DD157277B1

DD157277B1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR AUTOMATIC TOOL MACHINES FOR DETERMINING THE WORKPIECE POSITION

Info

Publication number: DD157277B1
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: 1987-04-08
Also published as: DD157277A1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fur automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen zum Erfassen der Werkstuckposition eines zu bearbeitenden Werkstuckes über eine Tasteinheit Die Tasteinheit ist innerhalb des Programmablaufes der Werkstuckbearbeitung auf der Werkzeugmaschine selbsttätig in die Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine einwechselbar Die Tasteinheit besteht aus einem Taster mit Schaltkontakten sowie einem Signalubertragungsteil, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthalt, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule in Wirkverbindung steht, wobei außerdem eine Lichtquelle und ein lichtelektrischer Wandler Verwendung findenThe invention relates to a circuit arrangement for automatically operating machine tools for detecting the workpiece position of a workpiece to be machined via a button unit. The button unit is automatically exchangeable within the program sequence of the workpiece machining on the machine tool in the work spindle of the machine tool. The button unit consists of a button with switch contacts and a signal transmission part, which contains an induction coil receiving the signal which is in operative connection with a coupling inductor arranged on the headstock, wherein furthermore a light source and a photoelectric transducer are used

Characteristic of the known technical solutions

An automatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen ist das Unterbrechen des Programmes zum manuellen Messen oder Prüfen der Lage des Werkstuckes bzw Messen nach erfolgter Bearbeitung nicht mehr praktikabel Es werden deshalb bereits die erforderlichen Meß- und Prufoperationen in den automatischen Arbeitsabiauf einbezogen, so daß durch Vermessen der Lage des Werkstuckes oder der Palette eine Korrektur der Bearbeitungskoordinaten bereits vor Beginn der Bearbeitung selbsttätig erfolgen kann Dadurch ist von vornherein ein optimales Arbeitsergebnis gesichert Fur die hierfür erforderlichen Meß- und Prufoperationen bedient man sich der von Meßmaschinen her bekannten Technik Das zu vermessende Werkstuck wird entlang einer Maschinenkoordinate verschoben, bis es am Tastfinger eines in der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine wie ein Bearbeitungswerkzeug gespannten Tasters anstoßt, der dadurch ein Signal abgibt, welches zur Positionsubernahme aus dem jeweiligen Koordinatenmeßsystem dient Auf diese Weise können auch mehrere Punkte an Werkstuck oder Palette bestimmt und mit den Bearbeitungskoordinaten verrechnet werden Der Vergleich zwischen Soll- und Istwerten ergibt die Korrekturwerte, mit denen die Bearbeitung begonnen bzw fortgesetzt werden muß, um qualitätsgerecht fertigen zu können 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 ζ Β induktiv gekoppelten Spulen, Funksender und -empfangern Wahrend der Aufwand bei der Funkübertragung und insbesondere bei Werkzeugmaschinensteuerungen auch die Anfälligkeit durch Storfelder hoch sind, hat sich die induktive Meßwertubertragung mit vertretbarem Aufwand als sicher und zuverlässig erwiesenOn automatically operating machine tools interrupting the program for manual measurement or checking the position of the workpiece or measuring after processing is no longer practicable Therefore, the necessary measuring and testing operations are already included in the automatic Arbeitsabiauf, so that by measuring the position of the workpiece or the pallet, a correction of the machining coordinates can be carried out automatically before the start of processing This ensures an optimal work result from the outset For the necessary measuring and test operations one uses the technique known from measuring machines forth The workpiece to be measured is moved along a machine coordinate, until it abuts the tactile finger of a tensioned in the work spindle of the machine tool like a machining tool button, which thereby emits a signal which serves for Positionsubernahme from the respective Koordinatenmeßsystem On the In this way, several points on the workpiece or pallet can also be determined and offset with the machining coordinates. The comparison between the reference and actual values yields the correction values with which the machining must be started or continued in order to be able to produce in a quality-appropriate manner In the work spindle of a machine tool known to transmit their measurement results to the machine tool control for billing to transmit the measurement results, it is preferable to use the known wireless transmission techniques, such as inductively coupled coils, radio transmitters and receivers While the effort in the radio transmission and machine tool control in particular Even if the susceptibility to stoichiometry is high, the inductive transmission of measured values has proved to be safe and reliable with justifiable effort

So ist in dem USA-PS 4145816 eine automatisch in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine einwechselbare Tasteinheit beschrieben, in welcher ein schaltender Tastkopf benutzt wird, der axial an einer Zwischenhulse befestigt ist, die mit ihrem freien Ende vom Kegel der Arbeitsspindel aufgenommen und gespannt wird In der Zwischenhulse befinden sich eine Batterie und elektronische Bauelemente fur einen Oszillator Als Übertragungselemente der Meßwerte von der Tasteinheit zum Steuerungstell der Werkzeugmaschine dienen zwei Induktionsspulen, wobei die primäre Spule der Tasteinheit in einem an der Zwischenhulse befestigten Arm aufgenommen wird und die sekundäre Spule gegenüberliegend der primären Spule am Spindelstock der Werkzeugmaschine angeordnet istThus, in US-PS 4145816 a automatically replaceable in the work spindle of a machine tool button unit is described, in which a switching probe is used, which is axially fixed to a Zwischenhulse, which is taken with its free end of the cone of the work spindle and tensioned in the Zwischenhulse are a battery and electronic components for an oscillator as transmission elements of the measured values from the sensing unit to the control point of the machine tool serve two induction coils, wherein the primary coil of the sensing unit is received in a fixed to the Zwischenhulse arm and the secondary coil opposite the primary coil on Headstock of the machine tool is arranged

Beim Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel wird durch einen Schaltkontakt, der am Arm befestigt ist und auf den ein an der Arbeitsspindel angeordneter Mitnehmer stoßt, selbsttätig der Oszillator an die Batterie geschaltet und damit in Funktion gesetzt Kommt der Tastfinger beim Meßvorgang mit dem Werkstuck oder der Palette in Berührung, öffnet ein Schaltkontakt im Taster und der Oszillator wird verstimmt Diese Signalanderung wird durch die Induktionsspulen an das Steuerungsteil übertragen und zur Positionsbestimmung bzw -korrektur herangezogenWhen replacing the button unit in the work spindle is automatically switched by a switching contact, which is attached to the arm and on which a arranged on the work spindle driver, the oscillator to the battery and put into function comes the probing finger in the measurement process with the workpiece or the Palette in contact, opens a switching contact in the button and the oscillator is detuned This signal change is transmitted through the induction coil to the control section and used for position determination or correction

Nachteilig ist bei dieser Losung, daß die Energieversorgung fur den Taster und die in die Tasteinheit eingebaute Elektronik von einer ebenfalls in der Tasteinheit eingebauten Batterie erfolgt, welche standig zuwarten ist, um die Funktionsfahigkeit 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 vorhandenThe disadvantage of this solution is that the power supply for the button and built-in the button unit electronics is done by a built-in key unit battery, which is constantly waiting to ensure the functionality of the button unit also takes the toroidal coil on the headstock to decrease the Button signal takes up a relatively large amount of space This space is not available on most machines

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 Em anderer aus der DE-PS 2927525 bekannter Meßkopf sieht eine induktive Meßsignalubertragung vor, ohne daß eine Batteriestromversorgung notwendig ist Hierzu besitzt die meßkopfseitige Auswerteschaltung einen oszillatorgespeisten Schwingkreis und die tasteinrichtungsseitige Schaltung einen über einen Luftspalt reaktiv gekoppelten passiven elektrischen Schwingkreis Die fur eine sichere Kontaktgabe der Tasterkontakte erforderliche elektrische Energie wird dabei über dieOn the other hand, the feeding of the required electrical energy in the button unit on changing the button unit in the work spindle interconnecting contact points unreliable Em other from DE-PS 2927525 known measuring head provides an inductive Meßsignalubertragung ago, without a battery power supply is necessary for this has the an evaluation circuit on the oscillator side, an oscillator-fed oscillation circuit and the adjuster-side circuit, a passive electrical oscillation circuit which is reactively coupled via an air gap. The electrical energy required for a secure contact of the push-button contacts is transmitted via the

Induktionsspulen fur die Meßsignalubertragung mit eingespeist Nachteilig ist die schon bei geringer Luftspaltanderung starke Änderung des induktiven Koppelfaktors, wodurch die zu übertragende elektrische Energie großen Schwankungen unterworfen ist Zur sicheren Kontaktgabe benotigt dieser Meßkopf relativ hohe Spannungen, welche eine zusätzliche Belastung der Tasterkontakte hinsichtlich Verschleiß, Genauigkeitsverlusten und Lebensdauerminderung nach sich ziehenA disadvantage is the strong change in the inductive coupling factor even at low air gap change, whereby the electrical energy to be transmitted is subject to large fluctuations. For reliable contact making, this measuring head requires relatively high voltages, which places an additional burden on the probe contacts in terms of wear, accuracy losses and Lifespan reduction

Object of the invention

Die Erfindung hat zum Ziel, den konstruktiven Aufwand fur die Tasteinheit zu reduzieren und möglichst handelsübliche bzw standardisierte Bauteile einzusetzen, wobei die Tasteinheit wartungsfrei und der Platzbedarf fur die Signalabnahme klein sein sollThe invention aims to reduce the design effort for the button unit and use commercial or standardized components as possible, the button unit maintenance-free and the space required for the signal pickup should be small

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätig in die Arbeitsspindel einer automatischen Werkzeugmaschine einwechselbare Tasteinheit, bestehend aus einem Taster mit Schaltkontakten zum Erfassen der Werkstuckposition eines zu bearbeiteten Werkstuckes gegenüber der das Werkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel zu schaffen, deren Schaltkontakte geringster Strombelastung ausgesetzt werden sollen, wobei die fur die Schaltfunktion erforderliche elektrische Energie konstant bleiben und als Gleichspannung bzw Gleichstrom ohne mechanisch elektrische Kontakte und ohne Batteriestromversorgung im Taster zur Verfugung stehen sollThe invention has for its object to provide a self-interchangeable in the work spindle of an automatic machine tool button unit, consisting of a button with switch contacts for detecting the workpiece position of a workpiece to be machined against the tool-receiving work spindle to be exposed whose switching contacts lowest current load, where the electrical energy required for the switching function remains constant and should be available as direct current or direct current without mechanical electrical contacts and without battery current supply in the push button

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß die Lichtquelle am Spindelstock und der lichtelektrische Wandler an der Tasteinheit angeordnet und derart verschaltet sind, daß der lichtelektrische Wandler mit seinen Ausgangen als Stromversorgung über einen Widerstand an die in Reihe liegenden Schaltkontakte unter Parallelschaltung eines Kondensators angeschlossen ist, und weiter zu den Schaltkontakten die Induktionsspule über einen Koppelkondensalor parallel geschaltet ist, wobei die Koppelinduktionsspule mit einem Oszillatorkreis verbunden istAccording to the invention the object is achieved in that the light source on the headstock and the photoelectric converter are arranged on the button unit and connected such that the photoelectric converter is connected with its outputs as a power supply via a resistor to the series-connected switch contacts with parallel connection of a capacitor, and further to the switching contacts, the induction coil is connected in parallel via a Koppelkondensalor, wherein the coupling inductor is connected to an oscillator circuit

Ausfuhrungsbeispielexemplary

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt Dabei zeigenIn the drawing, an embodiment of the invention is shown showing

Fig 1 Eine Tasteinheit mit Signal-und Energieubertragungsteil undFig. 1 A button unit with signal and power transmission part and

Fig 2 eine Schaltungsanordnung fur die Signalgewinnung in der Tasteinheit2 shows a circuit arrangement for the signal acquisition in the button unit

Die Tasteinheit (Fig 1) besteht im wesentlichen aus einem Grundkorper 1, fur den ein standardisierter Werkzeugspanner verwendet wird, und einem Tastkopf 2, der stirnseitig am Grundkorper 1 befestigt ist Der Grundkorper 1 ist mit seinem freien Ende im Kegel einer Arbeitsspindel 3 aufgenommen, die in einem Spindelstock 4 gelagert ist In dem Grundkorper 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 Spindelstock4 angeordneten Übertragungselementen gegenüberstehen Dazu ist im Spindelstock 4 ein Gehäuse 7 eingelassen, welches einen Naherungsinitiator 8 und eine Glühlampe 9 nebeneinanderlegend enthalt Dem Naherungsinitiator steht eine im Halter 6 befestigte Spule 10 gegenüber, wahrend der Glühlampe 9 ebenfalls im Halter 6 angeordnete Fotoelemente 11 gegenüber stehen 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 Naherungsinitiator (Spule und Glühlampe) Fotoelemente mit einem geringen Luftspalt aneinander zu liegen kommen Im Arm 5 sind außerdem meinem Baustein 12 die Schaltelemente untergebracht, welche mit den im Ruhezustand geschlossenen Tasterkontakten und der Spule 10 sowie den Fotoelementen 11 in Verbindung stehenThe key unit (Fig 1) consists essentially of a base body 1, for which a standardized tool clamp is used, and a probe 2, which is frontally attached to the base body 1. The base body 1 is received with its free end in the cone of a work spindle 3, the is stored in a headstock 4 in the Grundkorper 1, an arm 5 is fixedly inserted laterally, in which a holder 6 is inserted and secured in the holder 6 belonging to the key unit transmission elements are received, which face the Spindelstock4 arranged transmission elements this is in the headstock 4 a Enclosed housing 7, which contains a proximity switch 8 and an incandescent lamp 9 juxtaposed The proximity switch is opposed to a coil 10 fixed in the holder 6, while the bulb 9 also opposite photo elements 11 arranged in the holder 6 The holder 6 is longitudinally displaced in the arm 5 and clamped, so that in In the arm 5 are also my block 12, the switching elements housed, which with the closed at rest button contacts and the coil 10 and the Photo elements 11 are connected

Die Schaltungsanordnung (Fig 2) zeigt die am Bordnetz der Werkzeugmaschine angeschlossene Glühlampe 9 deren Licht von den Fotoelementen 11 aufgenommen wird Die Ausgange 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 Naherungsinitiator 8 gehörende Koppelinduktionsspule 17 liegt in einem Oszillatorkreis, der durch einen parallel zur Koppelinduktionsspule 17 geschalteten Kondensator 18 angedeutet ist Die Wirkungsweise der erfindungsgemaßen Tasteinheit ist folgendeThe circuit arrangement (FIG. 2) shows the incandescent lamp 9 connected to the electrical system of the machine tool whose light is picked up by the photoelements 11. The outputs of the photoelements 11 are connected to a capacitor 14 via a resistor 13. The capacitor 14 is bridged by button contacts 15 connected in series Capacitor 14 is also connected in parallel with the coil 10 via a decoupling capacitor 16 A coupling inductor 17 belonging to the proximity initiator 8 lies in an oscillator circuit which is indicated by a capacitor 18 connected in parallel with the coupling inductor 17. The mode of operation of the inventive sensing unit is as follows

Vor oder auch zwischen den einzelnen Bearbeitungsoperationen fur die Bearbeitung von Werkstucken auf programmgesteuerten Werkzeugmaschinen ist es erforderlich, die Lage des Werkstuckes gegenüber der Arbeitsspindel zu erfassen, um die richtige Ausgangsposition fur das Bearbeitungswerkzeug vorgeben zu können Dazu wird über die an der Werkzeugmaschine vorhandene automatische Werkzeugwechseleinrichtung die Tasteinheit in die Arbeitsspindel eingewechselt und bei stillstehender Arbeitsspindel das zu positionierende Werkstuck entlang einer Maschinenkoordinate durch den Tischoder Supportantrieb verschoben, bis es am Taster der Tasteinheit anstoßt und durch Offnen mindestens eines seiner Tasterkontakte 15 diese Berührung mit dem Werkstuck signalisiert 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 mußBefore or between the individual machining operations for the machining of workpieces on programmable machine tools, it is necessary to detect the position of the work piece relative to the work spindle to specify the correct starting position for the machining tool For this purpose, via the present on the machine tool automatic tool changing device Button unit replaced in the work spindle and the work piece to be positioned along a machine coordinate through the table or support drive moved until it abuts the button of the button unit and by opening at least one of its button contacts 15 this contact with the workpiece signaled The signaling is that the in the associated coordinate measuring system enters its position value indicative of the signal output by the key unit in a memory This position value is used as an actual value with the in Program reference value compared and formed therefrom a correction value, with which the processing must be started or continued

Da das Einwechseln der Werkzeuge und somit auch derTasteinheit 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 fließtSince the replacement of the tools and thus also of the key unit takes place in a position-oriented work spindle in order to bring the drivers on the work spindle into conformity with the recesses in the tool shank, the transfer elements of the key unit and headstock face the light bulb 9 after the key unit has been replaced in the work spindle provides its light energy to the photo-elements 11, the photocurrent of which flows through the resistor 13 and the normally-closed pushbutton contacts 15 which are closed in the quiescent state

Beim Öffnen eines der Tasterkontakte 15 wird der Kurzschluß der Spule 10 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 Näherungsindikators 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 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.When you open one of the button contacts 15, the short circuit of the coil 10 is released and thus eliminates the attenuation of the oscillator circuit of the proximity indicator 8, from which a signal for reversing the direction of movement is derived. During the subsequent closing of the button contacts 15, the oscillator circuit of the proximity indicator 8 is again attenuated via the thereby short-circuited coil 10, from which the signal for position transfer is derived. The safe contact without excessive contact resistance in each of the push-button contacts when closing each of these push-button contacts is achieved by the closing process additionally available electrical energy from the photocurrent. This energy is calculated from the capacitors 14, 14 charged to the peak value of the photo voltage during each opening phase of one of the button contacts 15; 16 removed, which generates a required for secure contact Durchschlagefeldstärke at the touching contact surfaces with each closing operation of the series-connected push button contacts 15. The decoupling capacitor 16 separates the coil 10 from the power supply DC circuit. It is also within the scope of the invention to use the energy transmitted via the light source and the probe elements for operating a measuring system installed in the probe unit.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Induktionsspule 10 parallel zum Kondensator 14 anzuschließen und der Koppelinduktionsspuie 17 eine Impulsauswerteschaltung nachzuschalten. Hierdurch wird bewirkt, daß beim Öffnen eines der Tasterkontakte 15 der durch die Induktionsspule lOfließende Fotostrom plötzlich unterbrochen wird, so daß ein Spannungsabfall entsteht, der von der Koppelinduktionsspule 17 aufgenommen und über die Impulsauswerteschaltung ebenfalls als Signal zur Speicherung des augenblicklichen Positionswertes herangezogen wird.It is also within the scope of the invention to connect the induction coil 10 parallel to the capacitor 14 and the coupling induction coil 17 downstream of a pulse evaluation circuit. This causes that when opening one of the button contacts 15 of the induction coil 10O flowing photocurrent is suddenly interrupted, so that a voltage drop occurs, which is received by the coupling inductor 17 and also used via the pulse evaluation circuit as a signal for storing the instantaneous position value.

Claims

Invention claim.

Circuit arrangement for automatically operating machine tools for detecting the workpiece position of a workpiece to be machined via a button unit, wherein the button unit within the program sequence is automatically interchangeable in the work spindle and consists of a button with switch contacts and a Signalubertragungsteil containing a signal receiving induction coil with a coupled to the headstock coupling inductor for signal pickup is in operative connection, using a light source and a photoelectric converter, characterized in that the light source (9) on the headstock (4) and the photoelectric converter (11) on the button unit (1,2) and are connected such that the photoelectric converter (11) is connected with its outputs as a power supply via a resistor (13) to the series-connected switch contacts (15) with parallel connection of a capacitor (14), and further to d s switching contacts (15) the induction coil (10) via a coupling capacitor (16) is connected in parallel, wherein the coupling inductance coil (17) is connected to an oscillator circuit