenzwert), SET3 (oberer
Grenzwert)) zusammen mit Überwachungszeitperioden (Zeit ST1 und ST3) einge
stellt, die von dem Zeitpunkt, zu welchem die Leistung die betreffenden Schwellenwerte
SET1 und SET3 überstiegen hat, bis zum Ermitteln der Anomalität reichen. Wenn bei
dieser Anordnung zunächst SET1 und dann SET2 erreicht werden, zeigt dies an, daß
die Bearbeitungsenergie angestiegen und dann abgesunken ist. Wenn danach innerhalb
der vom Zeitgeber ST1 vorgegebenen Zeitdauer SET3 erreicht wird, läßt dies er
kennen, daß die Bearbeitungsleistung wieder größer geworden ist. Wenn SET3
für die Dauer der Zeit ST3 eingeschaltet bleibt, was bedeutet, daß sich die Leistung
ständig auf dem hohen Wert gehalten hat, wird zu diesem Zeitpunkt ein
Anomalitätssignal abgegeben.
Durch zweckentsprechendes Kombinieren des EIN-Wertes und des AUS-Wertes der
Bearbeitungsleistung mit Bezug auf eine Mehrzahl von Schwellenwerten und der Reihen
folge dieser Werte kann das jeweilige Schwankungsmuster
erfaßt werden; es ist auf diese Weise möglich, Anomalitäten des Werkzeuges festzu
stellen.
Wenn diese sequentielle Beurteilungsfunktion benutzt wird, werden Daten aus der Be
triebsarttabelle 58 ausgewählt, um zu bestimmen, ob die betreffenden Schwellenwerte zum
Erfassen von Grenzwertüberschreitungen oder zum Erfassen von Grenzwertunterschrei
tungen benutzt werden sollen. Ferner werden Überwachungszeitperioden (Zeit
ST) entsprechend den betreffenden SET-Werten aus der Kanaltabelle 60 ausgelesen.
In die als Vergleicher/Beurteilungs-Anordnung 34 dienende Zentraleinheit 62 werden
der Leistungsverbrauch P(t) des Antriebsmotors 9, die reine Bearbeitungsleistung f(t), der inte
grierte Wert ∫ f(t), der Maximalwert f(t)max, der integrierte Wert der Ober
wellen und Rückmeldungssignale von der der Erfassung des stabilen Bereichs dienenden
Detektorschaltung 42, d. h. insgesamt aus der Bearbeitungsleistungs-Detektoranordnung 32,
eingegeben. Die Zentraleinheit 62 führt einen Vergleich und eine Beurteilung anhand
dieser Eingangssignale und der Datensignale von der Speicheranordnung 33 aus, und sie
gibt als Ergebnis der Beurteilung Steuersignale an die Treiberschaltung 12 ab.
Die Arbeitsweise der Anomalitäts-Erfassungsvorrichtung 31 gemäß der zweiten Ausfüh
rungsform sei anhand des Fließdiagramms der Fig. 9 für den Steuerprozeß der Zentral
einheit 62 erläutert.
Im Schritt 1 werden die T-Nummer für das neu gewählte Werkzeug und die O-Nummer
für das Werkstück aus der numerischen Steuerung 10 übernommen. Im Schritt 2 werden
diese Nummern der Tabelle 57 der Speicheranordnung 33 zugeordnet, um die
Überwachungsbedingungen zu bestimmen.
Beim Bestimmen der Überwachungsbedingungen werden entsprechend Tabelle 3, wenn
beispielsweise die O-Nummer und die T-Nummer jeweils als 1 eingegeben werden,
sechs Bedingungen aus den Daten gleichzeitig eingestellt, die in der betreffenden Matrix
für (O, T) = (1, 1) eingespeichert sind, nämlich beispielsweise:
Betriebsarttabellen-Nummer | |
= 100 | |
Anfangsschrittnummer | = 4 |
Endschrittnummer | = 6 |
Bezugswert (100%-Leistung) | = 10 |
Wiederholfunktion: | Ja |
Sonderfunktion (automatische Berechnung): | Ja |
Nachdem die obigen Bedingungen bestimmt sind, wird der Antriebsmotor 9 im Schritt 3
gestartet. Im Schritt 4 wird, um die Leistungsspitze des Motors beim Hochlaufen auszu
blenden, die von der Betriebsartnummer 100 in der Tabelle 57 bezeichnete, der Anlauf
ausblenddauer (5 sec) entsprechende Zeitspanne aus der Überwachungsperiode
ausgeblendet. Im Schritt 5 wird die in der Abfrageschaltung 37 vorliegende Leerlaufleistung f(to)
für den belastungsfreien Zustand eingespeichert. Es erfolgt ferner die Einspeicherung
der Bearbeitungsleistung f(t), die erhalten wird, indem die Leerlaufleistung f(to)
von dem gemessenen Leistungsverbrauch P(t) subtrahiert wird.
Als nächstes wird im Schritt 6 ein Triggersignal zum Starten des Schritts entweder auf
grund eines externen Signals oder entsprechend dem internen Pegel erfaßt. Die Art des
Triggersignals wird von den in der Betriebsarttabelle 58 eingespeicherten Daten be
stimmt.
Wenn der vorstehend erläuterte Prozeß abläuft, wird im Schritt 7 die Bearbeitung be
ginnend mit dem im Schritt 2 eingestellten Startschritt durchgeführt, und das Überwachen
der Leistung wird entsprechend den Überwachungsbedingungen gestartet.
Im Schritt 8 werden insbesondere die Erfassungsstartzeit (Zeit T1) und die Erfas
sungsdauer (Zeit T2) aus der Schrittabelle 59 übernommen, während Koeffizien
tendaten entsprechend SET1 - SET4 aus der Kanaltabelle 60 entsprechend der in der
Schrittabelle 59 eingestellten Kanalnummer übernommen werden. Vier Schwellenwerte
(SET1 - SET4) werden für die Überwachungsbedingungen bestimmt, indem die Koeffizienten
daten mit den Bezugswerten multipliziert werden.
Im Schritt 9 erfolgt die Anomalitätsüberwachung, indem während der von dem Zeitgeber
T2 bestimmten Zeitdauer die Bearbeitungsleistung mit den Schwellenwerten verglichen
wird. Das Erfassungsverfahren bezüglich der Art der zu überwachenden Größe
(Bearbeitungsleistung, integrierter Wert usw.) sowie die Auswahl, ob die Schwellenwerte
(SET1 - SET4) zum Erfassen von Grenzwertüberschreitungen oder zum Erfassen von
Grenwertunterschreitungen benutzt werden, werden von den Daten bestimmt, die in
der Betriebsarttabelle 58 eingespeichert sind.
Wenn zu den Überwachungsbedingungen Sonderfunktionen gehören, werden diese
nach dem Schritt 9 durchgeführt.
Falls die automatische Berechnungsfunktion vorgesehen ist, erfolgt die Berechnung an
hand der Bedingungen, die in der automatischen Berechnungstabelle innerhalb der
Sonderfunktionstabelle 61 eingestellt sind (Schritt 10). Wenn der Bezugswert bestimmt
ist, wird er zu der Tabelle 57 zurückgeführt (Schritte 11 und 12). In diesem Rück
führungsprozeß wird die aus der erfaßten Leistung abgeleitete Größe (Gesamtleistung,
Bearbeitungsleistung, integrierter Wert und Maximalwert) zu demn gleichartigen
Bezugswert der Tabelle (100% Leistung) zurückgeführt, um den laufenden
Bezugswert auf einen neuen Wert zu eichen.
Falls die Oberwellen-Erfassungsfunktion und die sequentielle Beurteilungsfunktion
vorgesehen sind, werden diese Funktionen nacheinander ausgeführt (Schritte 13
und 14). Die Ausführung dieser Funktionen erfolgt gleichfalls anhand der Daten in
einer Bedingungstabelle, die Teil der Sonderfunktionstabelle 61 ist.
Wenn im Rahmen der Sonderfunktion eine Anomalität festgestellt wird, wird ein
Anomalitätsausgang aktiviert; ein Steuersignal wird ausgegeben.
Erfolgt dagegen das Erfassen einer Anomalität im Rahmen einer anderen als der Sonder
funktion, werden im Schritt 15 der SET-Ausgang und der Anomalitätsausgang akti
viert.
Wenn der Prozeß bis zum Schritt 15 abgeschlossen ist, wird im Schritt 16 festgestellt,
daß die Überwachungsperiode beendet ist. Bleibt die Überwachung in diesem Zustand
in Betrieb, wird im Schritt 17 festgestellt, ob der durchgeführte Bearbeitungsvorgang der in der Schrittabelle
57 eingestellte Endschritt ist oder nicht. Handelt es sich nicht um den Endschritt, werden
die Überwachungsbedingungen auf die Bedingungen für den nächsten Schritt im
Schritt 18 geändert. Das Programm kehrt dann zu dem Schritt 8 zurück, um den oben
geschilderten Prozeß zu wiederholen. Die Wiederholung erfolgt unter sukzessiver Ände
rung der betreffenden Bedingungen so lange, bis der in der Schrittabelle 57 definierte
Endschritt erreicht wird.
Wenn die Wiederholfunktion benutzt
werden soll, kehrt das Programm zu dem Schritt 7 zurück, um die betreffenden Arbeitsschritte,
vom Startschritt ausgehend, zu wiederholen, bis die Anzahl von
Wiederholungen einen vorbestimmten Wert erreicht (Schritt 19).
Wenn die Wiederholfunktion nicht benutzt wird, oder wenn die Wiederholfunktion ab
geschlossen ist, wird festgestellt, daß die Überwachung beendet ist (Schritt 20). Der An
triebsmotor wird gestoppt.
Claims (3)
1. Vorrichtung zur Überwachung des Zustandes eines
Werkzeugs an einer spanabhebenden
Werkzeugmaschine, die durch ein Programm ge
steuert ist, das die Auswahl unterschiedlicher Werk
zeuge vorgibt und für jedes ausgewählte Werkzeug eine
Anzahl von mit ihm durchzuführenden Bearbeitungsschritten
steuert,
mit
- a) einer Detektoranordnung (2), die während der Be arbeitung eines Werkstücks mit einem Werkzeug die mo mentane Antriebsleistung für das Werkzeug und/oder Werkstück erfaßt, und
- b) einem Rechner (3), der bei jedem durch das Programm ge
steuerten Bearbeitungsschritt anhand in einem Speicher (4) ge
speicherter Zeitdaten den Beginn und die Dauer der Er
fassung der Antriebsleistung festlegt,
wobei der Rechner für jeden durch das Programm gesteuerten Bearbeitungsschritt mindestens einen zuge hörigen Vergleichswert durch Multiplikation eines im Speicher gespeicherten, dem ausgewählten Werkzeug zuge ordneten Bezugswertes mit mindestens einem im Speicher gespeicherten, dem Bearbeitungsschritt zugeordneten Koeffizienten einstellt, und - c) einer Vergleichsanordnung,
die die erfaßte Antriebsleistung oder
eine daraus abgeleitete Vergleichsgröße mit dem Ver
gleichswert vergleicht,
wobei beim Vergleichen festgestellt wird, wie oft die Vergleichsgröße den jeweiligen Vergleichswert überschreitet,
und aus dem Ergebnis des Vergleichs ein Werk zeugzustandssignal gewonnen wird, das einen nicht ord nungsgemäßen Werkzeugzustand anzeigt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Rechner (3) aus der erfaßten
Antriebsleistung durch Abzug der ebenfalls von der De
tektoranordnung (2) erfaßten Leerlaufleistung und durch
Elimination von Leistungsschwankungen die auf die
Bearbeitung tatsächlich entfallende Leistung ermittelt und
als Vergleichsgröße mit dem Vergleichswert vergleicht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Rechner aus der er
faßten Antriebsleistung das zeitliche Integral, den Maximal
wert, den Mittelwert und/oder die Größe des Schwankungs
anteils der Antriebsleistung ermittelt und als
Vergleichsgröße mit einem in Zuordnung zu dieser Ver
gleichsgröße ausgewählten Vergleichswert vergleicht.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7835690 | 1990-03-26 | ||
JP2285509A JP2533971B2 (ja) | 1990-03-26 | 1990-10-22 | 工具異常検出装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4109917A1 DE4109917A1 (de) | 1991-10-02 |
DE4109917C2 true DE4109917C2 (de) | 1997-11-20 |
Family
ID=26419448
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE4109917A Expired - Fee Related DE4109917C2 (de) | 1990-03-26 | 1991-03-26 | Vorrichtung zur Überwachung des Werkzeugzustandes an einer programmgesteuerten spanabhebenden Werkzeugmaschine |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5243533A (de) |
DE (1) | DE4109917C2 (de) |
FR (1) | FR2659891B1 (de) |
GB (1) | GB2243037B (de) |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2693934B1 (fr) * | 1992-07-21 | 1994-10-21 | Rks | Procédé et dispositif de surveillance de l'usinage d'une pièce par un outil d'une machine-outil. |
US5822212A (en) * | 1993-08-06 | 1998-10-13 | Fanuc Ltd | Machining load monitoring system |
JPH07295619A (ja) * | 1994-04-25 | 1995-11-10 | Mitsubishi Electric Corp | 工作機械の数値制御装置 |
US5446672A (en) * | 1994-08-09 | 1995-08-29 | Air Gage Company | Machine monitoring system |
DE69621935D1 (de) * | 1995-08-04 | 2002-07-25 | Tri Way Machine Ltd | Werkzeugzustandskontrollsystem |
JP3645353B2 (ja) * | 1996-04-23 | 2005-05-11 | 東芝機械株式会社 | 工具磨耗検出機能付工作機械 |
US5857166A (en) * | 1996-08-30 | 1999-01-05 | Kim; Nam H. | Tool monitoring apparatus |
DE19830035B4 (de) * | 1998-06-26 | 2005-03-03 | V&M Deutschland Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zum Detektieren des Auftretens eines kritischen Zustandes eines Werkzeuges, insbesondere Sägeblattes |
JP2002001633A (ja) * | 2000-06-19 | 2002-01-08 | Murata Mach Ltd | 異常負荷検知機能を備えた加工機 |
ATE261592T1 (de) * | 2000-09-27 | 2004-03-15 | Liebherr Verzahntech Gmbh | Prozessüberwachung zur verschleisserkennung an verzahnungswerkzeugen |
FR2828424B1 (fr) * | 2001-08-07 | 2004-01-16 | Sarl Digital Way | Dispositif de controle de l'usure et/ou du bris d'outil pour machine outil |
JP2003326438A (ja) * | 2002-02-28 | 2003-11-18 | Fanuc Ltd | 工具異常検出装置 |
US7010386B2 (en) * | 2002-03-22 | 2006-03-07 | Mcdonnell Ryan P | Tool wear monitoring system |
KR100579083B1 (ko) * | 2002-12-30 | 2006-05-12 | 두산인프라코어 주식회사 | 공작기계의 공구 이상 검출장치 및 검출방법 |
ATE393922T1 (de) * | 2003-11-18 | 2008-05-15 | Peter Renner | Zustandsüberwachung bei technischen prozessen |
US6845279B1 (en) | 2004-02-06 | 2005-01-18 | Integrated Technologies, Inc. | Error proofing system for portable tools |
EP1954961B1 (de) * | 2005-12-02 | 2010-06-02 | United Technologies Corporation | System und verfahren zur optimierung der gebrauchslebensdauer von getriebekomponenten und getriebeleistung |
US8573097B2 (en) * | 2005-12-14 | 2013-11-05 | Siemens Product Lifecycle Management Software Inc. | System and method for automatic local return for lathe NC-machining cycle interruption |
JP5710391B2 (ja) * | 2011-06-09 | 2015-04-30 | 株式会社日立製作所 | 工作機械の加工異常検知装置及び加工異常検知方法 |
KR101343403B1 (ko) * | 2013-08-14 | 2013-12-20 | (주)한국툴모니터링 | 공작기계 운전시의 이상 검출방법 |
WO2017111072A1 (en) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | Ricoh Company, Ltd. | Diagnostic device, computer program, and diagnostic system |
CN106475855A (zh) * | 2016-11-22 | 2017-03-08 | 无锡职业技术学院 | 一种数控机床主轴负荷的在线检测设备和检测方法 |
JP6342593B1 (ja) | 2017-06-20 | 2018-06-13 | ヤマザキマザック株式会社 | 工作機械管理システムおよび工作機械の管理方法 |
DE102017116869A1 (de) * | 2017-07-26 | 2019-01-31 | Chiron-Werke Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Ermitteln von hochbelasteten Positionen bei einer Werkzeugmaschine |
CN110549162B (zh) * | 2018-06-01 | 2021-11-30 | 日立汽车***(中国)有限公司 | 切削异常的检测方法、切削异常的检测装置 |
CN114378644B (zh) * | 2021-12-08 | 2023-05-16 | 鸿富锦精密电子(成都)有限公司 | 找零装置、刀具异常检测***及方法 |
Family Cites Families (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1803704A1 (de) * | 1968-10-17 | 1970-08-27 | Boehringer Gmbh Geb | Selbsttaetige Werkzeugmaschine mit einem Werkzeugwechselsystem und wechselndem Fertigungsprogramm |
JPS52105384A (en) * | 1976-03-01 | 1977-09-03 | Komatsu Ltd | Abnormality announciator of cutting tool in tool machine |
DE3111425A1 (de) * | 1980-03-27 | 1982-02-18 | Kabushiki Kaisha Komatsu Seisakusho, Tokyo | Verfahren und vorrichtung zur ermittlung abnormaler stoergroessen beim betrieb einer werkzeugmaschine |
DE3136433A1 (de) * | 1981-09-14 | 1983-03-31 | Klaus Prof. Dr.-Ing. 4006 Erkrath Brankamp | Verfahren zum feststellen und erkennen von abweichungen zyklisch wiederkehrender vorgaenge zum umformen von werkstuecken von einem normalverlauf |
US4471444A (en) * | 1982-04-02 | 1984-09-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | Rotating tool wear monitoring apparatus |
US4514797A (en) * | 1982-09-03 | 1985-04-30 | Gte Valeron Corporation | Worn tool detector utilizing normalized vibration signals |
US4536849A (en) * | 1982-09-08 | 1985-08-20 | Cincinnati Milacron Inc. | Machine operation monitor |
GB8300792D0 (en) * | 1983-01-12 | 1983-02-16 | Production Eng Res | Monitoring tool life |
DE3404359A1 (de) * | 1984-02-08 | 1985-08-08 | L. Schuler GmbH, 7320 Göppingen | Elektrische schaltungsanordnung zum schutz von pressen |
US4713770A (en) * | 1985-04-19 | 1987-12-15 | Kinetic Systems Corporation | System and method for preventing tool breakage |
US4724524A (en) * | 1985-06-12 | 1988-02-09 | General Elec. Co. | Vibration-sensing tool break and touch detector optimized for machining conditions |
US4723219A (en) * | 1985-06-21 | 1988-02-02 | Amca International Corporation | Programmed path for automatic tool retraction and return responsive to degradation threshold |
DE3525270A1 (de) * | 1985-07-16 | 1987-01-29 | Ind Systeme Datentechnik | Verfahren und vorrichtung zur verschleissueberwachung von werkzeugen |
US4642618A (en) * | 1985-07-23 | 1987-02-10 | Ibm Corporation | Tool failure detector |
US4748554A (en) * | 1986-08-14 | 1988-05-31 | Gte Valeron Corporation | Machine monitoring system using motion detection for synchronization |
DE3741973A1 (de) * | 1987-12-11 | 1989-06-22 | Voith Gmbh J M | Verfahren zum ueberwachen des arbeitsablaufes einer werkzeugmaschine |
DE3903133A1 (de) * | 1988-02-04 | 1989-08-31 | Amada Co | Werkstueckbearbeitbarkeitsdetektionsverfahren und verfahren zum spanabhebenden bearbeiten eines werkstuecks mit hilfe einer spanabhebenden bearbeitungsmaschine unter anwendung dieses verfahrens |
JPH02147968A (ja) * | 1988-11-30 | 1990-06-06 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電気回路の異常検出装置 |
-
1991
- 1991-03-25 FR FR9103578A patent/FR2659891B1/fr not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-26 GB GB9106394A patent/GB2243037B/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-26 US US07/674,993 patent/US5243533A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-03-26 DE DE4109917A patent/DE4109917C2/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5243533A (en) | 1993-09-07 |
FR2659891B1 (fr) | 1996-01-05 |
GB2243037B (en) | 1994-02-02 |
DE4109917A1 (de) | 1991-10-02 |
GB2243037A (en) | 1991-10-16 |
GB9106394D0 (en) | 1991-05-15 |
FR2659891A1 (fr) | 1991-09-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4109917C2 (de) | Vorrichtung zur Überwachung des Werkzeugzustandes an einer programmgesteuerten spanabhebenden Werkzeugmaschine | |
DE3331793C2 (de) | ||
DE60126390T2 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Überwachen des Lichtbogenschweissens | |
DE60310661T2 (de) | Vorrichtung zur Überwachung oder Vermeidung eines Werkzeugbruchs | |
DE3111425C2 (de) | ||
DE3943693C1 (de) | Adaptivsteuergerät für eine Funkenerosionsmaschine | |
EP3941673B1 (de) | Verfahren zur automatischen prozessüberwachung beim kontinuierlichen wälzschleifen | |
DE19716888B4 (de) | Werkzeugmaschine mit einer Abnutzungs-Erfassungsfunktion für das Werkzeug und Verfahren zur Erfassung der Abnutzung eines Werkzeugs einer Werkzeugmaschine | |
DE3023400C2 (de) | ||
DE3619456A1 (de) | Ueberwachungseinrichtung und werkzeugbruchdetektor fuer eine werkzeugmaschine sowie ueberwachungsoptimierverfahren | |
DE102016002995B3 (de) | Verfahren zur Überwachung eines Antriebssytems einer Werkzeugmaschine | |
DE102016125803A1 (de) | Werkzeugmaschine, insbesondere Schleifmaschine, sowie Verfahren zur Ermittlung eines Ist-Zustandes einer Werkzeugmaschine | |
DE3403814A1 (de) | Erfassungsvorrichtung fuer werkzeugbeschaedigungen bei automatisch gesteuerten werkzeugmaschinen | |
CH694080A5 (de) | Funkenerosionsapparat und Steuerverfahren dafür. | |
DE102016006955A1 (de) | Numerische Steuerung mit Werkzeuglebensdauer-Steuerungsfunktion unter Berücksichtigung von Änderungen der Bearbeitungsbedingungen | |
DE3618080C2 (de) | ||
EP1195668B1 (de) | Prozessüberwachung zur Verschleisserkennung an Verzahnungswerkzeugen | |
DE4117637C2 (de) | ||
JP2533971B2 (ja) | 工具異常検出装置 | |
DE112008003709B4 (de) | Energiequellen-Steuereinheit einer elektrischen Entladungsvorrichtung | |
DE60037165T2 (de) | Numerisches Steuerungsgerät für numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine | |
DE3121461C2 (de) | ||
EP4165478A1 (de) | Verfahren zum betreiben einer werkstückbearbeitungsanlage, sowie werkstückbearbeitungsanlage | |
DE112011105907B4 (de) | Steuervorrichtung zum steuern einer elektrischen entladungsmaschine | |
DE102020215988A1 (de) | Verfahren zum Betrieb einer Handwerkzeugmaschine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8363 | Opposition against the patent | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |