DE2040860A1

DE2040860A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Abstandes zwischen zwei auf einem vorgegebenen Weg relativ zueinander motorisch bewegten Bauteilen

Info

Publication number: DE2040860A1
Application number: DE19702040860
Authority: DE
Inventors: Butts Gene A
Original assignee: Doall Co
Current assignee: Doall Co
Priority date: 1969-08-21
Filing date: 1970-08-18
Publication date: 1971-03-04
Also published as: US3574292A; GB1276603A; BE755054A; CA922008A; NL7012455A; FR2059056A5; CH523744A

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern des Abstandes zwischen zwei auf einem vorgegebenen Weg relativ zueinander motorisch

bewegten Bauteilen«,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung sum Steuern des Abstandes zwischen zwei auf einem vorgegebenen Weg relativ zueinander motorisch.bewegten, Bauteilen/ Aufgabe der Erfindung ist die -.Schaffung einer verbesserte» numerischen Steuerung der Bewegung.® der Lage und; der Geschwindigkeit eiaes beweglichen Bauteiles _s. beispielsweise des. Tisches ©der der Schütte», von Werkzeugaaechlnen. .

-Bei vorbekannt©» iunerisctien.Steuerungen*. wie si© beispielsweise in de» USA-Patenten 2 820 187 und 3 069 608 dargelegt '.sind» wird die eliizüsteuernde Bewegung Ie allgemeinen-mit; '■ einer Leitspindel- erzeugt, die* von einem Schritteotor oder dergl. angetrieben, wird. - filerbei erzeugt-jede Telldrehung.-- • der ^pindeX einen .endlioben Bevepmgsscliritt der linearen Bewegung _f $o daB dl· Zahl d«r Motorlispule· elm Mfi0 der erzeug-•t«a ¥«glitog® ist» -

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Da das Drehmoment eines Schrittmotors sehr klein 1st, war es erforderlich, die Leitspindel mit einer umlaufenden Kugel-Spindelmutter zu versehen, um die Reibung so klein wie möglich zu halten. Das durch diese Forderung begrenzte Steigungsmaß der Leitspindel und die praktische Begrenzung der mit einem Schrittmotor je Umdrehung erzielbaren Impulszahl beschränkt die Auflösung der zu steuernden Bewegung auf relativ große Bewegungsschritte. Unerwünscht beschränkt wird auch die Geschwindigkeit der Bewegung, die im Falle von Werkzeugmaschinen zu unerwünscht niedrigen Durchlaufgeschwindigkeiten führt.

Bei der Herstellung von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen waren daher Kompromisse unvermeidbar. Jeder Versuch, die Auflösung der Tischbewegung zu verbessern, führte zu einer Verminderung &&r Durciilaufgeschwindigkeit, geniuso wie eine Vergrößerung der Durchlaufgeschwindigkeit nur erzielbar war auf Kosten der Auflösung a*r Tischbewegung. Hierzu ein erläuterndes Beispiel: Hit einen Schrittmotor, der üblicherweise 200 Schritte je Utadrehung erzeugt und mit einer Geschwindigkeit von 1OOO Schritten je Sekunde arbeitet. (entsprechend der maXinalen Leistung, dl· wegen der Impulszählung bei Alteren Steuerungen erreiolibar war) und einer

la Hinblick auf die *«t*w*3fe*2*sß EomUa frtnetta Lelteplödel mit einer umlaufenden Mkgttl-%lndelautt«r_v führt« jeder

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Schritt oder Impuls des Motors zu einer Linearbewegung von 0,025 mm entsprechend einer maximalen Durchlauf geschwindigkeit in der Größenordnung von 1,5 m/min. Die Nachteiligkeit solcher Beschränkungen ist offensichtlich.

Die geringe Durchlaufgeschwindigkeit und die grobe Wegauflösung sind jedoch nicht die einzigen Nachteile der älteren automatisch arbeitenden Bewegungs- und Geschwindig- | keit^Steuerungen. Die Einstellung des beweglichen Bauteiles gemäß einem Lochkarten-,Lochstreifen-_fMagnetband- oder dergl. -Programm erfolgt durch Umsetzung der codierten Information des Programmes in eine Folge von Energieimpulsen, mit denen der Schrittmotor über eine Anzahl von Schritten bewegt wird, um den beweglichen Bauteil in die gewünschte Stellung zu bringen.

Die Genauigkeit der resultierenden Lageeinstellung hängt λ offensichtlich nicht nur von der Zufuhr der erforderlichen Anzahl von Energieimpulsen zum Motor und von der Fähigkeit des Motors, jeden Impuls in die gewünschte Bewegung umzusetzen, ab , sondern auch von der Präzision der Leitspindel« Aus diesem Grunde mußte die Leitspindel mit ganz besonders großer linearer Präzision bearbeitet werden, und es mußte das gesamte Antriebssystem spielfrei ausgebildet werden. Verständlicherweise sind die zur Erzielung einer solchen

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Präzision aufzuwendenden Kosten erheblich und damit ein wesentlicher Konstruktionsfaktor.

Aber selbst wenn man eine Leitspindel mit äußerster Präzision schleift und das Antriebssystem mit minimalem Spiel ausbildet, war noch immer nicht sichergestellt, daß die Schrittzahl des Motors oder die Zahl der Teildrehungen der Leitspindel ein verläßliches Maß darstellten für die Groß· der Linearbewegung die dem Tisch oder einem anderen beweglichen Bauteil aufgrund des verwendeten Programms erteilt wird. Jederzeit besteht die Möglichkeit, daß Zählimpulse ausfallen, vor allem bei maximaler Laufgeschwindigkeit, wenn die Frequenz der Zählimpulse 1000 je Sekunde und mehr beträgt. Zusätzlich führen noch Nachlauf- und Rücklauffehler der Leitspindel zu unvorhersehbaren Folgen, sofern nicht kostspielige Korrektureinrichtungen vorgesehen werden.

Es zeigt sich also, daß trotz kostspieliger Präzision der Leitspindel und deren umlaufenden Kugel-Spindelmutter nicht sichergestellt werden konnte, daß selbst bei einer korrekten Zählung der Motorimpulse auch ein exaktes Maß der Tischbewegung erreicht wird. Aus diesem Grunde war es bei den bisher bekannten Steuerungen nicht möglich, im offenen Kreis bzw. rückkopplungsfrei, d.h. mit nur einem Meß-

system zu arbeiten, ohne den Ausgang mit dem Eingang zu vergleichen. Die in einem Meßsystem vorhandene Fehlermögllchkelt

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macht es erforderlich, ein zweites Meßsystem einzusetzen oder» mit anderen Worten, im geschlossenen Kreis bzw* mit Rückkopplung zu arbeiten* so daß der Ausgang gemessen und zum Vergleicli zum Eingang zurück» gekoppelt wird. In einigen Fällen benutzte man die im zweiten Heßsystem festgestellten Lage£@üler dazu, die gesamte Anlage abzuschalten. Häufiger Jedoch t

wurde das zweite Heßsystem als Rückkopplung verwendet, um dem Antriebsmotor eine Korrekturbewegung einzusteuern· Diese Verdoppelung der Maßsysteme machten die bisher bekannten Steuerungen sehr kostspielig und kompliziert.

Zur Beseitigung der vorerwähnten Nachteile wird erfindungsgemäß ein Steuerverfahren vorgeschlagen»

welches dadurch gekennzeichnet 1st, daß mit einem i

auf den einen der beiden Bauteile gerichteten und zu dem anderen der beiden Bauteile refÄ;tiert©n monochromatischen Lichtstrahl ein optisches Inter» ferenzmuster in Form einer die Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen wiedergebenden Folge von Interferenzstreifen erzeugt wird» daß die bei

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Relativbewegung der Bauteile vorbeilaufenden Interferenzstreifen gezählt werden und aufgrund der Zählung ein der gesamten Abstandsänderung entsprechender Digitalwert gewonnen wird, und daß dieser Digitalwert mit einem der gewünschten Relativabstandsänderung entsprechenden digitalen Steuersignal verglichen und ein Verstellsignal für den Motorantrieb erzeugt wird.

Die Entdeckung, daß man ein Interferometer zur Erfassung der Lage des bewegten Bauteiles verwenden kann, ermöglicht die Anwendung einer rückkopplungsfreien Ausbildung, in der das Lageerfassungsorgan selbst das Primärelement der Steuerung darstellt und in der es nicht mehr erforderlich ist, die Leitspindeln und Antriebe in kostspieliger Präzisionsarbeit anzufertigen.

Genauer gesagt, steuert gemäß dieser Erfindung das Lageerfassungsorgan, bei dem es sich um ein Laser-Interferometer handelt, selbst die Bewegung und die Lage des beweglichen Bauteiles, so daß der Antrieb, zu dem der Antriebsmotor des beweglichen Teiles gehört, keiner bestimmten, zuvor festgelegten Bewegungsdimensionierungen bedarf und praktisch unendlich fein verstellbar ist. Bei dem Antrieb kann es eich somit um eine billige Leitspindel , die von einem Hydraulikmotor angetrieben wird oder auch um einen Hydraulikzylinder. Gleichgültig, welchen Antrieb man verwendet, erzeugt

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dieser eine kontinuierliche und keine schrittweise Bewegung, bis das Lageerfassungsorgan befriedigt ist.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung eines Laser-Interferometers als Lageerfassungs- und Antriebs-Steuerorgan ergibt sich eine bisher noch nicht dagewesene Genauigkeit der Lagesteuerung eines beweglichen Bauteiles. Die hierbei erzielbare Auflösung bemißt sich jetzt nicht mehr nach hundertstel Millimetern sondern ist tausendmal so groß. Praktisch ist die Meßauflösungsfähigkeit der Steuerung durch die Verwendung des Interferometers verglichen mit der Auflösungsfähigkeit des Servoantriebes, mit dem der Ausgang der Steuerung in die Bewegung des zu bewegenden Teiles umgesetzt wird, so groß, daß mit den gegenwärtig verfügbaren Servoantrieben die volle Kapazität der Steuerung noch nicht einmal ausgenutzt werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen eine spezielle Ausführungsform beispielsweise veranschaulicht ist·

In den .Zeichnungen zeigen:

Figo 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschine als ausgewähltes Anwendungebeispiel der erfindungsgemäßen Steuerung,

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Flg. 2 eine schematische Darstellung des Laser-Interferometers und seiner Reflektorenordnung zur Erfassung der Bewegung des bewegten Bautoiiles, bei dem es sich In diesem Falle um den Tisch der Werkzeugmaschine der Flg. 1 handelt,

Fig. 3 ein Rtichteckdiegramm der vollständigen Lxjuerung , und

Fig. 4 ein Steuerungsschema, bei dem ein einziger Laser mehrere Interferometer beaufschlagt.

Die in Fig. 1 dargestellte Werkzeugmaschine ist rn.it einer vertikalen Spindel ausgerüstet und dient zum .Bohren, Räumen, Fräsen und dergl. Die Werkzeugmaschine ist In drei Achsen verstellbar. Der Werkstück-Tisch 5 läuft auf horizontalen Führungen eines Schlittens 6, der wiederum in horizontalen Führungen auf dem Hauptrahmen 7 gelagert ist. Der das Werkzeug tragende Kopf 8 ist in vertikalen Führungen des Ständers des Maschinenrahmens verstellbar. Die Bewegung des Tisches erfolgt entlang der X-Achse, der Schlitten 6 bewegt sich entlang der Y-Achse und der Kopf 8 führt eine Vertikalbewegung iza Richtung der Z-Achse aus.

Für den Tisch, den Schlitten und den das Werkzeug tragenden Kopf sind getrennte Antriebe vorgesehen. Zn allen Fällen gehört zum Antrieb ein Hydraulikzylinder 9, dessen Kolben in

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geeigneter Weise mit dem zu bewegenden Bauteil verbunden ist, während der Zylinder jeweils an dem Maschinenteil befestigt ist» auf dem sich der bewegliche Teil bewegen kann. So ist im Falle des Tisches 5 der Zylinder am Schlitten 6 befestigt und der Kolben mit dem Tisch verbunden· Beim Schlitten 6 ist der Zylinder am Hauptrahmen befestigt. Beim Kopf β ist der Zylinder ebenfalls fest mit dem Haupt« rahmen verbunden.

Es muß darauf hingewiesen werden, daß in allen Fällen die Bewegungen der Antriebe nicht vorhersagbar sind. Im Gegensatz zu einer mit Schrittmotor angetriebenen Präzisionsleitspindel ,.bei der jeder Motorimpuls (mindestens gewollt) zu gleich großen relativen Bewegungsschritten zwischen den zwei relativ beweglichen Bauteilen führt, sorgen die erfindungsgemäß verwendeten Antriebe nicht für eine Bewegung in gleich großen Schritten, zumindestens brauchen sie es nicht.

Das Kernstück der Erfindung ist ein Interferometer 10, welches echematiech in Fig. 2 dargestellt ist. Für jede der Bewegungeachsen der Maschine ist ein Xnterf erometer vorgesehen. Zur Messung der Bewegung entlang der zugehörigen Achs· arbeitet jedes Interferometer mit einem Reflexionsepiegel 11 zusammen, bei dem es eich vorzugsweise in ein Drtikantpri·»* handelt. FOr die X-Achse ist das laterfero- ■eter fest am bsw· gegenüber den Solllitten 6 befestigt,

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während sich der zugehörige Spiegel am Tisch 5 befindet. Bei der Y-Achse befindet sich das Interferometer am Maschinenrahmen und arbeitet mit einem am Schlitten 6 gelagerten Spiegel zusammen. Bezüglich der Z-Achse befindet sich das Interferometer am Stander des Maschinenrahmens, während sich der zugehörige Spiegel bzw. das Dreikantprisma am Kopf 8 befindet. In jedem Falle hängen die speziellen Anbringungsorte der Interferometer und der Reflexionsprismen von der baulichen Ausbildung der Maschine ab. Stets sollten aber diese Bauteile so geschützt und so angebracht werden, daß die verwendeten Lichtstrahlen nicht unterbrochen werden können.

Obwohl Interferometer an sich bekannt sind und somit eigentlich keiner Beschreibung bedürfen, soll für auf diesem Gebiet weniger erfahrene Fachleute bezüglich des Interferometers eine Erläuterung anhand der Fig. 2 gegeben werden. Wie schematisch angedeutet, kommt von einen Laser 12 ein monochromatischer Lichtstrahl mit fester Frequenz und Wellenlänge, der auf einen Strahlteiler 13 auftrifft. Bei dem Strahlteller handelt es sich um einen Halbepiegel, der mit dem Laser-Lichtstrahl einen Winkel von 45° bildet. Bin Teil des Lichtstrahles wird vom Strahlteiler zu einem Spiegel 14 umgelenkt, bei dem e· sich vorzugsweise auch um «In Dreikantprisma Handelt, das bezüglich des Strahltallara fast angebracht ist. Dieser abgelenkte Strahl let dar Bamitaatrahl daa Interferometer·.

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Der andere Teil de3 Lichtstrahles aus dem Laser geht durch den Strahlteiler hindurch und trifft dann auf das Dreikant« prisma 13, um den Meßstrahl des Interferometers zu bilden.

Die rückkehrenaen Lichtstrahlen vereinigen sich an der reflektierenden Oberfläche des Strahlteilers, wo sie ^e nach der momentanen Phasenlage zwischen den beiden Strahlen additiv oder subtraktiv interferieren» Die PhasenbezieJaung oszilliert kontinuierlich zwischen völliger Phasengleichheit und völliger Gegenphasigkeit, wenn sich die Länge des Meßstrahles vergrößert oder vermindert. Wenn beispielsweise der auf das Prisma 11 auftreffende Meßstrahl um ein Viertel Wellenlänge länger ist als der Bezugsstrahl, welcher von dem Prisma 14 kommt, sind die zwei Lichtstrahlen völlig gegenphaslg und heben einander auf. In diesem Augenblick erhält der foto empfindliche Detektor 15» der das Lichtmuster auf der reflektierenden Oberfläche des Strahlteilers empfängt, kein Licht. Wenn andererseits die zwei Strahlen phasengieich sind, empfängt der Detektor einen hellen Fleck.

Die Bewegung des Prismas 11 in Richtung zum Strahlteiler oder von ihm fort in Richtung der Achse des M Bstrahls führt zu einem siiPisförmigen Interferenzmuster mit abwechselnden dunklen und hellen Linien oder Streifen* Eine Zählung dieser Streifen mit einem in beiden Richtungen arbeitenden Zähler und -eine Multiplikation der Zählung mit einem

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Faktor ergibt gegenüber einem Bezugspunkt In Zoll oder Zentimeter den Weg, den der Tisch oder der sonstige Bauteil, an dem sich das Reflexionsprisma 11 befindet, zurückgelegt hat.

Wenn das Interf erenzmip^;- ·-.?· auf eine» Schirm projizlei. t wird,

bewegen sich die Intel., tsrens streif en entweder nach links oder nach rechts Je nach der Bewegungsrichtung des Prismas 11. Die Richtung, in der sich die Interferenzstreifen bewegen, stellt somit eine Angabe für die Bewegungsrichtung des Tisches oder sonstigen beweglichen Bauteiles dar. Durch Beobachtung der Interferenzstreifen mit einem Fotosensor und durch Verbindung des Sensorausganges mit einem elektronischen Zähler kann man somit eine äußerst genaue Messung des vom beweglichen Teil zurückgelegten Weges vornehmen.

Außerdem kann man durch Vergleich der Interferenzstreifen-Zählgeschwindigkeit mit einer genauen Zeitbasis die Geschwindigkeit des sich bewegenden Teiles erfassen.

Die FiP. 3 zeigt in einem schematischen Rechteckdiagramm, wie man das Laser-Interferometer dazu verwenden kann, die Bewegung des Tisches 5, des Schlittens 6 und des werkzeugtragenden Kopfes 8 zu steuernc Generell gilt eine solche Anordnung für jede relative Linearbewegung zwischen zwei Teilen.

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In dem Diagramm der Fig. 3 handelt es sich bei den Bauelementen, die sich in dem von einer gestrichelten Linie umgebenen Raum befinden _f um die Mittel, mit

denen die von der Programmeinrichtung 17 kommenden Befehle so umgesetzt werden, daß man mit ihnen die gewünschte Bewegung des zu bewegenden Teiles» d.h. des Tisches, erhält. Vom Laser-Interferometer 10, speziell von dessen Interferenzstreifen-Detektor, kommt ein Signal, welches eine Funktion des Bewegungeweges und der Bewegungsgeschwindigkeit des Tisches 1st· Dieses Signal wird einem elektronischen Interferenzstrelfen-Zähler 18 und einem Frequenzmesser 19 zugeführt« Hit diesen beiden Bauteilen 18 und wird der Interf erometerausgang in numerische Angaben umgesetzt, bei denen es sich um einen elektrischen Strom oder ein Signal handelt, das die GröBe und die Geschwindigkeit aller Tischbewegungen identifiziert»

Wegen der Arbeitsgeschwindigkeit von ©lefctroniBChen Interferenzstreifen-Zähler und Frequenzmesser wird Jede von Interferometer erf&ate Bewegung des Tieohee» gleiöhgUltlg wie schnell oder wie wenig sich dieser bewegt, als raaaepifiche Angabe festgehalten, di· als Ausgang von Interferenz-Streifen-Zähler und Frequenzmesser erscheint· Diese Imsgnigsslgnale gelangen in DlgltalHfoap&ratoi·«» 20 und 21, wo sie itit mtnerieehen Besnigaeteuerdaten. verglichen wartai» die

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Programm 17 kommen. Das Programm kann beliebig ausgebildet sein und beispielsweise einen Bandleser oder Decoder enthalten.

Der Komparator wandelt in bekannter Weise jede Ungleichheit zwischen den Bezugssteuerdaten und den Daten aus dem Interferenzstreifen-Zähler und dem Frequenzmesser in zwei elektronische Steuersignale um, von denen das eine ein Wegsignal und das andere ein Geschwindigkeitssignal ist. Diese Steuersignale werden einem "Start, Stop und Richtungs"-Servo und einem "6eschwindlgkeitsⁿ-Servo 22 zugeführt, der die Arbeitsweise des Antriebsmotors, d.h. des Hydraulikzylinders 9 beeinflußt.

Die Steuersignale aus dem Programm 17 können so auf die Steuerung einwirken, daß diese automatisch eine Tischbewegung von beliebiger Größe bei beliebiger Geschwindigkeit innerhalb der Möglichkeiten des Antriebet* verursacht. Zusätzlich kann das Programm noch manuell Übersteuert werden, um mit der Steuerung jede gewünschte Einstellung des Tisches vorzunehmen. Diesem Zweck dienen manuell bedienbare Lage- und Goschwlndigkeitsstellvorrlchtungen 23 und 24, die das Programm über* steuern.

Um Pendelungen zu vermeiden, wenn der Tisch sich der gewünschten Stellung nähert, führt die Programmeinrichtung in den

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Komparator abschließende Verzögerungssignale ein» Diese von der Programmeinrichtung in den Komparator eingespeisten automatischen Verzßgerungssignale halten die TiscKLaufgeschwindigkeit Innerhalb der Ansprechzeit des "Start, Stop- und Richtungsⁿ-Servos. Auch hier kann mit einer Handsteuerung 24* manuell eingegriffen werden, um Verzögerungesignale einzuspeisen, die das Programm übersteuern.

Da die spezielle Schaltung von Digital-Komparator, elektronischem Interferensstreifen-Zihler_s Frequenzmesser Program»=» einrichtung und die zugehörigen Leitungsverbindusg@n zwlschea diesen feilen nicht Gegenstand der Erfindung sind mud sich beliebig ausbilden lassen, sind solche Einzelheiten nicht näher offenbart. Aus dem gleichen Grund© könaen auch die Servos beliebig ausgebildet sein. Sofern die iBtriebsmotore Hydraulikzylinder sind, können die Servos kombinierte umsteuerbare Durchflußregelventile sein, die in vielfältiger A Form zur Verfügung stehen.

Es sollte noch erwähnt werden, daß der hier verwendete Ausdruck "Interferometer^w nur den Strahlteiler und die Prismen umfaßt, die den Bezugsstrahl und den Meßstrahl, erzeugen«, Der Laser_£ fisr den iaoaocfcroaatischen Lichtstrahl erzeugt den ^edes Interferometer empfangen muß, wird hier nicht als Teil des Interferometers angesehen. Außer Lasern Manen auch

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andere monochromatische Lichtquellen verwendet werden, die hler ebenfalls mit in den Rahmen der Erfindung fallen.

Bei der schematischen Darstellung der Fig. 1, die die Anwendung der Erfindung auf eine dreiachsige Werzeugmaschine beinhaltet, sind alle Interferometer mit ihrem eigenen Laser versehen. Wie Fig. 4 : algt, ist es aber auch möglich, in Verbindung mit mehreren Strahlteilern 26 mit einem einzigen Laser 25 zu arbeiten, der dann alle drei Interferometer versorgt.

Arbeitswelse

Es sei zunächst angenommen, daß durch manuelle Steuerung der Tisch 5 in eine zuvor festgelegte Ausgangs- oder Startstellung gebracht worden ist. Ist dies geschehen, wird der Zähler rückgestellt, so daß er in eine Nullstellung kommt. Nun wird die automatische Steuerung eingeschaltet, so daß augenblicklich die vorprogrammierten Eingangsdaten die weitere Arbeitsweise übernehmen.

Es sei Jetzt welter angenommen, daß der Tisch, ausgehend von der manuell eingesteuerten Startstellung 3? 79 Zoll nach rechts (in Fig.1) gebracht werden soll. Diese Information oder Instruktion wird von der Programmeinrichtung geliefert und in den Lagekomparator in Form numerischer Bezugsdaten

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eingespeist, welche von einem elektrischen Signal verkörpert werden. Aufgrund der Differenz (Ungleichheit) zwischen den Bezugsdaten und der dann dem Nullwert entsprechenden numerschen Daten, die der Komparator vom Interf erenzstreif en-Zähler empfängt, erzeugt der Komparator ein Ausgangssignal» welches den "Start, Stop und Richtungs^M-Servo aktiviert, damit dieser den Antrieb so beeinflußt, daß er den Tisch in Richtung auf eine Stellung verschiebt, die 3 »79 Zoll entfernt liegt und i an der sich das Werkstück in der richtigen Lage für eine erste Maschinenbearbeitung befindet.

Wenn sich nun der Tisch 5 bewegt, bewegt sich auch das Prisma 11 gegenüber dem am Schlitten der Haschine befindlichen Interferometerteilen, so daß eine Folge von Interferenzstreifei an dem fotoempfindlichen Detektor des Interferometers vorbeiläuft. Hierdurch entsteht ein Wechselstrom, den der elektronische Zähler in numerische Daten umsetzt, die dem { Komparator zugeführt werden. Solange noch eine Ungleichheit vorhanden ist, arbeitet der motorisch« Antrieb, um den Tisch zu bewegen.

Die Geschwindigkeit der Tiechbewegyng wird mit einem Signal gesteuert, welches im Geschwiiidigkeitelcoiiparator dadurch gewonnen wird, daß diener den Auagang dee frequeiizBea8«re_$ der die augenblickliche Frequenz der laterfereasetrelfwa •rfaßt, mit Gesehwindlgktita-BtmigedÄtiiii v*rtfL«J.oi&t, die von

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der Programmeinrichtung in den Geschwindigkeitskomparator eingespeist werden. Der Geschwindigkeitskomparator beeinflußt dann entsprechend den Geschwindigkeitsservo.

Wenn sich der Tisch der gewünschten Lage oder dem Ziel bis auf eine zuvor festgelegte geringe Entfernung genähert hat_p sorgt die Programmeinrichtung für eine übersteuernde automatische Abbremsung. Dabei wird dafür gesorgt» daß die Abbremsung der Bewegung des Tisches mit einer Verzögerung erfolgt, die innerhalb der Ansprechzeit des Servos liegt, der die Bewegung abstoppt« So kommt der Tisch ohne Pendelungen in eine Ruhestellung.

Nun kann der erste Arbeitsgang mit der Werkzeugmaschine erfolgen. Diese Bearbeitung kann,wie zu Zwecken der Erläuterung dargestellt, darin bestehen, daß mit einem entsprechenden Werkzeug in dem werkzeugtragenden Maschinenkopf ein Loch gebohrt, geräumt oder angephast wird. Ein solcher Arbeitsgang erfordert eine Absenkung des Kopfes mit Hilfe der Programmeinrichtung unter der Steuerung einer mit dem Maschinenkopf verbundenen Interferometeranordnung.

Nach Vervollständigung des ersten Bearbeitungsgangee werden von der Programmeinrichtung gesteuert und von den Interferometern überwacht der Maschinenkopf, der Tiech und der Schlitten so bewegt, daß diese Maschinenteile in die richtige Lage für die nachfolgenden Arbeitsgänge kommen.

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Be.·, allen verschiedenen Lageeinstellungen arbeitet das laterf ©rometer-Meßsystem und bildet die tatsächliche Steuerung für Lage und Geschwindigkeit. Die Antriebs«» vorrichtung, welche die Verstellbewegungen verursacht, kann stufenlos arbeitend ausgebildet sein und braucht nicht für schrittweise Weiterbewegung au ausgebildet sein,. Dies heißt mit anderen Worten, daß die Antriebsvorrichtung durchaus so ausgebildet sein kann, daß die Lage und die Geschwindigkeit der Verstellungen nicht vorherzusagen sind. Wegen der mit dem Interferometer erzielbaren äußerst feinen Meßauflösung, kann die Genauigkeit der Lageeinstellung des beweglichen Bauteiles mit einem stufenlos verstellbaren Antrieb gegenüber dem Ziel so nahe wie erwünscht innerhalb eines Tausendstel oder Zehntaudendstel Millimeter oder sogar noch besser vorgenommen werden» Die Auswahl der Genauigkeit erfolgt in einfacher Weise dadurch, daß man den Komparator für Interferenzstreifen-Zählungen unempfindlich macht, welchen Abständen entsprechen, die geringer " sind als die ausgewählte Entfernung vom

Aus der vorstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen ist für den Fachmann erkennbar, daß mit der vorliegenden Srf indung Lageeinstellungen an Werkzeugmaschinen« teilen mit ganz wesentlich größerer Genauigkeit möglich werden als dies bisher mit numerischen Steuerungen möglich wazv Yen Bedeutung ist auch, daß diese Genauigkeit 'erml®!lam ist,-

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ohne auf große Durchlaufgeschwindigkeiten zu verzichten. Hinzu kommt, daß die Fertigungskosten geringer werden, da kostspielige präzisionsgeschliffene Leitspindel*! und ihre komplizierten Antriebe in Portfall kommen.

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Claims

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Patentansprüche.

V \J Verfahren zum Steuern des Abstandes zwischen zwei auf einem vorgegebenen Weg relativ zueinander motorisch bewegten Bauteilen, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem auf den einen der beiden Bauteile gerichteten und zu dem anderen der beiden Bauteile reflektierten monochromatischen Lichtstrahl ein optisches Interferenzmuster in Form einer die Relativbewegung zwischen den beiden Bauteilen wiedergebenden Folge von Interferenzstreifen erzeugt wird, daß die bei Relativbewegung der Bauteile vorbeilaufenden Interferenzstreifen gezählt werden und aufgrund der Zählung ein der gesamten Abstandsänderung entsprechender Digitalwert gewonnen wird, und daß dieser Digitalwert mit einem der gewünschten Relativabstandsänderung entsprechenden digitalen Steuersignal und ein Verstellsignal für den Motorantrieb erzeugt wird.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verstellsignal der Motorantrieb ein- und ausgeschaltet wird.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 und Z₉ dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Durchlaufgeschwindigkeit der Interferenzstreifen ein zweiter, der Abstandsänderungsgeschwindigkeit der zwei Bauteile entsprechender Digitalwert gewonnen wird, daß dieser zweite Digitalwert mit einen der gewünschten Verstellgeschwindigkeit entsprechenden digitalen Steuersignal verglichen und ein Geschwindigkeitssteuersignal fUr den Motorantrieb erzeugt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zweite digitale Steuersignal eine einer Mehrzahl von Größen hat, die kennzeichnend ist für eine Mehrzahl unterschiedlicher erwünschter Motorgeschwindigkeiten.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das monochromatische Licht von einem Laser erzeugt wird.

ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen revereierbaren Motor (9) zur Relativbewegung der beiden Bauteile (5, 6), einen ■onochromatischen Lichtstrahlerzeuger (12) und ein Interferometer (10) am einen Bauteil (6), einen de« Lichtstrahl auegesetzten! Reflektor (11) am anderen Bauteil (5)» einen mit dem Interferometerausgang (10) verbundenen Zähler (18) und einen mit dem Ausgang dee Zählers (18) und den Ausgang einer Programmelnrichtung (17) verbundenen Komparator (20), dessen Ausgang die Verstellbewegung des revereierbaren Motors

(9) steuert.

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Τ. Yorrichtimg nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die monochromatische Lichtquelle ein Laser (10)ist»

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7$ gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang des Interferometers (10) verbundenen Frequenzmesser (19) und einen mit dem Ausgang des Frequenzmessers (19) und dem Ausgang der Programmeinrichtung (17) verbundenen zweiten Komparator (21), dessen Ausgang die Verstellgeschwindigkeit des reversierbaren Motors (9) steuert.

9. Vorrichtung nach Anspruch. 8_S gekennzeichnet durch einen mit dem zweiten Komparator (21) verbundenen*-Verzttgerungssignalerzeuger, der in Abhängigkeit von der Annäherung der Bauteile (5» 6) an ihre Soll-Stellung die Verstellgeschwindigkeit herabsetzt·

10. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 9» gekennzeichnet durch I an did Komparatoren (20, 21) angeschlossene Handsteuermittel (23» 24, 24^e) zur Übersteuerung der Programmeinrichtung (17).

11. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die reversierbaren Motore stetig steuerbare, vorzugsweise servogesteuerte Hydraulikmotoren (9) sind.

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