DE2362829A1 - Positionierungsvorrichtung - Google Patents

Description

Patentanwalt

8035 Gauting ' Hubertusstr.833#

18, Dezember 1973 Meine Akte; ζ 31-j,DT

Zumbach Electronic-Automatic, Orpund

Positionierungsvorrichtung·

Die Erfindung betrifft eine' Positionierungsvorrichtung für einen Teil, insbesondere einen Schlitten oder Tisch einer Werkzeugmaschine oder dergleichen, mit mindestens einem Anschlag,

Es ist bei Positionierungsvorriehtungen dieser Art bekannt, Anschläge mit beweglichen Fühlern vorzusehen, die auf Schalter wirken, die. ihrerseits den Antrieb zur Verschiebung des Teils ausschalten, wenn der Schalter durch den Fühler betätigt wird,

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(z.B. DT-PS 1 134 915). Bei dieser Art von Anschlägen besteht keine Sicherheit darüber, wie schnell die Bewegung nach dem Ansprechen des Anschlags angehalten wird, d.h., es ist unbestimmt, wie weit der Teil über eine vorgesehene Sollposition hinausläuft.

Bei numerisch gesteuerten Maschinen ist es zwar auch bekannt, eine Differenz zwischen der erreichten Stellung und einer Sollstellung elektrisch zu ermitteln und der Steuereinheit zwecks Korrektur zuzuführen (DOS 1 577 485). Diese Art von Anschlag ist jedoch nur im Zusammenhange mit umständlichen und teuren, numerisch gesteuerten Maschinen anwendbar.

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Positionierungsvorrichtung mit sehr genau wirkenden Anschlägen vorzusehen, die einfach und allgemein anwendbar ist. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlag die Kombination eines Gebers -, der in der Umgebung einer Soll- oder Anschlagposition des Teils eine durch Null gehende Grosse erzeugt und ein durch die Grosse gesteuertes, die Positionierung bewirkendes Servosystem vorgesehen ist. Der Anschlag.kann dabei elektrisch oder pneumatisch, eventuell auch hydrau-

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lisch wirken. Ein unbestimmtes Ueberlaufen der Anschlagposition ist verunmöglicht durch die Servowirkung, durch welche ein Teil in jedem Falle in seine Anschlag- oder Soll-Lage geführt wird.· Wie genau diese Position erreicht wird, hängt nur von der Genauigkeit des"Gebers bzw. von der Empfindlichkeit des Servosystems ab. Das Servosystem kann zugleich für die eigentliche Verstellung des Teils verwendet werden, indem ein Servomotor wahlweise entweder durch den Geber des Anschlags oder durch eine diesem übergeordnete Programm- oder Zyklussteuerung gesteuert wird.

Die Erfindung wird nun anhand einiger Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt schematisch die elektrische Ausrüstung eines Anschlags.

Fig. 2 zeigt die zur Steuerung benötigten, vom, Geber abgeleiteten Grossen,

Fig. 3 und 4 zeigen im Langs- bzw. Querschnitt einen Anschlagmechanismus mit mechanischem Anschlagfühler,

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Fig. 5 zeigt eine als Kopiersystem wirkende Positionierungsvorrichtung,

Fig. 6 zeigt einen, schematischen Querschnitt durch einen Teil der Vorrichtung nach Fig. 5 und

Fig. 7 zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Steuerung eines Bewegungszyklus.

Die in Fig. 1 gezeigte, bevorzugte Ausführungsform der Positionierungsvorrichtung weist einen einstellbaren Teil, z.B. einen Maschinentisch 1 auf, der mittels einer Spindel 2 von einem umsteuerbaren Gleichstrom-Servomotor 3 in X-Richtung (Pfeil) verschoben werden kann. Am Teil 1 ist ein schematisch angedeuteter Geberteil 4, z.B. ein kleiner Zylinder aus elektrisch leitendem und/ oder ferromagnetischem Material angebracht, der bei der Verschiebung des Teils 1 in den Bereich zweier an einem unbeweglichen Teil 5 der Maschine angebrachter, symmetrischer Mess-Spulen 6 einer Messbrücke gelangt. Die Messbrücke wird von einem Generator 7 mit Wechselstrom gespeist. Der Brückenausgang wirkt auf einen Differenzverstärker 8, dessen Ausgang einem Demodulator .9 zugeführt wird. Am Ausgang dieses Demodulators erscheint

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ein Signal gemäss Diagramm A in Fig. 2, d.h., solange der Geberteil 4 ausserhalb des Bereichs der Spulen 6 steht, ist die Brücke abgeglichen und es· erscheint kein Ausgangssignal. Gelangt der Geberteil 4 von einer Seite her in den Bereich einer Spule 6 und beeinflusst diese, so erscheint ein Signal bestimmter Richtung, bis der Teil 4 symmetrisch zwischen den Spulen 6 in einer Anschlag- oder Sollstellung liegt. Bei weiterer Verschiebung in gleicher Richtung tritt ein entgegengesetzt gerichtetes Signal auf, weil jetzt der Einfluss auf die andere Spule 6 überwiegt. Wie Fig. 2 zeigt, kann mittels nicht dargestellter logischer Elemente ein Bereitschaftssignal gemäss Diagramm B erzeugt werden, solange sich der Geberteil 4 im Einflussbereich der Spulen 6 befindet, und die Servosteuerung kann nur solange wirksam gemacht werden, als ein Signal gemäss Diagramm A auftritt. Ferner können die Zustände je am Ende des Beeinflussungsbereiches gespeichert werden, wie Diagramm C in Fig. 2 andeutet.

Wird das Signal A während der Wirksamkeit des Signals B oder aber das Signal C verstärkt dem Servomotor 3 zugeführt, so wird dieser die Spindel 2 antreiben und den Teil 1 verstellen, solange er Spannung erhält. Die Laufrichtung ist so gewählt, dass der Teil 1 mit dem Geber-

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teil 4 jeweils gegen die Anschlag- oder Sollstellung hinbewegt wird, für welche der Teil 4 symmetrisch

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zwischen den Spulen 6 liegt und kein den Servomotor steuerndes Signal mehr auftritt. Es wird also jeweils nötigenfalls durch Einpendeln die genaue Anschlagstellung erreicht. Es können ohne weiteres Genauigkeiten in der Grössenordnung von 10 mm erreicht werden.

Fig. 3 und 4 zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Anschlagmechanismus mit Fühler, bei welchem also nicht ein direkt mit dem einzustellenden Teil verbundener Geberteil auf die Mess-Spulen wirkt. Der Anschlagmechanismus dient z.B. zur Bestimmung der genauen axialen Lage einer Stirnfläche oder Radialschulter an einem in Fig. 3 angedeuteten Werkstück 10. Der Fühler weist einen zweiteiligen Arm lla, 11b mit Gelenk 12 und beidseitigen Anschlagbolzen 13 auf. Der Anschlag kann wahlweise beidseitig wirken. Der innere Teil 11b des Arms ist an einem Träger 14 befestigt, der im. oberen Teil eines Gehäuses 15 mittels der Achse 16 schwenkbar gelagert ist. Die seitliche Bewegung des inneren, zylindrischen Teils 11b des Armes ist begrenzt durch sein Spiel in einer Bohrung 17 in einer Stirnwand des Gehäuses. Am Träger 14 ist ein Geberteil 4¹ befestigt, der

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auf den nur schematisch angedeuteten anderen Geberteil 5' mit seitlich versetzten, nicht gezeigten Messspulen §.wirkt.

Mit dem Träger 14 ist ein Stab 1.8 verbunden, der frei Ins Gehäuseinnere zwischen zwei Druckfedern 19 ragt. Zwischen jede Feder 19 und den Stab 18 ist eine Scheibe 20 eingelegt,die längs zweier Führungsstäbe 21 verschiebbar ist. An einer drehbaren Achse 22 mit von aussen betätigbarem Handgriff 23 ist ein Winkel 24 befestigt, der zwischen die eine Scheibe 20 und den Stab 18 greift und damit die in Fig. 4 links liegende Feder unwirksam macht, während die rechts liegende Feder über die Scheibe 20 auf den Stab 18 wirkt und damit denselben, den Träger 14 und den Fühlerarm 11 in einer linken !Endlage . halt, in welcher der innere Armteil 11b links gegen die Wand der Bohrung 17 anliegt. Das System ist somit vorgespannt bzw. unabgeglichen, denn der Teil 4' liegt dann symmetrisch bezüglich der beiden Mcss-Spulcn '6 wenn sich der Fühlerarm 11 symmetrisch in der Bohrung 17 befindet. Der Geber ist somit im dargestellten vorgespannten Ruhezustand unabgeglichen und erzeugt ein Ausgangssignal bestimmter' Richtung. Γ

Das. Gehäuse 15 mit den oben beschriebenen Teilen i.st auf

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einen Schlitten. 25 aufgebaut, der mittels eines Steuerzylinders mit Kolben 26 über die Kolbenstange 27 verschoben werden kann, um die Anschlagvorrichtung in den Bereich des Werkstücks 10 zuzustellen und nach erfolgter Positionierung wieder zu entfernen.

Wie oben erwähnt, ist das Anschlagsystem in bestimmter Richtung vorgespannt· und unabgeglichen und zwar so, dass unter der Wirkung des erwarteten Anschlagdruckes des Werkstücks gegen den einen Stift 13 der Fühlerarm aus der dargestellten asymmetrischen gegen die symmetrische Lage hin verschoben wird, also in Fig. 4 nach rechts. Während der Messung ist es nun so, dass der Geber in seinem Ruhezustand ein Ausgangssignal bestimmter Richtung erzeugt, unter dessen Wirkung das Servosystem das Werkstück 10 auf den Fühler zu bewegt. Sobald das Werkstück hierbei gegen den Fühler anschlägt, wird dieser aus der vorgespannten asymmetrischen Lage gegen seine symmetrische Position zu bewegt. Es erfolgt nach einem eventuellen Einpendeln eine genaue Positionierung mit dem Fühler genau in seiner Mittellage und dem Werkstück genau in seiner Sollposition. Wäre der Fühler nicht vorgespannt, und der Geber nicht, unabgeglichen, so würde ein Mess-Signal erst auftreten, wenn die Anschlag-

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position bereits überschritten ist und es müsste dann eine Korrektur rückwärts erfolgen, wobei der Fühler 'einer eventuellen Ueberkorrektur nach rückwärts nicht folgen würde. Ein sicheres und rasches Einpendeln in die Nullposition bzw. Sollposition des Werkstückes wäre somit nicht gewährleistet.

Die Figuren 5 und 6 zeigen schematisch eine Anwendung der Positionierungsvorrichtung in einer Nachlaufsteuerung oder Kopiersteuerung. An einem mittels zweier Motoren 3Ox und 3Oy sowie zweier Spindeln 31x und 31y verstellbaren Maschinentisch 1 ist mit einem Träger 32 ein Geber 33 mit kreuzweise angeordneten Paaren von Mess-Spulen '34x und 34y verbunden. Der Geber 33 liegt über einer Scheibe 36, die von einem Motor 37 (Fig. 6) mit durch einen Regler 38 einstellbarer Drehzahl angetrieben werden kann, und die einen elektrisch leitenden und / oder ferromagnetischen zylindrischen Geberteil 39 trägt. Je zwei "Spulen 34x bzw. 34y sind gemäss .Fig. 1 in eine Brücke geschaltet, die über einen Servöverstärker 4Ox bzw» 4Ov auf den Servomotor 3Ox bzw. 3Oy wirkt. Befindet sich einmal der Geberteil 39 gemäss Fig. 5 symmetrisch innerhalb der Spulen 34x und 34y, so wird jede Bewegung des Teils 39 bezüglich der Spulen eine Verstimmung der einen oder beider Brücken und damit ein in·korrigierendem Sinne wirkendes Anlaufen des zugeordneten Servomotors

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bewirken. Der Tisch 1 wird daher der Bewegung des Teils genau folgen und bei Drehung der Scheibe 36 eine Kreisbewegung ausführen, wie die gestrichelte Linie in Fig. andeutet. Diese Steuerung des. Tisches 1 kann z.B. dazu dienen, eine Ringnut zu fräsen oder ein kreisförmiges Loch aus einem Werkstück zu schneiden. Es kann dabei eine sehr hohe Genauigkeit erreicht werden, wie oben angegeben wurde. Dieselbe Vorrichtung kann zum Kopieren anderer Bewegungen verwendet werden. Der Teil 39 kann z.B. längs einer Schablone geführt werden, um einen beliebigen Umriss zu kopieren.

Fig. 7 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsmöglichkeit, wobei entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 5 und 6 und nicht näher beschrieben sind. Am Maschinentisch 1 sind in diesem Falle Geberteile bzw. Anschläge 39x bzw. 39y aus leitendem und / oder ferromagnetischem Material in Richtung der angegebenen Pfeile längs Mass-Stäben 41x bzw. 41y einstellbar.angebracht. Die Anschläge 39 wirken auf je einen Geberteil 5x bzw. 5y mit zwei Mess-Spulen gemäss Fig. 1, und jeder Geberteil ist mit einem Servoverstärker 4Ox bzw. 4Oy verbunden, von welchen jeder auf den zugeordneten Servomotor 3Ox "bzw. 3Oy wirkt. Die Servoverstärker sind mit einer

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Zyklussteuerung 42 verbünden, welche die Geber wirksam und unwirksam werden lässt. Obwohl in Fig. 7 die Geber 5x und 5y so dargestellt sind, als ob sie auf einem gemeinsamen Maschinenteil, angeordnet seien, ist klar/, dass der Geber 5x den Bewegungen des Tisches 1 in Y-Richtung folgt, damit er stets im Wirkbereiche der Anschläge 39x bleibt, und dass der Geber 5y dem Tisch 1 in X-Richtung folgt, damit er im Wirkbereiche der Anschläge 39y. bleibt.

Die Steuerung erfolgt so, dass sich ein Punkt A des Tisches gemäss den Pfeilen nach B/ C, D und dann zurück nach A bewegt. Dabei übernehmen jeweils die Anschläge bei ihrem Wirksamwerden die Steuerung und lassen den Tisch 1 in die eine Position einpendeln. Dann wird wiederum die Zyklussteuerung wirksam und führt den Tisch in die nächste Anschlagposition, in welcher wiederum der entsprechende Anschlag wirksam wird und den Tisch in die genaue Position führt. " .

Wie bereits angedeutet, könnten in praktisch allen Fällen die elektrischen Geber durch pneumatische oder hydraulische ersetzt werden, welche entweder direkt auf ein pneumatisches bzw. hydraulisches Servosystem oder aber über elektrische Kreise auf einen oder mehrere Servomotoren wirken.

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Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Positionierungsvorrichtungen besteht darin, dass eine Feineinstellung der Anschläge nicht unbedingt mechanisch erfolgen muss sondern auch elektrisch durch entsprechende Einstellung der Brücke erfolgen kann. Es ist klar, dass bei elektrischer Verstimmung der Brücke dor Teil 4 (Fig. 1) nicht mehr genau symmetrisch zwischen den Spulen 6 liegen muss, um die Brücke abzugleichen.

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE

   1.) PositionierungsvQrrichtung für einen Teil, mit mindestens einem Anschlag, dadurch gekennzeichnet, dass als Anschlag die Kombination eines Gebers, der in der Umgebung einer Soll- oder Anschlagposition des Teils eine durc.h Null gehende Grosse erzeugt und ein durch die Grosse gesteuertes, die Positionierung bewirkendes Servosystem vorgesehen ist·

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer* einen umsteuerbaren Gleichstrom-Servomotor steuernder oder ein pneumatischer, einen Kolben ode'r umsteuerbaren pneumatischen Motor steuernder Geber vorgesehen ist.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Geber zwei in eine Brücke geschaltete Mess· Spulen aufweist, auf welche ein leitender und / oder ferromagnetischer Anschlagkörper wirkt.

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   4, Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass 'das Servosystem wahlweise durch den- Geber und eine Zyklusoder Programmsteuerung steuerbar ist, um den Teil, z.B. einen Maschinentisch, nach ninem vorbestimmten Programm durch mehrere Soll- oder Anschlagpositionen zu steuern.

   Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Geber einen mechanischen Fühler aufweist, der unter der Wirkung einer Anschlagkraft beweglich ist und Teil eines Wandlers zur Erzeugung der Grosse bildet, und dass, der Geber bei unbelastetem Fühler unabgeglichen ist und eine Grosse bestimmter Richtung erzeugt, die unter'der Anschlagkraft gegen Null strebt.

   _# Vorrichtung nach Anspruch 5/ dadurch gekennzeichnet, dass ' der Fühler elastisch vorgespannt und zwei Wandlerteile aus ihrer gegenseitigen Nullstellung verschoben sind, und dass die Wandlerteile unter der Anschlagkraft gegen die Nullstellung hin VRrötnllbnr r.intl.

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   7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Unabgeglichenheit vorwählbar, z.B. der Fühler in entgegengesetzter Richtung vorspannbar ist.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   dass ein Fühler zwischen Anschlägen beweglich auf-. ' gehängt ist und dass wahlweise eine Feder von entgegengesetzten Seiten gegen den Fühler anlegbar ist.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn je über eine Scheibe auf einen Stab des Fühlers wirken und dass eine etwa in der Stabachse schwenkbare Stütze wahlweise zwischen je eine der Scheiben und den Stab schwenkbar ist.

   10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine dauernd wirkende Positionierung vorgesehen ist, wobei ein Geber durch die Servosteuerung ständig einem bewegten Organ nachgeführt und damit auch der Teil dem Organ nachgeführt, d.h., die Bewegung des Organs kopiert wird.

   11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass

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   in zwei Koordinatenrichtungen wirksame Geber vorgesehen sind, die auf je einen von zwei in zwei Koordinatenrichtungen wirksame Servosysteme wirken.

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