DE1814096A1

DE1814096A1 - Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE1814096A1
Application number: DE19681814096
Authority: DE
Inventors: Esch Robert Ernst
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1967-12-12
Filing date: 1968-12-11
Publication date: 1969-06-19
Also published as: US3481043A; GB1248065A; FR1598408A; JPS4824551B1

Description

Abtasteinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtasteinrichtung für die Bestimmung der Umrisse von Werkstücken.

Bei der Bearbeitung von Werkstücken ist es notwendig, daß beistück

spielsweise das Schneidwerkzeug gegenüber dem Werkegenau einstellt wird, da diese Einstellung die Form des Werkstücks bestimmt. Werkzeugmaschinen, insbesondere numerisch gesteuerte Maschinen,bringen das Werkstück und das Schneidwerkzeug mit hoher Genauigkeit in die gewünschte Lage.

Die Werkstücke, die von solchen Maschinen hergestellt werden, müssen überprüft werden. Solch eine Prüfeinrichtung muß eine noch rößere Genauigkeit aufweisen als die Werkzeugmaschine. Die bei der Prüfeinrichtung erlaubte Toleranz liegt ungefähr bei einem Zehntel der Toleranz, die bei der Herstellung des Werkstückes eingehalten wurde.

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Bei bekannten Abtasteinrichtungen zur Überprüfung der Werkstücke wird sowohl das Werkstück als auch der Abtaster mit äußerster Genauigkeit auf Sollstellungen eingestellt, wobei dann die Ablesung des Abtasters die Abweichungen des Werkstückes von seinen Sollmaßen_vanzeigt. Bei der Herstellung solcher Abtasteinrichtungen liegen die Schwierigkeiten daher in der genauen Einstellung, da schon bei den Werkzeugmaschinen alle Möglichkeiten eines ge- . nauen Antriebs und einer genauen Einstellung ausgenutzt werden, und die Anforderungen der. Genauigkeit der Abtasteinrichtung gegen über der Werkzeugmaschine noch wesentlich größer sind. Obwohl Einrichtungen bekannt sind, die die Stellung verschiedener Teile beispielsweise in einer numerisch gesteuerten Abtasteinrichtung messen und entsprechende Signale abgeben, waren besonders genaue und daher teure Stelleinrichtungen nötig, um die übertrager und das Werkstück genau in Stellung zu bringen und die entsprechende Genauigkeit zu erzielen. In vielen Fällen führt dies dazu, daß die erreichbare Genauigkeit begrenzt ist.

Durch die erfindungsgemäße Abtasteinrichtung entfällt die Notwendigkeit, das Werkstück oder den übertrager genau einzustellen, so daß eine größere Genauigkeit durch eine einfachere und billigere Einrichtung erreicht wird.

In der erfindungsgemäßen Einrichtung wird der übertrager bzw. der Meßfühler, der ein erstes Abtastsignal erzeugt, in der Abtasteinrichtung beweglich angeordnet. Dieses Signal wird zur automatischen Einstellung des Übertragers selbst benutzt, um einen bestimmten Bezugsabstand zwischen übertrager und Werkstück einzu-

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halten. Der übertrager muß nicht genau eingestellt werden, da seine Stellung von einem zweiten übertrager gemessen und in Signalform angegeben wird. Die beiden Signale zusammengenommen geben genau die entsprechende Lage der Werkstückoberfläche in Abtastrichtung unabhängig von der Genauigkeit an, mit der der erste übertrager, in eine bestimmte Lage eingestellt ist.

Die Notwendigkeit einer genauen Einstellung wird ferner dadurch vermieden, daß die Stellung des Werkstückes gegenüber dem übertrager in einer zweiten Achsenrichtung überwacht wird, während entlang der Abtastrichtung Abtastsignale gebildet werden. Ein Datengeber spricht automatisch auf die Signale an, die die Lage entlang der zweiten Achse angeben, und gibt die entsprechenden Bezugssignale für die ibtastrichtung ab. Die Bezugssignale werden kontinuierlich mit den Meßsignalen verglichen, um die Abweichungen des Umrisses des Werkstückes von dem Sollwert zu messen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun an Hand der beiliegenden Zeichnung in der Form eines Blockdiagramms beschrieben.

In der Figur ist das Werkstück 1 gezeigt, dessen Umriß durch

auf
Kooridinaten aufeinander senkrecht stehenden Achsen definiert ist. Die Abweichungen der Oberfläche des Werkstückes werden entlang einer ersten Achse (vertikale Z-Achse) abgetastet und in Signale umgewandelt, die den Z-Koordinaten des Werkstückumrisses entsprechen. Das Werkstück selbst wird kontinuierlich entlang der zweiten Achse (horizontale X-Achse) bewegt.

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Die Einrichtung soll den Umriß der oberen Fläche des Werkstücks schnell und genau abtasten und feststellen, inwieweit der tatsächliche Umriß von dem gewünschten Umriß abweicht, und ob diese

Abweichungen innerhalb zulässiger Toleranzen liegen. Dazu werden die Abweichungen der oberen Fläche des Werkstückes entlang der Z-Achse gemessen und als Signale abgegeben, während das Werkstück entlang der X-Achse vorgeschoben wird, wobei die Lage des Werkstückes auf dieser Achse ebenfalls in Form von Signalen angegeben wird. Die durch die Z-Ablenkung gebildeten Ausgangssignäle werden kontinuierlich mit Bezugssignalen verglichen, die von einem Programmgeber erzeugt werden, der seinerseits durch die tatsächliche Position des Werkstückes auf der X-Achse gesteuert wird. Obwohl die Bewegungsbahn des Werkstückes in dem Ausführungsbeispiel eine gerade Linie ist, kann das Werkstück gegenüber dem übertrager an der Z-Achse eine Drehbewegung, eine fortschreitende Bewegung oder eine überlagerung dieser Bewegungen ausführen. Unter einer Bewegung entlang einer Achse ist im folgenden eine allgemeine Bewegung zu verstehen, die eine Drehbewegung, eine fortschreitende Bewegung oder beides sein kann.

Das Werkstück 1 liegt auf einem Wagen 2, der sich entlang der X-Achse nach links und nach rechts bewegen kann. Der Wagen 2 wird dirch den Motor 3 über eine Antriebsspindel *1 angetrieben. Der auf eine Drehung ansprechende übertrager 5 gibt die Lage des Wagens in X-Richtung als Signale in Analogform oder Digitalform an.

Der an der Z-Achse angeordnete primäre übertrager 8 weist einen differenziellen Umformer auf, bei dem ein Abtaststift 10 einen

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Anker gegenüber einer innenseitigen Wicklung verschiebt. Wenn der Anker seine Mittellage in der Wicklung einnimmt, ist das Signal auf Null abgeglichen. Beidseitige Abweichungen von dieser Mittelstellung ergeben Signale, deren Amplitude sich mit der Größe der Abweichung ändern und deren Phasenbeziehung durch die Bewegungsrichtung bestimmt ist. Diese Signale werden über die Ausgangsleitung 11 abgegeben.

Der übertrager 8 sitzt auf einem Wagen 12, der durch einen Motor l4 über eine Antriebsspindel 15 angetrieben wird. Der übertrager 8 gibt daher die Abweichungen in der Auslenkung der Werkstoffoberfläche von der Bezugsauslenkung gegenüber dem Wagen 12 an, die notwendig wären, um den Ausgang des Übertragers 8 auf Null abzugleichen.

In vielen Fällen Übersteigen die Änderungen im Umriß der Oberfläche des Werkstücks 1 in Z-Richtung den Abtastbereich des Übertragers 8, wenn das Gehäuse des Übertragers fest angeordnet ist. Der übertrager muß dann entlang der Achse durch den Motor 14 und den Wagen 12 verschoben werden, wobei die Lage des Wagens wiederum von einem übertmger 18 abgetastet wird, der digitale Auegangssignale über die Leitung 20 abgibt. Daher geben die übertrager 8 und 18 die Z-Koordinaten der Oberfläche des Werkstücke 1 an.

Zur Eingabe von Steuersignalen und Daten in die Einrichtung wird " eine in einem Bedienungspult 21 eingebaute numerische Steuerung, beispielsweise eine "Bendix Dynapathⁿ-Steuerung verwendet. Dieses Bedienungspult weist eine Streifeneingabe 22, eine als logischer

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Schaltkreis und Interpolator wirkende Einrichtung 23, ein Fehlerregister 24 und einen Wandler 25 auf, der digitale Signale in Analogsignale umsetzt. Die Streifeneingabe 22 gibt verschiedene Signale als Hauptbefehle ab, beispielsweise für.den Beginn und die Beendigung bestimmter Vorgänge. Ferner liefert sie Maßangaben in Form von Beziehungen zwischen X- und Z-Koordinaten, die als Informationsblocks abgegeben werden. Der Interpolator 23 interpoliert zwischen den Rnkten, die durch die Streifeneingabe definiert und vorgegeben sind, und fügt zusätzliche Daten für X- und Z-Werte von Punkten hinzu, die zwischen den von der Streifeneingabe definierten Punkten liegen.

Im Betrieb wird von der Streifeneingabe 22 über den Interpolator 23 ein Ausgangssignal oder ein Befehl dem Motor 3 zugeführt, der dann kontinuierlich den Wagen 2 und das Werkstück 1 in einer vorgegebenen Richtung entlang der X-Achse und gegenüber dem übertrager 8 bewegt. Die Drehzahl des Motors 3 wird durch diese Schalteinrichtung gesteuert. Wenn der Wagen 2 vorgeschoben wird, gibt der übertrager 5 ein digitales Aus gangs signal an das Bedie-r nungspult 21 ab, das von der Lage des Übertragers 8 und des Werk stückes 1 entlang der X-Achse abhängt.

Das Signal von dem übertrager 5 wird in dem Bedienungspult 21 mit den Eingangselgnaleη von der Streifeneingabe 22 oder mit von dem Interpolator für Zwisehenpunkte abgegebenen Signalen automatisch verknüpft, und ein Signal, das den Bezugswert der Z-Koordinate der Werkstoffoberfläche für die bestimmte Lage des Übertragers 8 des Werkstückes 1 auf der X-Achse angibt, wird dem Fehlerregister

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24 zugeführt. Diese miteinander in Beziehung stehenden Ausgangssignale werden kontinuierlich und in digitaler Form so an das Pehlerregister 24 abgegeben, wie die Ausgangssignale von dem Übertrager 5 abgegeben werden.

Die entlang der X-Achse angeordnete Einrichtung ist im wesentlichen ein Nachlaufantrieb, der den Übertrager 8 so verschiebt, daß er auf Null abgeglichen ist. Der Übertrager 8 und der Antriebsmotor 14 für den Wagen 12 sind in einen geschlossenen Regel kreis eingeschaltet. Wenn ein von Null verschiedenes Signal von dem Übertrager 8 abgegeben wird, wird es in dem Verstärker 30 verstärkt. Nach weiterer Verstärkung in dem Servoverstärker 31 wird es als Betätigungssignal an den Motor 14 abgegeben. Dieses Signal treibt den Motor 14 automatisch an und verschiebt den Wagen 12 so, daß das Gehäuse des Übertragers 8 bezüglich des Abtaststiftes 10 in seine Nullstellung gebracht wird, obwohl der Schaltkreis nicht unbedingt dauernd auf Null abgeglichen sein muß.

Während der Wagen 2 mit dem Werkstück 1 entlang der X-Achse vorgeschoben wird, wird der Übertrager 8 kontinuierlich so eingestellt, daß er im Nachlaufbetrieb den Umriß des Werkstückes abtastet, wobei er nicht direkt durch die numerische Steuerung in dem Bedienungspult 21 geführt wird.

Die Z-Koordinaten der Oberfläche des Werkstücks 1 werden daher durch die miteinander verknüpften Signale von den Übertragern 8 und 18 unabhängig von der tatsächlichen Stellung des Wagens 12 wiedergegeben.

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Die digitalen Signale von dem Übertrager 18 werden, direkt dem Fehlerregister 24 zugeführt. Das Fehlerregister 24 erhält ferner

Werte de-r Z-Koordinaten digitale Bezugssignale für die Soll die auf die Stellungen des Werkstückes gegenüber dem Übertrager in X-Rlchtung bezogen sind. In dem Fehlerregister 24 werden das Bezugssignal und das Ausgangssignal des Übertragers 18 verglichen. Das digitale Differenzsignal wird in dem Wandler 25 in ein Analogsignal umgeformt, damit es mit den Analogsignalen des Übertragers 8 verglichen werden kann. Die Signale des Übertragers 8, die durcl: den Verstärker 30 verstärkt sind, werden an den Summierverstärker 35 abgegeben, der auch mit dem Wandler 25 verbunden ist. Die Differenzwerte dieser Signale, die die Abweichung der Werkstückoberfläche in Z-Richtung von der durch die Bezugssignale festgelegten Fläche darstellen, werden an einem Ausgang abgegeben. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden diese Abweichungen einem Aufnahmegerät, beispielsweise einem Schreiber 36 zugeführt. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung können die Meßsignale an den Eingängen analoge, digitale oder aus beiden kombinierte Signale sein, und auch die Ausgangssignale können Analog- oder Digitalsignale sein, wobei je nach der gewünschten Signalform entsprechende Wandler eingesetzt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Abtasteinrichtung zum Bestimmen des Umrisses eines Werkstückes in Abhängigkeit von Abweichungen in zwei Koordinatenrichtungen, bestehend aus einer ersten auf die Lage des Werkstückes längs der ersten Koordinatenrichtung ansprechenden Signaleinrichtung und einer zweiten auf die Lage der ersten Signaleinrichtung und des Werkstückes längs der zweiten Koordinatenrichtung ansprechenden Signaleinrichtung,

dadurch gekennzeichnet, daß ein Datengeber (23) vorgesehen ist, der in Abhängigkeit von der zweiten Signaleinrichtung betätigt wird und Bezugssignale für die erste Koordinatenrichtung (Z) erzeugt, die abhängig von der Lage der ersten Signaleinrichtung und dem Werkstück auf der zweiten Koordinatenrichtung (X) sind, und daß eine Vergleichseinrichtung vorgesehen ist, die abhän- ■ gig von Abweichungen zwischen der ersten Signaleinrichtung und den BezugsSignalen des Datengebers betätigt wird.

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2. Abtasteinrichtung nach Anspruch 1, bei der das Werkstück auf einem längs der zweiten Koordinatenrichtung verschiebbaren Wagen angeordnet ist und ein weiterer Wagen längs der ersten Koordinatenrichtung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signaleinrichtung eine auf dem Wagen (12) angeordnete erste Einrichtung (8) aufweist, die abhängig von der Abweichung in der Lage des Werkstückes längs der ersten Koordinatenrichtung (Z) von einem gegenüber dem Wagen festgelegten Bezugsabstand betätigt wird, daß zum Verschieben des Wagens (12) längs der ersten Koordinatenrichtung (Z) ein Antrieb (14) vorgesehen ist, daß eine von dem Ausgangssignal der ersten Signaleinrichtung abhängige Steuereinrichtung (30-31) vorgesehen ist, die mit dem Antrieb (14) verbunden ist und den Wagen (12) in einer Richtung verschiebt, in der Abweichungen vom Bezugsabstand zwischen Werkstück (1) und Wagen (12) verkleinert werden, und daß eine zweite von der Lage des Wagens (12) längs der ersten Koordinatenrichtung (Z) und gegenüber einem ortsfesten Punkt abhängige Einrichtung (18) und eine dritte von .der Lage der ersten Einrichtung (8) gegenüber dem Wagen (2) und Werkstück (1) längs der zweiten Koordinatenrichtung (X) abhängige Einrichtung (5) vorgesehen ist, wobei die Vergleichseinrichtung mit einem Fehlerregister (24) versehen ist, in dem die von der zweiten Einrichtung (18) abgegebenen Signale mit den vom Datengeber (23) abgegebenen Bezugssignalen verglichen werden, und die beim Vergleich erhaltenen algebraischen Differenzsignale einer Summierstufe (35) zugeführt werden, in der die von der ersten

erzeugten Signale
Signaleinrichtung (8)Vund die Differenzsignale algebraisch addiert werden.

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3. Abtasteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Signaleinrichtung (8) einen Analogsignale abgebenden übertrager aufweist, und daß die zweite und dritte Signaleinrichtung (5, 18) übertrager aufweisen, die digitale Signale abgeben.

k. Abtasteinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung entlang gerader Achsen erfolgt, die aufeinander senkrecht stehen.

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ORIGINAL INSPECTED