DE19631306C2 - Laser-Lichtschranken-System zur Werkzeug- und Werkstückmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Laser-Lichtschranken-System zum Vermessen oder Kontrollieren von Werkzeugen oder Werkstücken bei Werkzeugmaschinen. Es umfaßt ein an dem Maschinengestell befestigbares Traggehäuse, bestehend aus einem länglichen Basisgehäuse und zwei in einem gegenseitigen Längsabstand von dem Basisgehäuse quer abstehenden Blockgehäusen, von denen eines einen Laserstrahl-Sender und das andere einen Laserstrahl-Empfänger enthält, wobei sich der von dem Laserstrahl-Sender ausgesendete Laserstrahl in einem Abstand von und etwa parallel zu dem Basisgehäuse erstreckt. Der Laserstrahl kann auch die Form eines schmalen Strahlenbündels haben, das auf die Mitte der Strahlstrecke fokussiert ist und danach divergiert. In diesem Fall verläuft die Achse des Strahlenbündels wie der vorgenannte Laserstrahl. Derartige Systeme dienen zum Beispiel zur Einstellung rotierender Werkzeuge, zur Werkzeugbruchkontrolle, zum Messen des Flugkreisdurchmessers schnell rotierender Werkzeuge und zur Längenmessung, insbesondere zur Kompensation der Wärmeausdehnung der messenden Achse.

Da alle funktionswichtigen Teile auf einem gemeinsamen Träger montiert sind, stellt das System eine anschlußfertige Baueinheit dar, die als Zusatzeinrichtung zu Maschinen der verschiedensten Hersteller und Bauarten verwendet werden kann.

Eine praktisch wichtige Anforderung an eine solche Baueinheit besteht darin, die empfindlichen Sender- und Empfängerkomponenten gegen das im Bearbeitungsraum einer metallbearbeitenden Maschine umherspritzende Kühlmittel und andere Umgebungseinflüsse zu schützen, jedoch dem Laserstrahl eine unbehinderte Aus- und Eintrittsöffnung zu schaffen. Dies geschieht bei den bekannten Systemen mit Hilfe von Sperrluft und durch mechanische Öffnungsverschlüsse.

Gewöhnlich wirkt das Signal, welches beim Unterbrechen des Laserstrahls entsteht, unmittelbar auf die NC-Steuerung der Maschine in dem Sinne, daß der Vorschub gestoppt wird, sobald das Werkzeug den Laserstrahl unterbricht. Die Zuverlässigkeit dieser Funktionskette ist von besonderer Bedeutung, weil andernfalls Schäden an der Maschine und womöglich Verletzungen der Bedienungsperson zu befürchten sind. Da aber andererseits, wie erwähnt, diese Systeme fabrikfremde Zusatzeinrichtungen sind, lehrt die Erfahrung, daß Fehler bei der Adaptierung an die maschineneigene Steuerung nicht auszuschließen sind. Die Fehler können am Laser- Lichtschrankensystem selbst, an der Signalverarbeitung (durch Fehler des Computers) oder durch Fehlprogrammierung entstehen und sind immer ein beträchtlicher Risikofaktor.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Sicherheit des Maschinenbetriebes bei der Verwendung von Laser- Lichtschrankensystemen zu erhöhen und Schäden am Werkzeug, an der Maschine und an den Laser-Komponenten zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine zusätzliche, von der Programmierung unabhängige elektro-mechanische Sicherungsvorrichtung gelöst. Diese kennzeichnet sich dadurch, daß in dem Zwischenraum zwischen dem Laserstrahl und dem Basisgehäuse ein mittels einer Rastanordnung in Position gehaltenes längliches Anschlagelement sich in Längsrichtung von einem Blockgehäuse zum anderen Blockgehäuse erstreckt, das bei Kollision mit einem bewegten Werkzeug oder Werkstück ausschnappt, und daß dadurch ein elektrischer Schalter betätigt wird, der durch Einflußnahme auf die NOT-AUS- Einrichtung der Maschine diese stillsetzt.

Der Einbau einer solchen vom Steuersystem der Maschine bzw. des Maschinenzentrums unabhängigen Sicherungsvorrichtung mindert das Schadensrisiko ganz erheblich. Am wichtigsten sind die Fälle, in denen bei einer Fehlprogrammierung der Maschine eine Kollision sozusagen vorprogrammiert ist. Hier schafft die Erfindung wirksam Abhilfe.

Aus der deutschen Patentschrift DE 40 13 792 C2 ist eine Längenmeßvorrichtung mit einem Gehäuse, einem im Gehäuse in Meßrichtung beweglich gelagerten, von einem Meßobjekt betätigbaren Stößel, mit einem elektronischen Signalgeber, der in einer bestimmten kritischen Stellung des Stößels in Bezug auf das Gehäuse ein Stellungssignal abgibt. Des Weiteren ist ein die Temperatur des Gehäuses erfassender Sensor vorgesehen, der ein temperaturproportionales Temperatursignal abgibt, wobei mittels eines Komparators ein Ausgangssignal gebildet wird, welches durch seinen Zustand angibt, ob die Differenz zwischen dem Stellungssignal und dem Temperatursignal größer oder kleiner Null ist. Auf diese Weise läßt sich ein temperaturkompensiertes Schaltsignal erzeugen. Als Sicherheitseinrichtung für den Fall eines Fehlers bei der Signalübertragung oder in der Steuerungsanlage der Maschine wird vorgeschlagen, zusätzlich einen Schalter in das Gehäuse einzubauen, der anspricht, wenn der Stößel eine kritische Schalt-Stellung überfahren, das Ende seines insgesamt zulässigen Hubes jedoch noch nicht erreicht hat. Das Ansprechen dieses Schalters kann insbesondere die Stillsetzung der gesamten Werkzeugmaschine (NOT-AUS) bewirken. Zwar wird in dieser Schrift auch eine zusätzliche mechanische Sicherungsmaßnahme vorgeschlagen, diese wird jedoch lediglich zur Überwachung der Bewegung eines in einer Längenmeßvorrichtung internen Stößels eingesetzt. Es geht also nicht darum, die Bewegung von vorrichtungsfremden beweglichen Einheiten, wie z. B. rotierende Werkzeuge, sicher zu überwachen.

Das erfindungsgemäße Anschlagelement ist vorzugsweise ein an seinen beiden Enden eingerasteter Stab. Ferner kann das Anschlagelement auch als flächiger, das Traggehäuse wenigstens teilweise abdeckender Schild ausgebildet sein, der an drei Punkten eingerastet ist.

Zweckmäßigerweise hat das Anschlagelement an zwei entgegengesetzten Enden je wenigstens eine Rastvertiefung. In die eine Rastvertiefung greift ein feststehender Stift ein und in die andere Rastvertiefung ein am Traggehäuse in seiner Längsrichtung verschiebbar gelagerter Stift, der unter Federkraft steht. Der verschiebbare Stift bildet einen Teil einer Kontaktanordnung, deren Stromkreis in der Raststellung geschlossen und in der entrasteten Stellung des Anschlagselements geöffnet ist. Natürlich können die Rastvertiefungen und -vorsprünge auch an den jeweils entgegengesetzten Teilen angeordnet sein. Die Kontakteinrichtung sollte aber im Traggehäuse integriert sein, so daß die zugehörigen Anschlußadern über das ohnehin vorhandene Anschlußkabel geführt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert.

Im einzelnen zeigt

Fig. 1 die Seitenansicht eines Laser-Lichtschranken- Systems in Trägerversion,

Fig. 2 die Draufsicht des Trägers nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen schematischen Vertikalschnitt III-III der Rastvorrichtungen eines Anschlagstabes in größerem Maßstab.

Der Träger nach den Fig. 1 und 2 umfaßt im wesentlichen eine als Basisgehäuse 1 bezeichnete längliche Partie, die mit zwei Schrauben an einer Maschine 2 angeschraubt ist. Von dem Basisgehäuse stehen zwei Blockgehäuse 3 und 4 rechtwinklig ab. Das eine enthält einen Laserstrahl-Sender und das andere den zugehörigen Laserstrahl-Empfänger. Der Laserstrahl selbst ist durch eine gestrichelte Linie 5 angedeutet. Das linke Blockgehäuse 3 weist einen Steckverbinder 6 für ein mehradriges Anschlußkabel sowie einen Druckluftanschluß 7 auf. Beide sind durch den nach links weisenden Vorsprung des Blockgehäuses 3 nach oben abgedeckt.

Das dargestellte Laser-Lichtschranken-System dient u. a. zur Längeneinstellung des in Fig. 1 strichpunktiert angedeuteten Planfräskopfes 8. Er wird in Achsrichtung nach unten gefahren, bis er den Laserstrahl 5 unterbricht. Bei einer Fehlprogrammierung der fahrenden Achse des Systems würde dieses Werkzeug seinen Weg fortsetzen und mit dem Basisgehäuse 1 kollidieren.

Um dies zu vermeiden, ist zwischen den beiden Blockgehäusen 3 und 4 ein Anschlagstab 9 eingespannt, der gegebenenfalls bei Berührung mit dem Planfräskopf 8 aus seinen Rasten gedrückt wird. Dabei öffnet sich ein elektrischer Kontakt, der in die NOT-AUS-Kette der Maschine eingeschaltet ist und diese somit sofort stillsetzt.

Fig. 3 zeigt im einzelnen beispielhaft, welche Anordnungen dazu getroffen sind. Auf der linken Seite der Figur ist ein Stift 10 dargestellt, der in die Wandung des Blockgehäuses 3 senkrecht zu dessen Oberfläche fest eingesetzt ist. Ein Stift 11 auf der rechten Seite ist dagegen verschiebbar im Blockgehäuse 4 gelagert und steht unter der Wirkung einer Feder 12, die ihn aus dem Gehäuse herausdrückt. Dieser Stift 11 ist jedoch über die Feder hinaus nach hinten verlängert und greift dort zwischen zwei isoliert angeordnete Kontaktfedern 13 und 14. Dadurch sind diese beiden Kontaktfedern elektrisch verbunden. Beide Stifte 10 und 11 sind an ihrem vorderen Ende kugelförmig gerundet und greifen in kegelige Ansenkungen an den Stirnseiten des Anschlagstabes 9. Wird dieser Anschlagstab 9 an einem oder beiden Enden aus der Verrastung herausgedrückt, so hat das zur Folge, daß der rechte Stift 11 sich aus den Kontaktfedern 13 und 14 zurückzieht, der so gebildete Schalter also öffnet und die Werkzeugmaschine stillsetzt, bevor ein Schaden entsteht.

Wird anstelle des Anschlagstabes 9 ein eher flächiges Anschlagelement gewählt, so empfiehlt es sich, dieses an wenigstens drei Raststellen festzuhalten, von denen mehr als eine elektrisch wirksam, d. h. mit einem Schalter ausgestattet ist. Solche flächigen Anschlagelemente können auch an den Seitenflächen des Trägers oder über sonstigen gefährdeten Flächen angeordnet werden.

Claims (3)

1. Laser-Lichtschranken-System zum Vermessen oder Kontrollieren von Werkzeugen oder Werkstücken bei Werkzeugmaschinen, mit einem an dem Maschinengestell befestigbaren Traggehäuse, bestehend aus einem länglichen Basisgehäuse und zwei in einem gegenseitigen Längsabstand von dem Basisgehäuse quer abstehenden Blockgehäusen, von denen eines einen Laserstrahl-Sender und eines einen Laserstrahl- Empfänger enthält, wobei sich der von dem Laserstrahl-Sender ausgesendete Laserstrahl in einem Abstand von und etwa parallel zu dem Basisgehäuse erstreckt, wobei in dem Zwischenraum zwischen dem Laserstrahl (5) und dem Basisgehäuse (1) ein mittels einer Rastanordnung in Position gehaltenes längliches Anschlagelement (9) sich in Längsrichtung von dem einen Blockgehäuse (3) zum anderen Blockgehäuse (4) erstreckt und daß dieses Anschlagelement (9) bei Kollision mit einem bewegten Werkzeug (8) oder Werkstück ausschnappt, und dadurch ein elektrischer Schalter (11, 13, 14) betätigt wird, der durch Einflußnahme auf die NOT-AUS- Einrichtung der Maschine diese stillsetzt.

2. Laser-Lichtschranken-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement (9) ein an seinen beiden Enden eingerasteter Stab ist.

3. Laser-Lichtschranken-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlagelement als flächiger, das Traggehäuse (1, 3, 4) wenigstens teilweise abdeckender Schild ausgebildet und an drei Punkten eingerastet ist.