DE2061987C3

DE2061987C3 - Lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung für die Geradführung von mit Führungsteilen längs einer Schlittenbahn geführten Schlitten an Werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2061987C3
Application number: DE2061987A
Authority: DE
Inventors: Walter Zuerich Luethi (Schweiz)
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-12-16
Publication date: 1974-03-28
Also published as: DE2061987B2; GB1327450A; DE2061987A1; CH521821A; US3713746A

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtstrahlorientiertc Lagekorrekturregeleinrichtung für die Geradführung

von mit Führungsteilen längs einer Schlittenbahn geführten Schlitten an Werkzeugmaschinen, welche aus einer in einer dem Gestell für die Schlittenbahn zugeordneten Bezugsebene fest angeordneten Lichtquelle mit einem zu dieser Bezugsebene parallelen die SoIlrichtung vorgebenden Lichtstrahl, einer mit dem Schlitten in Verbindung stehenden, die Istlage des Schlittens gegenüber dem Lichtstrahl registrierende und aus der damit über lichtelektrische Fühlereinheiten feststellbaren Regelabweichung ein Steuersignal

bildenden Aufnahmeeinrichtung sowie einem durch das Steuersignal betätigbaren hydraulischen Stellglied besteht.

Eine bekannte lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung ist in der Zeitschrift »Maschinen-

bautechnik« 17 (1968) Heft 10, Seite 506 bis 500 beschrieben und arbeitet mit einem fest angeordneten Autokollimationsfernrohr und einem die ausgesandten Lichtstrahlen reflektierenden Spiegel an dem verstellbaren Maschinentisch. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es lediglich möglich. Verkantungen des Maschinentisches zu registrieren und auszuregulieren. VertiVale Verstellungen des Maschinentisches werden nicht registriert. Andererseits ist es bei der bekannten Einrichtungen nicht möglich, auf dem genannten Maschinentisch einen weiteren Maschinentisch lichtstrahlorientiert zu führen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtstrahlorientiertc Lagekorrekturregeleinrichtung anzugeben, die es gestattet, einen Maschinentisch in einer Ebene exakt zu führen, wobei die Anordnung von lichtelektrischen Fühlereinheitcn am Maschinenteil so erfolgen soll, daß sich Verformungen des Maschinentisches nicht auf sie auswirken Insbesondere¹ ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Regelung mindestens auf einen weiteren Maschinentisch auszudehnen, welcher auf dem ersten licht^: strahlorientiert geregelten Maschinentisch verschiebbar ist. Erfindunjisgemäß gelingt dies dadurch, daß bei einer an sich bekannten Werkzeugmaschine mit drei senkrecht zueinander verschiebbaren Schlitten, von denen der untere Schlitten jeweils die Bahn des folgenden Schlittens trügt, zu dem zu einer Bezugsebene für die Schlittcnfilhrune parallelen Licht-

strahl in an sich bekannter Weise mindestens ein paralleler Referenzstrahl vorgesehen ist, und die lichtelektrischen Fühiereinheiten der Aufnahmeeinrichtung für eine Bezugsebene aus einer Anzahl von drei lichtelektrischen Fühlereinheiten bestehen, die getrennt voneinander gemeinsam mit der Lichtquelle für die Bezugsebene der folgenden Schlittenbahn an einer Halterung angebracht sind, welche über eine Dreipunktlagerung mit den Führungsteilen des Schlittens in Verbindung steht.

An Hand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 ein Horizontalbohrwerk in Montagestellung, ausgerüstet mit einer lichtstrahlgesteuerten Geradführung,

Fig. 2a einen Schnitt nach Linie Ha in Fig. 1, Fig. 2 b einen Schnitt nach Lirie II b in Fig. 2 a, Fig. 2c einen Schnitt nach Linie lic in Fig. 2a, F i g. 3 die Darstellung des Lichtstrahlverlaufes zur Kontrolle der Jc-y-Ebene,

Fig. 4 die Darstellung des Lichtstrahlverlaufes zur Kontrolle der x-y-Ebene,

Fig. 5a einen Schnitt durch einen Sensor,
Fig. 5b einen Querschnitt durch einen vertikal und horizontal verstellbaren Gleitschuh mit einem elektrohydraulischen Steuerkreis für die Verstellung desselben,

Fig. 6 a einen Schnitt durch einen weite, en Sensor, Fig. 6b einen Querschnitt durch einen vertikal verstellbaren Gleitschuh mit einem elektro-hydraulischen Steuerkreis für die Verstellung desselben.

Gemäß Fig. 1 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Maschinenbett 1 ein Werkstückträger 2 verbunden. Das Maschinenbett 1 ist mit zwei in jr-Richtung parallel zueinander verlaufenden Führungsleisten 3 versehen, welche je eine obere und untere Schlittenbahn 4, sowie seitliche Schlittenbahnen 5 aufweisen. Auf und an den Schlittenbahnen 4, 5 gleitet in x-Richtung ein Horizontalschlitten 6, bestehend aus vier in der j-z-Ebene angeordneten Gleitschuhen 7, 8, 9 a, 9/>. Die Gleitschuhe 7, 8. 9 a, 9 b sind als Umgriffe ausgebildet und alle vertikal sowie teilweise auch horizontal verstellbar, wie später an Hand der Fig. 5b, 6b noch näner zu erläutern sein wird. Vorzugsweise sind die Gleitschuhe 7, 8 sowohl vertikal als auch horizontal verstellbar und das Gleitschuhpaar 9 α, 9 b ist lediglich vertikal verstellbar. Die Verstellung der Gleitschuhe 9 a, 9 b erfolgt synchron, so daß diese wie ein fest miteinander verbundenes Gleitschuhpaar reagieren. Auf den Gleitschuhen 7, 8, 9 a, 9 b ist ein Turm 10 des Bohrwerkes befestigt. Zwischen den Gleitschuhen 7, 8, 9 a, 9 b ist eine Halterung 11 für lichtelektrische Fühlereinheiten angeordnet. Diese Halterung ist über eine spezielle, in den Fig. 2a bis 2c näher dargestellte, Aufhängung so mit dem Turm 10 verbunden, daß er frei von auftretenden Belastungen bleibt und trotzdem die Bewegungen der Gleitschuhe mitmacht. Die Halterung 11 trägt zwei Rohre 57,89, welche sich in .r-Richtung unter den Gleitschuhen 7, 8 bzw. 9 λ, 9 b erstrecken. Unter dem Gleitschuh 7 befindet sich in dem Rohr 57 ein Strahlteiler 73. Der durch den Strahlteiler 73 hindurchtretende Halbstrahl fällt auf eine im Rohr 57 unter dem Gleitschuh 8 angeordnete lichtelektrische Fiihlereinheit 13. Der vom .Strahlteiler 73 reflektierte Halbstrahl fällt auf eine lichtelektrische Fühlereinheit 12, welche in einem Rohrstutzen 74 unter dem Strahlteiler 73 angeordnet ist. Der Rohrstutzen 74 ist senkrecht zum Rohr 57 gerichtet.

Eine dritte lichtele'itrische Fühlereinheit 14 ist in dem Rohr 89 genau in der Mitte zwischen den beiden Gleitschuhen 9 a, 9 b angeordnet. An einem Träger 15, welcher fest mit dem Werkstückträger 2 verbunden ist, ist eine Lichtquelle 16 angeflanscht. Der von der Lichtquelle 16 ausgesandte Lichtstrahl wird durch eine in dem Träger 15 angeordnete, hier nicht näher dargestellte Strahlumlenk- und Strahlteilervorrichtung in zwei in einer Ebene liegende Lichtstrahlen R₁, R, aufgespalten. Auf die zwei Lichtstrahlen R₁, R₂ sind die Rohre 57, 89 ausgerichtet.

An Führungsleisten 17 mit Schlittenbahnen 18 des Turmes 10 ist ein dem Horizontalschlitten 6 entsprechender Vertikalschlitten 19 verschiebbar gelagert.

ίο Dieser Vertikalschlitten 19 weist analog dem Horizontalschlitten 6 vier Gleitschuhe 20, 21, 22 a, 22 b, eine Halterung 23 für lichtelektrische Fühlereinheiten und drei lichtelektrische Fühlereinheiten 24, 25, 26 auf. Aus einer in der Halterung 11 für lichtelektrische

as Fühlereinheiten angeordneten Lichtquelle werden durch Strahlteilung und Strahlumlenkung des ausgesandten Lichtstrahles zwei Lichtstrahlen A₄, A₃ erzeugt, welche von den lichtelektrischen Fühlereinheiten 24, 25, 26 empfangen werden und welche die y-z-Ebene festlegen. Auf den Gleitschuhen 20, 21, 22 a, 22 b ist ein Auslegerarm 27 befestigt. Dieser Auslegerarm 27 weist eine sich in --Richtung erstrekkende quadratische Ausnehmung 28 auf, in welcher ein Bohrschlitten 29 geführt ist. Über vordere und hiniere Gleitlager 30, 31, welche in allen 4 Seitenflächen der quadratischen Ausnehmung 28 angeordnet sind, stützt sich der Bohrschlitten 29 in dem Aus-Iegeiarm27 ab. Die Gleitlager 30, 31 sind verstellbar, so daß durch Verstellung derselben die Stirndäche des Bohrschlittens 29 verkantet werden kann.

Hs kann weiterhin auf den Bohrschlitten 29 ein

Drehmoment bezüglich seiner Horizontalachse (z-Achse) ausgeübt werden. Hierzu sind in der Mitte des Auslcgerarmcs 27 zwei Gleitlager 32 angeordnet.

Die Gleitlager 32 sind aus der Mitte zweier sich gegenüberliegender Seitenflachen seitlich verschoben. Zum Festlegen der Stirnfläche des Bohrschlittens 29 in der .v-y-Ebene mittels der verstellbaren Gleitlager 30 bis 32 ist eine weitere Lichtquelle 33 mittels eines Trägers 34 an der Halterung 23 befestigt. Durch Strahlteilung und Strahlumlenkung werden drei parallele Lichtstrahlen RS, P 6, Rl erzeugt. Zwei der drei Lichtstrahlen werden durch lichtelektrische Fühlereinheiten 35, 36 auf der Stirnfläche des Bohrschlittcns 29 empfangen, der dritte Lichtstrahl wird von einem Spiegel 37 auf der Stirnfläche des Bohrschlittens 29 reflektiert und von einer lichtelektrischen Fühlereinheit im Träger 34 empfangen. Aus Fig. 1 und insbesondere aus den Fig. 2a bis 2 c ist die kräftefreie Aufhängung der Halterung 11 für die lichtclektrischen Fühler an den Gleitschuhen 7, 8, 9 a, 9 b ersichtlich. Mit der Halterung ] 1 ist eine Schiene 38 fest verbunden. Die Schiene 38 überragt die Halterung 11 in x-Richtung nach beiden Seiten und stützt sich auf den Gleitschuhen 7, 8 ab. Die Gleitschuhe 7, 8 weisen an ihrer Oberseite kalottenförmige Ausnehmungen 39 auf. In den kalotlenfö'rmißen Ansnphmitnopn IQ cinH L

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ordnet. Die Ausnehmungen 39 sind so bemessen, daß die Kugeln 41 noch mit ihrem überwiegenden Teil über die Oberfläche der Gleitschuhe 7. 8 hinausragen. Mit gleichen Ausnehmungen 40 :^jn ihrer Unterseite stützt sich die Schiene 38 auf den Kugeln 41 ab. Über den Ausnehmungen 40 sind in der Oberfläche der Schiene 38 Sarkbohrungen 42 angeordnet, in welchen Tellerfedern 43 eingesetzt sind. Winke!- stücke 44. welche mil den Gieitschuhen 7.8 vtr- ::hraubt sind, überkragen die Schiene 38 und pressen dieselbe über die zwischengeschalteten TeI- !crfedern43 auf die Kugeln 41.

Die Halterung 11 für lichtelektrische Füblereinhüiten besieht aus einer horizontalen Platte 45 und zw ei vertikal nach unten gerichteten Seitenw änden 46. 47. In den Seitenwänden 46, 47 sind die horizontal gerichteten Rohre 57,89 angeordnet. In einer Ausnehmung 49 in der Seilenwand 46 ist eine Lichtquelle 48 angeordnet. Der von der Lichtquelle 48 ausgesandte Lichtstrahl verläuft vertikal nach oben Ein auf der Platte 45 der Halterung 11 angeflanschter Rohrstutzen 50 ist koaxial zu dem von der Lichtquelle 48 ausgesandten Lichtstrahl gerichtet, tin einsprechender Rohrstutzen 51 ist auf der anderen Sute der Halterung 11 über der Seitenwand 47 angeordnet. Ein horizontal verlaufendes Querrohr und gleichzeitiges Tragerteil 52 verbindet beide Rohrstutzen 50,51 miteinander. In Hohe des Queirohres ist in dem Rohrstutzen 50 ein Strahlteiler 53 und in dem Ruhrstutzen 51 ein Umlenkspiegel 54 angeordnet. Somit tritt der von der Lichtquelle 48 ausgesandte Lichtstrahl zur Hälfte durch den Strahlteiler 53 hindurch und bildet den Referenistrahl R 3 Die andere Hälfte des ausgesandten Lichtstrahles wird um 90⁷ von dem Strahlteiler 53 abgelenkt, durchlauft das Querrohr, trifft auf den Umlenkspiegel 54, wodurch er wiederum um 90' abgelenkt wird, so daß er parallel zum Refercnzüchtstrah! P 3 als Referenzlicht-MKihl /? 4 aus dem Rohrstuizcn 51 aus-.riu.

LiKr dem Glemchuhpaar 9a. 9 ft ist auf der Außenseite des al> Trägertci! 52 ausgebildeten Qucrn >hie> ein kugelförmiger Ansät? 55 angebracht Um diesen kugelförmigen Ansatz 55 greift eine Kugelpfannc 56 und ist somit in allen Richtungen drehbar Mit der Kugeipfanne 56 sind zwei sich bis über die Gleitschuhe 9 a, 9/' erstreckende Arme 58, 59 verbunden. Auf den Gieitschuhen 9 α. 9 b sind Winkelstücke 60 befestigt, welche die Arme 58.59 überkragen. Die Winkelstücke 60 weisen eine dem Arm 58 bzw. 59 zugewandte Sackbohrunc 61 auf. in der ein Körper 62 verschiebbar gelagert ist. Der Körper 62 stützt sich über eine Feder 63 am Grund der Sackbohrunc 61 ab. Auf der dem Arm 58 bzw. 59 zugewandten Seite ist eine flache Sackbohrurg 64 in dem Körper 62 angeordnet. Am Grund der flachen Sackbohrung 64 einerseits und auf der Oberseite des Armes 58 bzw. 59 andererseits stützt sich eine Kugel 65 ab. Die Kugel 65 wird dabei über den Körper 62 von der Feder 63 angepreßt. Koaxial zur genannten flachen S-ickbohrung 64 befindet sich an <Jer Oberseite der Gleitschuhe 9 a. 9 b eine gleiche flache Sackbohrung 66. Zwischen dem Arm 58 bzw. 59 und dem Grund der flachen Sackbohrung66 ist eine Kugel 67 angeordnet.

Um Platz zu schaffen für die vorstehend beschriebene Aufhängung der Halterung 11 für lichtelektrische Fühlercinheitcn, weist der Turm 10 ar, seiner Unterseite einen Flanschkragen 68 auf. wodurch im 22 t.·. 22 r
zipiell in

Innern . π Hohlraum geschaffen wird (Fig. 1). In ■li~: Fian>chkragen 68 sind sodann auf zwei eecer.-ubi.!]icL'enden S:ilen Ausnehmungen 69 angeordnet, durch welche die Rohrstutzen 50. 51 und son;: auch die Rdt-renzlichistrahlen/? 3. Λ 4 hindurchgreifen. Die Aufhängung der Halterung 23 für lichtelektrisch;:· Fühlereinheiten an den Gleitschuhe 2(1. 21. < Yeriikaischliucns 19 crr'olgt prin: gleichen Weise wie vorstehend

ίο re-ehricbin. Da jedoch das Lichtieilerswem mit den Rohren 50-52 hier fehl;, ist ein ce-Hjriderter Lagerzapfen als Träger'.eii 70 fur die Kugeipfanne 56 angeordnet. Zur Unterbringung der Aufhangung der Halterung 23 ist auf der Riick- ^dU des Au--legerarmes 27 ein entsprechender Hohlraum \orgeOien. was in der Fig. 1 nicht närui dargestellt >t

Gem.;.. Fig. 3 triff! der von der Lichtquelle 16 ausgesandu- Lichtstrahl auf einen SirahlleiLr 71.

zo welcher aus einem unter 45 im Lichtweg angeordneten halbdurchlässig«! Spiegel besteht. Der von d.n Sirahlteiler 71 reflektierte Halbstrahl trifft auf ein."! Umk-rik^p egel 72. wo er um 90 umgelenkt wird und als Referenzstrahl R 2 auf die in dom Rohr

j; 89 angeordnete lichtelektrische Fühlereinhcn 14 trifit. Der durch den Strahlteiler 71 hindurchttek-nde Halb-"rahl/? 1 trifft auf den im Rohr 57 angeordneten Strahlteiler 73. Der von dem Stn.hltciicr 73 reiiektierte Lichtstrahl beaufschlagt die Iu -:itcli·>.

irische Fuh'ercinheit 12 :n dem Rohrstutren 74 und der durch den Strahlteiler 73 hinduichtrciendc Lichtstrahl be-auiOlagt die im Rohr 57 angeordnete lichtelektrische Fuhlereinheit 13. Der Strahlicilei "1 .nid der Umlenkspiegel 72 sind in dem Tracer 15 angeordnet, an welchem auch die Lichtquelle 16 angeflanscht ist. Die an Hand der Fig. 3 \ergehend beschriebene Anordnung dient zur Lacee't.isvunc des Horizonialsrhliitens 6 in der r-;-hhenc Die gleiche Anordnung ist zur Erfassung der Lace des Venikalschlnien¹· 19 in der y-r-Ebene \oree'.her., wobei die an bzw. in dem Träger 15 cnceordneien Tciie. wie Lichtquelle. Strahlteiler und Umlenkspiegel nun in bzw. an der Halterune 11 angeordnet smcl (Fig. 2 u.

Zur Erfassung der Lage der Stirnfläche des Bohr schüttens 29 in der .t-v-Ebene ist die in Fie. 4 dargestellte Anordnung vorgesehen. Die an dem Tracer 34 angeflanschte Lichtquelle 33 wirft ihren 1 ichtstrahl a'jf einen Strahlteiler 75. Der durch den Strahlteiier 75 hindurchtretende Lichtstrahl /\ 6 u>tTt auf den Spiegel 37 an der Stirnfläche dos Bohvschinij-:-29, wird von diesem in sich reflektiert, trifft wiederum auf den Strahlteiler 75. wobei er um ¹³O umgelenkt wird und schließlich auf eine iichid-ektrische Fühlercinhcit 76 fällt. Der von dem Sirahlteiler 75 reflektierte Lichtstrahl lallt auf einer, weiteren Stiahlteiler 77. Der von dem StiahhetW 77 reflektiert Lichtstrahl R 7 trifft auf d;e lictitolek irische Fühlereinheit 36. Andererseits wi:d der »iuseh den Strahlteiler 77 hindurchtretende :! ichtstrahl an einem Umlenkspiegel 78 um 90 umgelenkt urui (tiiit als dritter Referenzstrahl RS auf die !ichtelektrisehe Fühkreinheit 35. Die lichtelektrische Fühlercinhcit 76. die beiden Strahlteiler 75. 77 und der linlenkspiegel 78 sind in dem Träger 34 angeoH- · Die beiden lichtelektrischer! Fühlercinheitcn 3? .··. und der Spiegel 37 berinden sich auf der Stirnfia> i-.c des Bohrschlittens 29.

In Fig. 5a isl cine lichtelektrische Fühlereinheit dargestellt, welche vier in vier Quadranten angeordnete Photodioden 1 his IV aufweist und somit sowohl Abweichungen der lichtelektrischen Fühlereinheit in der Vertikalen als auch in der Horizontalen von dem Lichtstrahl R zu registrieren vermag. Gemäß Fig. 5b sind die beiden Photodiodenl.il in der oberen Hälfte der lichtelckliischcn Fühlcreinheit über zwei gleich große Bewcrliingswidcrständc 79 iuif den negativ bewertenden Eingang 80 eines Differenzverslärkers 81 geschaltet. Über entsprechende f !eich große Bewertungswiderstände 79 sind die Photodioden 111, IV in der unteren Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinhcit auf den positiv bewertenden Hingang 82 des Differenzverstärkers 81 geschaltet. Somit wird bei einer vertikalen Verschiebung der lichtelektrische!! Fühlcreinheit gegenüber dem Licht-Strahl R in Abhängigkeit davon, ob die Beleuchtung der lichtelektrischen Fühlcreinheit in der oberen oder unteren Hälfte überwiegt, ein negatives oder positives hignal am Ausgang des DifTerenzverstärkcrs 81 er- *eugt, welches über einen Stellverstärker 83 ein Servoventil 84 ansteuert. Das Servoventil 84 steuert über zwei Leitungen 85,86 die Druckölzufuhr zu einem vertikal verstellbaren Gleitlager. Zur vertikalen Verstellung des Gleitlagers sind in dem Gleitschuh 7 auf den der Führungsleiste 3 gegenüberliegenden Seiten Ausnehmungen 87 a. 87/) angcord-T!e* in welchen als Kolben wirkende Lagerko'per ¹HHn. 88/; vertikal verschiebbar gelagert sind. Die Ausnehmungen 87 a. 87 b sind über die erwähnten Drucköllcitungen 85, 86 an das Servoventil 84 angeschlossen Um den Gleitschuh 7 in der .v-r-T'bcnc auch horizontal verschieben zu können, sind seitlich in dem Gleitschuh 7 weitere Ausnehmungen 87 r,

87 (/ mit horizontal verschiebbaren Lagerkörpern

88 <\ 88 d angeordnet, welche sich an der Führungsleiste 3 abstützen. Die Druckölzufuhr zu den Ausnehmungen 87 c. 87 d und damit die horizontale Verschiebung des Gleitschuhes 7 wird durch ein Servoventil 84' und über Leitungen 85', 86' gesteuert. Das Servoventil 84' wird von dem Ausgangssignal eines Differenzverstärkers 81' über einen Stellverstärkcr 83' betätigt. Zur Auswertung einer horizontalen Verschiebung der lichtelektrischcn Fühlereinheit sind die Photodioden II, III der linken Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit über Bewertungswiderstände 79' auf den negativ bewertenden Eingang 80' des Differenzvers tärkers 81' geschaltet, so daß bei überwiegender Beleuchtung der linken Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit durch den Lichtstrahl R ein negatives Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 81' erzeugt wird. Andererseits sind die Photodioden I, IV der rechten Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit über gleich große Bewertungswiderstände 79' auf den positiv bewertenden Eingang 82' des Differenzverstärkers 81' geschaltet, so daß bei überwiegender Beleuchtung der rechten Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit durch den Lichtstrahl R ein positives Signal am Ausgang des pifferenzverstärkers 81' erzeugt wird.

Gemäß Fig. 6a ist eine lichtelektrische Fühlereinheit zum Erfassen der Bewegung in nur einer Koordinate aus zwei Photodioden I. TI in zwei Hälften aufgebaut. Die hier dargestellte lichtelektrische Fühlereinheit dient zum Erfassen einer vertikalen Verschiebung gegenüber dem Referenzlichtstrahl R.

Gemäß Fig. 6b ist zur Auswertung der von den Phntodioden L H gelieferten Signale die Photodiode I der obeier Hälfte der liehtelektrischen Fühlereiiiheit über einen Hevertimgswiderstand 79" auf den negativ bewertenden Hingang 80" eines Differenzverstär-1 -rs 81" geschaltet. Hbcnso ist die Photodiode II der unteren Hälfte der lichtclcktrischen Fühlereinheii über einen entsprechenden Bcwertungswiderstand 79" auf den positiv bewertenden Hingang 82" des DifTcrcnzverslärkers 81" geschaltet. Je nachdem, ob

ίο :'.ie Beleuchtung der lichtelektrischen Fühlercinhc't in der oberen oder unteren Hälfte überwiegt, ergibt sieh am Ausgang des DifTerenzvcrstärkers 81" en negatives oder positives Signal, welches, von dem Stelherstärker 83" verstärkt, dav Servoventil 84" in der einen oder anderen Richtung betätigt, so daß über die DrucköUeiUingcn 85". 86" mehr oder weniger Drucköl in die Ausnehmungen 87«, 87 {1 gelangt, wodurch sieh der Gleitschuh 9«, 9/> entlang der Lagerkörper 88(7, 88/1 vertikal nach oben oder unten bewegt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgcmaßen Geradführung ist folgende:

Die Lichtstrahlen Rl, R 2 verlaufen beide in der .r-c-Hbene. In der Nullstellung des Horizonlalschht-

zs tens 6, d. h. im symmetrisch belasteten Zustand und bei einer angenommenen, idealen Schlittenbahn 4. fluchten die Lichtstrahlen Rl, R 2 mit den lichtelektrischen Fühlcreinheitcn 12,13, 14. Weist die Schlittenbahn 4.5 Unebenheiten auf oder tritt eine unsymmetrische Belastung des Horizontalschüttcns 6 auf. so geben die Gleitschuhe 7. 8, 9 a. 9 b dieser Unebenheit bzw. Belastung nach. Die Bewegung der Gleitschuhe 7. 8, 9 a. 9 b wird infolge der in Fi g. 2 a bis 2 c dargestellten Aufhängung auf die Halterung 11 übertragen, so daß die an ihr befestigten lichtelektrischen Fühlereinheiten 12. 13, 14 diese Bewegung ebenfalls mitmachen.

Es sei beispielsweise angenommen, daß sich der Gleitschuh 7 unter einer auftretenden Schnittkraft und einer dadurch hervorgerufenen Verbiegung des Turmes 10 in y-Richtung nach unten bewegt. Die Bewegung des Gleitschuhes 7 wird über das Winkelstück 44, die Tellerfeder 43 und die Kugel 41 auf die Schiene 38 und damit auf die Halterung 11 für die lichtelektrischen Fühlereinheiten übertragen. Das andere Ende der Schiene 38 kippt um die Kugel 41 auf dem benachbarten Gleitschuh 8, ohne daß eine Kraft auf den Gleitschuh 8 übertragen wird, die dessen Lage verändern könnte. Bei der Kippbewegung der Halterung 11 um die Kugel 41 auf dem Gleitschuh 8 erfolgt sogleich eine Drehung des Querrohres als Trägerteil 52 mit seinem Kugelansatz 55 in der Kugelpfanne 56. Es ergibt sich somit eine resultierende Kippachse, welche durch die Kugel 41 auf dem Gleitschuh 8 und das Zentrum der Kugelpfannc 56 verläuft. Man erkennt, daß bei einer solchen Bewegung der Halterung 11 im wesentlichen die lichtelektrische Fühlereinhcit 12 eine unsymmetrische Beleuchtung erfährt.

Die vorstehend beschriebenen Vorgänge spieler sich ebenfalls ab, wenn der Gleitschuh 8 vertikal verschoben wird. In diesem Fall kippt die Halterung 11 um eine Achse, welche durch die Kugel 41 auf dcir Gleitschuh 7 und das Zentrum der Kugelpfanne 5( verläuft. Bei einer gegenläufigen, vertikalen Bewe gung der Gleitschuhe 7 und 8 dreht sie'. "Halte rung 11 mit dem Querrohr als Träger,el 52 al Achse in der Kucelpfannc 56.

Bl-! einer vertikalen Bewegung der (jle'T-chube 9a. 9 b. ύκ gemeinsam pcMeucM -:nu und <<x)\ ύίχ\^: «ie ein einziger Gleitschuh verhüten, kippt die Halterung 11 um die Schiene 38.

Eine horizontale Bewegung der Gleitschuhe 7. 8 • ird über die Kugel 41 und die Schiene 38 au? d:e Halterung 11 übertragen. Lber den kugeians;;·/ 55 an dem Querrohr als Trägerteil 52 und die Kueelpianne 56 wird die Bewegung der Halterung 11 .-.j:' die Arme 58 und 59 übertragen, Die .Vme 58 und 59 kunne,! dabei auf den Kugeln 65 υνύ 67 anroller

Bei al! den vorstehend angedeuteten Bev. .jZjni:¹--mögüchkeiien der Halterung 11. hervorgerufen durch die Bewegung eines oder mehrerer Gleitschuhe, werckn keine Kräfte von einem Gleitschuh auf den anderen durch die dazwischen angeordnete Halterung II übertragen.

Wenn einer der lichtelektrischen Fühlereinheiten 12. 13. 14 bei den oben genannten Bewegungen der Halterung 11 aus dem Zentrum eines zugeordneten Lichtstrahles Rl, R 2 auswandert, so erzeugt gemäß Fig. 5b. 6b der den einzelnen Photodioden der lichtelektrischen Fühlereinheit zugeordnete Differenzverstärker 81 ein Signal, dessen Größe und Vorzeichen von dem Betrag und der Richtung der Abweichung der lichtelektrischen Fühlereinhftit aus dem Zentrum des Lichtstrahles abhängt. Der der lichtelektrischen Fühlereinheit 12 zugeordnete Differenzverstärker darf gegenüber den den anderen lichtelektrischen Fühlereinheiten 13. 14 zugeordneten Differenzverstärkern nur einen halb so großen Yerstirkunesgrad aufweisen, da die von ihm registrier:.^ Abweichungen von dem Referenzstrahl Λ 1 infolge der Spiegelung an dem Strahlteiler 73 in doppelter Größe auftreten. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 81 steuert über den Stelh erstärker 83 das Servoventil 84. weichet seinerseits die Drucköizufuhr zu dem entsprechenden Gleitschuh so reguliert, daß dieser wieder seine Ausgangslage einnimmt. in der die zugeordnete lichtelektrische Fünlereinheit mit dem entsprechenden Lichtstrahl fluchtet. Alle Gleitschuhe 7, 8, 9 a, 9¹ b sind vertikal verstellbar. Zwei Gleitschuhe, ζ. B. die Gleitschuhe 7 und 8. sind zusätzlich horizontal verstellbar. Entsprechend sind die Photodioden der den Gleitschuhen 7 und 8 zugeordneten lichtelektrischen Fühlereinheiten 12 und 13 in vier Quadranten angeordnet (F i g. 5 a) und der elektro-hydraulische Steuerkreis entspricht dem in der Fig. 5b dargestellten Steuerkreis zur horizontalen und vertikalen Verstellung des Gleitlagers. Die lichtelektrische Fühlereinheit weist gemäß Fig. 6a nur eine obere und eine untere Photodiode auf, und der eiektro-hydraulische Steuerkreis entspricht dem in Fig. 6b dargestellten Steuerkreis zur vertikalen Verstellung der Gleitschuhe 9 a, 9 b.

Der Vertikalschlitten 19 entspricht in Aufbau und Wirkungsweise völlig dem Horizontalschlitten 6. Die lichtelektrischen Fühlereinheiten 24. 25, 26 sind au! die L'chtsirahlen R 3. R 4 ausgerichtet, welche in dei y-;-Ebene liegen. Den Gleitschuhen 20 und 2! sind lichtelektrische Füklereinheiten gemäß Fig. 5a und elektro-rndrau'isehe Sieuerkreise gemäß Fig, 5 b zugeordnet. Dem Gleitschuh 22«. 22 b ist eine lichtelektrische-Fühlereinheit gemäß Fig. 6a und ein eLktri>-h\draulischer Sieuerkreis gemäß Fig. 6b zugeordnet.

;o Lm den Bohrschliilen 29 mit seiner Stirnfläche in der χ- \ -Ebene zu halten, geschieht folgendes:

W en τι der Lichtstrahl R 7 die lichtelektrische Fühlereinheit 36. welche wiederum \ier in \ier Quadranten angeordnete Photodioden aufweist, nicht im

is Zentrum trifft, so werden über eine elektro-hydraulisehi. Steuervorrichtung gemäß Fig. 5b die Gleitlager 30 in der Horizontalen und Vertikalen so verstellt, daß die lichtelektrische Fühlereinheit 36 genau im Zentrum des Lichtstrahles R 7 lieet. Erfolet nun die Beleuchtung der lichtelektrischen Fühlereinheit 35, welche aus zwei Photodioden in einer linken und einer rechten Hälfte besteht, de eh den LichtstrahlÄS unsymmetrisch, so wird nvt einer elektro-hydraulischen Steuereinrichtung gemäß Fig. 6b das Gleitlager32 angesteuert.

Durch das Gleitlager 32 wird ein Drehmoment auf den Bohrschliuen 29 um die c-Achse ausgeübt, wodurch dieser solange verdreht wird, bis die Beleuchtung der lichtelektrischen Fühlereinheit 35 durch den Lichtstrahl R 5 symmetrisch erfolgt.

Bei einer Verkantung der Stirnfläche des Bohr- -hlitier.s 29 wirft der auf der Stirnfläche angeordnete Spiegel 37 den auftreffenden Lichtstrahl R 6 nicht mehr in sich zurück. Es entsteht eine Auslenkung des reflektierten Lichtstrahles. Diese Auslenkung wird von der wiederum aus vier Photodioden in vier Quadranten bestehenden lichtelektrischen Fühiereinheit 76 (Fig. 4) registriert. Eine der lichtelektrischen Fühlereinheit 76 zugeordnete elektrode hydraulische Steuervorrichtung gemäß Fig. 5 b steuert die Gleitlager 31 in der Weise, daß die Stirnfläche des Bohrschlittens 29 exakt in der jr-v-Ebene bleibt.

Da die Lichtstrahlen und damit die durch sie definierten Ebenen absolut ortsunveränderlich sind, erfolgt mit ihnen als Sollwert und den Supportlaccn als Istwert ein Vergleich und es erfolgt eine Regelung mit den verstellbaren Gleitlagern als Stellgliedern. Die erzielbare Steifigkeit und Genauigkeit" dei

Maschine ist beachtenswert gut.

Als Lichtquellen eignen sich vorzugsweise Laser-Lichtquellen, da diese einen scharf gebündelten, monochromatischen und kohärenten Lichtstrahl erzeugen.

Einer der beiden Lichtstrahlen in jeder Ebene kann weiterhin zur interferometrischen Längenmessung der Supportbewegungen verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung für die Geradführung von mit Führungsteilen längs einer Schlittenbahn geführten Schlitten an Werkzeugmaschinen, welche aus einer in einer dem Gestell für die Schlittenbahn zugeordneten Bezugsebene fest angeordneten Lichtquelle mit einem zu dieser Bezugsebene parallelen die Sollrichtung vorgebenden Lichtstrahl, einer mit dem Schlitten in Verbindung stehenden, die Istlage des Schlittens gegenüber dem Lichtstrahl registrierende und aus der damit über lichtelektrische Fühlereinheiten feststellbaren Regelabweichung ein Steuersignal bildenden Aufnahmeeinrichtung sowie einem durch das Steuersignal beiätigbaren hydraulischen Stellglied besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer an sich bekannten Werkzeugmaschine mit drei senkrecht zueinander verschiebbaren Schlitten (6, 19,29), von denen der untere Schlitten (6,11, 19, 23) jeweils die Bahn (18, 28) des folgenden Schlittens trägt, zu dem zu einer Bezugsebene für die Schlittenbahn parallelen Lichtstrahl (R₁, R₃, R₆) in an sich bekannter Weise mindestens ein paralleler Referenzstrahl (R.,, R_v R₅, R₁) vorgesehen ist, und die lichtelektrischen Fühlereinheiten der Aufnahmeeinrichtung für eine Bezugsebene aus einer Anzahl von drei lichtelektrischen Fühlereinheiten (12,13,14/24, 25, 26/35, 36, 76) bestehen, die getrennt voneinander gemeinsam mit der Lichtquelle (48, 33) für die Bezugsebene der folgenden Schlittenbahn an einer Halterung (11. 23) angebracht sind, welche über eine Dreipunktlagerung (38 bis 44; 55) mit den Führungsteilen (7, 8, 9a, 9 6/20, 21, 22α, 22 6/30, 31, 32) des Schlittens (6,19, 29) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile (7, 8, 9 o, 9 6/20, 21,22 α, 22 6) von Gleitschuhen gebildet werden, die vertikal und horizontal verstellbar sind.

3. Finrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreipunktlagerung {38 bis 44, 55) für die Halterung (11, 23) gebildet ist aus einer mit der Halterung verbundenen Schiene (38). welche mit jeweils einem ihrer beiden Enden auf jeweils einem zu beiden Seiten der Halterung benachbarten Gleitschuh (7,8) aufliegt, und aus einem an der Halterung (11. 23) angebrachten Trägerteil (52, 70), welches über eine aus einem kugelförmigen Ansatz (55) und einer Kugelpfanne (56) bestehendem Lager mit Querarmen (58. 59) in Verbindung steht, die mit ihren jeweiligen End'in auf jeweils einem weite ren zu beiden Seiten der Halterung benachbarten Gleitschuh (9 a, 9 6) aufliegen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (38) und die Oberseite der Gleitschuhe (7, 8) an sich gegenüberliegenden Punkten kartenförmige Ausnehmungen (39, 40) aufweisen, in die Kugeln (41) eingesetzt sind, und daß auf den Gleitschuhe!! (7. 8) Winkelstücke (44) befestigt sind, welche zwischen sich und der Schiene (38) eine Tellerfeder (43) spannen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ober- und Unterseite der Arme (58,59) Kugeln (65, 67) angeordnci sind, welche Kugeln (55,67) andererseits in flache Sackbohrungen (64, 66) in einem Körper (62) bzw. in der Oberfläche der Gleitschuhe (9 a, 9 h) hineinragen, und daß der Körper (62) in einer Sackbohrung (61) eines an den Gleitschuhen (9 a. 9 6) befestigen Winkelstücks (60) gegen eine Feder (63) verschiebbar angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gleitschuhen (7, 8, 9 a, 9 b) der Schlittenbahn (4) zugewandte Ausnehmungen (87a bis 87d) angeordnet sind, welche der Aufnahme von als Kolben ausgebildeten, druckölbeaufschlagten Lagerkörpern (88 a bis 88 d) dienen.