DD157277A1

DD157277A1 - Tasteinheit fuer automatisch arbeitende werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DD157277A1
Application number: DD22835781A
Authority: DD
Inventors: Johannes Blumenthal; Klaus Dietrich; Stephan Felber; Juergen Schoenitz
Original assignee: Johannes Blumenthal; Klaus Dietrich; Stephan Felber; Juergen Schoenitz
Priority date: 1981-03-17
Filing date: 1981-03-17
Publication date: 1982-10-27
Also published as: DD157277B1

Abstract

Tasteinheit fuer automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen zum Erfassen der Werkstueckposition eines zu bearbeitenden Werkstueckes gegenueber der das Werkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel. Die Tasteinheit ist innerhalb des Programmablaufes selbsttaetig in die Arbeitsspindel einwechselbar und besteht aus einem elektrischen System mit Taster sowie einem Signaluebertragungsteil, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthaelt, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule zur Signalabnahme in Wirkverbindung steht. Ziel ist, den technischen Aufwand fuer die Tasteinheit zu reduzieren, wobei deren Wartungsaufwand und der Platzbedarf fuer die Signalabnahme klein sein soll. Die elektrische Energie fuer die Tasteinheit soll aus dem Bordnetz der Werkzeugmaschine entnommen werden. Dazu wird am Spindelstock eine Lichtquelle und an der Tasteinheit ein lichtelektrischer Wandler angeordnet. Dabei liegt der lichtelektrische Wandler in Wirkrichtung mit der am Spindelstock angeordneten Lichtquelle und ist mit seinem Ausgang als Stromversorgung am elektrischen System in der Tasteinheit angeschlossen.

Description

Titel der Erfindung

Tasteinheii; für automatisch arbeitende Y/erkzeugmaschinen ) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Tasteinheit für automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen zum Erfassen der Werkstückposition eines zu bearbeitenden Werkstückes gegenüber der das Werkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel, wobei die Tasteinheit innerhalb des Programmablaufes selbsttätig in die Arbeitsspindel einwechselbar ist und aus einem elektrischen System mit Taster sowie einem Signalübertragungsteil besteht, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthält, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule zur Signalabnahme in Wirkverbindung steht.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

An automatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen ist das Unterbrechen des. Programmes zum manuellen Messen oder Prüfen der Lage des Werkstückes bzw. Messen nach erfolgter Bearbeitung nicht mehr praktikabel· Es werden deshalb bereits die erforderlichen Meß- und Prüfoperationen in den automatischen Arbeitsablauf einbezogen, so daß durch Vermessen der Lage des Werkstückes oder der Palette eine Korrektur der Bearbeitungskoordinaten bereits vor Beginn der Bearbeitung selbsttätig erfolgen kann. Dadurch ist von vornherein ein optimales

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Arbeitsergebnis gesichert· Pur die hierfür erforderlichen Meß» und Prüfoperationen bedient man sich, der von Meßmaschinen her bekannten Technik* Das zu vermessende Werkstück 'wird entlang einer Maschinenkoordinate verschoben, bis es am !Tastfinger eines in der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine wie ein Bearbeitungswerkzeug gespannten Tasters '_,anstößt_$ der dadurch ein Signal abgibt, welches zur Positionsübernahme aus dem jeweiligen Koordinatenmeßsystem dient« Auf diese Weise können auch mehrere Punkte an Werkstück oder Palette bestimmt und mit den Bearbeitungskoordinaten verrechnet; werden. Der Vergleich zwischen Soll- und Istwer» ten ergibt; die Korrekturwerte,mit denen die Bearbeitung begonnen bzwe fortgesetzt werden muß, um qualitätsgerecht fertigen zu könneno .

Es sind bereits Tasteinheiten zum automatischen Einwechseln in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine bekannt, die ihre Meßergebnisse an die Werkzeugmaschinensteuerung zur Verrechnung übertragen» Zur Übertragung der Meßergebnisse bedient man sich vorzugsweise der bekannten drahtlosen Übertragungstechniken, wie z· B_e induktiv gekoppelten Spulen, Punksender und -empfängern. Während der Aufwand bei der Funkübertragung und insbesondere bei Werkzeugmaschinensteuerungen auch die Anfälligkeit durch Störfelder hoch sind, hat sich die induktive Meßwertübertragung mit vertretbarem Aufwand als sicher und zuverlässig erwiesen.

So ist in dem USA-PS 4 145 816 eine automatisch in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine einwechselbare Tasteinheit beschrieben, in v/elcher ein schaltender Tastkopf benutzt-wird, der axial an einer Zwischenhülse befestigt ist, die mit ihrem freien Ende vom Kegel der Arbeitsspindel aufgenommen und gespannt wird. In der Zwischenhülse befinden sich eine Batterie und elektronische Bauelemente für einen Oszillator. Als Übertragungselemente der Meßwerte von der Tasteinheit zum Steuerungsteil 'der Y/erkzeugmaschine dienen zwei Induktionsspulen, wobei die primäre Spule der Tastein- '

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heit in einem an der Zwischenhülse befestigten Arm aufgenommen wird und die sekundäre Spule gegenüberliegend der primären Spule am Spindelstock der Werkzeugmaschine angeordnet ist·

Beim Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel wird durch einen Schaltkontakt, der.am Arm befestigt ist und auf den ein an der Arbeitsspindel angeordneter Mit- . nehmer stößt, selbsttätig der Oszillator an die Batterie geschaltet und damit in Punktion gesetzt· Kommt der Tastfinger beim; Meßvorgang mit dem Werkstück oder der Palette in Berührung, öffnet ein Schaltkontakt im Tas.ter und der Oszillator wird verstimmt. Diese Signaländerung wird durch die Induktionsspulen an das Steuerungsteil übertragen und zur Positionsbestimmung bzw. -korrektur herangezogen. Nachteilig ist bei dieser Lösung, daß die Energieversorgung für den Taster und die in die Tasteinheit eingebaute Elektronik von einer ebenfalls in der-Tasteinheit eingebauten Batterie erfolgt, welche ständig zu warten ist, um die Punktionsfähigkeit der Tasteinheit zu gewährleisten. Außerdem nimmt die Ringspule am Spindelstock zur Abnahme des Tastersignals relativ viel Platz in Anspruch. Dieser Platz ist bei den meisten Maschinen nicht vorhanden« Andererseits ist die Einspeisung der erforderlichen elektrischen Energie in die Tasteinheit über beim Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel miteinander in Verbindung tretende Kontaktstellen unzuverlässig.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, den konstruktiven Aufwand für die Tasteinheit zu reduzieren und möglichst handelsübliche bzw. standardisierte Bauteile einzusetzen, wobei die Tasteinheit wartungsfrei und der Platzbedarf für die Signalabnahme klein sein soll.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Tasteinheit für automatisch arbeitende; Werkzeugmaschinen zum Erfassen der VTerkstückposition eines zu bearbeitenden Werkstückes gegenüber der das Y/erkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel, wobei die Tasteinheit innerhalb des Programmablauf es selbsttätig in die Arbeitsspindel einwechselbar ist und aus einem elektrischen System-mit Taster sowie einem Signalübertragungsteil besteht, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthält, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule zur Signalabnahme in Wirkverbindung steht, zu schaffen, welche die für ihre. Punktion erforderliche elektrische Energie aus dem Bordnetz der Y/erkzeugmaschine entnehmen soll.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß am Spindelstock eine Lichtquelle und an der Tasteinheit ein lichtelektrischer Wandler angeordnet sind, wobei der lichtelektrische Wandler in Wirkrichtung mit der am Spindelstock angeordneten Lichtquelle liegt und mit seinem Ausgang als

Stromversorgung am elektrischen System bzw« Taster angeschlossen ist«

Unter Verwendung eines Tasters mit Schaltkontakten sind vorzugsweise die Ausgänge des lichtelektrischen Y/andlers über einen Widerstand und die im Ruhezustand geschlossenen Schaltkontakte an einen Kondensator angeschlossen ', an dem die Induktionsspule parallel angeschlossen und die Koppelinduktionsspule mit einer Impulsauswerteschaltung verbunden ist. Eine zweite vorzugsweise Ausführung unter Verwendung eines Tasters mit Schaltko'ntakten sieht vor, daß die Ausgänge des lichtelektrischen Y/andlers über einen Widerstand an einem Kondensator angeschlossen sind, der von den im Ruhezustand geschlossenen in Reihe liegenden Schaltkontakten überbrückt ist und zu welchem die Induktionsspule über einen Entkopplungskondensator parallel geschaltet ist, wobei die Koppelinduktionsspule mit einem Oszillatorkreie verbunden ist.

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In einer bevorzugten Ausführung sind als .Lichtquelle eine Glühlampe und als lichtelektrischer Wandler in Reihe geschaltete Fotoelemente eingesetzt.

Die· Induktionsspule und die. Fotoelemente sind im Signalübertragungsteil nebeneinander angeordnet. Am bzw. im Spindelstock ist ein Gehäuse befestigt, in welchem die Koppelinduktionsspule und die Glühlampe im gleichen Abstand nebeneinander angeordnet sind, wie die Induktionsspule zu den Fotoelementen im Signalübertragungsteil.

Ausführungsbeispiel . ·

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Dabei zeigen:

Fig. 1 Eine Tasteinheit mit Signal- und Energieübertragungsteil und

Fig. 2 Mne Schaltungsanordnung für die Signalgewinnung in der Tästeinheit .

Die Tasteinheit (Fig. 1) besteht im wesentlichen aus einem Grundkörper 1, für den ein standardisierter Werkzeugspanner verwendet wird, und einem Tastkopf 2, der stirnseitig am Grundkörper 1 befestigt ist. Der Grundkörper 1 ist mit seinem freien Ende im Kegel einer Arbeitsspindel 3 aufgenommen, die in einem Spindelstock 4 gelagert ist. In dem Grundkörper 1 ist seitlich ein Arm 5 fest eingesetzt, in welchem ein Halter 6 eingelassen und befestigt ist. Im Halter 6 sind die zur Tasteinheit gehörigen Übertragungselemente aufgenommen, die am Spindelstock 4 angeordneten übertragungselementen gegenüberstehen. Dazu ist im Spindelstock 4 ein Gehäuse 7 eingelassen, welches einen Näherungsinitiator 8 und eine Glühlampe 9 nebeneinanderliegend enthält. Dem Näherungsiniti-"ator steht eine im Halter 6 befestigte Spule 10 gegenüber, während der Glühlampe 9 ebenfalls im Halter 6 angeordnete Fotoelemente 11 gegenüber stehen. .

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Der Halter 6 ist in Längsrichtung im Arm 5 verschieb- und festklemmbar, so daß im gespannten Zustand der Tasteinheit in der Arbeitsspindel 3 die Übertragungselemente Haherungsinitiator / Spule und Glühlampe / Fotoelemente mit einem geringen Luftspalt aneinander zu liegen kommen. Im Arm 5 sind außerdem in einem Baustein 12 die Schaltelemente untergebracht, welche mit den im Ruhezustand geschlossenen Tasterkontakten und der Spule 10 sowie den Fotoelementen 11 in Verbindung stehen.

Die Schaltungsanordnung (Fig. 2) zeigt die am Bordnetz der Werkzeugmaschine angeschlossene Glühlampe 9, deren Licht von den Fotoelementen 11 aufgenommen wird« Die Ausgänge der Fotoelemente 11 sind über einen Widerstand 13 an einem Kondensator 14 angeschlossen. Der Kondensator 14 wird von in Reihe liegenden Tasterkontakten 15 überbrückt. Zum Kondensator 14 ist außerdem parallel die Spule 10 über einen Entkopplungskondensator 16 angeschlossen. Eine zum Näherungsinitiator 8 gehörende Koppelinduktionsspule 17 liegt in einem Oszillatorkreis, der durch einen parallel zur Koppelinduktionssptile 17 geschalteten Kondensator 18 angedeutet ist.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Tasteinheit ist folgende:

Vor oder auch zwischen den einzelnen Bearbeitungsoperationen für die Bearbeitung von Werkstücken auf programmgesteuerten Werkzeugmaschinen ist es erforderlich, die Lage des Werkstückes gegenüber der Arbeitsspindel zu erfassen, um die richtige Ausgangsposition für das Bearbeitungswerkzeug vorgeben zu können. Dazu wird über die an der Werkzeugmaschine vorhandene automatische Werkzeugwechseleinrichtung die Tasteinheit in die Arbeitsspindel eingewechselt und b'ei stillstehender Arbeitsspindel das zu positionierende Werkstück entlang einer Maschinenkoordinate durch den Tisch- oder Supportantrieb verschoben, bis es am Taster der Tasteinheit •anstößt und durch Öffnen mindestens eines seiner Tasterkontakte 15 diese Berührung mit dem Werkstück signalisiert.

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Das Signalisieren besteht darin, daß das in der zugehörigen Koordinate, liegende Meßsystem seinen bei der Signalgabe durch die Tasteinheit anzeigenden Positionswert in einem Speicher eingibt· Dieser Positionswert wird als Istwert mit dem im Programm stehenden Sollwert verglichen und daraus ein Korrekturwert gebildet, mit dem die Bearbeitung begonnen bzw. fortgesetzt werden muß.

Dallas Einwechseln der Werkzeuge und somit auch der Tasteinheit bei lagegerichteter Arbeitsspindel erfolgt, um die Mitnehmer an der Arbeitsspindel mit den Aussparungen im Werkzeugschaft in Übereinstimmung zu bringen, stehen sich nach dem Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel die Übertragungselemente von Tasteinheit und Spindelstock gegenüber. Die Glühlampe 9 liefert ihre Lichtenergie zu den Fotoelementen 11, deren Fotostrom über den Widerstand 13 und die im Ruhezustand geschlossenen in Reihe liegenden Tasterkontakten 15 fließt.

Beim Öffnen eines der Tasterkontakte 15 wird der Kurzschluß der Spule IO aufgehoben und damit die Dämpfung des Oszillatorkreises des Näherungsindikators 8 beseitigt, woraus ein Signal zur Bewegungsrichtungsumkehr abgeleitet wird· Beim darauffolgenden Schließen der Tasterkontakte 15 wird über die dadurch kurzgeschlossene Spule 10 der Oszillatorkreis des Käherungsindikators 8 wieder bedämpft, woraus das Signal zur Positionsübernahme abgeleitet wird·

Die sichere Kontaktgabe ohne zu großen übergangswiderstand in jedem der Tasterkontakte beim Schließen jedes dieser Tasterkontakte wird'durch die beim Schließvorgang zusätzlich zur Verfügung stehende elektrische Energie aus dem Fotostrom erreicht. Diese Energie wird aus den während jeder Öffnungsphase eines der Tasterkontakte 15 auf den Spitzenwert der Fotospannung aufgeladenen Kondensatoren 14; 16 entnommen, die bei jedem Schließvorgang der in Reihe geschalteten Tasterkontakte 15 eine für die sichere Kontaktgabe erforderliche Durchschlagefeldstärke an den sich berührenden Kontaktflächen erzeugt. Der Entkopplungskondensator 16 trennt die

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Spule 10 vom energiezuführenden Gleichstromkreis·

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung die über die Lichtquelle und die Tastelemente übertragene Energie zum Betreiben eines in der Tasteinheit eingebauten Meßsystems zu verwenden·

Eine andere nicht als Schaltbild dargestellte. Schaltungsanordnung bewirkt, daß beim Öffnen eines der Tasterkontakte der durch die Spule 10 fließende Fotostrom plötzlich unterbrochen wird, so daß ein Spannungsimpuls entsteht, der von der Koppelinduktionsspule aufgenommen und in einer Impulsauswerteschaltung ebenfalls das Signal zur Speicherung des augenblicklichen Positionswertes herangezogen wird·

Claims

22 83 57 4 Erfindungsanspruch

1· Tasteinheit für automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen zum Erfassen der Werkstückposition eines zu bearbeitenden Werkstückes gegenüber der das Werkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel, wobei die Tasteinheit innerhalb des Programmablaufes selbsttätig in die Arbeitsspindel einwechselbar ist und aus einem elektrischen System mit Taster sowie einem Signalübertragungsteil besteht, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthält, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule zur Signalabnahme in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet,

daß am Spindelstock (4) eine Lichtquelle und an der Tasteinheit ein lichtelektrischer Wandler angeordnet sind, wobei der lichtelektrische Wandler in Wirkrichtung mit der am Spindelstock (4) angeordneten Lichtquelle liegt und mit seinem Ausgang als Stromversorgung am elektrischen System angeschlossen ist.

2. Tasteinheit nach Punkt 1, unter Verwendung eines Tasters mit Schaltkontakten,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Ausgänge des lichtelektrischen Wandlers über einen Widerstand (13) an einem Kondensator (14) angeschlossen sind, der von den im Ruhezustand geschlossenen in Reihe liegenden Schaltkontakten (15) überbrückt ist und zu welchem die Induktionsspule (10) über einen Entkopplungskondensator (16) parallel geschaltet ist, wobei die Koppelinduktionsspule (17) mit einem Oszillatorkreis verbunden ist. .

3. Tasteinheit nach Punkt 1, unter Verwendung eines Tasters mit Schaltkontakten,

dadurch gekennzeichnet,

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daß die Ausgänge des lichtelektrischen Wandlers über einen Widerstand (13) und die im Ruhezustand geschlos- . senen Schaltkontakte (15) an einem Kondensator (14) angeschlossen sind, an dem die Induktionsspule (IQ parallel angeschlossen ist und wobei die Koppelinduktionsspule (17) mit einer Impulsauswerteschaltung verbunden ist·

4· Tasteinheit nach Punkt 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,

daß als Lichtquelle eine Glühlampe (9) und als lichtelektrischer Wandler in Reihe geschaltete Fotoelemente (11) vorgesehen sind·

5· Tasteinheit nach Punkt 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Induktionsspule (3P) und die Fotoelemente (11) . im Signalübertragungsteil nebeneinander angeordnet sind und am bzw. im Spindelstock (4) ein Gehäuse (7) befestigt ist, in welchem die Koppelinduktionsspule (17) und die Glühlampe (9) in gleichem Abstand nebeneinander angeordnet sind, wie die Induktionsspule (10) zu den Fotoelementen (11) im Signalübertragungsteil·

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