DE69117715T2 - Überwachung des Zustandes eines rotierenden Werkzeuges - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Überwachen des Zustandes eines rotierenden Werkzeuges wie etwa eines Bohrers.
• Die Erfindung ist insbesondere für ein industrielles berührungsloses Erfassungssystem geeignet, um die Anwesenheit eines Objekts an einer Stelle in einem Maschinensystem festzustellen. Besonders geeignet ist sie für ein mit Lasern arbeitendes berührungsloses Erfassungssystem zum Feststellen der Anwesenheit oder Abwesenheit von rotierenden Objekten. Wegen ihrer Fähigkeit, in schwierigen Umgebungsbedingungen zu arbeiten und sich an unterschiedliche Bohrergrößen anzupassen, ist sie besonders zur Erfassung gebrochener Bohrer geeignet, die in der automatischen Fertigung zum Bohren von gedruckten Leiterplatten eingesetzt werden, und um festzustellen, ob die Spitzen dieser Bohrer gebrochen oder beschädigt sind.
• Die Entwicklung der automatischen Fertigung hat der Menschheit viele Vorteile gebracht. Beispielsweise ist die Herstellung der meisten elektronischen Instrumente und Ausstattungen für den Verbraucher und die Industrie weitgehend automatisiert. Die elektronischen Bauteile werden durch Greif- -und Setzmaschinen auf Leiterplatten installiert. Desgleichen werden Löcher für die Schaltelemente auf der Platte, für Befestigungsmittel u.dgl. mit hoher Geschwindigkeit automatisch gebohrt, wobei computergesteuerte Maschinen, die die Platte schnell positionieren, sie in ihrer Stellung halten und die erforderlichen Löcher bohren.
• Probleme treten auf, wenn während der Bohrens ein Bohrer bricht und nicht entdeckt wird. Wenn der Bohrer nicht entdeckt wird, versucht die Bohrmaschine das Bohren der Löcher mit dem gebrochenen Bohrer fortzusetzen. Wenn der Bruch des Bohrers in einem nur kurzen Abstand von der Bohrerspitze erfolgt, bohrt die Bohrmaschine mit dem beschädigten Bohrer weiter, der die Platte zerstören oder im besten Fall sehr schlechte Löcher erzeugen kann. Dies erfordert ein Aussondern der schadhaften Platte. Wenn der Bruch des Bohrers in einem größeren Abstand von der Spitze erfolgt, fehlen auf der erzeugten Leiterplatte die nachfolgenden Löcher, die von dem beschädigten Bohrer gebohrt werden mußten. Eine schadhafte Platte mit einigen fehlenden Löchern könnte bei einem nachfolgenden Prüfvorgang erkannt und die fehlenden Löcher könnten noch gebohrt werden. Eine solche Fehlerbehebung verursacht jedoch eine deutliche Verschlechterung der Produktivität.
• Obwohl berührungslose Erfassungssysteme zu Verfügung stehen, werden bekannte berührungslose Erfassungssysteme meist stark von Umgebungsbedingungen beeinflußt und können nicht auf übliche Weise an dem Bohrsystem angebracht werden. Bisherige berührungslose Erfassungssysteme beruhen auf der LED- oder der Mikrowellentechnik, die beide stark gegen Umgebungsbedingungen anfällig sind. Herkömmliche berührungslose Erfassungssysteme nutzen nicht den Vorteil des ständigen, sich wiederholenden Bewegungsablaufs des Objektes aus, um Fehler, gegenseitige Beeinflussung und die Wirkungen rauh wechselnder Umgebungsbedingungen auszuschalten.
• Vorhandene Detektoren müssen auch sehr nahe an dem Objekt und im rechten Winkel zur Bewegung des Objekts angeordnet werden. Dies ist im allgemeinen eine ungünstige Lage und bewirkt schlechte Betriebsbedingungen für das Erfassungssystem. In einer laufenden Bohrmaschine muß das übliche Lichterfassungssystem in der Flugbahn des von dem Bohrer erzeugten Bohrmehls untergebracht werden, wodurch verstärkt Störungen und Fehler auftreten.
• Bekannte Erfassungssysteme mit Lichtunterbrechung machen es erforderlich, daß sich das Objekt unmittelbar in dem Lichtweg befindet. Bei Bohrsystemen erfordert dies ein Zurückziehen des Bohrers über die Druckplatte hinaus und vollständig in die Druckfußanordnung. Dieses vollständige Zurückziehen nach jedem gebohrten Loch erhöht stark die Effektivität der Bohrmaschine. Ein solches System muß auch kleine Teilsignaländerungen erfassen, insbesondere bei Bohrern mit kleineren Durchmessern.
• Berührungslose Mikrowellen-Erfassungssysteme arbeiten nach dem Prinzip, daß die Anwesenheit eines bewegten Zielkörpers wie etwa eines dünnen Bohrers an einer bestimmten Stelle am oder nahe beim Ende des Wellenleiters einen Wechsel im Verhältnis der stehenden Welle (SWR - standing wave ratio) des übertragenen Signals bewirkt. Dieser Wechsel des SWR kann von einem Empfänger aufgenommen werden, um ein den Zustand des Zielkörpers wiedergebendes Signal zu erzeugen. Die Mikrowellensysteme arbeiten nicht wie ein Doppler-Radar, da nur das Gleichstrom-Ausgangssignal von dem Erfassungssystem verwendet wird. Die Frequenzkomponente des Ausgangssignals wird von dem Komparator nicht verwendet. Die Schaffung eines Mikrowellen-Hohlraumresonators und die Erfassung von in den Hohlraum eindringenden Objekten durch einen Wechsel im Verhältnis der stehenden Welle erfolgt durch nahezu jedes fremde Objekt, das in den Hohlraumresonator eintritt. Das System ist deshalb für eine Beeinflussung durch Bohrmehl anfällig. Die Mikrowellen-Erfassungssysteme werden auch von dem Kupferabrieb beeinflußt, der beim Durchbohren der Kupferschichten in den gedruckten Leiterplatten entsteht und als "drill-wrap" bekannt ist, ferner variieren die Systeme untereinander.
• Das Mikrowellensystem ist für den spezifischen, zu erfassenden Körper empfindlich. Deshalb muß in Bohrsystemen die Erfassungseinrichtung für jeden Bohrerdurchmesser neu eingestellt werden. Das kann in einem Bohrsystem, das über einen automatischen Wechsler mit Bohrern unterschiedlichen Durchmessers bestückt wird, in hohem Maß uneffizient sein.
• Alle Teile in dem Hohlraumresonator oder in dessen Umkreis müssen gleich bleiben. Die den Hohlraum bildenden Komponenten können nicht verlagert werden, ohne Änderungen oder Einstellungen in der Erfassungseinrichtung vorzunehmen. Das Mikrowellenerfassungssystem ist nicht auf einfache Weise von System zu System adaptionsfähig, und Anpassungen oder Änderungen sind in Abhängigkeit von den Objekten erforderlich, die von jedem Host-System in dem Hohlraum und um diesen herum erzeugt werden.
• Das Mikrowellenerfassungssystem erzeugt zwischen dem Anwesenheitszustand und dem Abwesenheitszustand des Objekts kleine Signalveränderungen, die von dem Komparator des Systems analysiert werden. Das Verarbeiten einer kleinen Signalveränderung erhöht wesentlich die Fehlermöglichkeit bei dem Mikrowellensystem.
• Obwohl auch einige Systeme bekanntgeworden sind, bei denen Laser zur Ermittlung verschiedener Parameter von Werkzeugen und Bohrern eingesetzt werden, so sind diese Systeme nicht geeignet, die Anwesenheit oder Abwesenheit von sich drehenden Objekten bei Fertigungsmaschinen wie etwa Bohrmaschinen zu bestimmen. Beispielsweise offenbart das US-Patent 4.507.834 von Chen u.a. den Einsatz von Lasern zum Erfassen der dynamischen Verdrehung eines Bohrers während eines Bohrhubes unter Verwendung einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Es bestand ein Bedarf an einem robusten System, das weitgehend unempfindlich gegen Umgebungseinflüsse und gegen Einflüsse aus angrenzenden Systemen ist, das leicht an den Ort und das zu erfassende Objekt angepaßt werden kann und das schnell und genau arbeitet. Die Erfindung ist auf diesen Bedarf abgestellt und schafft eine Vorrichtung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 13 zum Erfassen des Zustandes eines rotierenden Werkzeuges.
• Ein erfindungsgemäßes berührungsloses Lasererfassungssystem ist ein einheitliches System, welches das von einem bewegten Objekt reflektierte fluktuierende Licht erfaßt. Es ist in besonderer Weise zum Erfassen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Zielkörpers in ständiger sich wiederholender Bewegung an einem Punkt auf seiner sich wiederholenden Bewegungsbahn geeignet. Diese Eignung ist insbesondere beim Erfassen der Anwesenheit oder Abwesenheit eines einzelnen Werkzeuges oder eines Teiles davon in einer automatischen Maschine vorteilhaft, um auf diese Weise eine Möglichkeit zum Erfassen von Brüchen oder anderen Fehlern an solchen Werkzeugen während des automatischen Arbeitsablaufes zu schaffen. Infolge der durch die Erfindung geschaffenen Möglichkeit, ein bewegtes Objekt genau und ständig auch unter ungünstigsten Umgebungsbedingungen zu erfassen, ist der Erfindungsgegenstand für industrielle Anwendungen ideal geeignet.
• Ein bevorzugtes Einsatzgebiet des berührungslosen Erfassungssystems auf Laserbasis ist die Erfassung einer Bohrerspitze in einer automatischen Bohrmaschine. Durch das Projizieren eines Laserstrahles in die Nähe der Bohrerspitze und durch Auffangen des von der konkaven Fläche der Bohrerrille reflektierten Lichtes mit einem Fotodetektor werden starke fluktuierende elektronische Signale erzeugt. Da der Sensor als zugehöriges Teil in dem Druckfuß der Bohrmaschine angebracht werden kann, kann die Anwesenheit der Bohrerspitze nach jedem Bohrhub festgestellt werden. Durch Abstrahlen und Aufnehmen des reflektierten Lichtes in einem schiefen Winkel zur Drehachse des Bohrers wird ein verstärkter Durchsatz der Bohrmaschine und eine größere Unempfindlichkeit gegen Staub und Bohrmehl erzielt.
• Wenn, wie noch im einzelnen erläutert wird, gebrochene Bohrer erfaßt werden sollen, wird das Licht einer Laserdiode in Form eines Lichtstreifens oder eines Lichtpunktes auf einen rotierenden Bohrer projiziert und fokussiert. Das Licht wird dann von den konkaven Rillen des Bohrers reflektiert und wird von einer Empfängerlinse aufgenommen. Das reflektierte Licht wird optisch gefiltert, um Licht mit anderen Wellenlängen als die gewünschte zu eliminieren, und wird dann von einem Fotodetektor erfaßt. Nach dem Umwandeln des erfaßten Lichtsignals in ein elektrisches Signal können aller Gleichstrom und unerwünschte Wechselstromkomponenten elektrisch aus dem elektrischen Signal ausgefiltert werden, und das Signalniveau kann mit einem Spannungsschwellenwert verglichen werden. Jedesmal, wenn der Fotodetektor von dem Bohrer reflektiertes Licht erfaßt, dessen Signalstärke die Schwellenspannung übersteigt und damit die Anwesenheit des Bohrers signalisiert, wechselt ein Sensorausgangssignal an den Bohrmaschinen-Hostcomputer seinen Zustand, um die weiterhin bestehende Anwesenheit eines Bohrers zu signalisieren. Wenn nach einer bestimmten Zeit, die wenigstens eine Bohrerumdrehung umfassen sollte, die Hostmaschine nicht wenigstens ein Signal für die Erfassung des Bohrers empfängt, besteht die Wahrscheinlichkeit, daß die Bohrerspitze oder der Bohrer selbst gebrochen ist. Die Bohrmaschine wird dann abgestellt, so daß der beschädigte Bohrer nicht die Leiterplatte verletzen kann oder die Anlage eine nur teilweise gebohrte Platte herstellt.
• Zusammenfassend kann der Erfindungsgegenstand automatisch eine gebrochene Bohrerspitze erfassen und die ständige Anwesenheit eines rotierenden Bohrers melden sowie feststellen, ob ein Bohrer gebrochen oder nicht vorhanden ist.
• Er kann ferner das von einem Objekt in ständig wiederholender Bewegung reflektierte Licht erfassen, wobei die Anwesenheit des Objekts mit einer Frequenz wechselt, die zu der sich ständig wiederholenden Bewegung in unmittelbarer Beziehung steht. Der Erfindungsgegenstand kann als robustes, berührungsloses Erfassungssystem zum Melden der Anwesenheit und des Zustandes von Bohrern in einer automatischen Bohrmaschine ausgebildet sein. Mit der Erfindung ist es möglich, einen deutlich großen, partiellen Signalwechsel zu erhalten, um die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Bohrers anzuzeigen. Der Bohrerdetektor kann oberhalb der Bohrerspitze angeordnet werden, um schnell die Anwesenheit eines Bohrers bei der zu durchbohrenden Fläche zu erfassen, ohne daß der Bohrer für die Erfassung wesentlich von der Fläche weggezogen werden muß.
• Wegen der Unempfindlichkeit des Systems gegen Umgebungsbedingungen und die Ausbildung von Hostsystemen, durch die Anpassungsfähigkeit an den Ort und das zu erfassende Objekt, zusammen mit der Schnelligkeit und der Genauigkeit, schafft es eine vielfach anwendbare und billige Lösung für zahlreiche Erfassungsanwendungen. Diese und weitere Merkmale, Bestimmungen und Vorteile der Erfindung sind für einen Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, der zugehörigen Zeichnung und den zugehörigen Ansprüchen ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
• Figur 1 ist eine teilweise Vorderansicht einer automatischen Leiterplatten-Bohrmaschine mit einem daran angebrachten erfindungsgemäßen Erfassungssystem auf Laserbasis.
• Figur 1a ist eine vergrößerte Teilansicht einer auf einer automatischen Leiterplatten-Bohrmaschine befindlichen gedruckten Leiterplatte mit einem in die Platte gebohrten Loch.
• Figur 2 ist eine in der Linie 2-2 von Figur 1 geschnittene Seitenansicht des Andruckfußes.
• Figur 3 ist eine schematische Darstellung eines Bohrers und des Lasersensors.
• Figur 3a ist eine schematische Aufsicht der optischen Komponenten des Erfindungsgegenstandes in der Linie 3-3 von Figur 3.
• Figur 4 ist eine schematische Aufsicht der wesentlichen Bauteile des Erfindungsgegenstandes.
• Figur 5 ist ein Schema der den Ausgang der Laserdiode steuernden Sensorelektronik.
• Figur 6 ist ein Schema der Sensorelektronik, die den Ausgang des Fotodetektors verstärkt und ein Strahlerfassungssignal erzeugt, wenn die Anwesenheit eines Bohrers festgestellt worden ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• In den Zeichnungen zeigt Figur 1 eine Bohrmaschine 14 zum Bohren von Löchern 52 in Leiterplatten 44. Das automatische Bohren von Löchern 52 in Leiterplatten 44 erfolgt üblicherweise durch Anbringen der Leiterplatte 44 auf einem von einem Servomotor bewegten Werktisch 16 einer automatischen Leiterplattenbohrmaschine 14, die von einem (nicht dargestellten) Hostcomputer gesteuert wird. Beispiele solcher Maschinen sind die Bohr- und Fertigungssysteme CONCEPT IV der Excellon Automation of Torrance, Kalifornien. Die Leiterplatte 44 wird auf dem Werktisch 26 genau unter eine Spindelanordnung 18 gebracht, die einen Bohrer 42 mit Drehzahlen zwischen etwa 30.000 und 100.000 Upm antreibt. Zum Vermeiden irgendwelcher Schwierigkeiten infolge eines Aufwölbens der Leiterplatte 44 beim Bohrvorgang bringt ein Andruckfuß 34 eine Kraft von etwa 60 Pfund auf die Leiterplatte 44 auf, damit ein guter Kontakt zwischen der Leiterplatte 44 und dem Werktisch 16 aufrechterhalten bleibt. Der Andruckfuß 34 weist ferner ein Absaugsystem zum Entfernen von Staub und Bohrmehl auf, das durch den Bohrer erzeugt wird. Die Spindelanordnung 18 und der Andruckfuß 34 werden abgesenkt, und der Bohrer 42 erzeugt ein Loch 52 in der Leiterplatte 44. Der gesamte Bohrvorgang wird üblicherweise von dem Hostcomnputer koordiniert und läuft mit einer Geschwindigkeit von etwa fünf Löchern 52 pro Sekunde ab.
• Der Rechner steuert Vorgänge wie das Positionieren des Werktisches 16, die Zuführgeschwindigkeit der Platten, die Drehgeschwindigkeit der Spindelanordnung 18, das automatische Wechseln des Bohrers 42 und die Durchmesserprüfung des Bohrers 42. Die Notwendigkeit kleiner Teile, dünne Leiterbahnen und enge Leiterbahnabstände in gedruckten Leiterplatten 44 machen es erforderlich, daß automatische Leiterplatten-Bohrmaschinen zahlreiche Löcher 52 mit hoher Qualität und unterschiedlichen Durchmessern im Bereich von 0,004 bis 0,250 inch bohren können müssen. Nach dem Absenken des Bohrers 42 zum Erzeugen des Loches 52 in der Leiterplatte werden der Bohrer 42 und der Andruckfuß 34 zurückgezogen und die Leiterplatte 44 neu positioniert, damit das nächste Loch 52 gebohrt werden kann.
• Da die automatische Bohrmaschine 14 die erforderlichen Löcher 52 schnell mit einer Geschwindigkeit von fünf pro Sekunde bohrt, ist es für eine Bedienungsperson nicht möglich, die Spitze des dünnen Bohrers 42 visuell zu prüfen, ob sie gebrochen oder beschädigt ist, und zu versuchen, die Maschine anzuhalten. Es sind deshalb automatisierte berührungslose Verfahren mit Mikrowellen und Lichtschranken entwickelt worden, um automatisch zu prüfen und auf gebrochene und beschädigte Bohrer 42 anzusprechen.
• Berührungslose Lichterfassungssysteme arbeiten üblicherweise nach dem Prinzip, daß ein abgestrahltes Licht von dem zu erfassenden Objekt abgedeckt wird, dagegen nicht mit einer Reflektion des Lichtes durch das Objekt. Je kleiner bei einem Lichtunterbrechungssystem der Laserstrahl in Bezug auf den Bohrer ist, umso größer wird der teilweise Wechsel in dem erfaßten Signal. Die Schwierigkeit bei dem mit LED arbeitenden System ist die, daß der fokussierte Strahlendurchmesser bedeutend größer als der kleinste Bohrerdurchmesser ist. Bei kleinen Durchmessern muß ein sehr kleiner anteiliger Wechsel in dem aufgenommenen Licht genau erfaßt werden. In einem Lichtunterbrechungssystem blockiert oder unterbricht ferner jedes andere fremde Objekt den Strahl und führt möglicherweise zu der falschen Auswertung, daß das Objekt vorhanden ist. Unterbrechungssysteme beruhen außerdem auf einem gleichbleibenden Lichtsignal. Detektoren für ein gleichbleibendes Lichtsignal sind anfällig für Schwierigkeiten, die durch Staub, Bohrmehl oder andere Umgebungseinflüsse entstehen. Ein System, welches fluktuierendes Licht aufnimmt, wie es für den Erfindungsgegenstand erläutert wird, vermeidet nahezu sämtliche Einflüsse von Staub, Bohrmehl und Streulicht.
• Berührungslose Mikrowellen-Erfassungssysteme arbeiten nach dem Prinzip, daß die Anwesenheit eines bewegten Zielkörpers, wie etwa eines dünnen Bohrers 42, an einer bestimmten Stelle im oder nahe beim Ende des Mikrowellen-Wellenleiters einen Wechsel in dem Verhältnis der stehenden Welle (SWR) des übertragenen Signals bewirkt. Dieser Wechsel in dem SWR kann von einem Empfänger aufgenommen werden, um ein Signal zu erzeugen, das den Zustand des Zielkörpers wiedergibt. Die Schaffung eines Mikrowellen-Hohlraumresonators und das Erfassen von in den Hohlraum eindringenden Objekten durch einen Wechsel in dem Verhältnis der stehenden Welle wird von nahezu allen Metallteilen bewirkt, die in den Hohlraumresonator eintreten, oder durch Änderungen in der Form des Hohlraums. Das System ist infolgedessen anfällig gegen den Einfluß von Bohrmehl. Die Mikrowellen-Erfassungssysteme sind außerdem anfällig gegen die Kupferspäne, die beim Durchbohren der Kupferschichten in den gedruckten Leiterplatten 44 entstehen, ein als "drill-wrap" bekannter Vorgang, und gegen manche Wechsel von einem System auf ein anderes. Das Mikrowellensystem ist empfindlich in der genauen Erfassung des Zielkörpers und des genauen Bohrerdurchmessers. In Bohrsystemen muß deshalb die Erfassungsanordung auf jeden Durchmesser eines Bohrers 42 neu abgestimmt werden. Dies kann bei einem Bohrsystem 14, welches Bohrer 42 unterschiedlicher Durchmesser mit Hilfe eines automatischen Wechslers einsetzt, sehr uneffizient sein.
• Wie aus den Figuren 1 und 3 sowie den weiteren Zeichnungen ersichtlich, wird erfindungsgemäß ein Lasersensor 12 verwendet, um den Zustand der Spitze an dem Bohrer anzuzeigen. Der Einsatz eines Lasers 60 anstelle einer üblichen Lichtquelle steigert erheblich die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Erfassungssystems. Übliche Lichterfassungssysteme haben kleinere Wechsel in den Signalanteilen zwischen dem Anwesenheitszustand und dem Abwesenheitszustand des Objektes als der Gegenstand der Erfindung. Beim Einsatz einer LED-Lichtquelle als Detektor von Durchmessern des Bohrers 42 im Bereich von 0,004 bis 0,250 inch wird das Licht von den feineren Bohrern 42 nur teilweise abgedeckt. Dieses Verfahren erfordert deshalb die Unterscheidung kleiner Teilsignal- Wechsel zwischen dem Anwesenheits- und dem Abwesenheitszustand des Objekts. Ein Laser 60 kann eine intensivere Energiekonzentration im Bereich der Bohrerspitze entwickeln als eine LED- oder Mikrowellen-Anordnung. Der Einsatz eines Lasers 60 mit einem Strahl, der auf einen bestimmten Punkt des bewegten Objektes wie etwa die Spitze des Bohrers 42 gerichtet ist, welcher bei Anwesenheit eines Bohrers ein Signal an den Detektor zurückreflektiert, nicht jedoch bei Abwesenheit des Bohrers, trägt wesentlich zu einem großen Verhältnis des Signalwechsels zwischen dem Anwesenheits- und dem Abwesenheitszustand des Objektes bei. Umgebungsbedingungen dämpfen das Laserlicht nicht wesentlich und verursachen keine oszillierende Lichtreflektion, die der von dem Bohrer 42 erzeugten gleicht. Ein größerer Anteil des Signalwechsels trägt zur Verbesserung der Genauigkeit und Verminderung möglicher Interferenzen bei. Die erfindungsgemäße Kombination von fokussiertem Laserlicht mit einem fluktuierenden Lichtsignal ermöglicht es, die Energie und die Sensoreinrichtung auf den Bohrer zu konzentrieren. Auch wenn der Lichtweg teilweise eingeschränkt ist, bleibt das Signalverhältnis zwischen dem Anwesenheitszustand und dem Abwesenheitszustand des Objektes größer als bei anderen Detektoranordnungen und ist deutlicher zu erfassen. In Mikrowellen-Detektoranordnungen trägt der Bohrer nur geringfügig zur Bestimmung der Form des Mikrowellenresonanzfeldes bei. Seine Anwesenheit oder Abwesenheit erzeugt deshalb keinen starken Wechsel des Signalanteils, und andere Teile in dem Hohlraum können einen täuschenden ähnlichen Signalwechsel verursachen.
• Im einzelnen ist bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform ein Sensor 12 zur berührungslosen Lasererfassung eines Bohrers 42 dargestellt, der zu einer automatischen Leiterplatten-Bohrmaschine 14 gehört. Die Bohrmaschine 14 besteht im wesentlichen aus einem Werktisch 16, der mehrere zu bohrende Leiterplatten 44 aufnehmen kann, einer Spindelanordnung 18, einem Motor zur vertikalen Bohrereinstellung und einer Verstellschraubenanordnung 24. Ein (nicht dargestelltes) Steuermodul besitzt eine elektronische Schaltung, um den Bohrer 42 präzise dreidimensional gegenüber dem Werktisch auszurichten, und eine Fehlerschaltung, um den Bohrvorgang zu unterbrechen, wenn von dem Sensor ein Fehler erfaßt worden ist. Das Bohrgerät weist ein Bohrgehäuse 28, eine Spindel 30, ein Spannfutter 32, einen Bohrer 42 und eine Plattenpresse 34 auf. Die Plattenpresse 34 enthält eine Andruckplatte 36 sowie Kolben-Zylinder-Anordnungen 38, 40 zur Druckübertragung. Von dem Spannfutter 32 wird ein Bohrer 42 auswechselbar gehalten. Die Kolben-Zylinder-Anordnung 24 zur vertikalen Bohrereinstellung zieht den Bohrer 42 nach dem Bohren eines Loches zurück.
• Der Bohrvorgang beginnt mit dem Einsetzen eines Bohrers 42 bestimmten Durchmessers in das Bohrspannfutter 32. Die Bohrmaschine 14 bohrt dann eine Anzahl von Löchern 52 in die Leiterplatte 44 an verschiedenen Stellen der Platte. Nach Beendigung dieses Vorgangs wird ein anderer Bohrer 42 mit möglicherweise anderem Durchmesser in das Spannfutter eingesetzt und der Vorgang wird wiederholt, bis alle Löcher 52 in der Leiterplatte 44 gebohrt worden sind.
• Schwierigkeiten entstehen, wenn ein Bohrer 42 entweder bricht oder beim Bohrvorgang fehlt.
• In Figur 1a ist eine gedruckte Leiterplatte 44 gezeigt, die sich zwischen der oberen Fläche des Werktisches 16 und der Andruckplatte 36 befindet. Die gedruckte Leiterplatte 44 besteht aus einem elektrisch nichtleitendem Substrat 46 und mehreren leitenden Bahnen 48 innerhalb des Substrates 46 in mehreren leitenden Schichten 48a, 48b, 48c, 48d. Der in Figur 1a dargestellte Bohrer 42 ist aus der Bohrerdurchgangsöffnung 50 der Andruckplatte 36 herausgezogen worden, nachdem bei 52 ein Loch zum Verbinden der leitenden Schichten 48a, 48b und 48c gebohrt worden ist.
• Figur 2 zeigt Einzelheiten des Andruckfußes 34 mit dem Lasererfassungssystem 12. Das Lasererfassungssystem 12 ist so ausgerichtet, daß ein abgestrahlter Laserstrahl in der direkten Sichtlinie mit der Bohrerspitze 42 liegt, wenn der Bohrer 42 den Bohrvorgang abgeschlossen hat und um ein Minimum in den Andruckfuß 34 zurückgezogen worden ist. Durch die Anbringung des Sensors 12 in dem Andruckfuß 34 und die Ausrichtung des Laserstrahls dicht auf die Spitze des Bohrers 42 kann die Anwesenheit der Bohrerspitze nach jedem Bohrhub festgestellt werden.
• Wie in den Figuren 2 und 3 gezeigt, wird bei dem bevorzugten Erfassungssystem die für das Zurückziehen des Bohrers 42 erforderliche Strecke dadurch minimiert, daß der Laserstrahl zur Drehachse hin abwärts geneigt ist und einen Winkel bildet, der etwa 25 Grad über der Normalen zu der Achse beträgt, so daß er einen schiefen Winkel zur Achse des Bohrers 18 bildet. Vorzugsweise beträgt der Winkel über 90 Grad zur Achse bis zu etwa 120 Grad. Eine erhöhte Bohrmaschinenleistung wird dadurch erzielt, daß das Projizieren des Laserstrahls und das Erfassen des reflektierten Lichtes in einem schiefen Winkel zu der Bohrer-Umdrehungsachse erfolgt. Wenn die Bohranordnung 18 wie in Figur la gezeigt zurückgezogen wird, dringen beim Bohren entstandenes Bohrmehl und Kupferspäne in den Hohlraum des Andruckfußes ein. Eine Projektion mit normalem Einfall, wie es bei früheren Anordnungen der Fall war, erschwert die Absaugung, weil die Optik dann in einer direkten Flugkurve des von dem Bohrer 42 erzeugten Bohrmehls läge.
• In der Andruckfußanordnung befinden sich Einstellstifte 80 und 82 zur Ausrichtung des Sensors. An der Oberseite der Andruckfußanordnung 34 befinden sich Halteschrauben 84 und 86, die die Erfassungseinrichtung 12 in ihrer Lage halten. Durch den Andruckfuß 34 hindurch sind Lichtdurchlässe 88 und 90 ausgearbeitet, die die Lichtquelle 60 und den Fotodetektor 70 in eine direkte Sichtverbindung mit dem Bohrer 42 bringen.
• Die Laserdiode 60, Linsen, Filter und die Sensorkopfelektroniken sind in einem mechanischen Aufbau untergebracht, der als Sensorkörper 12 dient. Der Sensorkörper kann ein integriertes Teil des Bohrmaschinen-Andruckfußes 34 sein oder eine in den Andruckfuß 34 eingebaute Bauemheit.
• Figur 3 zeigt schematisch Einzelheiten des Bohrers 42 und des Sensors 12. Wie aus Figur 3 und 3a ersichtlich, nehmen Fokussieroptiken den Ausgang einer Laserdiode 60 auf und projizieren das Licht auf den Bohrer 42. Das Licht der Laserdiode 60 wird durch eine Streifenoptik 64 auf den Bohrer 42 projiziert.
• Die Verwendung eines fokussierten Lasers 60 erlaubt es auch, die Lichtquelle weiter entfernt von dem Objekt vorzusehen und damit eine größere Unempfindlichkeit gegen Umgebungseinflüsse und eine höhere Anpassungsfähigkeit an die Maschinengestaltung zu ermöglichen. Das fokussierte Laserlicht 60 wird von den konkaven Rillenflächen 66 des Bohrers 42 reflektiert. Die Verwendung der konkaven Bohrerrillen 66 erleichtert das Anbringen oder Auswechseln. Die Möglichkeit, den Sensor 12 entfernt von dem bewegten Objekt und entfernt von der Flugbahn des Bohrmehls anzuordnen, macht den Sensor weniger empfindlich gegen Umgebungseinflüsse. Das reflektierte Licht wird dann von einer Aufnahmelinse 74 gesammelt und parallel gerichtet, durch ein optisches Filter 72 gefiltert und von einem Feststoff-Fotodetektor 70 aufgenommen. Das optische Filter 72 verhindert, daß sichtbares Umgebungslicht den Detektor 70 erreicht und ermöglicht es, daß das infrarotnahe Licht der Laserdiode 60 von dem Detektor aufgenommen wird. An den Sensor 12 ist ferner eine Leitung 78 angeschlossen, um verschiedene Signale an den Sensor 12 zu übertragen und von diesem zu empfangen. Eines der von der Leitung übertragenen Signale ist das Strahlerfassungssignal. Beim jedesmaligen Erfassen einer Bohrerrille 66 wird ein elektronisches Signal oder Bit erzeugt. Der Bohrer 42 wird als gebrochen oder fehlend gewertet, wenn das Strahlerfassungssignal seinen Zustand nicht innerhalb eines Zeitabschnittes ändert, der wenigstens eine vollständige Umdrehung des Bohrers 18 umfaßt.
• Um einen weiten Durchmesserbereich der Bohrer 42 erfassen zu können, kann der Sensor 12 einen Lichtstreifen auf den Bohrer 42 projizieren. Damit wird sichergestellt, daß an allen Bohrern 42 wenigstens ein Punkt je Rille 66 vorhanden ist, der Licht zurück an den Fotodetektor 70 reflektiert. Bei der Verwendung eines Lichtstreifens ist auch die optische Ausrichtung weniger kritisch. Zum Erzeugen eines Lichtstreifens kann die Fokussieroptik zylindrische oder torische Elemente aufweisen. Abmessungen der Projektionsstreifen von etwa 0,002 inch Höhe und 0,020 inch Breite dürften geeignet sein. Für einen bestimmten Ausgang der Laserdiode 60 gilt, daß je größer der Streifen ist, umso niedriger ist die optische Energiedichte am Punkt der besten Reflektion des Bohrers 42. Dies führt zu einem verringerten Empfang des optischen Signals an dem Detektor 70. Die optische Energiedichte an einem Punkt in dem Streifen ist niedriger als sie bei einem Lichtpunkt wäre.
• Da das Licht in einem schiefen Winkel zur Drehachse der Bohrspindel 18 reflektiert wird, erhält der Fotodetektor 70 das größte Signal, wenn das Licht von einem Punkt an der konkaven Rille 66 des Bohrers 42 reflektiert wird, der etwas außerhalb der Achse des Bohrers 42 liegt. Der beste Reflektionspunkt ist eine Funktion des Laserstrahlprojektionswinkels, des Schraubengangwinkels des Bohrers 42 und des Durchmessers des Bohrers 42. Für einen bestimmten Schraubengangwinkel des Bohrers 42 und einen bestimmten Laserstrahlprojektionswinkel ist der beste Reflektionspunkt bei einem Bohrer 42 mit großem Durchmesser von der Achse des Bohrers 42 weiter entfernt als bei einem Bohrer 42 mit kleinerem Durchmesser.
• Es wird somit ein stark fluktuierendes Signal erzeugt, wenn der Bohrer 42 rotiert. Der Laserstrahl wird von jeder der beiden Rillenflächen 66 des rotierenden Bohrers 42 zu dem Detektor 70 reflektiert und bildet ein oszillierendes Signal, dessen Frequenz unmittelbar von der Drehzahl des Bohrers 42 abhängig ist. Infolgedessen kann das Vorliegen des oszillierenden Laserlichtsignals mit einer bestimmten Frequenz erfaßt werden. Andere Frequenzen einschließlich Gleichspannung oder Umgebungslicht können optisch und elektronisch ausgefiltert werden, wie noch erläutert wird. Das Fehlen eines solchen Signal bedeute natürlich, daß die Spitze des Bohrers 42 gebrochen oder beschädigt ist.
• Die Laserdiode 60, die Linsen 64, 74, die Linsenfilter 72 und die Sensorkopfelektronik sind in einem mechanischen Aufbau untergebracht, der den Sensorkörper 12 bildet, wie aus Figur 4 ersichtlich. Figur 4 zeigt schematisch die Einzelheiten des Sensorkörpers 12 und seine Stellung gegenüber dem Bohrer 42. Der Sensorkörper 12 nimmt die Optiken einschließlich der Laserdiode auf, ferner die Lichtquellenlinse 76, die Streifenoptik 64, den Fotodetektor 70, das optische Filter 72 und die Empfängerlinse 74. Ferner nimmt der Sensorkörper 12 noch die Elektroniken gemäß Fig. 5 und 6 auf. An den Sensor 12 ist eine Leitung 78 angeschlossen, um unterschiedliche elektrische Signale an den Sensor senden und von diesem empfangen zu können und eine Verbindung zu einem Hostmaschinencomputer zu ermöglichen.
• Wie in Figur 4 gezeigt, projizieren und empfangen die Linsen nicht auf zueinander parallelen Lichtwegen, sondern bilden einen Winkel. Dieser Winkel kann 0 bis 90 Grad betragen, wenn die Linsen in derselben horizontalen Ebene liegen. Die in Figur 4 dargestellte Lichtquellenlinse 76 und die Streifenprojektionslinse 64 können zu einem gemeinsamen torisch geformten optischen Element kombiniert sein.
• Die in Fig. 5 und 6 gezeigten Sensorelektroniken steuern die Energie des Lasers 60, verstärken den Ausgang des Fotodetektors 70 und erzeugen das Strahlerkennungssignal, wenn die Anwesenheit eines Bohrers 42 festgestellt worden ist.
• Die integrierte Schaltung 110 in Fig. 5 steuert den Ausgang der Laserdiode 60. Der Ausgang der Fotodiode 112, die mit der Laserdiode 114 zusammengefaßt ist, dient als Feedback an die integrierte Schaltung 110, um die optische Energie konstant zu halten. Der programmierbare Widerstand 116 regelt die Ausgangsleistung der Laserdiode 114.
• Fig. 6 zeigt die Elektroniken, die das in den Fotodetektor einfallende Licht in ein Signal dafür umwandeln, daß der Bohrer 42 erfaßt worden ist. Ein Transimpedanzverstärker 126 dient zur Erzeugung einer Spannung, die proportional zu der auf die Fotodetektordiode 126 einfallenden Lichtmenge ist. Der Sperrkondensator 130 läßt nur fluktuierende Spannungssignale an den Eingang des Komparators 136 durch. Wenn das Niveau dieser fluktuierenden Spannung über der Schwellenspannung liegt, die von der Spannungsteilerschaltung der Widerstände 132 und 134 geliefert wird, zeigt der Ausgang des Komparators 136 an, daß ein Bohrer erfaßt worden ist. Der Ausgang des Komparators 136 wird dem Bohrmaschinenhostcomputer zugeleitet, so daß dann, wenn der Ausgang des Komparators 136 anzeigt, daß ein Bohrer 42 nicht festgestellt worden ist, ein Korrekturvorgang vorgenommen werden kann.
• In einer Weiterentwicklung kann das Signal abgetastet und in einem Detektor verarbeitet werden, der an die Drehzahl gekoppelt ist. Wenn die Drehgeschwindigkeit des Bohrers 42 bekannt ist, beispielsweise aus einer elektrischen Feedbackeinrichtung an der Spindelanordnung 18 (etwa einem Tachometer), kann ein einstellbares elektronisches Filter einbezogen werden, so daß der Detektor nur auf Signale innerhalb eines schmalen Frequenzbandes mit dem Zentrum bei der Drehgeschwindigkeit des Bohrers 42 achtet. Damit kann die Bandbreite des elektrischen Rauschens verringert und infolgedessen das elektrische Signal/Rausch-Verhältnis verbessert werden.
• Da die Laserquelle 60 eine große Energiemenge auf eine kleine Fläche des Bohrers konzentrieren kann, empfängt der Detektor 70 starke Änderungen der Signalanteile, wenn ein Bohrer bricht. Weil außerdem der Ausgang des Detektors 70 elektronisch gefiltert wird, so daß nur fluktuierende (Wechselstrom-)Signale gewertet werden, wird der Sensor 12 unempfindlich gegenüber Wechseln in der Stärke des Hintergrundlichtes.
• Das erfindungsgemäße Erfassungssystem 12 ist besonders vorteilhaft wegen seiner hohen Unempfindlichkeit gegenüber Fremdenergie, Bohrmehl und Abrieb, die bei den bislang bekannten Systemen häufig störend einwirken. Das berührungslose Lasererfassungssystem 12 ist besonders in Verbindung mit einer automatischen Bohrmaschine 14 vorteilhaft, die mit Drehbohrern 42 mit einem Paar schraubengangförmiger Schneidkanten arbeitet, welche um 180 Grad versetzt sind. In gleicher Weise kann der Erfindungsgegenstand bei unterschiedlichen Bohrern 42 mit konkaven Rillen 66 eingesetzt werden, wie etwa solchen, bei denen die Versetzung der Schneidkante nicht 180 Grad beträgt. Das erfindungsgemäße Erfassungssystem 12 ist einfach herzustellen und kann nachträglich an einer vorhandenen Maschine angebracht oder in den Aufbau einer neuen Maschine einbezogen werden.
• Die Verwendung des Lasersensors 12 bringt deutliche Unterschiede und Verbesserungen. Der Sensor 12 selbst kann gegenüber der Achse des Bohrers 18 an einer entfernten Stelle und in einem schiefen Winkel angeordnet werden. Dagegen kann die von dem Sensor 12 kommende Energie dicht bei der Spitze des Bohrers 42 und an oder in der Nähe der Fläche der zu bohrenden Platte 44 konzentriert werden. Der Bohrer 42 muß deshalb nicht vollständig in den Andruckfuß 34 eingezogen werden, wie es bei Anordnungen mit LED oder Mikrowellen erforderlich ist. Da der Sensor 12 reflektierte Energie von der rotierenden Spitze des Bohrers 42 erfaßt, wird eine große Signalanteilsänderung erzeugt - Signal oder kein Signal - anstelle der kleinen Signalanteilsänderungen, die bei Geräten mit Lichtunterbrechung, LED und Mikrowellen erfaßt werden müssen. Da die erfaßte Rücksignalfrequenz ein ganzzahliges Vielfaches der Umdrehungsgeschwindigkeit von 30.000 bis 100.000 Upm ist, können Staub, Bohrmehl, Umgebungslicht und Laserenergie, die nicht auf den Bohrer 42 aufgetroffen ist, die Erfassung nicht nachteilig beeinflussen, da sie nicht in dem interessierenden Frequenzbereich zurückgeleitet werden. Auf diese Weise kann der Zustand der Spitze des Bohrers 42 zuverlässig nahe der Oberfläche nach jedem Hub und vor dem nächsten Hub des Bohrers 18 beurteilt werden, so daß eine Korrektur erfolgen kann, bevor die zu bohrende Leiterplatte 44 beschädigt wird.
• Aus der Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform ist für den Fachmann ersichtlich, daß zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Zum Beispiel kann der Erfindungsgegenstand in gleicher Weise eingesetzt werden, um Störungen eines Maschinenteils zu erfassen, das sich in einer Ebene auf und ab bewegt, indem ein reflektierter Lichtstrahl aufgenommen und erfaßt wird, der von der Oberfläche des Teils in einer von der Bewegungsfrequenz abhängigen Frequenz reflektiert wird. Beim Erfassen der Bewegung nichtreflektierender Flächen kann auch ein reflektierendes Band eingesetzt werden, und der Laserstrahl kann zum Erfassen der Reflektionen von dem reflektierenden Band fokussiert werden. Alle solchen Abwandlungen und Änderungen sollen im Rahmen der beigefügten Ansprüche liegen.

Claims (18)

1. Vorrichtung zum Überwachen des Zustandes eines in ständiger Drehung um eine Achse (91) befindlichen Drehwerkzeuges (42), mit einer Einrichtung (32) zum Halten der Drehwerkzeuges im Betrieb derart, daß seine Spitze mit einer quer zu der Achse verlaufenden Oberfläche eines Werkstückes in Eingriff kommt, mit einer von dem Werkzeug entfernt liegenden Energiequelle (60) zum Fokussieren eines Strahles auf das Werkzeug, wenn sich dessen Spitze angrenzend an die Werkstückoberfläche befindet, einem Reflektionssensor (70) zum Erfassen der Strahlung des von dem Werkzeug (42) reflektierten Strahles, und einer auf den Reflektionssensor ansprechenden Verarbeitungseinrichtung zum Erzeugen eines den Zustand des Werkzeuges anzeigenden Ausgangs,

dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle (60) und der Reflektionssensor (70) derart angeordnet sind, daß der auf das Werkzeug auftreffende und der von diesem reflektierte Strahl in derselben Ebene liegen, die in einem deutlichen Winkel gegenüber der Normalen zu der Achse (91) geneigt ist,

daß die Energiequelle im Betrieb den Strahl auf das Werkzeug an seiner Spitze oder in dessen Nähe richtet,

und daß die Verarbeitungseinrichtung allein auf den Reflektionssensor (70) und keinen anderen Sensor anspricht, um die Anwesenheit oder Abwesenheit des Werkzeuges an seiner vorgesehenen Arbeitsstellung angrenzend an die Werkstückoberfläche zu bestimmen, indem eine unmittelbar auf die Frequenz der ständigen Drehung bezogene Frequenz erfaßt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Energiequelle (60) eine Laserdiode und eine Sammellinse (64) aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Sammellinse den von der Laserdiode erzeugten Strahl zu einem Lichtstreifen fokussiert, der die Drehachse (91) des Drehwerkzeuges schneidet.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der das Drehwerkzeug von einem Bohrer (42) mit mehreren Rillen (66) gebildet wird, von denen jede eine konkave Fläche aufweist, und bei der der Reflektionssensor (70) so angeordnet ist, daß er die von den konkaven Flächen des Bohrers reflektierte Strahlung erfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der das Drehwerkzeug ein daran angebrachtes reflektierendes Teil aufweist und die Energiequelle (60) Energie auf einen Brennpunkt fokussiert, der das reflektierende Teil an dem Werkzeug schneidet.

6. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, mit einem Schaltkreis, der ein Signal von dem Sensor (70) empfängt und elektronisch die reflektierte Energie bezeichnende Signale filtert, die eine schmale Bandbreite mit einem Zentrum entsprechend der Drehfrequenz des Drehwerkzeuges aufweisen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der der Schaltkreis eine Einrichtung zum Erzeugen eines Strahlerfassungssignals (138) aufweist, welches anzeigt, ob die Anwesenheit des Drehwerkzeugs in dem von der Energiequelle (60) erzeugten Strahl erfaßt worden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei der der Schaltkreis eine Einrichtung aufweist, um die von dem Reflektionssensor (70) erfaßte Strahlung zu vergleichen und zu bestimmen, ob das aufgenommene Energieniveau über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, bei der der Schaltkreis elektronisch die reflektierte Strahlungsenergie bezeichnende Signale filtert, die eine schmale Bandbreite mit einem Zentrum bei einem Vielfachen der Drehfrequenz des Drehwerkzeuges aufweisen.

10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Ebene in einem Winkel von bis zu 30º zur Normalen zu der Achse (91) liegt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Ebene in einem Winkel von 25º oder mehr zur Normalen zu der Achse (91) liegt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Ebene in einem Winkel von 25º bis 30º zur Normalen zu der Achse (91) liegt.

13. Verfahren zum Überwachen des Zustandes eines in ständiger Drehung um eine Achse (91) befindlichen Drehwerkzeuges (42), umfassend ein Halten des Drehwerkzeuges in der Weise, daß seine Spitze mit der Oberfläche eines quer zu der Achse liegenden Werkstückes (44) in Eingriff kommt, und Verwendung einer von dem Werkzeug entfernt liegenden Energiequelle (60) zum Fokussieren eines Strahles auf das Werkzeug, wenn sich dessen Spitze angrenzend an die Werkstückoberfläche befindet, Verwendung eines Reflektionssensors (70) zum Erfassen der Strahlung des von dem Werkzeug (42) reflektierten Strahles, und Verarbeiten eines Ausgangs des Reflektionssensors (70) zum Erzeugen eines den Zustand des Werkzeuges anzeigenden Ausgangs, gekennzeichnet durch Anordnen der Energiequelle (60) und des Reflektionssensors (70) in der Weise, daß der auf das Werkzeug auftreffende und der von diesem reflektierte Strahl in derselben Ebene liegen, die in einem deutlichen Winkel gegenüber der Normalen zu der Achse (91) geneigt ist, durch Ausrichten des Strahls auf das Werkzeug an seiner Spitze oder in deren Nähe, und durch Verarbeiten des Ausgangs des Reflektionssensors ohne Ansprechen eines anderen Sensors, um die Anwesenheit oder Abwesenheit des Werkzeuges an seiner vorgesehenen Arbeitsstellung angrenzend an die Werkstückoberfläche zu bestimmen, indem eine unmittelbar auf die Frequenz der ständigen Drehung bezogene Frequenz erfaßt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Strahl ein Laserstrahl ist.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der Strahl zu einem Lichtstreifen fokussiert wird, der die Drehachse des Drehwerkzeuges schneidet.

16. Verfahren nach Anspruch 13, 14 oder 15, mit elektronischem Filtern von die reflektierte Strahlungsenergie bezeichnenden Signalen, die eine schmale Bandbreite mit einem Zentrum entsprechend der Drehfrequenz des Drehwerkzeuges aufweisen.

17. Verfahren nach Anspruch 16, mit dem Erzeugen eines Strahlerfassungssignals (138), welches anzeigt, ob die Anwesenheit des Drehwerkzeugs in dem von der Energiequelle (60) erzeugten Strahl erfaßt worden ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, bei dem das Strahlerfassungssignal entsprechend dem Ergebnis eines Vergleichs zwischen der erfaßten reflektierten Strahlungsenergie und einem vorbestimmten Energie-Schwellenwert erzeugt wird.