DE2742344A1 - Vorrichtung zur anzeige des profils eines werkstuecks - Google Patents

Vorrichtung zur anzeige des profils eines werkstuecks

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DE2742344A1 DE19772742344 DE2742344A DE2742344A1 DE 2742344 A1 DE2742344 A1 DE 2742344A1 DE 19772742344 DE19772742344 DE 19772742344 DE 2742344 A DE2742344 A DE 2742344A DE 2742344 A1 DE2742344 A1 DE 2742344A1
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    • G01B7/008—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring coordinates of points using coordinate measuring machines

Description

Patentanwälte Di pi.-1 ng. Curt Wallach
Dipl.-Ing. Günther Koch
*L Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach
97Δ91ΑΑ Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 ■ Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
Datum: 20. September 1977
Unser Zeichen: 16 022 - K/Ap
Anmelder: Rolls-Royce Limited
65 Buckingham Gate,
London, SWlE 6AT
England
Bezeichnung: Vorrichtung z«r Anzeige des
Profils eines Werkstücks
80981 3/0857
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Anzeigen des Profils eines Werkstücks.
Während oder nach der Bearbeitung eines Werkstücks 1st es häufig erwünscht, sein Profil zu Inspizieren um bestimmen zu können, ob das Profil von einem Sollprofil abweicht und falls dies der Fall ist, wie groß diese Abweichungen sind. Ein Verfahren, welches hierfür geeignet ist besteht darin, dem Profil des Werkstücks mit einer geeigneten Sonde zu führen, die einer Vorrichtung zugeordnet ist, welche die Bewegungen der Sonde in eine visuelle Darstellung des Profils umformen können. Diese hierdurch erlangte visuelle Darstellung kann dann mit einem geeigneten Modellprofil verglichen werden. Dieses Verfahren ist zufriedenstellend soweit es Profile mit flachen Neigungen betrifft. Es ist Jedoch weniger zufriedenstellend wenn die Sonde angetrieben wird und ein steiler Anstieg vorhanden ist. Es hat sich häufig gezeigt, daß beim Abtasten solcher Profile die Ansprechgeschwindigkeit der Sonde bei einem steilen Anstieg zu groß ist für die visuelle Profildarstellung, so daß keine genauen Ergebnisse erhalten werden. Wenn die Folgegeschwindigkeit der Sonde Jedoch reduziert wird, dann dauert es gewöhnlich unzumutbar lange bis das vollständige Profil aufgezeichnet ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Anzeigen des Profils eines Werkstücks zu schaffen, bei dem die Sonde dem zu überwachenden Profil mit einer optimalen Geschwindigkeit folgt.
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Anzeige des Profile eines Werkstücks, bestehend aus einem Träger für das Werkstück und einer Sonde, die längs einer ersten und einer zweiten hierzu senkrechten Achse durch einen ersten bzw. einen zweiten Antrieb in Berührung mit dem Werkstück bewegt wird.
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Erfindungsgemäß sind der Sonde und dem ersten und zweiten Antrieb Steuermittel zugeordnet und die Ausgänge des ersten und zweiten Antriebs werden als Anzeige des Profils des Werkstücks dargestellt, wobei die Steuervorrichtungen so ausgebildet sind, daß die Sonde normalerweise durch den ersten Antrieb längs der ersten Achse mit einer im wesentlichen konstanter Geschwindigkeit bewegt wird und der zweite Antrieb die Sonde längs der zweiten Achse verschiebt, um abwechselnd eine Berührung und eine Berührungsunterbrechung mit dem Werkstück herbeizuführen und wobei die Steuervorrichtungen so angeordnet sind, daß dann wenn der von der Sonde längs der zweiten Achse durchlaufene Abstand nach Herstellung aber vor Unterbrechung des Kontaktes oder nach einer Unterbrechung der Berührung, aber vor einer folgenden Berührung der Sonde mit dem Werkstück, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, der erste Antrieb verlangsamt oder angehalten wird bis die folgende Berührung oder Berührungsunterbrechung auftritt, worauf der erste Antrieb wieder in die konstante Antriebsgeschwindigkeit umgeschaltet wird.
Auf diese Weise wird es möglich, dem Profil eines Werkstücke vergleichsweise schnell über Abschnitte zu folgen, die nur flache Neigungen besitzen, aber bei entsprechend steilen Neigungen mit einer verminderten Geschwindigkeit.
Die Antriebe können als Sehrittmotore ausgebildet sein.
Die Sonde kann elektrisch polarisiert sein, so daß falls das Werkstück elektrisch leitfähig ist, geeignete elektrische Signale bei Berührung oder Berührungsunterbrechung zwischen Sonde und Werkstück für die Steuereinrichtung abgenommen werden können, um die Bewegungsrichtung der Sonde zu bestimmen, wenn sie durch den zweiten Antrieb angetrieben wird.
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Stattdessen kann die Sonde einen elektrischen Schalter aufweisen, der betätigt wird wenn eine Berührung oder Berührungsunterbrechung mit dem Werkstück stattfindet, um geeignete elektrische Signale für die Steuervorrichtung zu liefern.
Die Mittel für die Darstellung des Ausgangs der Antriebe als Anzeige des Profils des Werkstückes kann in Kombination aus einem Zähler und einem Digital-Analogwandler bestehen, die Jedem Antrieb zugeordnet sind und es kann ein Koordinatenzeichner benutzt werden, um die Ausgänge der Digital-Analogwandler aufzuzeichnen.
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
Pig. 1 eine Seitenansicht eines Profilkennlinienschreibers gemäß der Erfindung und ein Werkstück, dessen Profil von dem Schreiber abgetastet wird;
Fig. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig. 1 Fig. 3 ein Blockschaltbild der Steuervorrichtung zur
Verwendung in Verbindung mit dem Profilaufzeichner nach Fig. 1 und 2.
Der Profilschreiber 10 weist ein Gehäuse 11 (vgl. auch Fig. 2) auf, das an einem nicht dargestellten festen Support befestigt werden kann. Das Gehäuse 11 ist mit zwei Rollschienen 12 versehen, auf denen ein erster Schlitten 13 läuft. An einem Ende des Schlittens 13 1st ein erster Schrittmotor 14 vorgesehen, der den ersten Schlitten 13 relativ zu dem Gehäuse 11 über eine Führungsspindel 15 antreibt, die in einer Spindelmutter des Gehäuses 11 spielfrei geführt ist.
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Der erste Schlitten ist seinerseits mit zwei Rollschienen 16 versehen, die senkrecht zu den Rollschienen 12 verlaufen und auf denen ein zweiter Schlitten 17 läuft. Ein zweiter Schrittmotor 18 ist am ersten Schlitten 13 vorgesehen und treibt den zweiteb Schlitten 17 relativ zu dem ersten Schlitten Ij5 über eine Führungsspindel 19 an, die in einer Spindelmutter des zweiten Schlittens 17 spielfrei läuft. Am zweiten Schlitten 17 ist die Sonde 20 befestigt.
So kann die Sonde 20 längs zweier senkrecht zueinander verlaufender Achsen durch die Sehrittmotore 14 und 18 bewegt werden.
Die Führungsspindel I9 besitzt 40 Gänge pro Zoll und der zugeordnete Schrittmotor 18 hat 500 Schritt pro Umdrehung, so daß der zweite Schlitten I7 um 50 pm pro Schritt des Motors 18 vorgeschoben wird. Die Führungsspindel 15 besitzt 50 Gänge pro Zoll und der ihr zugeordnete Schrittmotor 14 besitzt 200 Schritte pro Umdrehung, woraus sich für den ersten Schlitten ein Weg von 100 μ Zoll pro Motorschritt ergibt. Es ist jedoch klar, daß diese Daten gemäß den jeweiligen Erfordernissen abgewandelt werden können.
Wenn das Profil eines elektrisch leitenden Werkstücks 21 aufgezeichnet werden soll, dann wird die Sonde 20, die gegenüber dem zweiten Schlitten I7 elektrisch isoliert ist, elektrisch mit einer geeigneten kleinen Spannung polarisiert. Dann wird die Sonde in eine geeignete Ausgangsstellung 22 durch die Motoren 14 und 18 überführt. Der Motor 14 wird dann mit einer konstanten Geschwindigkeit angetrieben, so daß sich die Sonde über das Werkstück 21 bewegt. Gleichzeitig wird der Motor 18 so angetrieben, daß die Sonde 20 in Berührung mit dem Werkstück 21 gebracht wird. Sobald die Sonde 20 depolarisiert ist, was eine Berührung mit dem Werkstück 21 anzeigt, wird der Motor
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umgesteuert, so daß der Kontakt unterbrochen wird. Sobald die Kontaktberührung unterbrochen ist, wird der Motor 18 wiederum umgesteuert und in der Richtung angetrieben, daß wieder eine Berührung mit dem Werkstück zustande kommt. Hieraus ist ersichtlich, daß die Sonde 20 abwechselnd in Berührung und außer Berührung mit dem Werkstück 21 gelangt wenn das Werkstück durch den Motor 14 vorgeschoben wird.
Sobald die Sonde 20 auf dem Werkstück 21 nach einem Übergang auf eine nach unten gerichtete Neigung läuft, deren Anstellwinkel so ist, daß mehr als 8 Stufen des Motors 18 in Richtung nach unten registriert werden, nachdem die Berührung mit dem Werkstück 21 unterbrochen wurde, d.h. ohne Richtungsumkehr, wird der Motor 14 angehalten. Der Motor 14 läuft nicht eher wieder an, bevor die Sonde 20 wieder Kontakt mit dem Werkstück erlangt hat und dann wieder außer Berührung mit dem Werkstück 21 gekommen 1st. Es ist Jedoch klar, daß unter gewissen Umständen anstelle der Stillsetzung des Motors auch eine Verlangsamung der Drehzahl des Motors 40 möglich ist, wenn mehr als 8 Stufen des Motors 18 registriert werden.
Wenn die Sonde 20 auf eine nach oben geneigte Schrägfläche auftrifft, die einen solchen Anstellwinkel hat, daß die Sonde 20 nicht außer Berührung mit dem Werkstück 21 gelangt, sondern kontinuierlich durch den Motor 18 um mehr als 8 Stufen in Aufwärtsrichtung angetrieben wird, dann wird der Motor 14 wiederum stillgesetzt. Der Motor 14 läuft dann nicht eher wieder an, bevor die Sonde 20 außer Berührung mit dem Werkstück 21 gelangt ist.
Daraus ergibt sich, daß eine sehr schnelle Profilaufzeichnungsrate erlangt werden kann, da die Sonde 20 wirksam nur dann verlangsamt wird, wenn die Sonde auf eine Schrägfläche aufläuft, deren Neigung eine Steuerung der Vorschubgeschwindigkeit der
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Sonde 20 erfordert. Der Grenzwert von 8 Stufen des Motors 18 wurde für ein spezielles Ausführungsbeispiel gewählt. Es ist jedoch klar, daß auch andere Grenzdaten eingeführt werden können, die von den Jeweiligen Arbeitsbedingungen abhängen.
Die Ausgänge der Schrittmotoren 14 und 18 werden einem Koordinatenzeichner über Vor-Rückwärtszähler und DigitalrAnalogwandler zugeführt, so daß eine Darstellung des Profils des Werkstücks 21 erlangt wird, auf dem die Sonde gelaufen ist.
Eine Schaltung, die die Schrittmotoren 14 und 18 steuert, ist aus Fig. 3 ersichtlich. Im Interesse der Übersichtlichkeit sind die Achsen, auf denen die ersten und zweiten Schlitten I3 bzw. 17 laufen, als X- bzw. Y-Achse bezeichnet.
Der X-Achsenschrittmotor 14 wird über eine Schaltung 23 von einem Zeitgenerator 24 angetrieben. Ein Vor-Rück-Zähler 25 zeichnet die Gesamtzahl von Vorwärts- und Rückwärtsimpulsen des Motors 14 auf. Der Ausgang des Vor-Rück-Zählers 25 wird einer Digital-Anzeigestufe 28 zugeführt und außerdem einem Digital-Analogwandler 26, der danach einen Spannungsausgang liefert, um die X-Achse eines X-Y-Koordinatenschreibers 27 anzutreiben. Ein Schalter 29 ist mit der Antriebsschaltung 23 und einem Vor-Rück-Zähler 25 verbunden, um die Richtung zu bestimmen, in der die Sonde 20 durch den X-Achsen-Schrittmotor 14 angetrieben werden muß.
Der Y-Achsen-Schrittmotor 18 wird durch eine weitere Schaltstufe 30 von einem zweiten Zeitgenerator 3I angetrieben. Wie bei der X-Achsenschaltung zeichnet ein Vor-Rück-Zähler 32 die Gesamtzahl der Vorwärts- und Rückwärtsimpulse des Motors 18 auf und liefert den Ausgang einer Digital-Anzeigestufe 36 und außerdem einem Digital-Analogwandler 33· Der Spannungsausgang des Digital-Analogwandlers 33 wird dann benutzt, um die X-Achee
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des X-Y-Koordinatenschreibers 27 anzutreiben.
Die Richtung, in der die Sonde 20 durch den Y-Achsen-Schrittmotor l8 angetrieben wird, wird durch eine Richtungsfühllogikstufe 34 gesteuert. Ein offener Kreis veranlaßt die Sonde 20 abzusinken und ein Kurzschluß bewirkt ein Zurückziehen.
Die Ausgänge der die Bewegungsrichtung der Sonde feststellenden Logikschaltung 34 und des Y-Achsen-Zeitgenerators werden einem Fehlerdetektor 35 zugeführt, der aus einem weiteren Vor-Rück-Zähler besteht. Wenn im Normalbetrieb die Sonde 20 mit einer Geschwindigkeit angetrieben wird, die durch den Y-Achsen-Schrittmotor 18 geeignet ist, dann führt der Y-Achsen-Fehlerdetektor insgesamt nur zwei oder drei Zählungen in einer gegebenen Richtung durch, bevor die Richtung umgekehrt wird und der Y-Achsen-Fehlerdetektor 35 durch die Sondenrichtungs-Fühllogik 34 auf Null gestellt wird. Wenn jedoch die Sonde 20 auf einem steilen Abschnitt aufsteigt oder abfällt, dann wird die Zahl der Zählungen in einer gegebenen Richtung zwischen Berührung und Unterbrechung, zwischen Sonde 20 und Werkstück 21 vergrößert. Wenn diese Zahl 8 erreicht, wird ein Fehlersignal durch den Y-Achsen-Fehlerdetektor 35 einer Kraftantriebsschaltung 23 zugeführt, worauf der X-Achsen-Schrittmotor 14 angehalten wird. Sobald die Sonde 20 wieder außer Berührung mit dem Werkstück 21 kommt, läßt die SondenrichtungsfUhllogikschaltung 34 den Y-Achsen-Schrlttmotor wieder anlaufen und der Y-Achsen-Fehlerdetektor 35 wird auf Null zurückgestellt. Danach wird das Fehlersignal vom Y-Achsen-Fehlerdetektor 35 nach dem X-Achsen-Antriebskreis weggenommen und der X-Achsen-Schrittmotor 14 beginnt wieder die Sonde 20 anzutreiben.
Der Anmeldungsgegenstand wurde vorstehend in Verbindung mit einer Sonde 20 beschrieben, die mit einer kleinen Spannung polarisiert ist, um ein Signal zu erzeugen, welches eine Berüh-
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rung mit dem Werkstück 21 erkennbar macht. Es können Jedoch auch andere Verfahren der Werkstück-Berührungsanzeige benutzt werden. So könnte die Sonde einen elektrischen Schalter aufweisen, der durch Ablenkung der Sonde bei Berührung mit dem Werkstück geöffnet wird.
Die Erfindung kann in Verbindung mit weiteren geeigneten Schaltungen benutzt werden, die die Dimensionen der Sonde 20 kompensieren, so daß der Koordinatenschreiber 27 eine genaue Darstellung des Profils liefert.
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c e ι s e i t e

Claims (5)

  1. Patentansprüche
    Vorrichtung zur Anzeige des Profils eines Werkstücks mit einer Vorrichtung zum Haltern des Werkstücks und mit einer Sonde, die längs einer ersten und einer hierzu senkrechten zweiten Achse durch einen ersten und einen zweiten Antrieb so gesteuert wird, daß das Werkstück dabei berührt wird,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Sonde (20) und dem ersten und zweiten Antrieb (14,18) eine Steuereinrichtung zugeordnet ist, welche derart arbeitet, daß die Sonde (20) normalerweise durch den ersten Antrieb (14) längs der ersten Achse mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit angetrieben wird und daß der zweite Antrieb(l8)die Sonde (20) längs der zweiten Achse so antreibt, daß diese abwechselnd mit dem Werkstück (21) in Berührung und außer Berührung kommt, wobei die Steuervorrichtung so ausgebildet ist, daß dann wenn der von der Sonde längs der zweiten Achse zurückgelegte Abstand nach Kontaktierung Jedoch vor Unterbrechung des Kontaktes oder nach Unterbrechung aber vor Wiederberührung zwischen Sonde (20) und Werkstück (21), einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, der erste Antrieb (14) verlangsamt oder angehalten wird, bis die folgende Kontaktunterbrechung oder Kontaktberührung wieder auftritt, worauf der erste Antrieb (14) wieder mit konstanter Geschwindigkeit antreibt und daß Mittel vorgesehen sind, um die Ausgänge von erstem und zweiten Antrieb (14,18) zur Anzeige des Profils des Werkstücks (21) darzustellen.
    809813/0857 ·/.
    ORIGINAL INSPECTED
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebe (14,18) von Schrittmotoren gebildet werden.
  3. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (20) elektrisch derart polarisiert ist, daß wenn das Werkstück (21) elektrisch leitfähig ist, geeignete elektrische Signale bei der Kontaktberührung oder Kontaktunterbrechung zwischen Sonde und Werkstück (21) abgenommen werden können, die der Steuereinrichtung geliefert werden und die Bewegungsrichtung der Sonde (20) anzeigen, wenn sie vom zweiten Antrieb (18) bewegt wird.
  4. 4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (20) einen elektrischen Schalter aufweist, der bei Kontaktberührung oder Kontaktunterbrechung mit dem Werkstück (21) geeignete elektrische Ausgangssignale für die Steuereinrichtung liefert, um die Bewegungsrichtung der Sonde (22) festzustellen, wenn diese durch den zweiten Antrieb (18) angetrieben wird.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um die Ausgänge der Antriebe (14 und 18) als Abbild des WerkstUckprofils (21) darzustellen, und daß diese Mittel einen Zähler (25,32),und einen Digital-Analogwandler (26,33) aufweisen, der Jedem Antrieb (14,18) zugeordnet ist und daß ein Koordinatenschreiber (27) die Ausgänge der Digital-Analogwandler (26,33) verarbeitet.
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DE2742344A 1976-09-25 1977-09-20 Vorrichtung zum Abtasten des Profils eines Werkstücks Expired DE2742344C2 (de)

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