DE3136434A1

DE3136434A1 - Method of monitoring the service life of tools

Info

Publication number: DE3136434A1
Application number: DE19813136434
Authority: DE
Inventors: Volker Dr.-Ing. 4010 Hilden Bialas; Heinz Bertram Dr.-Ing. 4000 Düsseldorf Bongartz; Klaus Prof.Dr.-Ing. 4006 Erkrath Brankamp
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-14
Filing date: 1981-09-14
Publication date: 1983-03-31

Abstract

The invention relates to a method of monitoring the service life of tools for manufacturing at least one workpiece by measuring the workpiece successively at time intervals. In order to make possible, on the basis of fewer measurements on the workpiece, a process-accompanying prognosis of the wear and to predetermine the end of the service life of the respective tool so that, by taking a safety limit into account, manufacturing can be carried out for as long as possible without the risk of faulty products, the service life to be expected of the tool is divided into a starting range, a prognosis range and a monitoring range, the wear in the starting range and the prognosis range definitely lying within the framework of the permissible tolerances. In the prognosis range, repeated measurements are carried out in characteristic wear-development places on the workpiece(s) and the measurement values are used to prepare at least one wear prognosis. In the monitoring range, according to the wear prognosis which is improved, if appropriate continuously, on the basis of further measurements carried out in the prognosis range, the machining operation is interrupted in good time before the expiry of the service life, a safety range being observed.

Description

Verfahren zur Überwachung der Standzeit von WerkzeugenProcedure for monitoring the service life of tools

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Standzeit von Werkzeugen zum Herstellen mindestens eines Werkstückes durch in zeitlichen Abständen aufeinanderfolgendes Messen des Werkstückes.The invention relates to a method for monitoring the service life of tools for the production of at least one workpiece through at time intervals successive measurement of the workpiece.

In der Fertigungstechnik werden zur Herstellung von Werkstücken Werkzeuge angewendet, die in der Regel während der Bearbeitung einem Verschleiß unterliegen. Bei fortgesetztem Verschleiß ist die Herstellungsgenauigkeit nicht mehr gewährleistet. Die nutzbare Zeit des Werkzeugeinsatzes wird als Standzeit bezeichnet.In manufacturing technology, tools are used to manufacture workpieces used, which are usually subject to wear during machining. With continued wear, the manufacturing accuracy is no longer guaranteed. The useful time of tool use is called the service life.

Zu unterscheiden ist zwischen relativ plötzlichen geometrischen Werkzeugveränderungen, wie beispielsweise durch Werkzeugbruch, und allmählichen geometrischen Werkzeugveränderungen, die durch eine mehr cder weniger gleichmäßige Werkzeugabnutzung eintreten. Insbesondere der letztere Fall solinit der Erfindung überwacht werden.A distinction must be made between relatively sudden geometric tool changes, such as tool breakage and gradual geometric tool changes, which occur due to more or less uniform tool wear. In particular the latter case is intended to be monitored by the invention.

Der Verschleiß ist im allgemeinen zwangsläufig und kann in vorgegebenen Grenzen zugelassen werden. Sobald diese Grenzen überschritten werden5 entstehen fehlerhafte Werkstücke, die nicht verwendet werden können. Daher werden Produktionsmaschinen ständig durch das Bedienungspersonal überwacht, um durch geeignete Meßverfahren, die in der Regel erst am fertiggestellten Werkstück durchgeführt werden können, die möglichen Standzeiten zu ermitteln und geeignete Maßnahmen zur Beendigung des Bearbeitungsvorganges zu ergreifen.The wear is generally inevitable and can be predetermined Limits are allowed. As soon as these limits are exceeded5 arise faulty workpieces that cannot be used. Hence, production machines constantly monitored by the operating personnel in order to use suitable measuring methods to which can usually only be carried out on the finished workpiece, determine the possible downtimes and take suitable measures to end the To take the machining process.

Da ein ständiges Messen durch das Bedienungspersonal nicht möglich ist, führt das bekannte Überwachungsverfahren in der Praxis dazu, daß Standzeiten der Werkzeuge häufig überschritten werden, wodurch Ausschuß produziert wird. Andererseits ist es bei übergroßer Vorsicht der Bedienungsperson möglich, daß die mögliche Standeit der Werkzeuge nicht voll ausgenutzt wird, wodurch erhöhte Werkzeugkosten entstehen.Since constant measurement by the operating personnel is not possible is, the known monitoring procedure leads in practice to that Tool life is often exceeded, which produces rejects will. On the other hand, if the operator is extremely careful, it is possible that the possible service life of the tools is not fully used, which increases Tool costs arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches aufgrund weniger Messungen am Werkstück eine prozeßbegleitende Prognose des Verschleisses ermöglicht und das Ende der Standzeit des jeweiligen Werkzeuges vorherbestimmt, so daß unter Einbeziehung einer Sicherheitsgrenze längstmöglich gefertigt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß fehlerhafte Produkte hergestellt werden.The invention is based on the object of creating a method which is a process-accompanying prognosis due to fewer measurements on the workpiece of wear and tear and the end of the service life of the respective tool predetermined, so that taking into account a safety limit as long as possible can be manufactured without the risk of faulty products being manufactured will.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die zu erwartende Standzeit des Werkzeuges in einen Anfangsbereich, einen Prognosebereich und einen Uberwachungsbereich unterteilt wird, wobei der Verschleiß im Anfangs- und Prognosebereich mit Sicherheit im Rahmen der zulässigen Toleranzen liegt, daß im Prognosebereich mehrfach an für die Verschleißentwicklung charakteristischen Stellen des bzw. der Werkstücke Messungen durchgeführt und die Meßwerte zur Erstellung mindestens einer Verschleißprognose verwendet werden und daß im Überwachungsbereich entsprechend der gegebenenfalls fortlaufend aufgrund weiterer, im Prognosebereich durchgeführter Messungen verbesserten Verschleißprognose unter Einhaltung eines Sicherheitsbereiches rechtzeitig vor Ablauf der Standzeit der Bearbeitungsvorgang unterbrochen wird.The solution to this problem by the invention is thereby characterized in that the expected service life of the tool is in an initial range, a forecast area and a monitoring area is subdivided, the wear in the initial and forecast range with certainty within the permissible tolerances lies in the fact that in the prognosis area there are several characteristics that are characteristic of the development of wear Set the work piece (s), measurements are carried out and the measured values for creation at least one wear forecast can be used and that in the monitoring area in accordance with the possibly continuously based on further, in the forecast area measurements carried out improved wear prognosis while maintaining a Safety area in good time before the end of the machining process is interrupted.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird erreicht, daß mit nur wenigen Messungen das Ende der Standzeit vorherbestimmt wird. Im Anfangsbereich kann vollständig auf Messungen verzichtet werden. Im Prognosebereich ist nur eine geringe Anzahl von Messungen durchzuführen. Auch im Uberwachungsbereich, in welchem bei den bisherigen Verfahren eine besonders große Anzahl von Messungen durchgeführt werden mußte, kann beim erfindungsgemäßen Verfahren auf Messungen verzichtet werden5 weil die innerhalb des Prognosebereiches erstellte Tendenz des Verschleisses bereits festliegt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden somit die Meßvorgänge auf ein Minimum reduziert, Dennoch wird einerseits ein sicheres Abschalten vor Erreichen der Standzeit gewährleistet und andererseits eine möglichst vollständige Ausnutzung des Werkzeuges garantiert. Ein weiterer entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Überwachung der Standzeit unabhängig von der Bedienungsperson und dessen Sorgfalt selbsttätig erfolgt, wodurch gegenüber der bisherigen Überwachung die Sicherheit entscheidend erhöht wird.The inventive method is achieved that with only a few Measurements the end of the service life is predetermined. In the initial area can be completely measurements are dispensed with. There are only a small number in the forecast area to perform measurements. Also in the monitoring area, in which with the previous Procedure a particularly large number of measurements had to be carried out, can in the method according to the invention on measurements be waived 5 because the tendency of wear already established within the forecast range is fixed. The method according to the invention thus increases the measurement processes reduced to a minimum, but on the one hand a safe shutdown before reaching the service life is guaranteed and, on the other hand, the most complete utilization possible of the tool guaranteed. Another decisive advantage of the invention The method consists in monitoring the service life independently of the operator and its care is carried out automatically, which compared to the previous monitoring the security is increased significantly.

Die im Prognosebereich durchzuführenden Messungen können entweder von der Bedienungsperson durchgeführt werden, nachdem diese vom Überwachungsgerät einen Befehl zur flurchführung der Messungen erhalten hat. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist es jedoch zweckmäßig, wenn die Messungen im Prognosebereich selbsttätig durchgeführt und der Überwachung automatisch aufgegeben werden. The measurements to be carried out in the forecast area can either be carried out by the operator after this from the monitoring device has received a command to perform the measurements. According to another Feature of the invention, however, it is useful if the measurements in the forecast range carried out automatically and automatically given up on monitoring.

Erfindungsgemäß kann auch die Aufteilung der zu erwartenden Standzeit in Anfangs-, Prognose- und Übrwachungsbereich durch regelmässiges Messen des bzw. der Werkstücke aufgrund einer durch-einen trMikroprozessor zu erstellenden Prognose erfolgen. Bei einer Serie von gleichartigen Werkzeugen ist es weiterhin mit der Erfindung möglich, die Aufteilung der zu erwartenden Standzeit in Anfangs-, Prognose- und Überwachungsbereich aufgrund der gemessenen Werte und der daraus gewonnenen Erfahrung mit dem Verschleiß eines ersten Werkzeuges durchzuführen.According to the invention, the division of the expected service life can also be used in the start, prognosis and monitoring area by regularly measuring the resp. of the workpieces on the basis of a forecast to be created by a tr microprocessor take place. In a series of tools of the same type, it is still with the Invention possible, the division of the expected service life into initial, prognostic and monitoring area based on the measured values and the values obtained from them Experience with the wear of a first tool.

Schließlich ist es gemäß der Erfindung möglich, die Anzahl und den Zeitpunkt der Messungen im Prognosebereich ebenfalls aufgrund der gemessenen Werte und der daraus gewonnenen Erfahrungmit dem Verschleiß eines ersten Werkzeuges vorzunehmen. Mit Hilfe der mit den weiteren Werkzeugen gemachten Erfahrungen kann bei Verwendung eines geeigneten Mikroprozessors diese Gültigkeit der gewonnenen Aussagen weiter verbessert werden. Finally, it is possible according to the invention, the number and the Time of the measurements in the forecast area also based on the measured values and the experience gained from it with the wear of a first tool. With the help of the experience gained with the other tools, you can use a suitable microprocessor further this validity of the statements obtained be improved.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll anschließend anhand einer Zeichnung erläutert werden, in welcher in Form eines Diagrammes die Abmessungen der in einer Serie hergestellten Werkstücke über der Zeit aufgetragen sind.The method according to the invention should then be based on a drawing be explained in which in the form of a diagram the dimensions of the in a Series-produced workpieces are plotted over time.

Beim Ausführungsbeispiel handelte es sich um die Herstellung von Kreuzschlitzschrauben auf Kaltmassiv-Umformpressen, wobei die Tiefe des Kreuzschlitzes als Maß für den Verschleiß des Kreuzschlitzstempels überwacht wurde.The exemplary embodiment involved the production of cross-head screws on cold massive forming presses, with the depth of the cross recess as a measure of the Wear of the Phillips punch was monitored.

Gemäß den geforderten Gütekriterien muß sich diese Kreuzschlitztiefe zwischen den Maßen Kt max. und Kt min. bewegen. Diese sind auf der die Kreuzschlitztiefe angebenden Ordinate der Zeichnung eingetragen.According to the required quality criteria, this cross-slot depth must be move between the dimensions Kt max. and Kt min. These are at the cross recess depth indicated ordinate of the drawing.

Die Abzisse kennzeichnet die zeitliche Aufeinanderfolge von Bearbeitungsvorgängen zum Herstellen der Kreuzschlitzschrauben.The abscissa characterizes the chronological sequence of machining processes for making the Phillips screws.

Beim Ausführungsbeispiel ist die gesamte Standzeit eines Werkzeuges, die im Zeitpunkt to beginnt, in drei Bereiche aufgeteilt, und zwar in einen Anfangsbereich, einen Prognosebereich und einen Überwachungsbereich. Mit einer ausgezogenen Linie ist der zu erwartende Verschleißverlauf eines Werkzeuges dargestellt, Durch eine erste Messung zum Zeitpunkt t0 wird überwacht, ob die Abmessungen des Werkstückes im geforderten Rereich liegen, woraus sich ergibt, daß das Werkzeug ordnungsgemäß ist. Der erste Meßpunkt ist oberhab von to eingetragen.In the exemplary embodiment, the total service life of a tool is which begins at time to, divided into three areas, namely into an initial area, a forecast area and a monitoring area. With a solid line the expected course of wear of a tool is shown, by a first measurement at time t0 monitors whether the dimensions of the workpiece lie in the required range, which means that the tool is working properly is. The first measuring point is entered above to.

Erst wenn der im Anfangsbereich relativ geringe Verschleiß im Prognosebereich zunimmt, werden beim Ausführungsbeispiel drei Messungen der Werkstücke vorgenommen. Beim dargestellten Fall liegen sämtliche Messungen unterhalb der zu erwartenden Werte, woraus hervorgeht, daß der Verschleiß stärker als erwartet war. Aufgrund der ersten beiden Meßwerte wird eine erste Prognose über den Verscbleißverlauf erstellt. Diese erste Prognose ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt.Only when the relatively low wear in the initial area is in the prognosis area increases, three measurements of the workpieces are made in the exemplary embodiment. In the case shown, all measurements are below those to be expected Values showing that the wear was greater than expected. Because of The first two measured values are used to make a first prognosis of the wear curve. This first forecast is shown by a dashed line.

Durch den dritten Meßwert am Ende des Prognosebereiches wird diese erste Prognose korrigiert. Sie wird durch die strichpunktierte Linie im Diagramm gezeigt und führt zu der Erkenntnis, daß die Standzeit, welche durch Erreichen des Wertes Kt min festgelegt ist, zum Zeitpunkt te erreicht sein wird.The third measured value at the end of the prognosis range makes this first Corrected forecast. It is shown by the dash-dotted line in the diagram and leads to the realization that the service life, which by reaching the value Kt min is set at the point in time te will be reached.

Um ein Überschreiten der zulässigen Abweichungen zu verhindern,erfolgt das Unterbrechen des Bearbeitungsvorganges unter Berücksichtigung eines Sicherheitsbereiches a t. Die Unterbrechung erfolgt somit gemäß dem Diagramm zum Zeitpunkt ta.In order to prevent the permissible deviations from being exceeded, takes place the interruption of the machining process taking into account a safety area a t. The interruption thus takes place according to the diagram at time ta.

Die Durchführung der Messungen kann manuell erfolgen, indem der Maschinenbediener zu den jeweiligen Zeitpunkten durch Signalisierung zur Messung aufgefordert wird. Folgt er dieser Aufforderung nicht, wird die Maschine vorsichtshaber nach einer Zeittoleranz abgeschaltet.The measurements can be carried out manually by the machine operator is prompted to measure by signaling at the respective times. If he does not follow this request, the machine will be more cautious after one Time tolerance switched off.

Die Messung kann aber auch automatisch erfolgen, indem zu den vorbestimmten Zeitpunkten ein Werkstück automatisch einer Meßstation zugeführt und dort vermessen wird. In beiden Fällen erfolgt die Feststellung des jeweiligen Meßwertes automatisch in einer Meßstation, die ein dem Meßwert entsprechendes Signal erzeugt und einem Uberwachungsgerät zuführt. Das Signal wird durch einen Mikroprozessor weiterverarbeitet.The measurement can also take place automatically by adding to the predetermined Points in time a workpiece is automatically fed to a measuring station and measured there will. In both cases, the respective measured value is determined automatically in a measuring station which generates a signal corresponding to the measured value and a Surveillance device supplies. The signal is processed further by a microprocessor.

Nach den ersten beiden Messungen innerhalb des Prognosebereiches fertigt der Mikroprozessor eine aktuelle Prognose über den individuellen weiteren Verschleißverlauf des jeweiligen Werkzeuges an. Mit jedem weiteren Meßwert wird die Prognose aktualisiert. Aufgrund der fortlaufend verbesserten Prognosen wird auf das Standzeitende geschlossen, welches unter Einhalten eines Sicherheitsbereiches erreicht wird.After the first two measurements within the prognosis range, manufactures the microprocessor provides an up-to-date prognosis about the individual further course of wear of the respective tool. The prognosis is updated with every further measured value. Due to the continuously improved forecasts, the end of the service life is concluded, which is achieved while observing a safety area.

Der wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Überwachung der Standzeitdem Maschinenbediener entzogen und vom jeweils ermittelten Verlauf des Verschleisses abhängig gemacht wird. Aufgrund dieser Tatsache können Geisterschichten ohne Bedienungspersonal durchgeführt werden. Hierbei ist es außerdem möglich5 unter Ausnutzung der längstmöglichen Standzeiten, d.h. bei geringstmöglichen Werkzeugkosten, ohne Beeinträchtigung der Produktqualität zu produzieren. Die Signale des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch dazu verwendet werden5 die jeweiligen Werkzeuge nach Erreichen ihrer Standzeit zu wechseln.The main advantage of the method according to the invention is that that the monitoring of the service life is withdrawn from the machine operator and from each determined course of wear is made dependent. Due to this fact can ghost shifts without operating personnel be performed. Here it is also possible5 using the longest possible service life, i.e. with the lowest possible tool costs, without impairing product quality to produce. The signals of the method according to the invention can also be used for this purpose 5 to change the respective tools after their service life has been reached.

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Claims

Patent requests: 1. Procedure for monitoring the service life of tools for the production of at least one workpiece through at time intervals successive measurement of the workpiece, that is to say n e t that the expected service life of the tool in an initial range, a The forecast area and a monitoring area are subdivided, with the wear in the initial and forecast range with certainty within the permissible tolerances lies in the fact that in the prognosis area there are several characteristics that are characteristic of the development of wear Set the work piece (s), measurements are carried out and the measured values are created at least one wear forecast can be used and that in the monitoring area in accordance with the possibly continuously based on further, in the forecast area measurements carried out improved wear prognosis while maintaining a Safety area in good time before the end of the machining process is interrupted.

2. The method according to claim 1, characterized in that the measurements can be carried out automatically in the forecast area.

3. The method according to claim 1, characterized in that the division the expected service life in the initial, prognosis and monitoring area regular measurement of the work piece (s) due to a microprocessor forecast to be created takes place.

4. The method according to claim i, characterized in that at one Series of tools of the same type, the distribution of the expected service life in the Start, prognosis and monitoring range based on the measured values and the The experience gained from this with the wear of a first tool takes place.

5. The method according to at least one of claims 1 to 4, characterized characterized in that the number and the time of the measurements in the forecast range based on the measured values and the experience gained from them with wear a first tool takes place.