Ziel der Entwicklung
Beim Form- und Profilschleifen kommt es auf eine genaue Einhaltung des Kantenradius, des Rundlaufes und weiterer Parameter der Schleifscheibe an. Diese werden entsprechend durch eine Abrichtscheibe erzeugt, verändern sich jedoch durch Verschleißprozesse während der Bearbeitung. Weiterhin ist das präzise Abrichten von Diamantschleifscheiben sehr kompliziert und zeitaufwendig. Die Bahndaten der CNC-Steuerung gehen von idealen Parametern aus. Somit kommt es bei Abrichtfehlern und beim Verschleiß der Scheibe zu Ungenauigkeiten im Fertigungsprozess. Hier ist eine aufwendige Vermessung der gefertigten Teile und eine entsprechende manuelle Nachkorrektur der Maschinenparameter nötig. Aktuell wird die Formabweichung des Werkstücks aufwendig mittels Konturmessgerät geprüft. Die Anpassung des CNC-Programms erfolgt manuell nach heuristischen Methoden, was einen sehr hohen Zeitaufwand darstellt. Darauf aufbauend, entstand in der Industrie der Wunsch, mit einem flexiblen Gerätesystem, welches direkt in die Schleifmaschine eingebracht wird, den Kantenradius und weitere wichtige geometrische Merkmale der Schleifscheibe zu erfassen. Durch eine entsprechende Schnittstelle zur Maschinensteuerung und einen Korrekturalgorithmus werden die Bahndaten an den veränderten Kantenradius angepasst. Als Steuerungen für die Untersuchungen im Projekt wurden aufgrund der weiten Verbreitung Systeme der Hersteller Siemens und NUM gewählt.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des Projektes wurde die lückenlose 360°-Erfassung der Mantelfläche einer beliebigen Profilschleifscheibe realisiert mit anschließender Bestimmung relevanter Messgrößen zur Charakterisierung des Verschleißzustandes und Nachregelung der Bearbeitungsparameter in deren Abhängigkeit. Hierzu wurde ein kommerziell verfügbarer Laserliniensensor so modifiziert, dass neben der Erfüllung der Anforderungen der Schutzklasse IP6.7 auch eine Dichtheit gegenüber gängigen Schleifemulsionen erreicht wurde.
Im Rahmen des Projektes wurde der folgende verfahrenstechnische Mess- und Prüfablauf realisiert:
1. Positionierung des Werkzeugs im Messfeld des Laserliniensensors
2. Rotation des Werkzeugs
3. Zeilenweises Abtasten der Mantelfläche bei Profilscheiben bzw. der Stirnfläche bei Topfscheiben
4. Zusammensetzung des 3-D-Modells des Werkzeugs
5. Auswertung und Präsentation der Messwerte sowie Nachregelung der Bearbeitungsparameter auf Basis der Messergebnisse
6. Fortsetzung der Bearbeitung
Zur Durchführung einer Messung wird das Messsystem nun anstelle des Werkstücks unter der Schleifscheibe positioniert, vermisst die Schleifscheibengeometrie (wie Kantenradius, Rundlauf) und korrigiert gegebenenfalls automatisch das CNC-Programm beziehungsweise fordert den Bediener auf, die Schleifscheibe neu abzurichten oder auszutauschen.
Durch Drehung des Werkzeugs und Messung des Abstandes zwischen Sensor und Werkzeugoberfläche erfolgt eine dichte Erfassung der Oberflächenstruktur. Diese kann als Falschfarbendarstellung (normierte Farbskala, welche den Tiefenwert bzw. Z-Wert wiedergibt) visualisiert werden und als Darstellung der Extremwerte entlang der Abwicklung verdichtet werden. Hierbei wird für jeden Messpunkt des Zeilensensors während der Drehung das radiale Maximum des Abstandes bestimmt und in einem Profil angetragen (Maximumprofil).
Bei der wiederholten Messung ein und desselben Werkzeuges wurde eine Standardabweichung von zirka sieben Mikrometer erzielt. Die Messung erfolgte hier direkt nach der Bearbeitung, ohne das Werkzeug vorher gründlich zu reinigen. Eine Erhöhung der Wiederholgenauigkeit ist durch eine gründliche Reinigung des Werkzeuges beispielsweise mittels eines starken Druckluftstromes möglich. Die erzielten Ergebnisse zeigen jedoch, dass eine robuste Messung mit hinreichender Genauigkeit bereits ohne eine zeitaufwendige Reinigung möglich ist.
Zielgruppe und Zielmarkt
Das System ist sowohl im Einzelverkauf als auch als optionales Zubehör zu Rund- und Profilschleifmaschinen zu sehen und grenzt sich klar von maschinenintegrierten Sensoren, welche das Werkstück vermessen, insbesondere Messtastern ab. Zielgruppe für den Einsatz des neuartigen Gerätesystems sind Fertigungsbetriebe, die Verfahren des Präzisionsrund- und Formschleifens einsetzen. Durch die vorgestellte Entwicklung ist eine Überwachung der Geometrie der Schleifscheibe in gewissen Zeitabständen direkt in der Bearbeitungsmaschine möglich. Durch Bahnkorrektur in der CNC-Steuerung oder ein erneutes Abrichten der Schleifscheibe werden Qualitätsmängel in der Fertigung effizient beseitigt und die Ausschussquote erheblich reduziert.
