DE1588663C3 - Einrichtung an einer Abtastmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung an einer Abtastmaschine mit ein Modell abtastenden Meßsystemen zur Ermittlung und Speicherung der für eine nachfolgende Interpolation bei einer numerischen Bahnsteuerung für Werkzeugmaschinen erforderlichen Stützpunkte aus den von den Meßsystemen gelieferten Istwerten.

Zur Erzeugung von Steuerlochstreifen für numerisch gesteuerte Bcarbeitungsmaschinen ist es unter anderem bekannt, ein Modell abzutasten und die Koordinatenwerte von charakteristischen Punkten der Modelloberfläche auf den Steuerlochstreifen zu übertragen. Dieses Verfahren wird insbesondere dann angewandt, wenn keine Konstruktionszeichnung des herzustellenden Werkstücks vorliegt.

An Hand der so vom Modell gewonnenen Stützpunkte kann z. B. eine numerische Bahnsteuerung für eine Fräsmaschine durch eine Interpolation eine nahezu gleiche Kurve an einem Werkstück herstellen.

Das Problem bei der Abtastung ist, gerade nur so viele Stützpunkte aus dem Modell zu entnehmen, daß nachfolgend noch durch einen Interpolator wieder die vorgegebene Kurve mit ausreichender Genauigkeit errechenbar ist.

Die notwendige Slützpunktfolge ist dabei im wesentlichen abhängig von der Krümmung des Modells, der Art der nachfolgenden Interpolation (z. B. linear oder parabolisch) sowie .einem vorzugebenden Toleranzband. .' ■ .

Bei der numerischen Bahnsteuerung von Werkzeug-

.5 maschinen ist unter anderem bereits auch ein Verfahren zur Programmierung unter Einsatz eines elektronischen Rechners bekannt, bei dem dem Rechner anstatt des Stützpunktabstandes die zulässige Abweichung von der gewünschten Kurve vorgegeben wird. Dieser bestimmt daraus die dann jeweils mögliche Größe des Stützpunktabstandes in den einzelnen Abschnitten. Dieses Verfahren könnte bei Sehnensteuerung so aussehen, daß man von einem gegebenen Punkt auf der Kurve zu einem sich auf der vorliegenden Kurve verschiebenden Punkt laufend die Schnenglcichungen berechnet und deren Abstand von der vorgegebenen Kurve feststellt. Überschreitet dieser Abstand einen bestimmten vorgegebenen Wert, so bestimmt der gerade vorliegende Punkt, zu dem die Sehnengleichung berechnet wurde, den neuen Stützpunkt. Dieses Verfahren liefert der Krümmung der Kurve gut angepaßte Werte, erfordert aber infolge der laufenden Berechnung von Sehnengleichungen einen verhältnismäßig aufwendigen Rechner.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Einrichtung der eingangs genannten Art, bei der die Stützpunkte von einer Modellkurve abzunehmen sind, so auszubilden, daß zur Bestimmung der Kriterien für die Übernahme eines Slützpunktwerlcs nur ein verhältnismäßig geringer schaltiingstechnischer Aufwand notwendig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Digitalinterpolator, der aus bereits gespeicherten Stützpunkten und einer Kurvengleicluing Werte in Abtastrichtung des Modells mit einer der Abtastgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit extrapoliert, durch die fortlaufende Bildung der Differenz zwischen Istwerten der Meßsysteme und errechneten Werten der extrapolierten Kurve, durch die Übernahme der

Istwerte als Stützpunkt in einen Speicher beim Überschreiten einer vorgegebenen Differenz und durch die Verwendung des Stützpunktes für die nächste Extrapolation des Digitalinterpolators.
Auf diese Weise braucht — ausgehend von z. B. zwei vorgegebenen Punkten — nur einmal die Sehnengleichung bestimmt und daraus der erforderliche Stützpunkt errechnet zu werden.

An Hand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Abtastmaschinc;

F i g. 2 die Kontur eines Modells in bezug auf die Abtastebene;

F i g. 3 zeigt die Ermittlung der Stützpunkte und
F i g. 4 eine Schaltung hierzu.

Mit einer Abtastmaschinc kann die Oberfläche von Modellen abgetastet werden. Eine solche Maschine hat in der Regel zwei oder drei Achsen, in denen nacheinander oder gleichzeitig ein Fühler bewegt wird. In den Achsen befinden sich Meßsysteme, die digital oder analog, inkremental oder absolut arbeiten können. Die Verstellbewegungen in den Achsen geschehen dabei vorzugsweise durch Antriebe, wie sie auch an Werkzeugmaschinen für den Vorschub üblich sind; es ist aber auch eine Bewegung des Fühlers in den drei Achsen von Hand denkbar.

F i g. I zeigt schematisch eine derartige Abtastmaschine.
Das abzutastende Modell 1 liegt auf einem Werk-

zeugtisch 2, der in den Richtungen χ und / verstellbar ist. An dem in der z-Richtung verstellbaren Auslegerarm 3 der Abtastmaschine 5 befindet sich ein Fühlstift 4.

Die Abtastung des Modells geht nun in ähnlicher Weise vor sich wie beim Kopierfräsen. Der Fühlstift 4 wird in Zeilen über das Modell 1 geführt. Die Zeilen können achsparallel zur x- oder /- Achse liegen, was das Normale ist, oder aber auch unter einem beliebigen Winkel in der x-y-Ebene, wenn z. B. technologische Ge-Sichtspunkte dafür sprechen. Für die weitere Betrachtung ist dies jedoch ohne Bedeutung.

Für die nachfolgende Schilderung sei angenommen, daß der Fühlstift 4 mit einer bei Kopiermaschinen üblichen Steuerung geführt wird.

Wird nun z. B. zeilenweise in der /-z-Ebene abgetastet (x-Achse Zeilensprung, /-Achse Leitvorschub, z-Achse Fühlvorschub), so kann z. B. der in F i g. 2 dargestellte Verlauf der Kontur 6 eines Modells 1 in bezug auf die Abtasteoene x-y vorkommen.

Von der Abtaststeuerung müssen nun während der Bewegung des Fühlstiftes 4 die Koordinatenwerte von Stützpunkten ausgegeben werden. Geht man davon aus, daß mit Hilfe dieser Punkte eine Reproduktion der abgetasteten Kurve (Fläche) auf einer Bearbeitungsmaschine mit numerischer Bahnsteuerung und linear arbeitendem Interpolator vorgenommen werden soll, dann genügt im allgemeinen für den Abschnitt 7 der Kontur 6, der eine Gerade darstellt, die Aufnahme des Anfangs- und Endpunktes. Im Abschnitt -8 handelt es sich dagegen um den Ausschnitt eines Kreises. Im Gegensatz zu Abschnitt 7 müssen hier wesentlich mehr Punkte ausgegeben werden, um bei einer folgenden linearen Interpolation zwischen diesen Punkten innerhalb einer vorgeschriebenen Toleranz zu bleiben. Für den Abschnitt 9 gilt wiederum das gleiche wie für den Abschnitt 7. Im Abschnitt 10 handelt es sich wiederum um einen Kreisausschnitt, jedoch mit größerer Krümmung als bei Abschnitt 8. Es leuchtet ein, daß hier, abhängig vom zurückgelegten Weg in /noch mehr Punkte ausgegeben werden müssen als in Abschnitt 8.

In Fig.3 ist gezeigt,.auf weiche Weise die Dichte der Punktfolge ermittelt wird.

Es sei angenommen, daß die Punkte PO und Fl bereits ausgegeben sind. An Hand der Koordinaten dieser Punkte extrapoliert die Steuerung die Gerade durch diese beiden Punkte in der gestrichelten Richtung weiter. Die Geschwindigkeit der Extrapolation wird dabei so gesteuert, daß der in der z-Achse gemessene Istwert der Fühlerstellung dem extrapolierten Wert in ζ entspricht. Währenddessen wird laufend die Differenz zwischen extrapoliertem /-Wert und Istwert in y gemessen. Überschreitet diese Differenz einen vorgegebenen Betrag (Toleranzbetrag), so wird ein Signal zum Ausgeben des nächsten Punktes Pi (Y2, Z2) gegeben. Beim weiteren Fortschreiten der Abtastung wird nun in Verlängerung der Linien Pt, Pl extrapoliert.

Da die Toleranz zu einem Kurvenpunkt in Richtung seiner Normalen gemessen wird, liegt man bei der beschriebenen Methode in jedem Fall auf der sicheren Seite. Es ist dabei zweckmäßig, die Steuerung des Rechners von der Achse abhängig zu machen, mit der die Tangente des gerade abgetasteten Kurvenpunktes den kleineren Winkel einschließt.

F i g. 4 zeigt eine schaltungstechnische Ausführung der vorliegenden Erfindung.

Mit 11 und 12 sind die inkrementell arbeitenden Istwertgeber in den beiden Achsen y und ζ bezeichnet. Die von diesen Istwertgebern abgegebenen Pulse werden in den Speichern 13 und 14 aufsummiert und stehen dort als Absolutwert des in den zugehörigen Achsen verfahrenen Weges. In den Speichern 15 und 16 ist der Koordinatenwert für jeweils den zuletzt ausgegebenen Punkt eingesetzt. In den Differenzregistern 17 und 18 wird die Differenz gebildet, die den Weg des augenblicklichen Fühlerstandortes zum letzten Stützpunkt ergibt. In den Interpolatoren 19 und 20 wird mit den Längen yi und zt(F i g. 3) extrapoliert und der laufende y- und z-Wert in den Speichern 21 und 22 gebildet.

In dem Differenzbildner 24 wird (F i g. 3) die Gleichheit des Inhalts von Differenzregister 18 und Speicher

22 überwacht und mit dem Ausgangssignal die Stufe 25 für die Freigabe der Rechentakte des Interpolators 19/20 angesteuert. Der Interpolator arbeitet in bekannter Weise nach dem DDA-Verfahren.

An einem Überwachungsglied 28 wird der Toleranzbetrag eingestellt. Ist der Inhalt des Differenzbildners

23 gleich dem Wert im Überwachungsglied 28, dann wird ein Signal zur Ausgabe der Speicherinhalte 13 und 14 gegeben. Gleichzeitig wird das neue /t. und zl aus den Differenzregistern 17 und 18 in die Interpolatoren 19 und 20 übertragen und in die Speicher 15 und 16 die Werte der Speicher 13 und 14 eingesetzt.

Es sei z. B. angenommen, der Fühler 4 befinde sich gerade am Punkt Pl (yl, zl), d. h. einem der gespeicherten Stützpunkte. Dann enthält der Speicher 13 den Wert /1; ebenfalls der Speicher 15. Am Ausgang des Differenzregisters 17 steht dann der Wert 0 an; ebenso steht der Speicher 21 auf Null.

Mit dem Fortschreiten des Fühlers 4 längs der Kontur erhöht sich der Wert im Speicher 13; dieser sich fortlaufend ändernde Wert sei mit y bezeichnet.

Am Ausgang des Differenzregisters 17 erscheint also der Wert y-y\. Der Rechnerteil 19 extrapoliert abhängig von der Differenz /l (in diesem Fall /1-/0) nach einer Geraden; im Speicher 21 erscheint ein fiktiver /-Wert, und zwar/-//(gebildet aus der Summation der Elemente Ayr).

Am Ausgang des Differenzbildners 23 erscheint dann der Wert /-//. Erreicht dieser Wert einen wählbaren Toleranzbetrag, so wird

1. der Befehl zur Übernahme der gerade vorliegenden z- und /-Werte als Stützpunkte in die Speicher 26 und 27 gegeben (d. h. im vorliegenden Fall zi yi),

2. aus dem Ausgang des Differenzregisters 17 der neue Wert yu = /2 — /1 für den Rechnerteil 19 entnommen und

3. der Speicher 15 gelöscht und der V'ert /2 eingesetzt.

Die entsprechenden Vorgänge gelten auch für die z-Achse.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Abtastung im zweidimensionalen Bereich beschrieben. Für eine räumliche Abtastung (gleichzeitige Bewegung in allen drei Achsen) kann im Prinzip eine auf 3 Interpolatoren erweiterte Steuerung eingesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung an einer Abtastmaschine mit ein Modell abtastenden Meßsystemen zur Ermittlung und Speicherung der für eine nachfolgende Interpolation bei einer numerischen Bahnsteuerung für Werkzeugmaschinen erforderlichen Stützpunkte aus den von den Meßsystemen gelieferten Istwerten, gekennzeichnet durch einen Digitalinterpolator (19, 20), der aus bereits gespeicherten Stützpunkten und einer Kurvengleichung Werte in Abtastrichtung des Modells (1) mit einer der Abtastgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit extrapoliert, durch die fortlaufende Bildung der Differenz zwischen Istwerten der Meßsystemc und errechneten Werten der extrapolierten Kurve, durch die Übernahme der Istwerte als Stützpunkt in einen Speicher (26, 27) beim Überschreiten einer vorgegebenen Differenz und durch die Verwendung des Kurvenstützpunktes für die nächste Extrapolation des Digitalinterpolators.

2. Einrichtung nach Anspruch Γ, gekennzeichnet durch die Verwendung eines digitalen Geradeninterpolators(19,20).

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalinterpolator (19, 20) synchron mit der Abtastung der Werte (z) der Modellkurve in der einen Koordinatenrichtung fe) extrapoliert und daß die Differenz zwischen Modell und extrapolierter Kurve in einer anderen Koordinatenrichtung (Y) bestimmbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Digitalinterpolator (19, 20) synchron mit der Abtastung in der Koordinatenrichtung (z) extrapoliert, die mit der Tangente der Modellkurve am gerade abgetasteten Punkt den kleineren Winkel einschließt.