DE2754732A1

DE2754732A1 - Automatisches messverfahren fuer eine numerisch gesteuerte werkzeugmaschine und vorrichtung zur durchfuehrung dieses verfahrens

Info

Publication number: DE2754732A1
Application number: DE19772754732
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Yamamoto
Original assignee: Ikegai Corp
Current assignee: Ikegai Corp
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1978-06-22
Also published as: US4195250A; DE2754732B2; DE2754732C3

Description

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München 22 Steinsdorfstraße 21-22 Telefon 089 / 29 84 62 772

Ikegai Tekko Kabushiki Kaisha No. 1-21, Shiba 4-chome, Minato-ku,Tokio/JAPAN

Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

B 8543

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Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung betrifft numerisch gesteuerte Werkzeugmaschinen und insbesondere ein automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Es sind schon verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Messen des Außendurchmessers, des Innendurchmessers, der Länge usw. eines Werkstückes vorgeschlagen worden. So wird lediglich des Beispiels halber eine in der japanischen Patentanmeldung 61 212/1973 der Anmelderin beschriebene automatische Meßvorrichtung im folgenden anhand von Fig. 11 kurz erläutert.

Am Querschlitten 1 einer numerisch gesteuerten Revolverdrehbank ist ein Meßkopf 2 vorgesehen, der dann, wenn eine Bearbeitung durchgeführt werden soll, seitlich verstellt werden kann, indem er aus einer Meßstellung A in eine Wartestellung B verdreht wird. Der Querschlitten 1 wird durch Impulsmotoren 4, 5 bewegt, die in Abhängigkeit von einer numerischen Information angetrieben werden, wobei diese numerische Information in eine numerische Steuervorrichtung 3 eingegeben wird, so daß zwei Sensoren 6, 7 des Differentialtransformertyps, die an dem in der Meßstellung A befindlichen Meßkopf 2 vorgesehen sind, wechselweise mit zwei Punkten P₁, P₀ in Berührung kommen können.

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Diese beiden Punkte P., P„ liegen einander gegenüber, und zwar an einem zu messenden Durchmesser eines Werkstückes 9, das am Ende der Hauptspindel der Drehbank durch ein Spannfutter 8 gehalten ist. Auf

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diese Weise können die Abweichungen des Werkstückes 9 gegenüber den gewünschten Endabmessungen erfaßt bzw. gemessen werden. Diese Abweichungen werden über einen Analog-Digitalkonverter 10 in eine Recheneinheit 11 eingegeben, um dadurch die Summe der Abweichungen und den Mittelwert der Abweichungen zu erhalten, worauf dann diese Daten in Werkzeugstellungskompensierdaten für die Spitze des am Revolverkopf 12 befestigten Werkzeuges 13 umgewandelt und der numerischen Steuervorrichtung 3 zugeleitet werden.

Aus der oben beschriebenen automatischen Meßvorrichtung wird deutlich, daß die beiden Taststifte, d.h. die Sensoren 6, 7 des Differentialtransformertyps, wechselweise mit den am einschlägigen Durchmesser des Werkstückes 9 einander gegenüberliegenden beiden Punkten P₁, P, in Berührung gebracht werden, wobei der Mittelwert der Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem durch die Taststifte 6, 7 erhaltenen Istwert als Ausgangsbasis zur Ermittlung der Werkzeugstellungskompensierdaten verwendet wird.

Es kann daher mit der beschriebenen automatischen Meßvorrichtung die Messung unabhängig von der sich aufgrund einer thermischen Ausdehnung der Werkzeugmaschine ergebenden Verstellung oder Verschiebung der Hauptspindel erhalten werden, wobei auch eine Nichtkoinzidenz der Maschine mit den Programmkoordinaten in Übereinstimmung gebracht wird.

Die automatische Meßvorrichtung der beschriebenen Art weist jedoch nach wie vor die folgenden Nachteile auf:

Da die Positioniergenauigkeit bei der numerischen Steuerung des Quersupportes 1 bei der Messung als Bezug genommen wird, ist die Positioniergenauigkeit, d.h. auch die Meßgenauigkeit dem Einfluß der Wärme,

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die durch die zum Bewegen des Querschlittens 1 vorgesehenen Impulsmotoren 4, 5 erzeugt wird, sowie der Zickzackbewegung des Querschlittens 1 unterworfen. Da weiterhin beim Meßkopf 2 die Sensoren 6, 7 des Differentialtransformertyps zur Anwendung gelangen, wird dieser Meßkopf 2 durch seinen Berührungsdruck, der auf das Werkstück 9 aufgebracht wird, elastisch verformt. Darüber hinaus ist es unmöglich, mit der beschriebenen automatischen Meßvorrichtung den Durchmesser einer relativ kleinen Bohrung zu messen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile ein automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zu schaffen, bei der die Messung unbeeinflußt von der Positioniergenauigkeit der Werkzeugmaschine und von der Verschiebung eines zu messenden Teils des Werkstückes erfolgt, so daß die jeweiligen Istabmessungen jeweils mit hoher Genauigkeit gemessen werden können und sich die Bearbeitung mit hoher Präzision durchführen läßt. Bei der zu schaffenden automatischen Meßvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens soll die Messung durch die Positioniergenauigkeit des Taststiftkopfes und durch dessen Zickzackbewegung nicht beeinflußt werden, so daß sich die Messung mit hoher Genauigkeit durchführen läßt.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.

Bei dem gemäß der Erfindung vorgesehenen automatischen Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine werden die Abmessungen eines an einem Querschlitten befestigten Taststiftes und die Sollabmessungen zwischen zwei einander gegenüberliegenden Punkten eines zu messenden Werkstückes vorab in eine automatische Meßvor-

β09825/073β ordinal /wspeci

-r-

richtung eingegeben, der Querschlitten sodann unter dem Einfluß der numerischen Steuerung bewegt, um den Taststift in Berührung mit den beiden Punkten zu bringen und außer Berührung hiermit zu bringen, wobei die Messung des erforderlichen Ausmaßes der Bewegung dßs Querschlittens begonnen wird, wenn der Taststift den einen der beiden Punkte verläßt, während die Messung beendet wird, wenn der Taststift den anderen der beiden Punkte verläßt. Der derart erhaltene Wert, die Abmessungen des Taststiftes und die Sollabmessungen werden einerAddition und Subtraktion unterworfen, so daß dadurch automatisch die Istabmessung zwischen den beiden Punkten und der Unterschied zwischen diesem Istwert und dem Sollwert gemessen wird.

Es wird daher bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Messung nicht mehr durch die Positioniergenauigkeit der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine und durch die Verschiebung irgendeines zu messenden Teils des Werkstückes beeinflußt. Das bedeutet, daß die jeweiligen Istabmessungen mit hoher Genauigkeit gemessen werden können und daß die Bearbeitung mit hoher Präzision durchgeführt werden kann.

Da bei der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen automatischen Meßvorrichtung gemäß der Erfindung das Ausmaß der Bewegung des Taststiftkopfes dadurch gemessen wird, daß die durch die Meßvorrichtung des Digitaltyps erzeugten Meßimpulse gezählt werden, wird die Messung nicht durch die Positioniergenauigkeit des Taststiftkopfes und durch dessen Zickzackbewegung beeinflußt, was bedeutet, daß die Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt und erzielt werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die numerische Information, die vorher eingegeben bzw. programmiert ist, mit Hilfe der gemessenen Abweichung automatisch korrigiert. Es ist daher nicht erforderlich, das Programm bei jeder Messung zu ändern und die aufgrund

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der Messung erhaltene Abweichung manuell einzugeben, was insgesamt zu einer entscheidenden Verbesserung der Arbeitsleistung bzw. des Wirkungsgrades führt.

Aufgrund der Ausbildung des verwendeten Taststiftkopfes ergibt sich schließlich der Vorteil, daß die Messung durch das Schneidöl oder durch Späne, die der Oberfläche des Werkstückes anhaften können, nicht nachteilig beeinflußt wird, so daß auch aus diesem Grund die Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

Fig. 1 im Blockdiagramm eine Ausführungsform der Erfindung

in Anwendung bei einer numerisch gesteuerten Revolverdrehbank;

Fig. 2 im Blockdiagramm einen Meßsignalerzeuger kreis;

Fig. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Meßbewegung eines Taststiftkopfes gegenüber einem Werkstück;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Messung für den Fall, bei dem ein Positionier fehler einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine vorliegt;

Fig. 5 eine Ausführungsform des Taststiftkopfes in horizontalem

Schnitt,

Fig. 6 in vertikalem Schnitt und

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Fig. 7 im Querschnitt gemäß Linie VII-VII nach Fig. 5; Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Tätigkeit des Tast-

(a) - (e) stiftkopfes gemäß Fig. 5 in der X-Z-Ebene;

Fig. 9 ein Blockdiagramm eines abgewandelten Meßsignalerzeu-

gerkreises;

Fig. 10 im Diagramm die Zeitablauffolge zur Erläuterung der

Signalübertragung im Meßsignalerzeugerkreis gemäß Fig. 9 und

Flg. 11 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer bei einer nu

merisch gesteuerten Revolverdrehbank zur Anwendung gelangenden konventionellen automatischen Meßvorrichtung.

Bei der in Fig. 1 lediglich des Beispiels halber schematisch dargestellten numerisch gesteuerten Revolverdrehbank ist an einer Seite eines Bettes 21 ein Reitstock 22 vorgesehen, durch den eine Hauptspindel 23 drehbar gelagert ist. Am vorderen Ende dieser Hauptspindel 23 ist ein Spannfutter 24 befestigt. Dieses dreht sich zusammen mit der Hauptspindel 23 und weist mehrere Spannbacken 25 auf, die ein Werkstück W halten. Das Bett 21 ist mit einer Führung 26 versehen, die parallel zur Achse der Hauptspindel 23 verläuft und in einer zur Achse der Hauptspindel 23 parallelen Richtung (im folgenden als "Z-Richtung" bezeichnet) verschleblich einen sattelartigen Support 27 führt, der beweglich auf der Führung 26 angeordnet ist. Auf der Oberseite des Supportes 27 Ist eine Querftihrung 28 derart vorgesehen, daß sie senkrecht bzw. quer zur Achse der Hauptspindel verläuft. Die Querführung 28 führt verschleblich In einer zur Achse

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der Hauptspindel 23 rechtwinkligen Richtung (im folgenden als "X-Richtung" bezeichnet) einen Querschlitten 29, der beweglich an der Querführung 28 angeordnet ist. Am einen Ende des Bettes 21, d.h. an dessen rechtem Ende gemäß Fig. 1, ist ein Z-achsiger Impulsmotor 30 vorgesehen. Dieser wird in Abhängigkeit von einem numerischen Steuersignal, das ihm von einer numerischen Steuervorrichtung 31 zugeleitet wird, in Tätigkeit versetzt, so daß dadurch auch eine Z-achsige Schraubspindel 32 in den Support 27 eingeschraubt und letzterer daher in Z-Richtung bewegt werden kann. Am oberen Ende des Supportes 27 gemäß Fig. 1 ist ein X-achsiger Impulsmotor 33 vorgesehen. Dieser wird in ähnlicher Welse wie der Z-achsige Impulsmotor 30 in Abhängigkeit von einem numerischen Steuersignal, das ihm von der numerischen Steuervorrichtung 31 zugeleitet wird, in Tätigkeit versetzt, um dadurch eine X-achsige Schraubspindel 34 in den Querschlitten 29 hineinzuverschrauben und letzteren damit in X-Richtung zu bewegen. Am Querschlitten 29 ist weiterhin an einer vorbestimmten Stelle ein Revolverkopf 35 vorgesehen, der jeweils dadurch in Abhängigkeit von einem Steuersignal der numerischen Steuervorrichtung 31 schrittweise we lter geschaltet wird, daß er um eine nicht dargestellte Welle, die quer zur Oberseite des Querschlittens 29 verläuft, weltergedreht wird. Der Revolverkopf 35 weist an seiner Umfangsfläche eine Vielzahl von Werkzeughaltern 36, 37 auf, um jeweils ein Schneidwerkzeug 38 bzw. 39 usw. zu haltern bzw. zu lagern.

Außer den Werkzeughaltern 36, 37 Ist an einer geeigneten Stelle der Umfangsfläche des Revolverkopfes 35 ein Tatstiftkopf 40 vorgesehen, an dessen Ende unter Zwischenschaltung eines elektrischen Isolators ein Taststift 42 befestigt ist. Der Taststift 42 besteht aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Material, beispielsweise einem geeigneten rostfreien Material. Der Taststift 42 weist die Form einer

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bzw. einer Schraubenfeder

Wendel^(coll) auf, die frei von Berührung ist oder keinen Reibmechanismus besitzt. Das eine Teil des Taststiftes 42 kann durch eine äußere Kraft mehrere Millimeter In X-Richtung, in Z-Richtung und in einer senkrecht zur X-Z-Ebene verlaufenden Richtung (im folgenden als "Y-Richtung" bezeichnet) elastisch verformt oder ausgebogen werden. Wenn diese äußere Kraft nicht mehr ausgeübt wird, kann der Taststift schnell in seine Ausgangsstellung zurückkehren.

An der mittigen Drehwelle des Revolverkopfes 35 ist ein Schleifring 43 vorgesehen, um ein vom Taststiftkopf 40 kommendes elektrisches Signal nach außen zu übertragen. Der nicht dargestellte Drehquerschnitt des Schleifringes 43 ist elektrisch mit demjenigen Ende P des Taststiftes 42 verbunden, an dem letzterer am elektrischen Isolator 41 befestigt ist. Der nicht dargestellte stationäre Teil des Schleifrings 43 ist mit einem Meßslgnalerzeugerkreis 49 verbunden, und zwar über einen stationären Block 45, der mittels eines über dem Revolverkopf vorgesehenen stationären Rohres 44 an einer vorbestimmten Stelle des Querschlittens 29 befestigt ist.

Am Support 27 ist eine Linearskala 46 des Digttattyps befestigt, so daß dann, wenn der Taststift 42 wettergeschattet und derart in einer vorbestimmten Stellung positioniert wird, daß die Achse des Taststift -kopfes 40 parallel zur Z-Richtung verläuft, die Skala 46 sich auf einer Linie befindet, die vom Ende des Taststiftes 42 in X-Richtung verlängert ist. Am Querschlitten 29 ist ein Skalenlesekopf 47 befestigt, der sich zum Ablesen der Skala 46 entlang dieser Linearskala 46 des Digttattyps bewegen kann, um hierdurch entsprechend dem Ausmaß der in X-Richtung erfolgenden Bewegung des Querschlittens 29, d Ji. des Taststiftkopfes 40, eine Impulskette zu erzeugen. Es ist daher aus der Linearskala 46 des Digttattyps und dem Skalenlesekopf 47 eine Dlgitalmeßvorrlchtung gebildet.

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Im folgenden wird ein Zählsteuerkreis 48 näher erläutert. In Fig. 1 ist ein Meßsignalerzeugerkreis 49 dargestellt, der im einzelnen in Fig. 2 ersichtlich ist. Hierbei ist ein Schalter 50 mit seinem einen Kontakt 51 an das Bett 21 und mit seinem anderen Kontakt 52 über den Schleifring 43 an den Taststift 42 angeschlossen. Weiterhin sind in der aus Fig. 2 im einzelnen ersichtlichen Weise eine Spannungsquelle sowie Widerstände 54, 55 vorgesehen bzw. geschaltet. Wenn demgemäß der Taststift 42 das Werkstück W, das mit dem Bett 21 elektrisch leitend verbunden ist, nicht berührt, ist die Verbindungs- bzw. Abgreifstelle 56 zwischen den Widerständen 54, 55 auf einer vorbestimmten Spannung gehalten, die durch Aufteilen der Spannung der Spannungsquelle 53 mit dem durch die Widerstände 54, 55 gebildeten Spannungsteiler erhalten wurde. Wenn jedoch der Taststift 42 das Werkstück W berührt, entspricht das Potential an der Abgreifstelle 56 dem Potential des Bettes 21. Eine vorgesehene Logikschaltung 57 ist derart ausgebildet, daß sie eine derartige Potentialänderung erfaßt bzw. mißt und hierdurch in demjenigen Augenblick, in dem der Taststift 42 das Werkstück W verläßt, ein Signal erzeugt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, empfängt eine vorgesehene Steuerschaltung 58 das Signal vom Meßsignalerzeuger -kreis 49, das Steuersignal von der numerischen Steuervorrichtung 31, die Impulskette vom X-achs igen Impulsmotor 33 und die Impulskette vom Skalenlesekopf 47, führt die Auswahl der zu zählenden Impulskette durch sowie die Bestimmung hinsichtlich der Start- und Endzählung und leitet schließlich die zu zählende Impulskette zu einem mit ihr verbundenen Zähler 59. Dieser Zähler 59 arbeitet derart, daß er die ihm zugeleiteten Impulse zählt und mit Hilfe eines Außensignals einen beliebigen Wert einstellt, der durch einen Digitalschalter 60 eingestellt ist. Der Zähler 59 Ist, um den jeweiligen Zählerstand erkennen zu können, mit einer Anzeigeeinheit 61 verbunden und außerdem an eine die jeweilige Werkzeuglage beeinflussende Korrigierschaltung 62 an-

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geschlossen, die Ihrerseits ein Teil der numerischen Steuervorrichtung 31 Ist, so daß der jeweilige Zählerstand zu der Werkzeuglagekompenslerschaltung 62 geleitet wird. Es wird daher die Zählsteuerschaltung 48 durch die Meßsignalerzeugerschaltung 49, die Steuerschaltung 58, den Zähler 59 einschließlich des Digitalschalters 60 und durch die Anzeigeeinheit 61 gebildet.

Die numerische Steuervorrichtung 31 weist die Funktion dahingehend auf, daß sie an den X-achsigen Impulsmotor 33 und den Z-achsigen Impulsmotor 30 Impulse verteilt, um den Revolverkopf 35 In Abhängigkeit von einer numerischen Information zu bewegen, die beispielsweise mittels eines Lochstreifens von außen aufgebracht Ist; die numerische Steuervorrichtung 31 weist weiterhin die Funktion auf, die Impulsverteilung gemäß der der Werkzeuglagekompens torschaltung 62 zugeleiteten Information zu kompensieren und das Steuersignal, mittels dem Im Zähler 59 ein Im Digitalschalter 60 eingestellter numerischer Anfangswert eingestellt wird, sowie das Steuersignal für den Start und Stop des Zählens der dem X-achslgen Impulsmotor 33 zugeleiteten Impulse auszugeben.

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:

Zuerst sei anhand von Flg. 3 die Tätigkeit für den Fall erläutert, bei dem, beispielsweise bei der Endbearbeitung eines Innendurchmessers des Werkstückes W, der Istwert unmittelbar vor der Durchführung des abschließenden spanabhebenden Vorgangs gemessen wird und bei dem die Abweichungen der Istwerte gegenüber den Sollwerten als Werkzeuglagekompenslerdaten verwendet werden.

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.jr.

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Bei der Messung ist die Bewegung des Revolverkopfes 35, d.h. des Taststiftkopfes 40, ähnlich derjenigen der Werkzeuge 38, 39. Zu einem vorherigen Zeitpunkt wurde mit dem Außendurchmesser Ds des Taststiftes 42 und mit der Endbearbeitungsgröße bzw. -abmessung als Ziel- d.h. Sollgröße D„ ein Programm gebildet, und es wurden diese Daten als numerische Information mittels beispielsweise eines Lochstreifens der numerischen Steuervorrichtung 31 zugeleitet, wobei die Impulsverteilung zu dem X-achsigen Impulsmotor 33 und zu dem Z-achsigen Impulsmotor 30 mittels der numerischen Steuervorrichtung 31 derart durchgeführt wird, daß diese Motoren 33, 30 in Tätigkeit versetzt werden und über die jeweiligen Schraubspindeln 34, 32 die Bewegungssteuerung bewirken. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, daß der Außendurchmesser Ds des Taststiftes 42 derart bestimmt wird, daß er sich zur Bildung des erwähnten Programms eignet. Wenn angenommen wird, daß der Unterschied zwischen dem festgelegten Außendurchmesser des Taststiftes 42 und dessen tatsächlichem Außendurchmesser Δ Ds beträgt, dann wird durch den Digitalschalter 60 oder dgl. im Zähler 59 + Δ Ds eingestellt, wenn der tatsächliche Außendurchmesser kleiner ist als der bestimmte bzw. festgelegte Außendurchmesser, während dann, wenn der tatsächliche Außendurchmesser größer ist, - ADs eingestellt wird.

Im folgenden sei nun der Meßvorgang in der Reihenfolge der durchgeführten Schritte beschrieben.

Zuerst wird der Revolverkopf 35 mit Hilfe des Steuersignals der numerischen Steuervorrichtung 31 gedreht, so daß der Taststift 42 derart weitergedreht und an einer vorbestimmten Stelle stillgesetzt wird, daß seine Achse parallel zur Z-Richtung verläuft, wie aus Fig. 1 ersichtlich. Dann wird die Steuerschaltung 58 derart instruiert, daß der

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Korrigierwert Δ Ds und das Vorzeichen des Außendurchmessers Ds des Taststiftes 42 im Zähler 59 eingestellt werden. In diesem Fall ist der Zählerstand des Zählers 59 + Δ Ds (unter der Annahme, daß der tatsächliche Außendurchmesser des Taststiftes 42 kleiner ist als dessen festgelegter bzw. bestimmter Außendurchmesser). Sodann wird die Impulsverteilung zum X-achsigen Impulsmotor 33 und zum Z-achsigen Impulsmotor 30 mittels der numerischen Steuervorrichtung 31 derart bewirkt, daß diese Motoren 33, 30 betätigt werden und der Revolverkopf 35 derart gedreht wird, daß der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles a (siehe Fig. 3) bewegt wird, so daß dessen Mittelpunkt O zum Punkt C auf der Achse S der Hauptspindel 23 gelangt. Daraufhin wird der Taststift 42 weiter in Richtung des Pfeiles b bewegt, so daß sein Mittelpunkt O sich am Punkt D in der Bohrung des zu messenden Werkstückes W befindet, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Dann gibt die numerische Steuervorrichtung 31 das Steuersignal an die Steuerschaltung 58 aus, so daß die X-achsigen Impulse, d.h. die mittels der numerischen Steuervorrichtung 31 zum X-achsigen Impulsmotor verteilten Impulse, gezählt werden. Danach wird der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 zum Punkt E oder der X-Koordinate (D2-Ds)/2 bewegt, so daß die Außenwand des Taststiftes 42 in Berührung mit der Innenwand der zu messenden Bohrung (Sollinnendurchmesser D2) kommt. Bei diesem Vorgang wird das Endteil des Taststiftes 42 im Ausmaß des Spielraums der abschließenden spanabhebenden Bearbeitung elastisch verformt und im Ruhezustand gehalten.

Im allgemeinen wird ein Durchmesserwertinstruiersystem für die Bewegung in X-Richtung der numerisch gesteuerten Drehbank verwendet, wobei der kleinste Bewegungszuwachs in X-Richtung 1/2 des kleinsten Bewegungszuwachses in Z-Richtung betrat. Wenn die Instruierung derart erfolgt, daß beispielsweise eine Bewegung über die Strecke Dx erfolgen soll, beträgt das Ausmaß der Bewegung Dx/2, wobei jedoch

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-yf-

die Anzahl der gelieferten Impulse Dx beträgt. Wenn demgemäß der Taststift 42 am Punkt E angeordnet ist, beträgt der Stand des Zählers Δ Ds + (D2-Ds), wodurch ein dem Sollwert D2 entsprechender Wert im Zähler 59 eingestellt ist. Nunmehr erfolgt eine Instruktion derart, daß der Vorgang des Z ahle ns der X-achsigen Impulse beendet wird. Sodann wird der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles d zum Punkt F, der dem Punkt E diametral gegenüberliegt, oder zur X-Koordinate -(D2-Ds)/2 bewegt. Wenn der Taststift 42 - unter der Annahme, daß der tatsächliche Innendurchmesser unmittelbar vor der abschließenden spanabhebenden Bearbeitung Dl beträgt und der abschließende Radiusspielraum der spanabhebenden Bearbeitung ΔΧ1 beträgt - nach dem Beginn seiner Bewegung in Richtung des Pfeils d über eine Strecke von ( ΔΧ1 - ΔDs/2) bewegt ist, verläßt der Außendurchmesserberührungspunkt des Taststiftes 42 den Innendurchmesserberührungspunkt des Werkstückes W, wobei gleichzeitig die Meßsignalerzeugerschaltung 49 ein Signal erzeugt, das der Steuerschaltung 58 angelegt wird. Daraufhin bewirkt die Steuerschaltung 58, daß der Zähler 59 die vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse zählt. Die Anzahl der zu zählenden Impulse, die durch den Skalenlesekopf 47 vorgesehen sind, bevor der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 den Punkt F erreicht, entspricht {(D2-Ds)-(AXl-ADs/2)}.Demgemäß beträgt der Stand des Zählers 59 zu diesem Zeitpunkt (ADs + (D2 - Ds)) - {(D2 - Ds) - ( ΔXl - ADs/2)} = (ΔΧ1 +ADs/2).

Sodann wird der Taststift 42 vom Punkt F aus in Richtung des Pfeils e bewegt, um ihn zum Punkt D auf der Achse der Hauptspindel 23 zurückzuverbringen, worauf der Taststift 42 dort angeordnet wird. Wenn sich der Taststift 42 nach Beginn seiner Bewegung in Richtung des Pfeiles e über eine Strecke von (ΔΧ1 - Ds/2) bewegt hat, verläßt der Außendurchmesserberührungspunkt des Taststiftes 42 den Innendurchmesserberührungspunkt des Werkstückes W, der dem vorerwähn-

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ten Innendurchmesserberührungspunkt gegenüberliegt. In diesem Augenblick erzeugt die Meßsignalerzeuger schaltung 49 das zweite Signal, worauf mit Hilfe dieses derart erzeugten zweiten Signals die Steuerschaltung 58 bewirkt, daß der Zähler 59 mit dem Zählen der vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse aufhört. Demgemäß beträgt in diesem Augenblick der Zählerstand des Zählers 59 (ΔΧ1 + ΔDs/2) + (ΔΧ1 - ADs/2) = 2 · ΔΧ1. Es wird daher ein zu korrigierender Wert oder der Spielraum der abschließenden spanabhebenden Bearbeitung erhalten. Sodann wird der Revolverdrehkopf 35 in eine vorbestimmte Lage zurückverbracht und der derart berechnete und gezählte Korrigierwert in die Werkzeugstellungskompensierschaltung 62 eingegeben. Hierauf wird dann das betreffende Endbearbeitungswerkzeug, beispielsweise das Werkzeug 38, durch entsprechendes Weiterdrehen des Revolverdrehkopfes 35 in die Bearbeitungsstellung verbracht und der abschließende Dreh- bzw. Schneidvorgang durchgeführt. In diesem Fall wird die Lage der Spitze des Werkzeuges 38 vor der Tätigkeit um den Betrag von 2 · Δ Xl kompensiert, weswegen die Sollabmessung D2 mit Genauigkeit erhalten werden kann.

Das Positionieren des Taststiftes 42 an beispielsweise den Punkten E und F wird nicht Immer ganz genau durchgeführt, und zwar hauptsächlich deswegen, well sich die X-achsige Schraubspindel 34 aufgrund von erzeugter Wärme ausdehnt. Darüber hinaus wird auch aufgrund von durch den Reitstock 22 erzeugter Wärme der Mittelpunkt des Werkstückes W aus der Achse S der Hauptspindel 23 ausgelenkt. Bei der beschriebenen Vorrichtung bzw. bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens wird jedoch der Meßwert (der abschließende Endbearbeltungssplelraum) durch diese thermischen Verschiebungen bzw. Dehnungen nicht beeinflußt, was bedeutet, daß der Meßwert mit Genauigkeit erhalten werden kann. Dies wird Im folgenden anhand von Flg. näher erläutert. Aus Gründen der Einfachheit wird hierbei der Wert zu Null angenommen.

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Wie aus Fig. 4 ersichtlich, wird in ähnlicher Weise wie bei dem zuvor beschriebenen Vorgang der Taststiftkopf 40 derart bewegt, daß der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 sich am Punkt D auf der Achse S der Hauptspindel 23 befindet. Zu diesem Zeitpunkt ist im Zähler 59 der Wert ADs = 0 eingestellt worden, und die numerische Steuervorrichtung 31 leitet der Steuerschaltung 58 das Steuersignal zu, so daß die X-achsigen Impulse oder die mittels der numerischen Steuervorrichtung 31 zum X-achsigen Impulsmotor 33 verteilten Impulse gezählt werden. Sodann wird der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 in Richtung des Pfeiles c zum Punkt E oder zur X-Koordinate (D2 - Ds)/2 bewegt, so daß die Außenseite des Taststiftes 42 in Berührung mit der Innenseite der zu messenden Bohrung (erwünschter Innendurchmesser bzw. Solldurchmesser D2) steht. In diesem Fall beträgt der Zählerstand des Zählers 59 unabhängig von der Positioniergenauigkeit (D2 - Ds); es wird jedoch angenommen, daß der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 am Punkt E₁ aufgrund von Wärmedehnungen oder dgl. um die Strecke ΔΜ1 vom Punkt E ausgelenkt ist. Daraufhin wird die Steuerschaltung derart instruiert, daß mit dem Zählen der X-achsigen Impulse aufgehört wird. Danach wird der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles d zum Punkt F, der dem Punkt E diametral gegenüberliegt, oder zur X-Koordinate -(D2 - Ds)/2 bewegt und dort positioniert. Wenn sich der Taststift 42 nach dem Beginn seiner Bewegung über die Strecke (ΔΧ1 + ΔMl) bewegt hat, verläßt der Taststift 42 das Werkstück W. In diesem Augenblick erzeugt die Meßsignalerzeuger schaltung 49 das Signal, das der Steuerschaltung 58 angelegt wird. Demgemäß bewirkt die Steuerschaltung 58, daß der Zähler 59 im gleichen Augenblick die vom Skale niesekopf 47 kommenden Impulse zählt. Wenn das Positionieren des Taststiftes 42 am Punkt F beendet ist, sollte sich der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 am Punkt F₁ befinden, der um die Strecke ΔM- vom Punkt F entfernt ist. Es wird jedoch angenommen, daß sich der Mit-

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telpunkt O des Taststiftes 42 aufgrund von thermischen Dehnungen und dgl. am Punkt F„ befindet, der vom Punkt F um die Strecke AM, entfernt ist, wobei in diesem Fall die Anzahl der vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse dem Wert [ {(D2 - Ds) - (ΔΧ1 + AML)} + AM₁ + AM. ] entspricht, während der Zählerstand des Zählers 59 den Wert (D2 - Ds) - [ {(D2 - Ds) - (ΔΧ1 + Δ Ml)} + Δ Ml + Δ Μ2] = (ΔΧ1 - Δ Μ2) aufweist.

Sodann wird der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles e bewegt, so daß er zum Punkt D auf der Achse S der Hauptspindel 23 zurückverbracht und dort positioniert wird. Wenn der Taststift 42 nach dem Beginn seiner Bewegung über eine Strecke von (ΔΧ1 + AM,) bewegt worden ist, verläßt er den Berührungspunkt des Werkstückes W, worauf die Meßsignalerzeugerschaltung 49 erneut das Signal erzeugt und die Steuerschaltung 58 bewirkt, daß der Zähler 59 mit dem Zählen der vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse aufhört. Wenn demgemäß der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 den Punkt D erreicht, weist der Zählerstand des Zählers 59 den Wert (ΔΧ1 - Δ M₂) + (AX₁ +AM₂) = 2 · A Xl auf, so daß dadurch die Werkzeuglagekompensierdaten oder der abschließende Endbearbeitungsspielraum der spanabhebenden Bearbeitung gegeben sind.

Im folgenden werden anhand von Flg. 5-10 abgewandelte Ausführungsformen des Taststiftkopfes 40' und der Meßsignalerzeugerschaltung 49' beschrieben.

Wie aus Flg. 5 und 6 ersichtlich, Ist Im Endteil eines Gehäuses 70, das die Form eines Hohlzylinders aufweist, eine Stange 71 derart vorgesehen, daß sie Innerhalb eines kleinen Wlnkelberelchs um einen Im Gehäusemittelteil vorgesehenen reibungslosen Zapfen 72 schwingen

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kann. Am Endteil der Stange 71 ist mittels einer Schraube 74 elnTaststift 73 befestigt. Die Endteile des Taststiftes 73 sind sphärisch ausgebildet und können an einem zu messenden Gegenstand anschlagen. Am anderen Endteil der Stange 71 ist ein Berührungszapfen 75 befestigt, wobei der Berührungszapfen 75 und der Taststift 73 jeweils weitgehend denselben Abstand 1 zum Zapfen 72 aufweisen, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Inder Nähe des Berühr ungs zapfe ns 75 sind im Gehäuse zwei Halteglieder 76, die beispielsweise aus Schraubenfedern gebildet sind, derart angeordnet, daß sie beide Seiten der Stange 71 elastisch halten. Die von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte können mittels in das Gehäuse 70 eingeschraubter Stellschrauben 76' jeweils derart eingestellt werden, daß die Achse S' der Stange 71 mit der Achse m des Gehäuses 70 zusammenfällt. Am Endteil des Gehäuses 70 ist ein Deckel 78, der an seiner Endöffnung eine Kappe 77 aufweist, befestigt, so daß sich Metallspäne oder dgl. nicht direkt um die Stange 71 wickeln können. Der Taststift 73 ragt durch im Endteil des Deckels 78 vorgesehene kleine Öffnungen 79 nach außen. Der Durchmesser jeder kleinen Öffnung 79 ist derart gehalten, daß der Taststift dann, wenn er verschoben wird, nicht in Berührung mit der Bohrungswand 79 kommt. An der Stange 71 ist in der Nähe des Schwenkzapfens für die Stange 71 ein weiches Dichtglied 80 vorgesehen, so daß Kühlmittel oder Staub nicht in das Gehäuse 70 eindringen können. Die oben beschriebene Ausbildung bildet den ersten Taststiftabschnitt 81.

Es ist hierbei berücksichtigt, daß das oben beschriebene weiche Dichtungsglied 80 die Stabilität des Berührungszapfens 75 beeinträchtigen kann; dabei ist jedoch festzustellen, daß die Stabilität des Berührungszapfens 75 beträchtlich nieder sein kann, wie im folgenden noch beschrieben. Das Ausmaß des Verschiebens des Taststiftes 73 inX-Richtung beträgt nicht mehr als 4- 1 mm von der Achse m des Gehäuses 70,

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wobei in diesem Fall das Ausmaß der Verschiebung der Stange 71 in X-Richtung nicht mehr als 0,15 mm an demjenigen Punkt beträgt, an dem das weiche Dichtungsglied 80 angeordnet ist. Es wird daher die Anordnung des weichen Dichtungsgliedes 80 die Stabilität des Beruhrungsgzapfens 75 nicht nennenswert beeinträchtigen, weswegen auch die Meßgenauigkeit nicht nachteilig beeinflußt wird.

Andererseits ist aber auch in das hintere Endteil des Gehäuses 70 eine Isolierungsbüchse 82 eingepaßt, an deren Endteil ein elastisches Element 83, beispielsweise eine Schraubenfeder, die keinerlei Berührungsteile und Reibungsmechanismen aufweist, vorgesehen ist. Das freie Endteil des elastischen Elementes 83 kann durch eine aufgebrachte äußere Kraft bis zu einem Ausmaß von mehreren Millimetern in einer beliebigen der drei Richtungen X, Z oder Y (senkrecht zur X-Z-Ebene) elastisch verformt werden. Wenn diese äußere Kraft dann nicht mehr aufgebracht ist, kehrt das elastische Element 83 schnell in seine Ausgangsstellung zurück. In der Stirnfläche des freien Endteils des elastischen Elementes 83 ist, wie aus Fig. 7 ersichtlich, eine Eingriffsnut 85 vorgesehen, deren Breite etwa um einen Millimeter größer ist als der Durchmesser D„ des Berührungszapfens 75. Aus diesem Grund ist der Berührungszapfen 75 mit Spiel in die Eingriffsnut 85 eingeführt. Das bedeutet mit anderen Worten, daß dann, wenn die Stange 71 mit an ihren beiden Seiten vorgesehenen Haltegliedern 76 elastisch in der neutralen Stellung gehalten ist, der Berührungszapfen 75 sich in einer Zwischenstellung zwischen den Nutwänden 85a, 85b der Eingriffsnut befindet und nicht in Berührung mit der Eingriffsnut 85 steht.

Die zuvor beschriebene Ausbildung bildet den zweiten Taststiftabschnitt 86.

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Die Isolierungsbüchse 82 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Kunstharz oder dgl. gefertigt, während die verbleibenden Elemente aus elektrisch leitenden Metallen bestehen. Es ist daher der erste Taststlftabschnltt 81 gegenüber dem zweiten Taststiftabschnitt 86 elektrisch isoliert, sofern der Berührungszapfen 75 des ersten Taststiftabschnittes 81 nicht durch eine Drehung der Stange 71 in Berührung mit der Eingriffsnut 85 des zweiten Taststiftabschnittes 86 gebracht worden ist.

Das Gehäuse 87 und ein Spannbolzen 84 sind über Leitungen 87 bzw. mit der Meßsignalerzeugerschaltung 49' verbunden, wie aus Flg. 9 ersichtlich.

Diese Meßsignalerzeugerschaltung 49' wird im folgenden anhand von Flg. 9 und 10 näher erläutert.

Zwischen die Leitungen 87, 88 sind ein Widerstand 89 und eine Spannungsquelle 90 In Reihe geschaltet. Die Verbindungsstelle H zwischen dem Widerstand 89 und der Leitung 88 liegt an 0 Volt (Null Volt), wenn der Berührungszapfen 75 In Berührung mit der Eingriffsnut 75 gebracht worden Ist, was bedeutet, daß die Leitungen 87, 88 kurzgeschaltet sind, während diese Verbindungsstelle H an Spannung liegt, d.h. also die Spannung der Spannungsquelle 90 - beispielsweise 5V-aufweist, wenn der Berührungszapfen 75 im Abstand zu den Wänden 85a, b der Eingriffsnut 85 liegt, d.h. gegenüber diesen isoliert Ist. Die jeweils beobachtete Signalübertragung, wenn der Berührungszapfen 75 in Berührung mit der Eingriffsnut 85 gebracht bzw. von dieser freikommt, wird unter Bezugnahme auf die Zeltdiagramme gemäß Fig. 10 näher erläutert, wobei jeweils angenommen wird, daß zu den Zeltpunkten t. und t„ der Berührungszapfen 75 in Berührung mit der

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Eingriffsnut 85 gebracht wird, während zu den Zeitpunkten t„ und t. der Berührungszapfen 75 von der Nut 85 freikommt, d.h. deren Wände 85a, 85b nicht berührt. Hierbei findet an der Verbindungsstelle H während eines Zeitraums von einigen Zehnerwerten von Millisekunden unmittelbar nach den Ein- bzw. Ausschaltvorgängen zu den Zeitpunkten t., t., t_ und t. ein Kontaktratterphänomen statt, und zwar in ähnlicher Weise wie im Fall der gewöhnlichen elektrischen Kontakteinrichtungen (siehe den Zeitablauf 92). Danach beträgt jeweils die . Spannung einer Verbindungsstelle H 0 Volt, wenn der Berührungszapfen 75 die Eingriffsnut 85 berührt, und 5 Volt, wenn der Berührungszapfen 75 außer Eingriff mit den Nutwänden 85a, b steht. Das in der Zeitkurve 92 gezeigte Signal einschließlich des Ratterns wird einer Rattereliminierschaltung 93 zugeleitet, die ihrerseits das Signal in ein Rechteckwellensignal gemäß der Zeitkurve 94 umformt, das einer Gattersignalschaltung 95 (siehe Fig. 9) zugeführt wird. Diese Gattersignalschaltung 95 arbeitet derart, daß sie ihr Ausgangssignal jedesmal dann umkehrt, wenn sich der Wert des Rechteckwelle nausgangssignals der Rattere lim iniers chaltung 93 von 0 Volt auf 5 Volt ändert, so daß dadurch ein Signal gemäß der Zeitkurve 96 ausgegeben wird. Bei diesem Signal wird unmittelbar nach dem Augenblick t, der Wert von 5 Volt erreicht, wobei dieser Zustand bis zum nächsten Zeitpunkt tunverändert beibehalten wird und sich schließlich dieser Signalwert unmittelbar nach dem Zeitpunkt t. zum Wert von 0 Volt ändert.

An dieser Stelle könnte in Betracht gezogen werden, daß die Berührungsflächen zwischen Berührungszapfen 75 und Eingriffsnut 85 beschädigt werden könnten, und zwar durch eine sich aufgrund eines dielektrischen Spannungsdurchschlages ergebende elektrische Entladung, die unmittelbar vor dem Inberührungbringen dieser Elemente erzeugt wird, was zur Folge hätte, daß die Meßgenauigkeit verringert

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würde. Der erforderliche Strom ist jedoch durch die Spannungsquelle und den Widerstand 89 bestimmt, wobei ein Strom von einigen Zehnerwerten Milliampere zu diesem Zweck ausreichend ist. Hierbei ist bekannt, daß ein Strom, der kleiner als 400 mA ist, den Berührungsflächen keinerlei aufgrund von Entladungseffekten herrührende Beschädigung zufügt und demgemäß auch die Meßgenauigkeit nicht absenkt.

Die Arbeitsweise des Taststiftkopfes 40' wird im folgenden anhand von Fig. 8 beschrieben.

In ähnlicher Weise wie beim konventionellen Taststiftkopf ist auch der Taststiftkopf 40' an der Werkzeughaltefläche des Revolverdrehkopfes festgelegt, und es kann der Taststift 73 an zwei Punkte P₀ und P. innerhalb einer zu messenden Bohrung des Werkstückes W anschlagen, wobei diese beiden Punkte P_, P. diametral in X-Richtung einander gegenüberliegen.

Wie aus Fig. 8(a) ersichtlich, schlägt der Taststift 73 zuerst nicht an den Meßpunkt des zu messenden Werkstückes W an, und es staht auch der Berührungszapfen 75 nicht in Berührung mit der Eingriffsnut 85. Sodann wird der Taststift 73 zuerst veranlaßt, den Punkt P„ der Bohrung im Werkstück W zu berühren. Das hat zur Folge, daß die Stange 71 gegen die Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte geringfügig im Uhrzeigergegensinn um den Zapfen 72 verschwenkt wird, wodurch der Berührungszapfen 75 in Berührung mit der einen Nutwand 85a der Eingriffsnut 85 gebracht wird. Es ist daher der erste Taststiftabschnitt 81 mit dem zweiten Taststiftabschnitt 86 elektrisch verbunden, so daß das Potential an der Verbindungsstelle H in der Meßsignalerzeugerschaltung 49' den Wert = 0 Volt erhält und der Augenblick, in dem der Berührungszapfen 75 in Beruh -

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rung mit der Nutwand 85a kommt, gemessen wird (dies ist der Zeitpunkt tj auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10). Sodann wird der Taststift 73 von dem Punkt P₃ des Werkstückes W wegbewegt und in Berührung mit dem anderen Werkstückpunkt P₄ gebracht, wie aus Fig. 8(c) ersichtlich. Das hat zur Folge, daß die Stange 71 gegen die Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte geringfügig im Uhrzeigersinn um den Zapfen 72 verschwenkt und daher der Berührungszapfen 75 in Berührung mit der-anderen Nutwand 85b gebracht wird. Demgemäß wird der erste Taststiftabschnitt 81 elektrisch mit dem zweiten Taststiftabschnitt 86 verbunden, und es erhält das Potential an der Verbindungsstelle H in der Meßsignalerzeugerschaltung 49' den Wert = 0 Volt. Aus diesem Grund wird der Augenblick, in dem der Berührungszapfen 75 in Berührung mit der anderen Nutwand 85b kommt (das ist der Zeitpunkt tg auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10),gemessen. Danach wird der Taststift 73 vom anderen Punkt P. des Werk-

Stückes W wegbewegt, so daß er sich wieder im Anfangsstadium gemäß Fig. 8(a) befindet.

Wenn der Zustand des Taststiftes 73 aus demjenigen gemäß Fig. 8(b) in denjenigen gemäß Fig. 8(c), d.h. in den Zustand gemäß Fig. 8(d), verbracht wird, wird der Taststift 73 mit Hilfe der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte gegen den einen Punkt P₉ des Werkstückes W angeschlagen, wobei in diesem Fall der Taststift 73 gegen diesen Punkt P, eine Anschlagkraft von etwa 100 - 200 g ausübt. Wenn der Taststift 73 in diesem Zustand den Punkt P₉ des Werk-Stückes W wieder verläßt, wird die im Uhrzeigergegensinn verschwenkte Stange 71 um den Zapfen 72 verschwenkt und kehrt unter der Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte in ihre neutrale Stellung zurück, weswegen auch der Berührungszapfen 75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt. Das hat zur

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Folge, daß die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Taststiftabschnitt 81 und dem zweiten Taststiftabschnitt 86 unterbrochen und das Potential an der Verbindungsstelle H in der Meßsignalerzeuger schaltung 49' auf den Wert von 5 Volt angehoben wird. Es wird daher derjenige Augenblick gemessen, zu dem der Kontaktstift 75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt (das ist der Zeitpunkt t_o auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10).

Wenn sich der Zustand des Taststiftes 73 aus demjenigen gemäß Fig. 8(c) in denjenigen gemäß Fig. 8(a) oder in den Zustand gemäß Fig. 8(e) ändert, wird der Taststift 73 unter der Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte gegen den anderen Punkt P. des Werkstückes W angeschlagen, wobei in diesem Fall der Taststift 73 ebenfalls dieselbe Anschlagkraft von etwa 100 - 200 g gegen den Punkt P₄ ausübt. Wenn der in diesem Zustand befindliche Taststift 73 von dem Punkt P₄ des Werkstückes W freikommt, wird die im Uhrzeigersinn verdrehte Stange 71 um den Zapfen 72 verschwenkt und kehrt unter der Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte in ihre neutrale Stellung zurück, weswegen auch der Kontaktstift 75 von der anderen Wand 85b der Nut 85 freikommt. Das hat zur Folge, daß die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Taststiftabschnitt 81 und dem zweiten Taststiftabschnitt 86 unterbrochen und das Potential an der Verbindungsstelle H in der Meßslgnalerzeugerschaltung 49' auf den Wert von 5 Volt angehoben wird. Es wird daher derjenigen Augenblick gemessen, zu dem der Kontaktstift von der anderen Wand 85b der Nut 85 freikommt (das ist der Zeitpunkt t. auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10).

Wie erläutert, wird der Taststift 73 abwechselnd gegen die diametral inX-Richtung einander gegenüberliegenden beiden Punkte P₃, P₄ in-

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nerhalb der zu messenden Bohrung des Werkstückes W angeschlagen. Es kann daher durch die Meßsignalerzeugerschaltung 49' der Augenblick, in dem der Kontaktstift 75 die Eingriffsnut 85 verläßt bzw. von deren einer Wand freikommt, gemessen werden, und es kann außerdem der Zeitraum vom Zeitpunkt t_, zu dem der Kontaktstift 75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt bis zum Zeitpunkt t., an dem der Kontaktstift 75 die andere Wand 85b der Nut 85 freiläßt, anhand der Ausgangssignale der in der Meßsignalerzeugerschaltung 49' vorgesehenen Gattersignalschaltung 95 gemessen werden. Das Ausmaß der Bewegung des Querschlittens oder des Taststiftkopfes 40' während dieses Zeitraums wird ständig durch die Linearskala 46 des Digitaltyps überwacht; dies bedeutet, daß das Ausmaß der Bewegung des Querschlittens oder des Taststiftkopfes 40' während des Zeitraumes vom Zeitpunkt, zu dem der Taststift 73 den Punkt P₃ des Werkstückes W verläßt, bis zum Zeitpunkt, an dem der Taststift 73 den Punkt P₄ verläßt, durch die oben beschriebene Linearskala 46 des Digitaltyps gezählt wird.

Sowohl die Stange 71 des ersten Taststiftabschnittes 81 als auch das elastische Element 83 des zweiten Taststiftabschnittes 86 weisen ihre eigene Stabilität auf, so daß sie in der erläuterten Weise selbst in die neutrale Stellung zurückkehren. Im folgenden wird die Genauigkeit dieser Stabilität näher erläutert. Hinsichtlich der Stange 71 kann nur schwer eine hohe Stabilitätsgenauigkeit erwartet werden, da der Zapfen 72 der Stange 71 einen gewissen Reibungswiderstand ausübt und das weiche Dichtungsmaterial 80 einen weiteren, die Stabilität beeinträchtigenden Faktor darstellt. Die Stabilitätsgenauigkeit der Stange kann jedoch gering, beispielsweise 0,3 mm oder weniger sein, da in diesem Zusammenhang lediglich gefordert wird, daß dann, wenn die Stange 71 in Ihre neutrale Stellung zurückkehrt, der Kontaktstift 75

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sich nicht in Berührung mit den beiden Wänden 85a, 85b der Eingriffsnut 85 befindet und daß der Unterschied (L - D₀) zwischen der Breite L der Eingriffsnut 85 und dem Durchmesser D„ des Kontaktstiftes 75 konstant ist. Andererseits ist die Stabilitätsgenauigkeit des elastischen Elementes 83 außerordentlich hoch, und zwar weniger als 1 μ , da es die Form einer Schraubenfeder, das keinerlei Reibungsmechanismen besitzt, aufweist. Es ist daher die Stabilitätsgenauigkeit des elastischen Elementes 83 im allgemeinen ausreichend.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung deutlich wird, wird bei der Durchführung der Messung der Taststift in Berührung mit einem ersten Punkt des Werkstückes gebracht und sodann hiervon gelöst, worauf dann der Taststift in Berührung mit einem in bezug auf den ersten Punkt diametral gegenüberliegenden zweiten Punkt des Werkstückes gebracht und daraufhin wieder von diesem zweiten Punkt gelöst wird, so daß die Strecke, die von dem Taststiftkopf während des Zeitraumes vom Zeitpunkt, zu dem der Taststift den ersten Punkt verläßt, bis zum Zeitraum, zu dem der Taststift den zweiten Punkt verläßt, überdeckt wird, gemessen wird. Der durch diese Messung erhaltene Wert, die Abmessung des Taststiftes und die erwünschten Sollabmessungen werden einer Berechnung unterworfen. Demgemäß wird die Messung durch die Positioniergenauigkeit und durch die Zickzackbewegung des sich bewegenden Tisches, an dem der Taststiftkopf befestigt ist, nicht beeinflußt; das bedeutet, daß die Messung mit hoher Genauigkeit erhalten werden kann. Darüber hinaus kann aus dem gleichen Grund die Messung auch mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, und zwar selbst dann, wenn der Mittelpunkt des Werkstückes etwas aus der Achse der Hauptspindel der Werkzeugmaschine ausgelenkt ist. Weiterhin kann die Messung auch dadurch erhalten werden, daß der Augenblick, in dem der Taststift den Berührungspunkt mit dem Werkstück verläßt,

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erfaßt bzw. gemessen wird. Es wird daher die Meßgenauigkeit nicht verringert, und zwar selbst dann nicht, wenn der Taststift durch die Schwingungen der Werkzeugmaschine selbst etwas geringfügig in Schwingungen versetzt wird.

Weiterhin ist es für den Taststift lediglich erforderlich, in Berührung mit dem Werkstück zu kommen und dieses sodann wieder zu verlassen. Es ist daher die Ausbildung des Taststiftes nicht auf eine spezielle Ausbildung oder Konstruktion beschränkt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Form des Taststiftes sehr einfach gehalten werden kann und daß daher der Taststift leicht mit geringen Kosten gefertigt werden kann. Weiterhin kann auch die Messung an Teilen, die In Ihrer Ausbildung kompliziert sind, wie beispielsweise Bohrungen kleinen Durchmessers, Nuten in Bohrungen, Nuten in Wänden und sonstigen Durchmessern, leicht durchgeführt werden.

Darüber hinaus Ist der beschriebene Taststiftkopf derart ausgebildet, daß der Kontakt in Abhängigkeit von den Tätigkelten, bei denen der Taststift In Berührung mit dem Werkstück kommt und dieses wieder verläßt, geöffnet und geschlossen wird, weswegen die Messung selbst dann durchgeführt werden kann, wenn das Werkstück aus elektrisch nlchtlelchtendem Material besteht; darüber hinaus wird die Meßgenauigkeit auch nicht durch Kühlmittel oder auf der Werkstückoberfläche befindliche Späne und dgl. beeinträchtigt. Da weiterhin der Taststlftkopf durch das Gehäuse abgedeckt Ist, Ist der Kontakt gegen Kühlmittel oder Staub geschützt, was ebenfalls zu einer Meßgenauigkeit führt.

Um die Istabmessungen des Werkstückes und die Werkzeuglagekompenslerdaten zu erhalten, Ist es lediglich erforderlich, hauptsächlich

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einen Zähler zur Verfügung zu haben. Demgemäß ist die Steuerschaltung im Vergleich zu konventionellen Schaltungen von beträchtlicher Einfachheit.

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Claims

Liedl. Moth, Zejtler vo... ■..„, Pitentaevirl'f " . ■ . ■ . · .... I München 22 Steinsdorfstraße 21 - 22 Telefon 089 / 29 84 62 Patentansprüche

1. I Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte ^Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Eingabe der Abmessungen eines an einem Taststiftkopf befestigten Taststiftes und der Sollabmessung eines zu bearbeitenden Werkstückes in eine Zählsteuerschaltung der Taststift derart unter numerischer Steuerung bewegt wird, daß er abwechselnd in Berührung mit zwei gegenüberliegenden Punkten an einem zu messenden Werkstück gebracht wird, daß das Ausmaß der Bewegung des Taststiftkopfes während des Zeitraumes vom Zeitpunkt, zu dem der Taststift den einen der beiden Punkte des Werkstückes verläßt, bis zum Zeitpunkt, zu dem der Taststift den anderen Punkt des Werkstückes verläßt, gemessen wird, indem eine durch eine Meßvorrichtung des Digitaltyps erzeugte Meßimpulskette gezählt wird, um einen Meßwert und Messungen von Istwerten zu erzielen, und daß das Ausmaß der Abweichung des Werkstückes und die Kompensation der Lage des vorderen Endes des betreffenden Werkzeuges erhalten bzw. durchgeführt werden, indem der Meßwert, die eingegebenen Abmessungen des Taststiftes und die Sollwerte des zu bearbeitenden Werkstückes einer Addition und Subtraktion unterworfen werden.

2. Automatische Meßvorrichtung für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Taststiftkopf (40, 40'), der an einem beweglichen Tisch (27, 29) der numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine angeordnet ist und einen mit einem zu messenden Werkstück (W) in Berührung bringbaren sowie hiervon weg bewegbaren Taststift (42,73) aufweist, eine Meßvorrichtung (46, 47) des Digitaltyps zum Erzeugen einer Meßimpulskette in Abhängigkeit vom Ausmaß der Bewegung des Taststiftes (42, 73), eine Meßsignalerzeugerschaltung (49, 49') zum

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wahlweise Erzeugen eines Meßstartsignals und eines Meßstopsignals beim Verlassen des Taststiftes vom Werkstück, eine Steuerschaltung (58), die mit der Digital-Meßvorrichtung (46, 47) verbunden ist und auf diese derart einwirkt, daß die Digital-Meßvorrichtung beim Empfang des Meßstartsignals mit der Ausgabe der Meßimpulskette beginnt und beim Empfang des Meßstopsignals mit der Ausgabe der Meßimpulskette aufhört, und einen Zähler (59), in den mittels der Steuerschaltung (58) die Abmessungen des Taststiftes (42, 73) und der Soll-Abmessung des Werkstückes (W) eingebbar sind und der derart betätigbar ist, daß er zum Erzielen eines Zählwertes die von der Steuerschaltung (58) ausgegebene Meßimpulskette zählt und diesen Zählwert sowie die Abmessungen des Taststiftes (42, 73) und die Soll-Abmessungen des Werkstückes (W) einer Addition und Subtraktion unterwirft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (59) mit einer Werkzeuglagekompensierschaltung (62) verbunden ist, die in einer numerischen Steuervorrichtung (31) vorgesehen ist,und daß in der numerischen Steuervorrichtung (31) einerseits der Unterschied zwischen der durch den Zähler (59) erhaltenen Ist-Abmessung des Werkstückes (W) und dessen Soll-Abmessung in die Werkzeuglagekompensierschaltung (62) eingebbar ist, um die für das Ausmaß der Bewegung des betreffenden Werkzeuges (38 bzw. 39) repräsentative, vorab programmierte numerische Information zu kompensieren, und andererseits beim abschließenden Bearbeitungsprozeß des Werkstückes (W) die Lage des vorderen Endes des Werkzeuges (38 bzw. 39) automatisch im Ausmaß des Unterschiedes kompensierbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststiftkopf (40) mit einem Taststift (42) aus elektrisch lei-

tendem, unmagnetischem Material in Form einer keine reibungserzeugenden Teile aufweisenden Schraubenfeder versehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststiftkopf (40') einen ersten Taststiftabschnitt (81) und einen zweiten Taststiftabschnitt (86) aufweist, wobei der erste Taststiftabschnitt (81) mit einer am vorderen Ende den Taststift (73) und am hinteren Ende einen Kontaktzapfen (75) tragenden Stange (71) versehen ist, die an ihrem Mittelteil gegenüber einem Gehäuse (70) drehbar gelagert und in ihrer neutralen Stellung durch Halteglieder (76) gehalten ist, während der zweite Taststiftabschnitt (86) ein am Gehäuse (70) insbesondere mittels einer Isolierungsbüchse (82) befestigtes elastisches Element (83) aufweist,das eine Eingriffsnut (85) zum unter Spiel erfolgenden Eingriff mit dem Kontaktzapfen (75) besitzt, wobei beim Anschlagen des Taststiftes (73) an das Werkstück (W) die Stange (71) gegen die von den Haltegliedern (76) ausgeübte Kraft drehbar und der Kontaktstift (75) in Berührung mit der Eingriffsnut (85) bringbar ist, um den ersten Taststiftabschnitt (81) elektrisch mit dem zweiten Taststiftabschnitt (86) zu verbinden, während beim Entfernen des Taststiftes (73) vom Werkstück (W) die Stange (71) in ihre neutrale Stellung zurückbringbar und der Kontaktstift (75) außer Eingriff mit der Eingriffsnut (85) bringbar ist, um die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Taststiftabschnitt (81) und dem zweiten Taststiftabschnitt (86) zu unterbrechen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,

daß der erste Taststiftabschnitt (81) und der zweite Taststiftabschnitt (86) durch das Gehäuse (70) überdeckt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Meßsignalerzeugerschaltung (49) eine Schalteinrichtung (50, 51, 52), die beim Inberührungbringen des Taststiftes (42, 73) mit dem Werkstück (W)

sowie beim Wegbewegen hiervon betätigbar ist, und eine Logikschaltung (57) aufweist, um wahlweise ein Meßstartsignal und ein Meßstopsignal in Abhängigkeit von der beim Wegbewegen des Taststiftes (42, 73) vom Werkstück (W) durchgeführten Tätigkeit der Schalteinrichtung (50, 51, 52) zu erzeugen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (57) eine Patter-Eliminierschaltung (93), um das durch die Tätigkeit der Schalteinrichtung (50, 51, 52) erzeugte Rattern zu beseitigen und eine Wellenform auszubilden, sowie eine Gatter-Signalschaltung (95) aufweist, die ein Signal von der Ratter-Eliminierschaltung (93) erhält und mit Hilfe eines dem Wegbewegen des Taststiftes (42, 73) vom Werkstück (W) entsprechenden Signals ein Ausgangsignal in das Signal der Ratter-Eliminierschaltung (93) umkehrt.

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