DE1552554B2

DE1552554B2 - Elektrische Kopiersteuerungsvorrichtung, insbesondere für Kopierfräsmaschinen

Info

Publication number: DE1552554B2
Application number: DE19661552554
Authority: DE
Inventors: Hartmann 8520 Erlangen Mueller-Hillebrand
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1966-01-28
Filing date: 1966-01-28
Publication date: 1975-02-27
Also published as: CH452319A; DE1552554A1; DE1552554C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Kopiersteuerungsvorrichtung, insbesondere für Kopierfräsmaschinen, mit einem eine Schablone mechanisch abtastenden Fühler, der zwei senkrecht zueinander arbeitende Spulensysteme als Fühlsysteme aufweist, deren Ausgangsspannungen als Steuersignale jeweils den Vorschubantrieben in den einzelnen Maschinenachsen zuführbar sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der deutschen Patentschrift 708 292 bekannt. Aus den Ausgangsspannungen des Fühlers muß einmal die Richtung der Abtastung und zum anderen die relative Stellung des Fühlers zur Schablone bestimmt werden.

Bei der bekannten Einrichtung sind die Spulen der einzelnen Meßsystemc jeweils als Teil einer Brücke geschaltet, so daß je nach der Auslenkung des Fühlers über entsprechende Relais in den Brückenzweigen beide Vorschubmotoren laufen oder nur einer der Vorschubmotoren läuft und somit eine Bewegung des Fühlers und damit des Werkzeuges relativ zum Werkstück bewirkt wird. Laufen beide Vorschubmotoren, so ist die resultierende Geschwindigkeit um den Faktor V2~größer, als wenn nur ein Vorschubmotor allein läuft. Dies führt zu Störungen im Fräsbild. Ferner ist bei dieser bekannten Anordnung noch nachteiligt, daß die Fühlerauslenkung zumindest innerhalb des Bereiches der Ansprechschwelle der Brückenrelais schwankt, so daß sich unter Umständen mangelnde Konturtreue ergibt. Dieser Konturfehler ist infolge des Schleifens des Fühlfingers an der Schablone systembedingt, da die Ansprechempfindlichkeit der Brückenrelais nicht beliebig hoch getrieben werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine

ίο Vorrichtung der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sich eine hohe Konturtreue des bearbeiteten Werkstücks bei gleichzeitig konstanter, von der Verfahrrichtung unabhängiger Vorschubgeschwindigkeit ergibt.

¹S Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zusätzlich eine Summieranordnung zur Bildung der Vektorsumme der beiden Fühlerausgangsspannungen vorgesehen ist und daß die Abweichung der Vektorsumme von einem vorgegebenen festen 'Wert in zu den Maschinenachsen parallele Komponenten zerlegbar ist, die ihrerseits als Korrekturgrößen zu den Steuersignalen der einzelnen Vorschubantriebe in Verstärkern addierbar sind.

Die hierdurch zur Steuerung der einzelnen Vorschubantriebe im Sinne einer konstanten Gesamtvorschubgeschwindigkeit gebildeten Signale ergeben eine hohe Konturgenauigkeit, da stets die Bedingung der konstanten Fühlerauslenkung - unabhängig von der Verfahrrichtung — eingehalten wird.

Besonders einfach läßt sich die Vektorsumme dadurch bilden, daß in Ausgestaltung der Erfindung die Fühlerausgangsspannungen jeweils über eine Quadrierschaltuns.' einem Addierverstärker zuführbar sind.

Weitere Merkmale im Rahmen der Erfindung enthalten die restlichen Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. la schematisch im Längenschnitt einen induktiven Fühler mit zwei Spulensystemen,

Fig. Ib schematisch den Fühler im Querschnitt entsprechend der Linie a-a in Fig. la,

Fig. 2 die Schaltung des induktiven Fühlsystems, Fig. 3 Zusammenhänge zwischen Fühlerauslenkung und Vorschub,

Fig. 4 eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung der Steuersignale.

Am Fühlergehäuse 1 ist eine Platte 2 befestigt, in der ein Taststift 3 fest eingespannt ist. Am vorderen Teil des Fühlergehäuses 1 sind zwei um 90° versetzte induktive Fühlsysteme angeordnet. Bei Auslenkung wird der Taststift 3 auf Biegung beansprucht.

Wie Fig. Ib deutlich erkennen läßt, bestehen die Fühlsysteme jeweils aus den Spulensystemen 4 und 5 bzw. 6 und 7.

Die Spulensystenie 4 und 5 bzw. 6 und 7 bilden, wie F i g. 2 erkennen läßt, jeweils Zweige einer an eine Speisespannung (z. B. mit einer Frequenz von 1 KHz) angeschlossenen Brückenschaltung 8 bzw. 9. Bei einer radialen Auslenkung des Taststiftes 3 durch eine nicht gezeigte Schablone werden die Induktivitäten in den Spulensystemen 4 und 5 bzw. 6 und 7 gegensinnig verändert und damit die Brückenschaltung verstimmt. Da die Achsen χ und y der Fühlersysteme jeweils in den Vorschubrichtungen x, y der Maschine liegen, sind die einzelnen Brückenausgangsspannungen U₁, U₁ ein proportionales Maß für die Taststiftauslenkung in der betreffenden Vorschubrichtung. Die Vektorsumme

beider Brückenausgangsspannungen £/,, U₁ entspricht dann der gesamten radialen Auslenkung des Taststiftes 3 des Fühlers.

Es wird, wie in Fig. 3 gezeigt, die vektorielle Summe der Brückenausgangsspannungen, d.h., die radiale Auslenkung (z.B. r= J) konstant gehalten (Kreisbahn). Wird bei der alleinigen Auslenkung in Λ-Richtung der Winkel α zu Null gewählt, so folgen die Brückenausgangsspannungen £/,, U₁ (Auslenkung in λ- bzw. y-Richtung) Kosinus- bzw. Sinusfunktionen des Winkels a.

Die Richtung A der Vorschubbewegung an der Maschine (Fig. 3) eilt bei Vernachlässigung der geringen Reibung zwischen Taststift 3 und Schablone stets um 90° der radialen Auslenkrichtung r voraus. Es ist daher für die Geschwindigkeit des Antriebs in der Λ-Richtung (Geschwindigkeit V_x) die Ausgangsspannung des zur y-Richtung parallelen Fühlsystems, für die Geschwindigkeit des Antriebs in der y-Richtung (Geschwindigkeit V_y ) die Ausgangsspannung des zur .v-Richtung parallelen Fühlsystems maßgeblich.

Rechnerisch gilt also:

K₁-COs («+90°) = -sin α (1)

[/-sin (« + 90") = cos a (2)

Die Größe der Auslenkung, z. B. r = 1, wird durch Addition der quadrierten Spannungswerte IZ₁, U-, des x- und y-Fühlsystems überwacht, und zwar entsprechend der trigonometrischen Beziehung

sin^: a + cos² a = I

F i g. 4 zeigt das Steuerschema für die Vorschubmotoren in den beiden Maschinenachsen. Mit 8 bzw. 9 sind hier die der y- bzw. x-Vorschubrichtung zugeordneten Brückenschaltungen bezeichnet. Da die Richtung der Vorschubbewegung A stets um 90° der Auslenkrichtung r voreilt, wird dem Drehzahlregelkreis 10 des y-Vorschubantriebes der demodulierte Spannungswert des der x-Achse zugeordneten Spulensystems (vgl. Gleichung (2)) und dem Drehzahlregelkreis 11 des x-Vorschubantriebes der Spannungswert des der >>-Achse zugeordneten Spulensystems (vgl. Gleichung (I)) als Sollwert vorgegeben, und zwar über gekoppelte, zur Einstellung der Fühlerempfindlichkeit und der Vorschubgeschwindigkeit dienende Potentiometer 12 und 13 bzw. 14 und 15.

Zwischen dem Jc-Antrieb und der Brückenschaltung 9 ist dabei noch eine Umkehrstufe 16 vorgesehen (Multiplikation mit — 1) zur Berücksichtigung des negativen Vorzeichens in Gleichung (I).

Die Größe der Auslenkung wird, wie bereits geschildert, durch Addition der quadrierten Brückenausgangsspannungen überwacht. Zu diesem Zweck sind die beiden Quadrierschaltungen 17 und 18 vorgesehen, an deren Ausgängen dem Kosinusquadrat a bzw. dem Sinusquadrat α proportionale Spannungen entstehen. Der als Eins erklärten Summe dieser beiden Werte wird im Addierverstärker 19 noch der Wert — 1 zugesetzt. Damit ergibt sich bei konstanter Auslenkung r= 1 das Ausgangssignal Null. Abweichungen von der gewünschten festen Auslenkung ergeben sich dann als positive oder negative Korrekturspan-

ic nungen /C. Hierbei ergibt sich nun für die zunehmende Auslenkung (r> 1) ein positiver Wert für die Korrektur K, während ein negativer Wert benötigt wird und umgekehrt. Durch Multiplikation mit (-J), d.h., durch Zwischenschaltung einer Umkehrstufe 20 wird die gewünschte Ausgangsspannung am Ausgang der Umkehrstufe - und damit die vorzeichenrichtige Korrekturspannung K — erreicht.

Zum Steuern der Maschine ist die Korrekturspannung in die Projektionen (K_x, k_y) auf die Maschinen-

achsen x, y zu zerlegen.

Wie Fig. 3 zeigt, fällt die Richtung der Korrekturgröße K bei positivem K mit der Auslenkrichtung r zusammen und muß bei negativem K um 180° verschoben sein.

Die Richtung der Korrekturgröße K eilt der Bewegungsrichtung A also je nach Vorzeichen von K um 90° vor oder nach.
Es gilt hierbei:
K = K cos a

K, = K sin a

Daraus ergibt sich, daß für die jc-Koordinate der Korrekturwert K mit dem Spannungswert (Kosinus a) des x-Fühlsystems (Brückenschaltung 8) und für die y-Koordinate der Korrekturwert K mit dem Spannungswert (Sinus a) des y-Fühlsystems (Brükkenschaltung 9) zu multiplizieren ist. Dies geschieht mittels der Multipliziervorrichtungen 21 und 22. Die so gewonnenen Korrekturwerte K_x und K werden dann mittels Addierverstärkern 23 bzw. 24 jeweils mit den Drehzahlsoüwerten der beiden Vorschubantriebe summiert, und die Summenwerte werden den Regelkreisen 10 und 11 der Vorschubantriebe zugeführt. Da die geschilderte Abtaststeuerung mit konstanter Auslenkung des Fühlers arbeitet, kann sie auch zum Herstellen eines Programmes für eine numerische Steuerung dienen, indem die von den Addierverstärkern 23 und 24 abgegebenen Signale zusätzlich auf einen Informationsträger aufgezeichnet werden.
Bei geeigneter Konstruktion des Fühlers läßt sich die geschilderte Anordnung auch auf andere Ebenen (z. B. x/z oder y/z) zum Zeilenfräsen anwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: Γ

1. Elektrische Kopiersteuerungsvorrichtung, insbesondere für Kopierfräsmaschinen, mit einem eine Schablone mechanisch abtastenden Fühler, der zwei senkrecht zueinander arbeitende Spulensysteme als Fühlsysteme aufweist, deren Ausgangsspannungen als Steuersignale jeweils den Vorschubantrieben in den einzelnen Maschinenachsen zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Summieranordnung (17, 18, 19) zur Bildung der Vektorsumme der beiden Fühlerausgangsspannungen (L/,, U₂) vorgesehen ist und daß die Abweichung (K) der Vektorsumme von einem vorgegebenen festen Wert in zu den Maschinenachsen (x, y) parallele Komponenten zerlegbar ist, die ihrerseits als Korrekturgrößen (K_x, K_y) zu den Steuersignalen der einzelnen Vorschubantriebe in Verstärkern (23, 24) addierbar sind.

2. Kopiersteuerungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühlerausgangsspannungen (U₁, U₁) jeweils über eine Quadrierschaltung (17 bzw. 18) einem Addierverstärker (19) zuführbar sind.

3. Kopiersteuerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Korrekturwerte (K_x, K_v) durch Multiplikation der Abweichung (K) mit den einzelnen Fühlerausgangsspannungen (U₁, U₂) gebildet sind.

4. Kopiersteuerungsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Summe von Fühlerausgangsspannung ( U₁ bzw. U-,) und Korrekturwert (K_v bzw. K_x) als Führungsgröße für einen Drehzahlregelkreis (10 bzw. 11) eines Vorschubantriebes dient.