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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine
Maschineneinheit für die Bearbeitung von Platten, bei der die
Wirksamkeit mindestens eines Schneidwerkzeuges dieser
Maschineneinheit überprüft wird.
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Es ist bei solchen Maschineneinheiten mit Blechbearbeitungs-
Werkzeugen, die ein Loch oder eine Öffnung in der zu
bearbeitenden Platte anbringen, ob sie nun von Hand oder automatisch
betrieben werden, von entscheidender Wichtigkeit, deren
Wirksamkeit zu überprüfen. Bei einer Blechbearbeitungsmaschine
gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten, dass das
Stanzwerkzeug nicht mehr wirksam ist, das heisst zusammenbricht.
Die erste Möglichkeit ist die, dass das Werkzeug sehr lange
in Betrieb ist und dadurch immer stumpfer wird, bis es zum
Schluss überhaupt nicht mehr schneidet. Die andere
Möglichkeit ist die, dass das Werkzeug Öffnungen mit Spänen
schneidet und nicht mehr wirksam ist, was darauf hinweist, dass es
zerbrochen ist oder dass Teile davon abgebrochen sind,
dadurch ist die vom Werkzeug hergestellte Öffnung von sehr
schlechter Qualität.
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Genauer gesagt, wenn das Werkzeug zerbrochen ist, oder wenn
Teile desselben abgebrochen sind, bleibt es beim Rückziehen
desselben oft an der zu bearbeitenden Platte hängen, so dass
diese nach oben mitgezogen wird. Dadurch kann die Platte
sogar aus den sie haltenden Greifern herausgezogen werden.
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Befindet sich ein Bedienungsmann oder ein Zuschauer in der
Nähe, ist ein solches unerwartetes Losreissen der Platte eine
Gefahrenquelle und kann die Person schwer verletzen.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass der Bedienungsmann
nicht bemerkt, dass das Werkzeug keine Löcher mehr stanzt.
Dadurch gelangt eine nicht ausgestanzte Platte in die
anschliessende Produktionskette. Ohne die erforderlichen
Öffnungen sind die aus der Platte hergestellten Teile natürlich
wertlos. Dadurch entstehen zusätzliche Herstellungskosten.
Insbesondere entstehen Probleme, wenn die
Plattenbearbeitungsmaschine Teil einer automatischen Maschineneinheit
ausmacht, die unbeaufsichtigt arbeitet. Wenn kein Mensch
eingreift, ist die Gefahr viel grösser, dass die Platten keine
und/oder mangelhafte Löcher aufweisen (d.h. Löcher, die nicht
sauber geschnitten sind oder z.B. am Rand anhaftende Splitter
aufweisen). Dadurch entstehen Lieferverzögerungen und
Verdienstausfall.
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Es sind verschiedene Systeme und Verfahren bekannt zum
Feststellen von Fehlern am Werkzeug. Die US-Patentschrift
4,420,685 beschreibt z.B. ein System, bei welchem ein
gebrochenes Werkzeug dadurch festgestellt wird, dass die Menge der
gesammelten, aus dem Werkstück ausgestanzten Teile gemessen
wird. Die US-Patentschrift 4,918,616 beschreibt ein anderes
System, bei welchem ein Signalgenerator in der Nähe des
Werkzeuges angeordnet ist und ein Signal auf das Werkzeug
richtet. Ein akustisches Schallübertragungssystem ist
ebenfalls
in der Nähe des Werkzeuges angebracht, welches ein
künstliches Signal auf das Werkzeug richtet. Das vom Werkzeug
generierte Signal in Antwort auf das künstliche Signal wird
aufgefangen und analysiert und erlaubt daraus einen Schluss
zu ziehen, ob das Werkzeug einen Mangel aufweist.
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Die US-Patentschrift 4,228,514 beschreibt ein Verfahren zum
Feststellen der Abnützung der Spitze eines Bohrers anhand der
Rotationsgeschwindigkeit. Die US-Patentschrift 4,176,396
beschreibt noch ein anderes Verfahren zum Feststellen des
Verschleisses eines Werkzeuges, welches von einem Sensor
Gebrauch macht, der ein Signal abgibt, welches dem
Schneideprofil des Werkzeuges entspricht. Eine Angabe bezüglich des
Schneidprofils des Werkzeuges vor dessen Einsatz wird zuerst
gespeichert. Diese Information wird mit der jetzigen
Profilinformation verglichen und gibt einen Hinweis auf den
Verschleiss des Werkzeuges.
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Ein weiteres Verfahren zum Feststellen des Verschleisses
eines Werkzeuges ist in der US-Patentschrift 3,841,149
beschrieben. Hier wird ein Referenzwert der
Breitband-Vibrationsenergie eines Werkzeuges in neuem Zustand mit der
Vibrationsenergie während des Gebrauchs desselben in Intervallen
verglichen, woraus sich der jeweilige Verschleisszustand
feststellen lässt. Die US-Patentschrift 3,694,637 beschreibt
ebenfalls ein Verfahren zum Ueberwachen des Verschleisses
eines Werkzeuges, wobei eine Fourier-Analyse angewendet wird,
mit der die Vibrationscharakteristik des Werkzeuges in eine
Kraftfrequenz-Verteilung umgesetzt wird, welche mit dem
Referenz-Spektrum eines Prüfwerkzeuges verglichen wird. Die
Analyse der verschiedenen Spektren des '637 Patentes wird von
einem Minicomputer ausgeführt, während die
Vibrations-Charakteristiken des Bohrers der Maschine von einem Akzelerometer
gemessen werden.
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Die US-Patentschrift 4,031,368 beschreibt ein nochmals
anderes Verfahren zum Feststellen des Verschleisses eines
Bearbeitungswerkzeuges. Das Verfahren nach der '368 Patentschrift
verwendet gemessene Werte wie Verschleiss an der Stirnseite,
der Flankenseite und minimum Flankenverschleiss des
Schneidwerkzeuges, sowie den Abmessungen des bearbeiteten
Werkstückes, dessen Vibrationen, dessen Durchbiegung und
dessen Oberflächenrauheit usw., um mittels eines
Ueberwachungsgerätes die voraussichtliche Lebensdauer des Werkzeuges
zu berechnen. In dem Artikel: "Automatic Detection of Cutting
Tool Failure" beschreiben Gee et al. drei mögliche Verfahren
zum Feststellen eines Versagens eines Schneidwerkzeuges. Es
sind dies: Ueberwachen der akustischen Werte, Messen der
Schneidkräfte und der Kraft.
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Gemäss dem Stand der Technik ist es daher meist üblich, das
Versagen eines Bearbeitungswerkzeuges am Werkzeug selber
festzustellen. Daher muss die Bewegung des Werkzeuges
berücksichtigt werden, was oft die konstruktion aufwendiger
Schaltungen bedingt, um die Bewegungen und Vibrationen des
Werkzeuges zu kompensieren. Will man das Bearbeitungswerkzeug
direkt überwachen, muss das Ueberwachungsgerät in der Nähe
des Werkzeugs angebracht werden. Dies ist meist schwierig,
oder oftmals unmöglich. Ist das zu überwachende Werkzeug Teil
einer hydraulischen Stanzmaschine, müssten bei dem oben
genannten Verfahren empfindliche Messgeräte für den
hydraulischen Druck eingesetzt werden.
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Es sind aber Millionen mechanisch betriebene Maschinen in
Betrieb, bei denen keine hydraulischen Drucksensoren
verwendet werden können.
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Es sind auch Verfahren bekannt, um Löcher in bearbeiteten
Platten festzustellen und diese zu beurteilen.
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Die US-Patentschrift 3,902,811 beschreibt ein System, um
mittels eines Koordinatographen die Dimension von Teilen zu
messen. Damit ist es möglich, die Koordinaten von Löchern
sowie deren Durchmesser und deren Rundheit festzustellen. Der
Teil, der gemessen werden soll, wird zwischen eine
Lichtquelle und eine Photokathode gebracht.
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Die US-Patentschrift 4,811,253 und die US-Patentschrift
3,636,362 beschreiben Messverfahren zum Feststellen von
Löchern, wobei die Detektorelemente an beiden Seiten des zu
prüfenden Objektes angeordnet sind.
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Die US-Patentschrift 4,657,396 beschreibt ein Kontrollsystem
mit einem durchsichtigen Tisch, auf den das Werkstück gelegt
wird. Die Detektorelemente sind an beiden Seiten des Tisches
angeordnet.
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Der Erfinder hat festgestellt, dass die sicherste und
genaueste Art, um herauszufinden, ob ein Werkzeug gebrochen
ist, darin besteht, das vom Werkzeug hergestellte Loch oder
die Öffnung zu qualifizieren.
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Mit anderen Worten: der Erfinder geht davon aus, dass drei
Möglichkeiten bestehen, wenn ein Werkzeug versucht, ein Loch
oder eine Öffnung in einer Platte anzubringen, nämlich: (a)
es entsteht kein Loch oder Öffnung; (b) das Loch oder die
Öffnung ist mangelhaft; und (c) das Loch oder die Öffnung ist
perfekt. Ist die Öffnung perfekt, braucht weder die
Bedienungsperson noch das Ueberwachungssystem einzugreifen. Dies
ist allerdings nicht der Fall für (a) oder (b), wenn entweder
ein Loch fehlt oder das Loch mangelhaft ist. Der Erfinder
schliesst daraus, dass man: "durch Anschauen des Loches"
während des Betriebes auf die Wirksamkeit des Werkzeuges
schliessen kann. Ein solches "Anschauen des Loches"-Verfahren
gibt dem System eine große Flexibilität, weil es in Abstand
von der Stelle, wo das Stanzen oder Schneiden stattfindet,
ausgeführt werden kann. Dadurch, dass die Vorrichtung in
Abstand von der Stelle, wo das Stanzen oder Schneiden
stattfindet, angebracht werden kann, ist es möglich,
verschiedenartige Apparate zum Feststellen der Qualität des
Loches zu verwenden, die zuverlässiger und billiger sind als
die bei bisher bekannten Verfahren verwendeten.
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Der Erfinder hat daher eine Anzahl Vorrichtungen und
Verfahren ins Auge gefasst, mit welchen es möglich ist, bei einem
Loch in einer Platte, welches von einem Werkzeug angebracht
worden ist, aus dessen Qualität auf die Wirksamkeit des
Werkzeuges Schlüsse zu ziehen. Beispielsweise kann man ein
photoelektrisches System mit einem Sensor anwenden, welcher die
vom Werkzeug hergestellten Löcher prüft. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, eine Kamera zu verwenden, deren
aufgezeichnetes Bild des Loches mit einem gespeicherten Bild eines
Loches, welches von einem neuen Werkzeug gemacht worden ist,
d.h. eines perfekten Loches, zu vergleichen. Eine weitere
Möglichkeit besteht darin, einen mechanischen Fühler oder
eine Vielzahl von mechanischen Fühlern zu verwenden, welche
das Vorhandensein eines Loches und dessen Qualität messen. Es
besteht auch die Möglichkeit, einen bewegbaren Fühler zu
verwenden, welcher die Koordinaten der Berührungsstellen
aufzeichnet.
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Unabhängig davon, welches Verfahren angewendet wird, um die
Löcher zu überprüfen, welche ein Werkzeug in einer Platte
angebracht hat, findet die Überprüfung zwar nahe bei, aber
nicht in Kontakt mit dem Werkzeug, und gleichzeitig mit der
Verschiebung der Platte auf dem Arbeitstisch und während des
Herstellungsverfahrens statt. Diese gleichzeitige Herstellung
und Überprüfung verringert oder eliminiert jeglichen
Zeitverlust.
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Ein Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen,
welche die Wirksamkeit des Bearbeitungswerkzeuges überwacht,
ohne dass dabei die Bewegung, die Vibration, die Biegung usw.
des Werkzeuges berücksichtigt werden braucht.
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Die oben genannten Ziele und Vorteile der Erfindung werden an
Hand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen
und Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen:
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Figur 1 zeigt die Seitenansicht der Bearbeitungsstation
einer Blechbearbeitungsmaschine, auf welche die
Erfindung angewendet werden kann;
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Figur 2 dieselbe Bearbeitungsstation in Ansicht von oben;
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Figur 3 ein vereinfachtes Blockschema, welches die
erfindungsgemässe Wirkungsweise eines Beispielsystems
erläutert;
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Figur 4 eine Ansicht eines Revolverkopfes von oben, in
welcher die Relativlage der Detektormechanismen
ersichtlich ist;
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Figur 5 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform
des erfindungsgemässen Mechanismus;
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Figur 6A eine Ansicht von oben einer zweiten
Ausführungsform der Kontrollvorrichtung nach der Erfindung;
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Figur 6B eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 6A;
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Figur 7A eine weitere erfindungsgemässe
Kontrollvorrichtung in Ansicht von oben;
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Figur 7B eine Seitenansicht der Vorrichtung nach Figur 7A;
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Figur 7C einen Ausschnitt der magnetisch leitenden
Schichten der Vorrichtung nach Figur 7B;
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Figur 8 ein Blockschema eines anderen erfindungsgemässen
Systems;
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Figur 9 ein Flußdiagramm der aufeinanderfolgenden
Operationen gemäss der Erfindung.
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Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Maschineneinheit für die
automatische Blechbearbeitung, in Seitenansicht (Fig. 1) und in
Ansicht von oben (Fig. 2), bei welcher das erfindungsgemässe
System Anwendung finden kann. Es ist zwar eine
Maschineneinheit dargestellt, das erfindungsgemässe System ist aber
genausogut anwendbar bei einfachen Maschinen wie Stanzen,
Laserschneidmaschinen oder Plasma-Schneidmaschinen. Die
dargestellte Maschineneinheit arbeitet mit einem Revolverkopf
mit Stanzwerkzeugen oder Laserschneide-Werkzeugen, könnte
aber auch mit Plasma-Schneidwerkzeugen bestückt sein. Die
dargestellte Maschineneinheit 2 umfasst einen unteren Rahmen
4, auf dem ein oberer Rahmen 6 aufgesetzt ist. Der
Arbeitstisch ist mit 8 angedeutet, auf dem eine zu
bearbeitende Platte 10 liegt. Die dargestellte Maschineneinheit hat
einen mit dem Rahmen 4 verbundenen ersten Schlitten 12, der
in Richtung der Pfeile Y verschiebbar ist. Auf dem Schlitten
12 ist ein zweiter Schlitten 14 angebracht, der bezüglich des
ersten Schlittens 12 in Richtung der Pfeile X verschiebbar
ist. Am zweiten Schlitten 14 sind zwei Greifer 16 angebracht.
Wie aus der US-Patentschrift 4,658,682 bekannt, hat jeder
Greifer 16 zwei Backen 18, welche die zu bearbeitende Platte
10 greifen.
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Am oberen Rahmen 6 ist ein Revolverkopf 20 drehbar
angeordnet, an welchem eine Anzahl Werkzeuge wegnehmbar befestigt
sind. In Fig. 1 und 2 sind die Werkzeuge 22 und 24
dargestellt. Bekanntlich ist der Revolverkopf 20 um seine
Zentralachse (CT in Fig. 4) drehbar, so dass jedes der nahe dem
Umfang angebrachten Werkzeuge unter einen Stössel an der
Stelle 26 gebracht werden kann und ein Loch oder eine Öffnung
in die zu bearbeitende Platte 10 stanzen kann. Wie aus Fig. 2
ersichtlich, ist der erste Schlitten 12 in Richtung der Y
Achse und der zweite Schlitten 14 in Richtung der Y Achse
verschiebbar, so dass die zu bearbeitende Platte 10 durch
eine Kombination der Bewegung beider Schlitten überallhin auf
dem Arbeitstisch verschoben werden kann. Ein bestimmter Teil
der Platte kann daher an die Stelle 26 unter das
Stanzwerkzeug 24 gebracht werden, so dass der Stössel das Werkzeug 24
trifft und dieses ein Loch aus der Platte 10 stanzt.
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Maschineneinheiten für die Blechbearbeitung, wie in Figur 2
dargestellt, werden bekanntlich durch einen Computer 28
numerisch gesteuert (CNC), der mittels einem Kabelkanal 30 mit
der Maschineneinheit 2 verbunden ist.
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Statt mittels einer Stanze ein Loch in die Platte 10 zu
stanzen, kann auch ein Laser-Schneidwerkzeug (oder ein
Plasma-Schneidwerkzeug) ein Loch oder eine Öffnung in der
Platte 10 schneiden. Ein solcher Schneidkopf ist mit 32
angedeutet. Die Verschiebebahn für den Schneidkopf 32 ist mit
34 bezeichnet. Während der Laser-Generator nicht dargestellt
ist. Da ein solcher Laser-Schneidkopf beispielsweise aus der
US-Patentschrift Re 31,042 bekannt geworden und darin
beschrieben ist, dürfte eine weitere Erörterung desselben
überflüssig sein. Bemerkt sei lediglich, dass der Laser-
Schneidkopf 32 durch eine Kombination von Laserenergie und
einem sauerstoffhaltigen Fluid seine Schneidwirkung ausübt.
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Wie bereits oben bemerkt, braucht ein Laser-Schneidkopf nicht
unbedingt mit einer Presse mit Revolverkopf zusammengebaut zu
sein und kann als selbständige Maschine ausgebildet sein. Die
vorliegende Erfindung ist in ihrer Anwendung weder auf ein
Laser-Schneidgerät, noch auf ein Revolverkopf-Stanzgerät oder
auf ein Plasma-Schneidgerät beschränkt, sondern ist bei
jeglicher Maschine anwendbar, welche eine Platte mit einer
Öffnung versehen kann. Bei der in Figur 2 dargestellten
Maschineneinheit können die Löcher in der Platte 10 sowohl
mit der Revolverkopfstanze als auch mit dem Laser-Schneidkopf
angebracht sein.
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Figur 3 zeigt in vereinfachter Form eine Seitenansicht einer
zu bearbeitenden Platte auf einem Arbeitstisch in Kombination
mit einem Blockschema. Die Platte und der Arbeitstisch
entsprechen denjenigen nach den Figuren 1 und 2 und weisen
dieselben Bezugszahlen auf.
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Ein an sich bekannter Sensor 36 befindet sich unterhalb einer
Öffnung 38 des Arbeitstisches 8. Das Werkstück 10,
insbesondere dessen Teil mit dem darin angebrachten Loch 40 befindet
sich über dem Sensor 36. Der Sensor 36 kann ein normaler
Sensor sein.
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Bei dem in Figur 3 dargestellten System sind
elektromagnetische Wellen aussendende Mittel, wie eine Lichtquelle 42, nahe
der Öffnung 38 angebracht, welche diese beleuchten und die
Empfindlichkeit des Sensors erhöhen. Es gibt viele Wege, wie
Sensor 36 die Öffnung 40 in der Platte 10 feststellen kann.
Eine Möglichkeit besteht darin, dass der Sensor die
Lichtmenge, welche die Öffnung 40 durchsetzt, als Bild aufnimmt.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Sensor das
Echo der von der Umgebung rund um die Öffnung 40
reflektierten Wellen der Quelle 42 als Bild aufnimmt. Diese Bilder
werden dem Recorder 44 zugeleitet, welcher diese an einen
Komparator 46 weiterleitet, welcher diese mit im Memory 48
gespeicherten Daten, die beispielsweise ein Bild eines
gewünschten oder optimalen Loches darstellen, vergleicht.
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Das Resultat des Vergleiches zwischen dem aufgenommenen Bild
und dem gespeicherten Bild wird dem Korrelator 50 zugeführt,
welcher die Wirksamkeit des Werkzeuges, welches das Loch 40
in der Platte 10 gemacht hat, feststellt. Die Betätigung des
Korrelators 50 sowie des Recorders 44 und des Komparators 46
wird vom Prozessor 52 gesteuert, welcher im Fall der
Maschineneinheit nach Figur 1 und 2 der CNC 28 ist. Für das
geschilderte Verfahren, bei welchem das Loch 40 vom Sensor 36
erkannt wird und danach mit im Memory 48 gespeicherten Daten
verglichen wird, sei auf die US-Patentschrift 5,020,114
verwiesen, wo ein zweidimensionales Bild aus einer Bildeinheit
dadurch erzielt wird, dass ein Hintergrundbild, welches im
Memory gespeichert ist, davon abgezogen wird.
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Anstatt nur ein Bild der Öffnung 40 direkt mit gespeicherten
Daten zu vergleichen, kann eine zweite Quelle 54 in der Nähe
der Öffnung 38 im Arbeitstisch 8 angebracht sein. Diese
zusätzliche Quelle 54 sendet elektromagnetische Wellen von
anderer Frequenz aus als die Quelle 42. Da die Frequenzen der
elektromagnetischen Wellen von den Lichtquellen 42 und 54
verschieden sind, werden bei Verwendung eines geeigneten
konventionellen Sensors 36 die unterschiedlichen
elektromagnetischen Wellen voneinander subtrahiert. Da die
unterschiedlichen elektromagnetischen Wellen in unterschiedlichen
Winkeln ausgestrahlt werden, wird eine genaue Messung des Loches
40 erzielt. Das Verfahren, zwei unterschiedliche
elektromagnetische Wellen zu kombinieren, um damit ein genaues Bild zu
erzielen, ist aus der US-Patentschrift 3,636,362 bekannt. Die
mathematische Erklärung für eine Korrelation von
elektromagnetischen Wellen, das heisst, von Licht, mit der Fläche
eines Loches, gibt die US-Patentschrift 3,806,252. Das
Verfahren könnte man natürlich im Korrelator 50 anwenden, um das
gemessene Bild mit einem gespeicherten Bild zu vergleichen,
um damit die Wirksamkeit eines Werkzeuges festzustellen.
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Beim System nach Figur 3 könnte man das vom Sensor 36
empfangene Bild durch Verwendung eines Referenz-Sensors 56
verbessern. Der Zweck des Referenz-Sensors ist der, dass er das
Licht aus der Umgebung kompensiert, welches sonst das
aufgenommene Bild beeinflusst. Ein von Loch 40 aufgenommenes Bild
könnte zum Beispiel von Umgebungslicht beeinflusst sein.
Durch Kompensation des Umgebungslichtes mittels Subtraktion
desselben vom Referenz-Licht, das vom Referenz-Sensor 56
erfasst wird, entsteht ein verbessertes Bild des Loches 40.
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Die Figuren 4 und 5 zeigen eine Ausführungsform des Sensors
36. Figur 4 zeigt die Anordnung des Fühlers bezüglich des
Revolverkopfes 20 der Maschineneinheit 2 für
Blechbearbeitung. Am Umfangsbereich des Revolverkopfes sind eine Anzahl
Werkzeugstationen T1 bis T20 angebracht, die je mindestens
ein Werkzeug zur Bildung eines Loches in der zu bearbeitenden
Platte 10 enthalten. Die Drehachse des Revolverkopfes 20 ist
mit CT und die Mittellinie des Revolverkopfes ist mit CL
angedeutet.
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Wie bereits oben erwähnt, muss ein bestimmter Teil der zu
bearbeitenden Platte an die Stelle 26 unter dem Revolverkopf
20 gebracht werden. Der Revolverkopf wird dazu gedreht, bis
das Werkzeug für das entsprechende Loch sich über der Stelle
26 befindet. Jetzt kommt der Stössel 26 (Fig. 1) herunter und
stösst das Werkzeug gegen die Platte, um ein Loch in diese zu
stanzen. Der Deutlichkeit halber ist in Figur 4 die zu
bearbeitende Platte nicht dargestellt. Der Sensor 36
beziehungsweise der wirkliche Detektor 58 befindet sich um
die Distanz 60 entlang der Y-Achse verschoben neben der
Stelle 26, wo das Loch gestanzt wird und um die Distanz 62
auf der X-Achse von der Mittellinie CL des Revolverkopfes 20
entfernt. Die Position des Sensors 36 bezüglich des
Revolverkopfes 20 ist auch aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich. Wie
aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich, ist der untere Teil des
Sensors 36 auf dem unteren Rahmenteil 4 mittels Schrauben 64
befestigt. Auf der Basis 66 befindet sich ein Gehäuse, in
dessen hohlem oberen Ende der Detektor 58 untergebracht ist,
welcher von der Telemecanique Company aus Westminster,
Maryland, hergestellt ist. Das Gehäuse 68 ist durch Schrauben
65 mit der Basis 66 verbunden. Nicht dargestellt ist die
Verdrahtung für den Detektor 58, welche durch die Öffnung 70
im Gehäuse 68 hindurchgeführt ist. Um den Detektor 58 vor
Schmutz, Abfall und Stanzausschnitten zu schützen, ist am
oberen Ende des Gehäuses 68 eine Schutzkappe 72
aufgeschraubt. Die Schutzkappe 72 hat eine Öffnung 74, durch
welche der Detektor 58 das Licht aufnimmt, welches durch die
Öffnung 40 in der Platte dringt. Zur Sicherung, dass die
Öffnung 74 nicht durch Schmutz oder Splitter aus der Platte
blockiert wird, ist ein Luftkanal 76 angebracht, der vom
Gehäuseende 68T zu einem im mittleren Teil des Gehäuses 68
angebrachten Anschluß 78 führt. Durch eine nicht dargestellte
Luftleitung kann Luft durch den Anschluß 78 in den Luftkanal
76 geblasen werden, welche jeglichen Schmutz oder Abfälle
durch die Öffnung 74 hinausbläst.
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Der Detektor 58 ist mittels einer Schraubenmutter 80 im
Gehäuse 68 gehalten. Durch Verdrehen der Mutter 80 lässt sich
daher der Abstand des Detektors 58 vom Loch 40 in der Platte
10 vergrössern oder verkleinern. Da die Schutzkappe 72
ebenfalls aufgeschraubt ist, lässt sie sich der Einstellung des
Detektors 58 anpassen. Die Größe des Detektors 58 und der
Öffnung 74 ist natürlich von der Größe des herzustellenden
Loches 40 in der Platte 10 abhängig. Weist das Loch 40
beispielsweise einen Durchmesser von 10 mm auf, müssen der
Detektor 58 und die Öffnung 74 so gross sein, dass sie die
volle Öffnung des Loches 40 von 10 mm erfassen können.
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Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass der Sensor 36 gegen das
Stanzloch 26 um die Abstände X und Y versetzt ist, so dass
der Stanzabfall nicht darauf fallen kann. Da der Sensor 36 im
wesentlichen von der Stanzoperation isoliert ist und weder
mit der Platte 10 noch mit dem Arbeitstisch 8 verbunden ist,
wird er nicht durch irgendwelche Vibration oder Durchbiegung
des Arbeitstisches 8 oder der Platte 10 beeinflusst. Da der
Sensor 36 nicht weit von der Stanzstelle 26 entfernt ist,
braucht die Platte bei einer Maschineneinheit für die
automatische Blechbearbeitung wie in Figur 2 dargestellt nur von
der Stelle 26 zur Öffnung 74 über die mit 60 und 62
angegebenen Distanzen verschoben zu werden, um kontrolliert zu
werden.
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Beim System nach der Erfindung kann die Platte 10
dementsprechend von der Maschine weiter bearbeitet werden,
während ein vorher vom Werkzeug gemachtes Loch vom Detektor
58 gerüft wird. Wie bereits erwähnt, wird die Qualität des
Loches direkt vom Detektor 58 festgestellt.
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Ein dem Sensor 36 entsprechendes mechanisches Gerät ist in
den Figuren 6A und 6B dargestellt, welches eine Anzahl von
konzentrisch angeordneten, zunehmend kleineren länglichen
Elementen 84-88 enthält, die eine zentrale Prüfsonde 82
umschließen. Die Elemente befinden sich in einem Gehäuse 90,
welches mittels nicht dargestellter Schrauben am Rahmen 4
befestigt ist. Die länglichen Elemente sind voneinander
isoliert, entweder durch einen Zwischenraum oder durch
Isoliermaterial, wie mit 92 angedeutet. Die Elemente sind
jeweils mit einem Basisteil 92 verbunden, welcher mittels
eines Antriebsmechanismus 94 im Gehäuse 90 verschiebbar ist.
Im Basisteil 92 ist ein Sensormechanismus 95 eingebaut (der
auch anderswo angebracht sein könnte), welcher beispielsweise
einen Potentiometer 95a umfasst, der die Aktivierung der
verschiedenen Elemente 82-88 anzeigt. Verschiedene Abschnitte
des Potentiometers 95a sind über Leitungen 96a-96d und
Schalter 97 mit den Elementen 82-88 verbunden. Anstatt eines
Potentiometers können auch bekannte Positions-Anzeigeschalter
Anwendung finden. Vom Sensormechanismus 95 führt eine Leitung
98 zu einem Definitions-Rekorder 100. Der Definitions-
Rekorder könnte der Rekorder 44 aus Figur 3 sein. Die
Wirkungsweise des Sensor-Mechanismus nach Fig. 6A und 6B wird
nachfolgend beschrieben. Nachdem in der Platte 10 ein Loch
gemacht worden ist durch Stanzen oder durch ein Laser- oder
Plasmaschneidgerät, wird es von Hand oder von den Greifern
der Maschineneinheit so bewegt, dass das Loch sich über dem
Mechanismus nach den Fig. 6A und 6B befindet. Befindet sich
das Loch in der richtigen Lage wie in Fig. 6B dargestellt,
wird der Motor 94 eingeschaltet, der nun die länglichen
Elemente 82-88 nach oben zur Platte 10 hin schiebt. Ist kein
Loch vorhanden, stösst das obere Ende 82T des Elementes 82 an
die Platte 10 an. Ist dagegen ein Loch vorhanden, wie z.B.
das Loch 40 in Fig. 6B, so dringt das Ende 82T des Elementes
82 durch das Loch hindurch bis über die Fläche der Platte 10
hinaus. Dies ist durch unterbrochene Linien des oberen Endes
82T angedeutet. Unter der Annahme, dass das Loch 40 nur wenig
größer ist als der Durchmesser des Elementes 82, bedeutet
dies, dass das obere Ende des Elementes 84 die Platte 10
unten berührt. Da der Arbeitstisch geerdet ist und die Platte
10 damit in Berührung steht und angenommen, dass das Element
84 aus leitendem Material besteht, gelangt ein Signal durch
die Leitung 96B zum Sensormechanismus 95, ob dies nun ein
Potentiometer ist, der auf eine Änderung des Widerstandes
anspricht oder ein Sensorschalter, welcher schaltet.
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So angeregt, wird ein Signal vom Sensormechanismus 95 dem
Definitions-Rekorder 100 zugeleitet, das anzeigt, dass das
Loch 40 in der Platte 10 größer ist als das Element 82 aber
kleiner als der Durchmesser des konzentrischen Elementes 84.
Der Definitions-Rekorder hat nun also eine Definition des
Loches 40. Die Definition mittels des Mechanismus nach Fig.
6B hängt natürlich von der Anzahl der Elemente ab, d.h. je
größer die Anzahl der Elemente ist, um so feiner ist die
Definition. Die erhaltene Definition kann jetzt mit
gespeicherten Daten von optimalen Löchern verglichen werden,
wie in Fig. 3 dargestellt, um durch Vergleich die Wirksamkeit
des Werkzeuges festzustellen. Genauer gesagt, wenn das Loch
40 von einem teilweise zerbrochenen Werkzeug gemacht wurde,
dessen Durchmesser im Originalzustand dem Durchmesser des
Elementes 84 entsprach, ist das Loch nicht frei von Splittern
und nicht mehr rund, so folgt daraus, dass das Element 84
blockiert wird und nicht mehr durch die Platte 10
hindurchgeschoben werden kann. Das dem Rekorder 100 zugeführte Signal
würde somit anzeigen, dass in der Platte 10 ein Loch
angebracht wäre, das den Durchmesser des Elementes 82
aufweist. Aus den gespeicherten Daten geht aber hervor, dass
das Werkzeug ein Loch entsprechend dem Durchmesser des
Elementes 84 machen sollte, wenn das Werkzeug in Ordnung ist.
Das CNC stellt daher fest, dass mit dem Werkzeug etwas nicht
in Ordnung ist. Dasselbe Vergleichsverfahren ist natürlich
für jegliches Werkzeug anwendbar, ob dies nun ein
Revolverkopf-Stanzwerkzeug, ein Laser-Schneidwerkzeug oder ein
Plasma-Schneidwerkzeug ist, sofern die Dimensionen eines
optimal vom Werkzeug hergestellten Loches im Datenspeicher 48
gespeichert sind.
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Die Figuren 7A und 7B zeigen nochmals einen anderen
Sensormechanismus. Dieser Mechanismus enthält eine Vielzahl von
länglichen Elementen, die erheblich kleiner sind als
diejenigen nach Fig. 6B. Sie verlaufen parallel zueinander und sind
in einem Gehäuse 102 untergebracht, welches wie das Gehäuse
90 in Fig. 6B auf einem Teil des Rahmens 4 befestigt ist. Die
Vielzahl von Elementen 104 sind in Scheiben 106 und 108
geführt. Diese sind in Figur 7B im Querschnitt als die
Elemente 104a bis 104l dargestellt. Die Scheibe 108 umfasst
zwei verdrahtete Schichten 108a und 108b. Figur 7A zeigt die
Scheiben 106 und 108 in Ansicht von oben, woraus ersichtlich
ist, dass jede Scheibe eine Anzahl Bohrungen entsprechend den
Elementen 104 aufweist. Mit anderen Worten: jedes Element 104
durchsetzt eine Bohrung der Scheibe 106 und eine darauf
ausgerichtete Bohrung in der Scheibe 108 und somit auch deren
Schichten 108a und 108b.
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Jedes Element 104 ist an seinem unteren Ende mit einem
magnetischen Materialstück 110 von gewisser Polarität versehen.
Das Gehäuse 1023 besitzt eingeschlossen in seinem unterem
Teil 102b ein magnetisierbares Material. Das eingeschlossene
Stück 112 kann durch die Energiequelle 114 in einen Magneten
umgewandelt werden, welcher die entgegengesetzte Polarität
aufweist wie die Materialstücke 110. Wird das Stück 112
erregt, so dass es die entgegengesetzte Polarität bekommt wie
die Magnetstücke 110, werden diese in Richtung der Platte 10
gedrängt. Die abstossende Kraft ist gross genug, um, falls
ein Loch 40 in der Platte 10 vorhanden ist, zu bewirken, dass
die Magnetstücke 110 halbwegs durch die Schichten 108a und
108b der Scheibe dringen wie bei 110a für die Elemente 104e
bis 104i angedeutet ist, wobei die oberen Enden durch die
Platte 10 hindurchragen, wie durch die unterbrochenen Linien
angedeutet ist. Die Dimension des Loches bewirkt, dass nur
die Elemente 104e bis 104i durch dasselbe hindurchdringen,
während die restlichen Elemente unten an die Platte 10
anstossen. Demzufolge kommen die Magnetstücke 110 dieser
Elemente nicht in die Nähe der Schichten 108a und 108b. Wie aus
Figur 7C ersichtlich ist, steht jede Bohrung mit zwei Drähten
(z.B. 108a1 und 108b1 für das Element 104k) in Verbindung,
diese liegen übereinander und verlaufen senkrecht zueinander.
Diese Drähte sind in unterschiedlicher Richtung erregt. Nur
wenn zwei Drähte gleichzeitig erregt werden, das heißt, wenn
das Magnetfeld in die Nähe dieser Drähte kommt, findet eine
Unterbrechung statt, nämlich dann, wenn ein Element 104 die
Bohrung in den Schichten 108a und 108b durchsetzt.
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Da die Elemente 104 einen kleinen Durchmesser haben, lässt
sich die Qualität des Loches 40 gut bestimmen, wie
beispielsweise durch die Elemente 104e bis 104i im Querschnitt nach
Fig. 7B. Der so gemessene Qualitätswert wird an den
Definitions-Rekorder 100 durch die Signale aus den Schichten
108a und 108b weitergeleitet. Nicht klar ersichtlich ist,
dass die Drähte in der Schicht 108a senkrecht zur
Papieroberfläche verlaufen, während die Drähte in der Schicht 108b in
Richtung der Pfeile 116 verlaufen. Befinden sich die
Magnetstücke 110 halbwegs zwischen den Schichten 108a und 108b,
wird nur dort in der Scheibe 108 ein Impuls erzeugt, wo die
Drähte einander senkrecht kreuzen. Dieser wird dann dem
Definitions-Rekorder 100 zugeleitet.
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Der Mechanismus nach den Fig. 7A bis 7C erlaubt daher, die
Qualität jeglichen Loches, welches mittels eines Werkzeuges
in der Platte 10 gemacht worden ist, genau zu definieren. Die
Übereinstimmung der Qualität des angebrachten Loches und
somit die Wirksamkeit des Werkzeuges, welches das Loch
gemacht hat, lässt sich wie oben erwähnt feststellen.
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Ein weiteres Verfahren zum Feststellen der Qualität eines
Loches besteht darin, einen beweglichen Fühler zu verwenden,
der verschiedene Stellen der Oeffnung abtastet und die so
festgestellten Koordinaten aufzeichnet. Dieses Verfahren mit
abgetasteten Koordinaten zur Feststellung der Form eines
Loches ist aus der bereits erwähnten US-Patentschrift
5,016,199 bekannt.
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Nochmals ein anderes System zur Feststellung der Qualität
eines von einem Werkzeug gemachten Loches durch Vergleich
desselben mit gespeicherten Daten, um damit die Wirksamkeit
des Werkzeuges festzustellen, bzw. festzustellen, ob Teile
vom Werkzeug abgebrochen oder das ganze Werkzeug gebrochen
ist, ist in Fig. 8 dargestellt.
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Das System nach Fig. 8 umfasst wie das System nach Fig. 3
eine Lichtquelle 42, welche Licht auf einen bestimmten Teil
der Platte 10 aussendet. Bei dem System nach Fig. 8 wird kein
Sensor 36 wie bei Fig. 3 sondern ein optischer Bildsensor in
Form einer Kamera oder eines Bildabtasters, wie die CCD 120
Vorrichtung (charged coupled device), verwendet. Wie bisher
wird damit ein Bild eines Teiles der Platte 10, in der sich
das Loch 40 befinden sollte, gemacht. Wenn das aufgenommene
Bild zeigt, dass an dieser Stelle kein Loch vorhanden ist,
lässt sich daraus schliessen, dass das Bearbeitungswerkzeug
gebrochen ist. Im Fall eines Stanzwerkzeuges ist es klar,
dass dieses Werkzeug kein Loch stanzen kann. Im Fall, dass
das Werkzeug ein Laser-Schneidgerät oder ein Plasma-
Schneidgerät ist, weist die Tatsache, dass kein Loch
vorhanden ist, darauf hin, dass etwas nicht in Ordnung ist
mit dem Laserstrahl oder dem Plasma. Wird ein solcher Fall
festgestellt, wird die Maschineneinheit gestoppt - ob dies
nun eine Maschine mit Revolverkopf-Stanzen, Laser- oder
Plasma-Schneidgerät ist - und wenigstens visuell geprüft, ob
tatsächlich ein Werkzeug abgebrochen ist und ersetzt werden
muß. Falls das aufgenommene Bild zeigt, dass ein Loch
vorhanden ist, wird das aufgenommene Bild mit dem
gespeicherten Idealbild verglichen und die Wirksamkeit oder
Kondition des Bearbeitungswerkzeuges festgestellt, wie schon
zu Fig. 3 erläutert.
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Das von der Kamera aufgenommene Bild wird digitalisiert und
dem Rekorder 44 auf bekannte Art, wie beispielsweise in den
US-Patentschriften 4,920,273, 4,612,666, 4.463,600 und
4,648,053 beschrieben, zugeführt.
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Nachdem verschiedene Systeme und Detektormechanismen
beschrieben worden sind, werden nachfolgend an Hand des
Flussdiagrammes nach Fig. 9 die aufeinanderfolgenden
Arbeitsschritte erläutert.
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Angefangen beim Kreis 130 wird auf eine nachfolgend zu
bearbeitende Platte gewartet. Ist die Platte bearbeitet worden,
wird sie verschoben, so dass der bestimmte Teil, worin das
Loch angebracht worden ist, von der Stanzstation 26 zum
Sensor gelangt, wie in Block 132 angedeutet. Jetzt wird mit
einem der vorgehend beschriebenen Mechanismen der bestimmte
Teil der Platte 10 geprüft, wie in Block 134 angedeutet. Ob
ein Loch vorhanden ist oder nicht, wird im Block 136
festgestellt. Ist ein Loch vorhanden, wird im Block 138 gemäss
einem der genannten, bekannten Verfahren dessen Qualität
festgestellt. Nachfolgend wird im Block 140 das Loch mit
gespeicherten Daten eines optimal geformten Loches
verglichen. Das Vergleichsresultat des Loches oder der vom
Bearbeitungswerkzeug gemachten Öffnung zeigt die Wirksamkeit des
Werkzeuges an, das heisst, es wird angezeigt, ob das Werkzeug
wirksam ist oder teilweise oder ganz zerbrochen ist. Dies
findet im Block 142 statt. Eine Beurteilung, ob die
Wirksamkeit des Bearbeitungswerkzeuges noch akzeptabel ist, findet
im Block 144 statt. Ist dies der Fall, kehrt das System zum
Kreis 130 zurück, wo auf die nachfolgend zu bearbeitende
Platte gewartet wird. Statt jede einzelne Platte zu prüfen,
kann das System so programmiert werden, dass nur ein Paar
erste Platten eines Stapels geprüft werden.
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Wird im Block 144 festgestellt, dass das Werkzeug nicht mehr
wirksam ist, stoppt die Kontrollvorrichtung des Systems die
Maschine und/oder das diesbezügliche Werkzeug, wie im Block
148 angedeutet. Auf gleiche Weise, wenn im Block 136 vom
Sensor kein Loch festgestellt wird, nimmt das System an, dass
das Werkzeug ganz oder teilweise zerbrochen ist, oder dass
eine andere Ursache besteht, die bewirkt, dass das Werkzeug
nicht wirksam ist. Dies wird im Block 146 festgestellt. Unter
dieser Voraussetzung stoppt Block 146 die Maschine und/oder
das Bearbeitungswerkzeug über Block 148.
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Stoppt die Maschine und/oder das betreffende
Bearbeitungswerkzeug, wird das Werkzeug in Block 150 inspiziert. Im
Entscheidungsblock 152 wird festgestellt, ob das Werkzeug
gebrochen ist oder ersetzt werden muss. Ist ein Ersatz
erforderlich, findet dies im Block 154 statt. Nachdem das
gebrochene Werkzeug ersetzt ist, führt der Kontroller wieder
zum Kreis 130 zurück und wartet auf die nachfolgende Platte.
Wird festgestellt, dass das Werkzeug nicht ersetzt zu werden
braucht, sucht das System im Block 156 nach anderen Ursachen.
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Die Erfindung läßt viele Variationen und Detailänderungen zu.
Die beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen sind
nicht als Einschränkungen aufzufassen. Die Erfindung wird
lediglich durch die Ansprüche eingeschränkt.