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Kennwort: Fehlerlose Werkzeugdrehung Schneidmaschine. insbesondere
Brennschneidmaschinen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidmaschine, insbesondere
Brennschneidmaschine, mit einem fotoelektrisch einen Linienzug oder eine Kante abtastenden
Abtastkopf, dessen Ausgangssignal einem Nachdrehmotor zum Einstellen des Abtastkopfes
in Richtung der Tangente an den Linienzug oder die Kante zuführbar ist, sowie einer
Werkzeugverdreheinrichtung mit einem Verdrehmotor zum Einstellen des Werkzeuges
in Richtung der Tangente an eine vorgegebene Werkzeugvorschubrichtung.
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Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik Bezug genommen,
wie er bei Schneidmaschinen allgemein bekannt ist.
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Bei diesen Schneidmaschinen wird ein Werkzeug (Trennmesser, Autogen-
oder Plasmabrenner, Laser oder dergleichen) entlang einer vorgegebenen Bahn (Werkzeugvorschubrichtung)
bewegt, wobei die notwendigen Steuerbefehle Mr die das Werkzeug in die jeeiligc
Koordinatenrichtung (X-; Y-; Z-Richtung) bewegenden Koordinatenmotore durch eine
Werkzeugsteuerung (fotoelektrische Abtastvorrichtung, Numeriksteuerung) - erhalten
werden.
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Zur Gewährleistung von optimalen Schnittqualitäten ist es erforderlich,
daß das Werkzeug immer in Richtung der Tangente an die vorgegebene Bahn bewegt wird.
Ist als Schneidwerkzeug ein einzelner Autoren oder Plasmabrenner oder ein Laserstrahl
vorgesehen, so wird diese Forderung automatisch erfüllt. Sind dagegen in Schneidrichtung
gesehen mehrere Schneidwerkzeuge angeordnet, wie es beispielsweise bei einem Mehrbrenneraggregat
mit zwei oder drei Schneidbrennern der Fall ist, so ist eine zusätzliche Werkzeugverdreheinrichtung
notwendig, die Je nach dem Verlauf der
vorgegebenen Bahn die Brenner
immer in eine rechtwinkelig zur Schneidrichtung verlaufende Ebene dreht, um beispielsweise
gleichbleibende Schweißfugenvorbereitungen brennschneiden zu können.
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Auch bei einem Trennmesser oder einem Sägeband als Schneidwerkzeug,
wie es beispielsweise bei Schneidmaschinen für weiche Materialien (Textilien, Schaumstoffe,
etc.) der Fall ist, wird ebenfalls eine entsprechende Drehung des Werkzeuges erforderlich,
und zwar derart, daß die Schneide des Werkzeuges immer in Richtung der Tangente
an eine vorgegebene Werkzeugvorschubrichtung zeigt.
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Um diese Verdrehung der Schneidwerkzeuge zu erreichen sind Schneideinrichtungen
mit fotoelektrischen Abtastvorrichtungen und Werkzeugverdrehvorrichtungen bekannt
geworden, bei denen die während der Abtastung stattfindende Drehung der Abtastorgane
(Fotowiderstand, Abtastkopf, Drehmotor bzw. Resolver) analog auf das Werkzeug übertragen
wird, wobei die übertragung üblicherweise mittels einer Nachlaufsteuerung mit zwei
Drehmeldern erfolgt.
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Von Nachteil bei den oben beschriebenen Einrichtungen mit Nachlauf-Steuerung
ist, daß das Steuersignal zum Verdrehen des Werkzeuges aus der Lageverschiebung
zwischen dem Nachdrehmotor, also der Abtastkopfstellung und dem Verstellmotor, also
der Werkzeugstellung gebildet wird.
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Da aufgrund der fotoelektrischen Abtastung zuerst der Nachdrehmotor
verstellt und somit im Bezug auf seine Winkellage gegenüber dem Verstellmotor verdreht
wird, läuft der Verstellmotor immer um eine gewisse Zeit dem Nachdrehmotor nach.
Dadurch ist bedingt, daß das Werkzeug aufgrund dieses Nachlaufens um die genannte
Zeit immer zu spät verstellt wird, was insbesondere bei hohen Schnittgeschwindig
keiten in Bezug auf die Schnittqualität ungünstig ist. Dabei ist die Nachlaufzeit
im wesentlichen abhängig von dem Hochlaufverhalten des Nachdrehmotors und liegt
bei bisherigen Schneidmaschinen etwa im Bereich von 20 bis 80 mv5ec.
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Ferner ist dieser Nachlauf insbesondere bei Schneidmaschinen mit Trennmessern
und zugeordneter Verdrehvorrichtung sowie fotoelektrischer Kantenabtastvorrichtung
von Nachteil, da wie die Praxis gezeigt hat, die Führung des Trennmessers dann abbricht,
wenn die Abtastvorrichtung die Kante plötzlich verläßt (verliert).
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Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Abtastorgane sich dann entlang
einer Kreisbahn schnell drehen, das Trennmesser dieser Drehung aufgrund des Nachlaufes
aber nicht schnell folgen kann und durch die weiter wirksame Kreisbewegung des Trennmessers
eine Kraft zwischen Trennmesser und Messerhalter wirksam wird, die aufgrund der
stabileren Ausführung des Trennmessers gegenüber dem Messerhalter zu einem Bruch
des Messerhalters führt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs
genannten Art zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, und
die insbesondere eine negative Beeinflussung des Schneidvorganges bzw. eine Beschädigung
der Schneideinrichtung vermeidet und mit der ferner ein exaktes und genaues Schneiden,
insbesondere von Krümmungen möglich wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ausgehend von einer Einrichtung der
eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Ausgangssignal des
Abtastkopfes zusätzlich dem Verdrehmotor zuführbar ist und daß weiterhin dem Nachdrehmotor
und dem Verdrehmotor eine Gleichlauf-Korrekturvorrichtung zugeordnet ist.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß unmittelbar mit dem Entstehen
des Ausgangssignales des Abtastkopfes zur Nachdrehung desselben auch das'Werkzeug
in die neue Richtungstangente verdreht wird; wobei gleichzeitig durch die Gleichlauf-Korrekturvorrichtung
eine überein stimmung der Stellung des Nachdrehmotors und des Verstellmotors erreicht
wird.Somit tritt bei der Erfindung kein"Nachlaufen" mehr auf, wodurch die Schnittgenauigkeit
wesentlich verbessert wird, und zwar insbesondere bei Schweißfugenvorbereitungsschnitten
mit Mehrbrenneraggregaten, so daß im Gegensatz zur bekannten Einrichtung keine Verschiebungen
und Veränderungen in Bezug auf den Schnittwinkel sowie die Steghöhe auftreten.
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Weiterhin wird durch das schnellere Reagieren (unmittelbare Drehung
ohne Zeitverlust) des Werkzeuges es vorteilhaft möglich, mit höheren Schneidgeschwindigkeiten
kleinere Krümmungsradien als bisher zu umfahren und zwar ohne das die Steuerung
unstabil wird.
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Darüberhinaus wird durch die Erfindung ein Bruch von Messerhaltern
bei den oben genannten Schneidmaschinen mit Trennmessern vorteilhaft vermieden,
da stets unmittelbar mit der Drehung des Abtastkopfes - gleich aus welchem Grund
- auch das Werkzeug analog mitverdreht wird.
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Betreffend der Gleichlauf-Korrekturvorrichtung wird in vorteilhafter
Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß diese Vorrichtung einen mit dem Nachdrehmotor
mechanisch verbundenen ersten Drehmelder sowie einen mit dem Verstellmotor mechanisch
verbundenen zweiten Drehmelder umfaßt und daßdas Ausgangssignal des ersten Drehmelders
dem Eingang des zweiten Drehmelders zuführbar ist. Durch diese Ausbildung wird eine
Korrekturvorrichtung nach Art der bekannten Nachlaufsteuerung erhalten, die Jedoch
nicht primär die Drehung des Werkzeuges bewirkt, sondern lediglich korrigierend
im Sinne einer Gleichlaufüberwachung wirksam ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles
unter Bezugnahme auf die Zeichnung und die Unteransprüche sowie unter Hinweis auf
weitere vorleilhafte Merkmale näher erläutert.
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In der Zeichnung ist ein fotoelektrischer Abtastkopf mit 10 bezeichnet,
welcher mittels eines Fotowiderstandes 11 ein Signal erzeugt, welches die Relativstellung
des Abtastkopfes 10 gegenüber einer abzutastenden Linie 12 kennzeichnet, und welches
über die Leitung 13 einem Nachdrehmotor 14 zugeführt wird.
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Die Lichtquelle im Abtastkopf 10 zum Anleuchten der Linie 12 bzw.
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einer Kante ist mit 15 bezeichnet. Der Aufbau des Abtastkopfes 10
ist nicht näher dargestellt, da er für die Erfindung unwesentlich ist.
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Der Abtastkopf 10 ist in an sich bekannter Weise mechanisch mit dem
Nachdrehmotor 14 gekoppelt, welcher den Abtastkopf 10 und gegegebenenfalls das mit
ihm mechanisch oder elektrisch verbundene Werkzeug (Trennmesser, Laser, Plasma-
oder Autogenschneidbrenner oder dergl.) entsprechend den gelieferten Steuersignalen,
die dem Motor 14 über die Leitungen 13 und Verstärker 13a zugeführt werden, Jeweils
in die sich ändernde Richtung der Tangente an den abzutastenden Linienzug 12 dreht.
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Der Stellmotor 14 ist ferner mechanisch mit einem Resolver 16 verbunden,
der eine Zerlegung der Verstellbewegung des Motors 14 in eine X- und ein Y-Komponente
bewirkt. Durch die Ausgangssignale des Resolvers 16 werden über nich näher dagestellte
Steuerungen die beiden Koordinatenmotore (Vorschubmotore 17 und 18) gesteuert.
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Wie ferner aus der Zeichnung hervorgeht ist eine Werkzeugverdreh einrichtung
19 vorgesehen, die das Werkzeug 20 umfaßt, welches über ein Getriebe 21 und einen
Verdrehmotor 31 derart drehbar ist, daß stets gewährleistet ist, daß die Schneide
in Richtung der Tangente verläuft bzw. bei mehreren nebeneinander angeordneten Schneidwerkzeugen
die Schneidwerkzeuge Jeweils in einer rechtwinkligen Ebene zur gewünschten Vorschubrichtung
stehen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Ausgangssignal des Abtastkopfes
10 über die Leitung 22 und einen in dieser elektrischen Ubertragungskette zwischen
dem Nachdrehmotor 14 und dem Verdrehmotor 31 angeordneten Verstärker 23 dem Verdrehmotor
31 zuführbar.
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Der Verstärker 23 dient dabei bevorzugt als Entkoppelverstärker zur
Verhinderung von Rückwirkungen der Werkzeugverdreheinrichtung 19 auf die fotoelektrische
Steuerung. Weiterhin ist gemäß der Erfindung dem Nachdrehmotor 14 und dem Verdrehmotor
31 eine Gleichlauf-Korrekturvorrichtung 24 zugeordnet.
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Die Vorrichtung 24 umfaßt beim Ausführungsbeispiel einen Abtastdrehmelder
251 dessen Rotor 26 mechanisch mit dem Nachdrehmotor 14 bzw.
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den Drehmelder 16 verbunden ist.
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Der Stator des Abtastdrehmelders 25 trägt drei um Je 1200 gegeneinander
versetzte Wicklungen 27 die in Stern geschaltet sind. In diesen Wicklungen 27 werden
beim Drehen des Rotors 16 Spannungen induziert, deren Größe von dem Drehwinkel des
Rotors 26 gegenüber den Wicklungen 27 abhängig ist.
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Die Ausgangsleitungen des Abtastdrehmelders 25 sind mit den Statorwicklungen
28 eines Werkzeugdrehmelders 29 verbunden, dessen Stator entsprechend dem Stator
des Abtastdrehmelders 25 aufgebaut ist. Der Rotor 30 des Werkzeugdrehmelders 29-ist
über das Getriebe 21 mit dem Verdrehmotor 31 mechanisch.
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Bei einer Drehung des Rotors des Resolvers 16 wird auch der Rotor
26 des Abtastdrehmelders 25 gedreht. Aufgrund dieser Drehung des Rotors 26 werden
in den Statorwicklungen 27 des Drehmelders 25 Spannungen induziert, die über die
elektrischen Verbindungen zu den Statorwicklungen 28 des Werkzeugdrehmelders 29
gelangen. Durch die elektrische Verbindung wird im Rotor 30 des Drehmelders 29 eine
Fehlerspannung induziert. Diese Fehlerspannung wird als Gleichlaufkorrekturspannung
über den Verstärker 23 dem Motor 31 zugeführt und der Motor 31 gedreht. Dieser Motor
31 ist über das Getriebe 21 sowohl mit dem Rotor 30 als auch mit dem Schneidwerkzeug
20 verbunden. Der Motor 31 wird vom Ausgangssignal (Leitung 22) des Abtastkopfes
sowie der Gleichlau£-korrekturspannung stets so gedreht, daß die Stellung des Rotors
30 immer der Stellung (Winkellage) des Rotors 26 entspricht, so daß unmittelbar
mit einer Drehung des Abtastkopfes bzw. der Fotowiderstände 11 entsprechend auch
das Werkzeug 20 in Richtung der Tangente gedreht wird.
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Die Funktionsweise der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung
ist bei einer nKantenabtastung der abzutastenden Linie 12 folgende: Bei der Abtastung
der Linie 12 nach dem Kantenverfahren wird lediglich die Widerstandsänderung des
Fotowiderstandes 11 als Steuergröße für den Motor 14 ausgenutzt. Als Bezugsgröße
für die Widerstandsänderung des Fotowiderstandes 11 dient beispielsweise
ein
fester Widerstand 32. Beginnend bei Punkt A der Linie 12 erfolgt die Abtastung bis
zu Punkt B mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, wobei keine Drehung bzw. Richtungsänderung
des Abtastkopfes, des Fotowiderstandes 11, des Motors 14 und des Resolvers 16 auftreten.
Somit wird auch kein Signal an die Werkzeugverdrehvorrichtung abgegeben und das
Werkzeug führt einen Schnitt in Richtung der Tangente I - I aus. Dabei weist diese
Tangente die gleiche Winkellage auf, wie die auf der Zeichnung fläche dargestellte
Abtasttangente II - II. Beim Erreichen von Punkt B tritt, wie auch aus der Zeichnung
ersichtlichleine Änderung des Verlaufes der Linie 12 ein, wodurch zwangsläufig aufgrund
der Funktionsweise der fotoelektrischen Steuerung ein Verdrehen des Abtastkopfes
und damit auch unmittelbar des Werkzeuges 28 in Richtung der neuen Tangente III
- III erfolgt.
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Hierbei wird aufgrund des entstehenden Ausgangssignals des Abtastkopfes
10 nicht nur über die Leitung 13 dem Motor 14 ein Signal zugeführt, wodurch eine
Nachdrehung des Abtastkopfes 10 in die Tangentenrichtung III - III erfolgt, sondern
gleichzeitig über die Leitung 22 und die Verstärker 23 und 33 auch dem Motor 31,
wodurch dieser und das Werkzeug 20 ebenfalls in die neue Tangentenrichtung IV -
IV gedreht wird, welche der Tangentenrichtung III - III in Bezug auf die Winkellage
entspricht Gleichzeitig wird über die Gleichlau£-Korrektur-Vorrichtung 24 dem Verstärker
33 ein Korrektursignal zugeführt, durch welches eine nahezu völlig synchrone Drehung
von Abtastkopf und Werkzeug erreicht wird. Um Uberschwingungen zu vermeiden, sind
zur Dämpfung dem Nachdrehmotor 14 und dem Verdrehmotor 31 Tachogeneratoren 34, 35
zugeordnet.
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Anstelle des im Ausführungsbeispiel erklärten Abtastdrehmelder 25
bzw. Werkzeugdrehmelder 29 ist es erfindungsgemäß auch möglich, Differenzresolver
vorzusehen. Ein Differenzresolver weist zwei um 900 gegeneinander versetzte Stator-
bzw. Rotorwicklungen auf.
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Auch mit diesen Resolvern und deren Ausgangssignalen ist dann die
erfindungsgemäße und in der Zeichnung dargestellte Einrichtung in einfachster Weise
aufbaubar. Auch ist die Verwendung von Sincos-Patentiometern anstelle der Resolver
bzw Drehmelder vorteilhaft möglich.
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Bevorzugt ist die Erfindung wie bereits mehrfach erwähnt bei Schneidmaschinen
mit fotoelektrischer Steuerung anwendbar.
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Es ist Jedoch selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße
Einrichtung analog bei Schneidmaschinen mit anderen Steuerungssystemen des Werkzeuges,
beispielsweise Numerik-Steuersysteme anzuwenden.