DE1111715B

DE1111715B - Electric sensor control for machine tools with copier devices

Info

Publication number: DE1111715B
Application number: DES52995A
Authority: DE
Inventors: Friedrich Wilhelm Neumann; Dipl-Ing Dr-Ing Joachi Wetzger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1957-03-30
Filing date: 1957-03-30
Publication date: 1961-07-27

Description

Elektrische Fühlersteuerung für Werkzeugmaschinen mit Kopiereinrichtungen Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Fühlersteuerungen für Werkzeugmaschinen mit Kopiereinrichtungen, bei denen durch den Fühler der Kopiereinrichtung in jeder Koordinatenrichtung eine elektrische Steuereinrichtung verstellt wird.Electric sensor control for machine tools with copier devices The invention relates to electrical sensor controls for machine tools with copiers, in which by the sensor of the copier in each Coordinate direction an electrical control device is adjusted.

Es sind für diese Zwecke Fühlereinrichtungen mit Aus-Ein-Kontakten zur Steuerung von Relais- bzw. Schützkreisen bekanntgeworden. Solche Kontaktanordnungen sind aber sehr der Abnutzung oder Verschmutzung unterworfen, durch die Lebensdauer begrenzt sowie eine häufige Wartung bedingt ist, um die betriebssichere Arbeitsweise der Einrichtung zu gewährleisten. Diese Einrichtungen erlauben außerdem keine praktisch stetige Steuerung. Andere bekannte Schaltungen arbeiten mit Induktivitäten in ihrem Steuerkreis, die durch den Fühler verstellt werden. Damit ergibt sich für jeden Steuerkreis eine durch den jeweiligen Wert dieser Induktivität bestimmte Zeitkonstante der Steuerung. Die Zeitkonstante ist aber für die nutzbare Kopiergeschwindigkeit bestimmend. Die Induktivitäten begrenzen daher die wählbare Kopiergeschwindigkeit. Je nach der Größe, auf welche die Induktivitäten durch das Eintauchen ihres Eisenkernes beim Fühlvorgang gesteuert werden, ändert sich auch entsprechend die Zeitkonstante im Steuerkreis. Schließlich hat jede Induktivität eine nichtlineare Charakteristik, was für die Steuerung unerwünschte Wirkungen ergeben kann.For this purpose there are sensor devices with off-on contacts for the control of relay or contactor circuits became known. Such contact arrangements but are very subject to wear and tear or pollution due to the service life limited and frequent maintenance is required to ensure reliable operation the facility. These facilities also do not allow any practical constant control. Other known circuits use inductors in theirs Control circuit that are adjusted by the sensor. This results for everyone Control circuit a time constant determined by the respective value of this inductance the control. The time constant is, however, for the usable copying speed determining. The inductances therefore limit the selectable copying speed. Depending on the size to which the inductances are reached by the immersion of their iron core are controlled during the sensing process, the time constant also changes accordingly in the control circuit. After all, every inductance has a nonlinear characteristic, which can result in undesirable effects for the control.

Diese Mängel der bekannten Anordnungen lassen sich beseitigen, indem erfindungsgemäß das Fühlerorgan mit den einstellbaren Gleitkontakten dreier Potentiometer gekuppelt ist, von denen je eines die elektrischce Steuereinrichtung des Werkzeuges für je eine Koordinate des räumlichen Koordinatensystems beeinflußt.These shortcomings of the known arrangements can be eliminated by according to the invention the sensor element with the adjustable sliding contacts of three potentiometers is coupled, one of which is the electric control device of the tool influenced for one coordinate of the spatial coordinate system.

Zu dieser elektrischen Steuereinrichtung gehört weiterhin mindestens ein Stellmotor oder vorzugsweise je ein Stellmotor für die Verstellung des Supportes des Werkzeuges in einer der drei Koordinatenrichtungen eines vorzugsweise rechtwinkeligen Koordinatensystems an. Bei der Verstellung in der einzelnen Koordinatenrichtung wird durch den Antrieb gleichzeitig eine elektrische Nachlaufsteuerung betätigt, die so lange verstellt wird, bis diejenige Einstellung in dem Antrieb des Werkzeugsupportes erfolgt ist, die durch das Potentiometer gesteuert wird, an welchem durch die Abtastbewegung des Fühlers am Modell gewissermaßen ein Sollwert für die Steuerung übernommen wird. Da der Fühler entsprechend der Form des Modells eine Hin- und Herbewegung ausführt, muß sinngemäß auch eine entsprechende Umsteuerung der Drehrichtung des jeweiligen Verstellmotors für den Support des Werkzeuges erfolgen. Durch den Vergleichswert zwischen dem Spannungswert an dem Sollwertpotentiometer und dem Ist-wert an dem Nachlaufpotentiometer des einzelnen Vorschubantriebes wird dessen Motor vorzugsweise über einen Verstärker gesteuert. Dieser kann ein Magnetverstärker, ein Röhrenverstärker, ein Transistorverstärker oder auch eine Kombination solcher Verstärker sein. Statt der Benutzung je eines Antriebsmotors für die Verstellungsrichtung in jeder der X-, Y- oder Z-Koordinate des Koordinatensystems kann, wie bereits angeführt, auch ein für alle Koordinatenrichtungen gemeinsamer Antriebsmotor benutzt sein, wobei der Antrieb für die Verstellung des Supportes in der einzelnen entsprechenden Richtung des Koordinatensystems durch eine Veränderung der Ankupplung dieses Verstellantriebes des Supportes an den gemeinsamen Antrieb erfolgt. Das läßt sich z. B. dadurch verwirklichen, daß man eine in ihrer übersetzung veränderliche mechanische Kupplung, z. B. nach Art einer Konuskupplung oder einer Scheibenkupplung, benutzt mit einem relativ zu dem treibenden Teil verstellbaren getriebenen Teil oder auch durch magnetische Kupplungen, die bekanntlich erlauben, das mechanische Ankupplungsmaß zu verändern.This electrical control device also includes at least one servomotor or preferably one servomotor each for adjusting the support of the tool in one of the three coordinate directions of a preferably right-angled coordinate system. When adjusting in the individual coordinate directions, the drive simultaneously actuates an electrical follow-up control, which is adjusted until the setting in the drive of the tool support has been made that is controlled by the potentiometer on which the scanning movement of the sensor on the model to a certain extent, a setpoint is taken over for the control. Since the sensor executes a back and forth movement in accordance with the shape of the model, the direction of rotation of the respective adjusting motor for supporting the tool must be reversed accordingly. The comparison value between the voltage value on the setpoint potentiometer and the actual value on the overrun potentiometer of the individual feed drive is used to control its motor, preferably via an amplifier. This can be a magnetic amplifier, a tube amplifier, a transistor amplifier or a combination of such amplifiers. Instead of using a drive motor for the adjustment direction in each of the X, Y or Z coordinates of the coordinate system, a common drive motor for all coordinate directions can also be used, with the drive for the adjustment of the support in the individual corresponding direction of the coordinate system by changing the coupling of this adjustment drive of the support to the common drive. That can be z. B. realize that one in their translation variable mechanical clutch, z. B. in the manner of a cone clutch or a disc clutch, used with a driven part adjustable relative to the driving part or by magnetic clutches which, as is known, allow the mechanical coupling dimension to be changed.

Eine beispielsweise Anordnung für die Anwendung der Erfindung veranschaulichen die Figuren der Zeichnung.Illustrate an example arrangement for practicing the invention the figures of the drawing.

In Fig. 1 ist zunächst schematisch veranschaulicht, wie erfindungsgemäß die Abtastung des Modells erfolgt. Es ist in dieser Figur ein dreiachsiges Koordinatensystem X, Y, Z gezeigt und in diesem eine Raumkurve 1 eingetragen. Auf dieser Raumkurve liegt mit seinem Tastende ein Fühler 2 auf, der über eine Wirkungslinie 3 mit einem T-förmigen oder auch kreuzförmigen Rohrsystem 4 verbunden ist. In diesem T-förmigen Rohrstück ist für die X-, Y- und Z-Richtung je ein Kontakt 5 bzw. 7 verschiebbar, der mit je einem der Potentiometer 8 bzw. 9 bzw.10 zusammenarbeitet, die sinngemäß wie das Koordinatensystem X, Y, Z entsprechend mit ihren Kontaktbahnen, also mit ihren Widerstandsflächen bzw. Widerstandswicklungen, gegeneinander räumlich versetzt sind. Je nach der Verstellung, die der Fühler 2 dem Rohrsystem 4 und damit den Kontakten 5 bis 7 aufzwingt, findet eine entsprechende Veränderung der Einstellung des Kontaktes an jedem der Potentiometer 8 bis 10 statt.In Fig. 1 is initially illustrated schematically how the scanning of the model is carried out according to the invention. A three-axis coordinate system X, Y, Z is shown in this figure and a space curve 1 is entered in this. A sensor 2 rests with its probe end on this spatial curve and is connected to a T-shaped or cross-shaped pipe system 4 via a line of action 3. In this T-shaped pipe piece, a contact 5 or 7 can be shifted for the X, Y and Z directions, which works together with one of the potentiometers 8 or 9 or 10, which in the same way as the coordinate system X, Y , Z are spatially offset from one another with their contact tracks, that is to say with their resistance surfaces or resistance windings. Depending on the adjustment that the sensor 2 forces the pipe system 4 and thus the contacts 5 to 7, a corresponding change in the setting of the contact on each of the potentiometers 8 to 10 takes place.

Fig. 2 zeigt eine beispielsweise Schaltung für den Motorantrieb einer der Achsrichtungen. Es sei angenommen, daß es sich in diesem Falle um die X-Richtung des Koordinatensystems nach Fig.l handelt. Durch den Fühler 2 wird dann in diesem System der Abgriff 6 des Potentiometers 9 gesteuert, welches mit seinem Klemmen 11 und 12 an einer entsprechenden Gleichspannungsquelle liegt. 13 bezeichnet den Anker des Gleichstrommotors für die Verstellung des Werkzeugsupportes. Die Feldwicklung des Motors ist nicht besonders dargestellt. Dieser Motor 13 liegt in einem Zweig einer Wheatstonschen Brücke, deren andere Glieder durch den Widerstand 15 und die Teilwiderstände 16 a und 16 b des Widerstandes 16 gebildet werden. Der Motor 13 ist mechanisch gekuppelt mit einem an dem Potentiometer 17 für die Nachlaufsteuerung verstellbaren Abgriff 17a. Diese Brücke aus den Gliedern 13, 15 und 16 wird gespeist über den Magnetverstärker 18, der über den Transformator 19 mit der Hilfswechselspannung beliefert wird, die an den Klemmen 20 und 21 liegt. Der Magnetverstärker 18 ist mit der Brücke über je ein Paar von Ausgangsleitungen 22 bzw. 23 für die eine und die andere Drehrichtung verbunden. In jedem dieser beiden Leitungspaare ist ein RC-Glied 24 bzw. 25 angeordnet zur Stabilisierung der Kennlinie des vorzugsweise in Selbsttätigungsschaltung arbeitenden Magnetverstärkers 18. Ferner ist je ein Widerstand 26 bzw. 27 vorgesehen für die erwünschte Justierung der Kennlinie des Magnetverstärkers. Diese Widerstände 26 bzw. 27 wirken bei zu starker Belastung durch den Motor 13 gleichzeitig als Begrenzungswiderstände. Die Steuerwicklung 18 a des Magnetverstärkers 18, dessen weitere Schaltung nicht besonders dargestellt ist, wird gespeist von dem Vergleichswert aus den Spannungen an den Potentiometer 9 und 17. Zu bzw. von diesem Vergleichswert addiert bzw. subtrahiert sich der Spannungswert, der am Ausgang der Brücke aus den Gliedern 13, 15 und 16 entsteht. Bei einer plötzlichen Veränderung der Einstellung am Potendometer 9 ergibt sich am Ausgang der Brücke 13, 15, 16 ein zusätzlicher Spannungswert, der zusammen mit dem Vergleichswert der an dem Potentiometer 9 und 17 abgegriffenen Spannungen eine stoßartige Öffnung oder Sperrung des Magnetverstärkers 18 bewirkt. Somit wird der Zeitverzug zwischen der Übernahme des Abtastkommandos und der Nachstellung des Werkzeugsupportes sehr gering gehalten. Je nachdem, welche Einsellung dem Abgriff 6 an dem Potentiometer 9 über das Rohrsystem 4 durch den Fühler 2 aufgezwungen wird, erfolgt eine entsprechende Steuerung des magnetischen Verstärkers 18 über seine Steuerwicklung 18a, so daß eine entsprechende Speisung des Motors 13 für die eine oder andere Drehrichtung erfolgt, und zwar so lange, bis in dem Stromkreis über die Steuerwicklung 18a Gleichgewicht zwischen den Spannungswerten entstanden ist, welche an dem Potentiometer 9 durch den Fühler 2 und an dem Potentiometer 17 durch die von dem Motor 13 angetriebene Nachlaufsteuerung erzielt ist.Fig. 2 shows an example of a circuit for the motor drive in one of the axial directions. It is assumed that in this case it is the X direction of the coordinate system according to FIG. In this system, the sensor 2 controls the tap 6 of the potentiometer 9, which is connected to a corresponding DC voltage source with its terminals 11 and 12. 13 denotes the armature of the DC motor for adjusting the tool support. The field winding of the motor is not particularly shown. This motor 13 is located in a branch of a Wheatstone bridge, the other members of which are formed by the resistor 15 and the partial resistors 16 a and 16 b of the resistor 16. The motor 13 is mechanically coupled to a tap 17a which can be adjusted on the potentiometer 17 for the follow-up control. This bridge made up of members 13, 15 and 16 is fed via the magnetic amplifier 18, which is supplied via the transformer 19 with the auxiliary AC voltage that is applied to the terminals 20 and 21. The magnetic amplifier 18 is connected to the bridge via a pair of output lines 22 and 23 for one and the other direction of rotation. An RC element 24 or 25 is arranged in each of these two line pairs to stabilize the characteristic of the magnetic amplifier 18, which preferably operates in a self-actuating circuit. Furthermore, a resistor 26 or 27 is provided for the desired adjustment of the characteristic of the magnetic amplifier. If the load from the motor 13 is too high, these resistors 26 and 27 act simultaneously as limiting resistors. The control winding 18a of the magnetic amplifier 18, the further circuit of which is not specifically shown, is fed by the comparison value from the voltages to the potentiometers 9 and 17. The voltage value at the output of the bridge is added to or subtracted from this comparison value from the links 13, 15 and 16 arises. In the event of a sudden change in the setting on the potentiometer 9, an additional voltage value results at the output of the bridge 13, 15, 16 which, together with the comparison value of the voltages tapped at the potentiometer 9 and 17, causes an abrupt opening or blocking of the magnetic amplifier 18. In this way, the time delay between the acceptance of the scanning command and the readjustment of the tool support is kept very low. Depending on which setting is forced on the tap 6 on the potentiometer 9 via the pipe system 4 by the sensor 2, a corresponding control of the magnetic amplifier 18 takes place via its control winding 18a, so that a corresponding supply of the motor 13 for one or the other direction of rotation takes place until equilibrium between the voltage values has arisen in the circuit via the control winding 18a, which is achieved at the potentiometer 9 by the sensor 2 and at the potentiometer 17 by the follow-up control driven by the motor 13.

In gleicher Weise, wie an Hand der Fig.2 die Steuerung des entsprechenden Stellmotors für die X-Richtung erläutert worden ist, sind in der Anordnung entsprechende Steuereinrichtungen für die Y- und die Z-Richtung vorgesehen. Es sind in diesem Sinne schematisch in den Fig.3 und 4 für diesen Zweck lediglich die entsprechenden Potentiometer 8 und 10 mit ihren entsprechenden Abgriffen angedeutet. Diese wirken mit entsprechenden Potentiometern 28 und 29 der Nachlaufsteuerungseinrichtungen für diese Koordinatenrichtungen zusammen, welche durch den jeweiligen Vorschubmotor verstellt werden. Wie für die X-Richtung so ist auch für die Y- und Z-Richtung je ein Magnetverstärker vorgesehen.In the same way as on the basis of FIG. 2, the control of the corresponding Servomotor for the X-direction has been explained, are in the arrangement corresponding Control devices for the Y and Z directions are provided. There are in this For this purpose only the corresponding schematically in FIGS. 3 and 4 Potentiometers 8 and 10 indicated with their corresponding taps. These work with corresponding potentiometers 28 and 29 of the follow-up control devices for these coordinate directions together, which are determined by the respective feed motor adjusted. As for the X direction, the same is also true for the Y and Z directions a magnetic amplifier is provided.

In Fig.5 sind für das gesamte System die drei Potentiometer 8 bis 10 dargestellt. Die einzelnen Potentiometer 8 bis 10 werden über je einen der Gleichrichter 30 bis 32 und je eine der Sekundärwicklungen 33 bis 35 des Transformators 36 vom Wechselstromnetz gespeist. Die Nachlaufpotentiometer sind entsprechend der vorausgegangenen Beschreibung wieder mit 17, 28 und 29 bezeichnet. Jedes der Nachlaufpotentiometer ist über die jeweilige Steuerwicklung 18 a bzw. 37 a bzw. 38 a des zugehörigen Magnetverstärkers dem entsprechenden Potentiometer 9 bis 10 entgegengeschaltet. In der Fig. 5 ist von einer besonderen Darstellung der übrigen Teile der Magnetverstärker abgesehen, welche den jeweiligen Motor über die nach Fig. 2 benutzte Brückenschaltung speisen.In Fig. 5, the three potentiometers 8 to 10 are shown for the entire system. The individual potentiometers 8 to 10 are each fed via one of the rectifiers 30 to 32 and one of the secondary windings 33 to 35 of the transformer 36 from the alternating current network. The overrun potentiometers are again designated by 17, 28 and 29 in accordance with the preceding description. Each of the follow-up potentiometers is connected in opposition to the corresponding potentiometer 9 to 10 via the respective control winding 18 a or 37 a or 38 a of the associated magnetic amplifier. In FIG. 5, a special representation of the other parts of the magnetic amplifier is not shown, which feed the respective motor via the bridge circuit used according to FIG.

Diese Brückenschaltung ist benutzt, um zu erreichen, daß sowohl ein schneller Anlauf als auch ein schnelles Stillsetzen für den Werkzeugsupport erreicht werden kann. Sie gewährleistet, daß bereits beim Auftreten geringer Differenzspannungen an den Ausgangsklemmen der Brücke, z. B. zwischen den Werten am Potentiometer 9 und am Potentiometer 17, eine starke Veränderung des Stromes der Steuerwicklung, z. B. 18a des Magnetverstärkers, stattfindet. Damit wird eine starke Aussteuerung des Magnetverstärkers, also z. B. ein plötzliches Abbremsen des Verstellmotors 13, erreicht.This bridge circuit is used to ensure that both a quick start-up and a quick shutdown can be achieved for the tool support. It ensures that even when small differential voltages occur at the output terminals of the bridge, e.g. B. between the values on the potentiometer 9 and on the potentiometer 17, a strong change in the current of the control winding, z. B. 18a of the magnetic amplifier takes place. So that a strong modulation of the magnetic amplifier, so z. B. a sudden braking of the adjusting motor 13 is achieved.

Die Kopiereinrichtung bei einer Fühlersteuerung nach der vorliegenden Erfindung kann nicht bloß an der Werkzeugmaschine selbst, sondern auch in einem besonderen Raum aufgestellt werden, wo sie beispielsweise nicht irgendwelchen Beschädigungen ausgesetzt ist oder einer sonstigen Beeinträchtigung, wie z. B. mechanischen Schwingungen od. dgl. Die Kopjereinrichtung kann auch gegebenenfalls ausgenutzt werden, um von einer Zentrale aus mehrere Werkzeugmaschinen gleichzeitig zu steuern.The copier in a sensor control according to the present invention Invention can not only be applied to the machine tool itself, but also in one special room can be set up, for example, where it does not suffer any damage is exposed to or other impairment, such as B. mechanical vibrations od. The like. The copying device can also be used, if necessary, to of one control center to control several machine tools at the same time.

An Stelle von elektrischen Steuereinrichtungen mit Potentiometer können auch elektrische Geber- und Empfängersysteme, wie z. B. Drehfeldgeber und Drehfeldempfänger, oder elektrische Wellen benutzt werden.Instead of electrical control devices with potentiometers can also electrical transmitter and receiver systems, such as B. Rotary field encoder and rotary field receiver, or electric waves can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical sensor control for machine tools with copiers, in which by the sensor of the copier in each Coordinate direction an electrical control device is adjusted, characterized in that that the sensor element (2, 3, 4) with the adjustable sliding contacts (5, 6, 7) three Potentiometer (8, 9, 10) is coupled, one of which is the electrical control device of the tool for one coordinate of the spatial coordinate system (Fig. 1).

2. Device according to claim 1, characterized in that each potentiometer (5-8, 6-9 or 7-10) as a setpoint generator part of an electrical follow-up control (13, 17 a, 17), which is pressed until between the sensor (6) given command and the acknowledgment value set by the follow-up control (at 17, 28 or 29) equilibrium is reached (Fig. 2 and 5).

3. Set up after claims 1 and 2, characterized in that each of the three potentiometers acts on the associated feed motor (13) via a magnetic amplifier (18), which at the same time readjusts the potentiometer (17).

4. Device according to claim 1 or one of the following claims, characterized in that the control winding (18 a) of the relevant magnetic amplifier (18) on the difference between the voltages at the sensor potentiometer (9) and at the overrun potentiometer (17) (Fig. 2).

5. Device according to claim 3, characterized in that the control winding (18a) of the magnetic amplifier (18), which works in push-pull, is fed via a bridge (15, 13, 16a, 16b) , in one branch of which the armature ( 13) of the servomotor is located (Fig. 2). Considered publications: German Patent Specifications No. 758 322, 918 821g "Industrie-Anzeiger", Essen, 2/1957, pp. 21 to 26.