DE2742344C2

DE2742344C2 - Vorrichtung zum Abtasten des Profils eines Werkstücks

Info

Publication number: DE2742344C2
Application number: DE2742344A
Authority: DE
Inventors: Clifford Roy King's Newton Derbyshire Amsbury; Eric Etwall Derbyshire Warren
Original assignee: Rolls Royce PLC
Current assignee: Rolls Royce PLC
Priority date: 1976-09-25
Filing date: 1977-09-20
Publication date: 1982-05-13
Also published as: FR2365406A1; FR2365406B1; JPS5342763A; SE423154B; CH618117A5; SE7710389L; DE2742344A1; JPS6042881B2; IT1086037B; GB1536948A; US4164694A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Profilabtastvor- ^⁵ richtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Galtung. Derartige Vorrichtungen sind z. B. erforderlich, um die von numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen hergestellte Werkstücke im Hinblick auf ihre Maßgenauigkeit zu überprüfen, und um '*> eine wirksame Überprüfung durchführen zu können, müssen die Toleranzen der Abtastvorrichtung sehr viel enger sein als die Toleranzen der Werkzeugmaschine.

Bei einer bekannten Abtasteinrichtung dieser Bauart gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1, die in der DE-OS 18 14 096 beschrieben ist, bleibt die Sonde ständig mit der Werkstückprofiloberfläche in Berührung und wird gegen diese Oberfläche entweder durch Federkraft oder durch Schwerkraft gedruckt. Höhenlageveränderungen des Profils werden primär durch &o einen Stellungsgeber festgestellt, der über den umsteuerbaren Antriebsmotor bewirkt, daß der .Sondenträger so verschoben wird, daß immer die Abgleichsstellung vorhanden ist. Das bedeutet, daß der Motor in der einen Richtung läuft, wenn die Profilhöhe sich ^ vergrößert, und daß er in der anderen Richtung läuft, wenn die Profilhöhe verringert wird. Dabei erfolgt die Steuerung unabhängig von Änderungen des Profilanstiegswinkels.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Empfindlichkeit und das Auflösungsvermögen sowie die mögliche Abtastgeschwindigkeit zu erhöhen.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch die durch elektrische Kontaktberührung cder Schalterauslösung veranlaßte Impulsgabe wird eine äußerst feinfühlige digitale Diskriminierung in Verbindung mit einem Taktgeber möglich, weil die Impulsfolgefrequenz bzw. die Impulslänge e^;.n eindeutiges Maß für die Steigung des Profils darstellen. Hieraus abgeleitet kann auch auf einfache Weise der Vorschub so gesteuert werden, daß eine Anpassung an die jeweiligen Verhältnisse in optimaler Weise bewirkt wird.

Durch die Erfindung wird es auch auf einfache Weise möglich das Profil auszuzeichnen, indem die Stellbewegungen gemäß Patentanspruch 5 in Form der den Schrittmotoren zugeführten Antriebssignale einem Koordinatenschreiber zugeführt werden.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Profilabtastvorrichtung gemäß der Erfindung und ein Werkstück, dessen Profil abgetastet wi«d;

F i g. 2 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles A gemäß Fig.l;

Fig.3 ein Blockschaltbild der Steuervorrichtung zur Verwendung in Verbindung mit der Profilabtastvorrichtung nach F i g. 1 und 2.

Die Profilabtastvorrichtung 10 weist ein Gehäuse 11 (vgl. auch F i g. 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 ist ein erster als Schrittmotor ausgebildeter Antriebsmotor 14 vorgesehen, der den ersten Schlitten 13 relativ zu dem Gehäuse 11 über eine Führungsspindel 15 antreibt, die in einer Spindelmuiter des Gehäuses 11 spielfrei geführt ist.

Der erste Schlitten 13 ist seinerseits mit zwei Rollschienen 16 versehen, die senkrecht zu den Rollschienen 12 verlaufen und auf denen ein zweiter Schlitten 17 läuft. Ein zweiter als Schrittmotor ausgebildeter Antriebsmotor 18 ist am ersten Schlitten 13 vorgesehen und treibt den zweiten Schlitten 17 relativ zu dem ersten Schlitten 13 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 Schrittmotore 14 und 18 bewegt werden.

Die Führungsspindel 19 besitzt 15,75 Gänge pro cm und der zugeordnete zweite Schrittmotor 18 hat 500 Schritt pro Umdrehung, so daß der zweite Schlitten 17 um 1.27 μπι pro Schritt des Motors 18 vorgeschoben wird. Die Führungsspindel 15 besitzt 19,69 Gänge pro cm und der ihr zugeordnete erste Schrittmotor 14 besitzt 200 Schritte pro Umdrehung, woraus sich für den ersten Schlitten 13 ein Weg von 2.54 μπι 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 17 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 erste Motor 14 wird dann mit einer konstanten Geschwindigkeit angetrieben, so daß sich die Sonde in -Y-Richtung über das Werkstück 21 bewegt Gleichzeitig wird der zweite Motor 18 so angetrieben, daß die Sonde 20 in Kontaktberührung mit dem Werkstück 21 gebracht wird. Sobald die Sonde 20 depolarisiert ist, was eine Berührung mit dem Werkstück 21 anzeigt, wird der zweite Motor 18 umgesteuert, so daß der Kontakt unterbrochen wird. Sobald die Kontaktberührung unterbrochen ist, wird der zweite Motor 18 wiederum umgesteuert und in einer solchen 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 die Sonde durch den Motor 14 vorgeschoben wird.

Sobald die Sonde 20 auf dem Werkstück 21 nach einem Übergang auf eine nach unten gerichtete Neigung aufläuft, 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 erste 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 ist. 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 v/ird 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 Profilauf-Zeichnungsgeschwindigkeit 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 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 rfer Schrittmotoren 14 und 18 werden einem Koordinatenzeichner über Vor-Rückwärtszähier und Digital-Analogwandler zugeführt, so daß eine Darstellung des Profils des Werksiücks 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 13 bzw. 17 laufen, als X- bzw. V-Achse bezeichnet.

Der X-Achsenschrittmotor 14, d. h. der erste Antriebsmotor, wird über eine Schaltung 23 von einem Taktgenerator 24 angetrieben. Ein Vor-Rück-Zahler 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 -Y-Koordinate eines A'-V-Kooidinatenschreibers 27 einzustellen. 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 K-Achsen-Schrittmotor 18, d. h. der zweite Antriebsmotor, wird durch eine weitere Schaltstufe 30 von einem zweiten Taktgenerator 31 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 oenutzt, um die K-Koordinate des X- K-Koordinatenschreibers 27 einzustellen.

Die Richtung, in der die Sonde 20 durch den V-Achsen-Schrittmotor 18 angetrieben wird, wird durch eine Fuehtungsfühllogikstufe 34 gesteuert. Eh 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 V-Achsen-Taktgenerators werden einem Fehlerdetektor 35 zugeführt, der aus einem weiteren Vor-Rück-Zähler besteht. Wenn im Normalbetrieb die Sonde 20 mit einer durch den V-Achsen-Schriumotor 18 bestimmten Geschwindigkeit angetrieben wird, dann führt der K-Achsen-Fehlerdetektor 35 insgesamt nur zwei oder drei Zählungen in einer gegebenen Richtung durch, bevor die Richtung umgekehrt wird und der V-Achsen-Fehlerdetektor 35 durch die Sondenrichtungs-Fuhllogik 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 K-Achsen-Fehlerdetektor 35 einer Antriebsschaltung 23 zugeführt, worauf der -Y-Achsen-Schrittmotor 14 angehalten wird. Sobald die Sonde 20 wieder außer Berührung mit dem Werkstück 21 kommt, läßt die Sondenrichtungsfühllogikschaltung 34 den V-Achsen-Schrittmotor wieder anlaufen und der V-Achsen-Fehlerdetektor 35 wird auf Null zurückgestellt. Danach wird das Fehlersignal vom KAchsen-Fehlerdetektor 35 nach dem Λ'-Achsen-Antriebskreis weggenommen und der A'-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, weiches eine Berührung mit dem Werkstück 21 erkennbar macht, Es können jedoch auch andere Verfahren der Werkstück-Berührungsanze'ge benutzt werden. So könnte die Sonde einen elektrischen Schalter aufweisen, der durch Ablenkung der Sonde bei Berührung mit dem Werkstück geöffnet wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abtasten des Profils eines Werkstücks, mit tastsignalabhängiger Geschwindigkeitssteuerung, bei der eine Sunde relativ zum Werkstückprofil durch einen ersten Antriebsmotor in X-Richtung (Profillängsrichtung) verschiebbar und senkrecht hierzu in K-Richtung (Profilhöhe) durch einen umsteuerbaren zweiten Antriebsmotor in Abhängigkeit von der Profilform geführt ist, m dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (20) dadurch intermittierend mit profilformabhängiger Impulsfolgefrequenz in Berührung mit dem Werkstückprofil (21) gehalten wird, daß der zweite Antriebsmotor (18) bei Kontaktberührung im Sinne '^ä einer Rückzugsbewegung und bei Aufhören der Kontaktberührung im Sinne einer Vorschubbewegung umgesteuert wird, und daß der erste Antriebsmotor (14) stillgesetzt oder verlangsamt wird, wenn die Impulslänge der Berührungsphase oder der Nichtbepjhpjngsphase einen verbestimmten Wert überschreitet.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Antriebsmotor (14, 18) als Schrittmotor ausgebildet ist

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung elektrisch leitender Werkstücke die Sonde (20) und das Werkstück (21) in einem elektrischen Stromkreis liegen, der durch die Kontaktberührung durch die Sonde geschlossen wird.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daü die Sonde (20) einen elektrischen Schalter aufweist, der bei Kontaktberührung bzw. Kontaktunterl rechung mit dem Werkstück (21) schließt bzw. öffnet.

5. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Koordinatenschreiber (27) vorgesehen ist, der durch die den Antriebsmotoren zugeführten Steilsignale gesteuert wird. ίο