DE2835712A1 - Fuehler zum ausrichten von teilen - Google Patents

Description

• Fühler zum Ausrichten von Teilen
• Stand der Technik Das Problem der Ausrichtung zweier Teile zueinander ist schon seit langem bekannt. Vielfältige Versuche wurden unternommen, um dieses Problem auf einfache Art und Weise zu lösen. Aus der US-PS 3 241 243 ist eine Einrichtung bekannt, die zur Ausrichtung des Zentrums einer Bohrung dient. In die Bohrung wird ein Stab abgesenkt, der-aus seiner Ruhelage bewegt wird, wenn sich der Stab nicht im Zentrum der Bohrung befindet. Die Auslenkung des Stabes wird von zwei magnetischen Gebern aufgenepmen, deren Signale einzeln mit einem Lagesignal verglichen werden.
• Mit der daraus gewonnenen Information wird ein Stellgetriebe angetrieben, das die Bohrung zentriert. Die beschriebene Anordnung hat den Nachteil, daß für ihren Aufbau eine Vielzahl von Teilen benötigt werden. Weiterhin ist es nachteilig, daß die Anordnung sehr störanfällig ist. In Abhängigkeit von Änderungen im induktiven Aufnehmer sind die Vergleichsgrößen nachzustellen, um eine exakte Positionierung zu erreichen.
• Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Anordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie mit wenigen Teilen betriebssicher aufzubauen ist und sich durch ihre Einfachheit auszeichnet. Dies ist ganz besonders dann der Fall, wenn nur die Lage zweier Teile zueinander in einer Richtung überprüft werden soll.
• Die Anordnung ist mechanisch robust, weist kein mechanisches Spiel auf, da die Lager fehlen, ist kostengünstig und erlaubt, je nach Ausbau, die Abtastung in einer oder zwei Richtungen.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Gemäß Anspruch 2 ist es leicht möglich, die Einrichtung so zu erweitern, daß das Ausrichten von Teilen in zwei zueinander verschiedenen Richtungen erfolgen kann. Hierzu ist einfach ein zweites gleichartiges Verbindungsteil mit einem Fühler nach dem Hauptanspruch zu verbinden, wobei jedoch die Biegerichtung des ersten und des zweiten Verbindungsteiles um 900 zueinander versetzt sind. Eine hohe mechanische Stabilität wird dadurch erreicht, daß die Verbindungsteile zwischen den einzelnen Platten als Seitenwände ausgebildet sind, so daß sich eine quaderförmige Gestalt der einzelnen Fühlerelemente ergibt.
• Das Aufnehmerteil verbiegt sich bei einer Abweichung der auszurichtenden Teile voneinander zu einem rhomboederartigen Gebilde.
• Sollen die Verbindungsteile nicht direkt an einem der auszurichtenden Teile befestigt werden, ist es zweckmäßig, am Ende des letzten biegsamen Verbindungsteiles eine Abschlußplatte anzubringen. Diese Abschlußplatte ist mit einem auszurichtenden Teil zu verbinden. Zur Messung der Abweichung findet vorteilhafterweise je ein Differentialfotoelement Verwendung, das auf jeder Platte angebracht ist Dadurch spielen Helligkeitsschwankungen der auf der Gegenseite angebrachten Lichtquelle, die als Geber dient, keine Rolle. Außerdem ist das berührungslose Messen der Verschiebung der Platten von besonderem Vorteil, da auf den Fühler keine weiteren Kräfte durch die Signalgeber ausgeübt werden. Es ist günstig, das Signal des Differentialfotoelements einem Differenzverstärker zuzuführen, mit dessen ausgang ein Servomotor zu steuern ist. Die Auswerteschaltung gestaltet sich durch diese Maßnahme besonders einfach.
• Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen Fühler zum Positionieren von Teilen in zwei Richtungen, Fig. 2 eine elektronische Auswerteeinrichtung für den Fühler nach Fig. 1 und Fig. 3 das Ausgangssignal einer Auswerteeinrichtung nach Fig. 2.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist ein nicht näher dargestelltes Werkzeug 18 mit einem zu bearbeitenden Werkstück 10 auszurichten.
• An einer Grundplatte 11 sind zwei biegsame Verbindungsteile 12, vorzugsweise Federstahlbleche, befestigt. Am oberen Ende der beiden Verbindungsteile 12 ist eine zweite Platte 13 parallel zur Grundplatte 11 befestigt. Auf der Oberfläche der zweiten Platte 13 ist ebenso wie auf der Grundplatte 11 ein Differentialfotoelement 14 befestigt.
• 0 Um jeweils 90 versetzt sind zwei weitere biegsame Verbindungsteile 15 an der zweiten Platte 13 befestigt, die an ihrem oberen Ende mit einer Abschlußplatte 16 versehen sind, die ihrerseits parallel zur Grundplatte 11 und zur zweiten Platte 13 ist. Auf der unteren Seite der Abschlußplatte 16 ist eine Lumineszenzdiode 17 angeordnet, deren Licht auf das Differentialfotoelement 14 fällt. Auf der oberen Seite der Abschlußplatte 16 befindet sich das Werkzeug 18. Eine weitere, nicht dargestellte Lumineszenzdiode ist auf der Unterseite der zweiten Platte 13 montiert, so daß ihr Licht auf ein zweites, in der Zeichnung ebenfalls nicht sichtbares Differenzfotoelement auf der Grundplatte 11 fällt. Auf der Unterseite der Grundplatte 11 befindet sich eine konisch zulaufende Abtastvorrichtung 19, mit der eine Bohrung 20 in dem Werkstück 10 zentriert werden soll.
• Gelangt nun die Abtastvorrichtung 19 an die Bohrung 20, so werden je nach der Abweichung entweder die Verbindungsteile 12 oder die Verbindungsteile 15 oder aber beide Verbindungsteilgruppen verschoben, wenn die Bohrung 20 nicht zentrisch zur Abtastvorrichtung 19 ist. Die Abtastvorrichtung 19, die hier konisch ausgebildet ist, kann auch irgendeine andere Form aufweisen, wenn dies bei einem entsprechenden Anwendungsfall sinnvoll erscheint. So sind beispielsweise auch kugelförmige oder quaderförmige Abtastvorrichtungen 19 denkbar, die beispielsweise zur Abtastung von Rändern geeignet sind. Das Verbindungsteil 12 verbiegt sich nur dann, wenn die Bohrung bezüglich der Querrichtung der Verbindungsteile 12 dezentralisiert ist. Das gleiche gilt für die Verbindungsteile 15. Der rechteckförmige Querschnitt des Fühlers wird also etwa parallelogrammförmig. Dies bedeutet jedoch, daß sich auch die Lage der Lumineszenzdiode zum Differenzfotoelement in einem oder beiden Systemteilen geändert hat. Dies hat zur Folge, daß die eine Hälfte des Differentialfotoelementes 14 weniger stark beleuchtet ist als die andere Hälfte. Die Stärke des Beleuchtungsunterschiedes ist ein Maß für die Abweichung der auszurichtenden Teile voneinander, die Seite, die stärker beleuchtet ist oder die Seite, die schwächer beleuchtet ist, gibt die Richtung der Versetzung an. Es ist notwendig, daß das Differentialfotoelement senkrecht zur Bewegungsrichtung, d.h. parallel zu den Verbindungsteilen angeordnet ist.
• Das in Fig. 1 dargestellte Beispiel dient zur Feststellung der Richtungsabweichung in zwei Richtungen. Die Einrichtung vereinfacht sich jedoch, wenn nur in einer Bewegungsrichtung ausgerichtet werden soll. In diesem Falle ist nur ein Verbindungsteil 15 erforderlich, das senkrecht zur Bewegungsrichtung anzuordnen ist. Weiterhin wird nur eine Lumineszenzdiode 17 und nur ein Differentialfotoelement 14 benötigt. Der Fühler wird dadurch besonders einfach, da an das Verbindungsteil 15 direkt die Grundplatte 11 mit der Abtastvorrichtung 19 anbringbar ist.
• Die Auswerteschaltung nach Fig. 2 ist ebenfalls denkbar einfach und wird für jedes Differentialfotoelement 14 einmal benötigt. In symbolischer Form ist die Lumineszenzdiode 17 dargestellt, die von einer nicht dargestellten Stromquelle gespeist wird. Die Differentialdiode 14 besteht aus den beiden Dioden 21 und 22, die einerseits an eine nicht dargestellte Spannungsquelle, andererseits an den negierenden und nichtnegierenden Eingang eines Differenzverstärkers 23 angeschlossen sind. Das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 23 gelangt über einen Servoverstärker 24 zu einem Motor 25, mit dem die Lage des Werkstückes 10 oder des Werkzeuges 18 in einer Richtung veränderbar ist.
• Soll die Lage des Werkstückes auch in einer anderen Richtung veränderbar sein, so ist eine weitere Schaltungsanordnung nach Fig. 2 erforderlich, die an eine zweites Differentialfotoelement 14 anzuschließen ist.Ist das Ausrichten von Werkstück und Werkzeug zueinander ausgeführt, wird der Fühler aus dem Bearbeitungsbereich ausgeschwenkt.
• Der Ausgang des Differenzverstärkers 23 liefert entsprehend Fig. 3, in der als Ordinate die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 23 und als Abzisse die Abweichung der auszurichtenden Teile in einer Richtung aufgetragen sind, nach Betrag und Richtung ein Ausgangssignal für den Servoverstärker, welche dieser verstärkt dem Motor zur Verfügung stellt. Werden die Dioden 21 und 22 von der Lumineszenzdiode 17 mit der gleichen Helligkeit bestrahlt, liefert der Differenzverstärker 23 kein Signal, das Werkstück 10 wird durch den Motor 25 nicht verschoben. Ändert sich nun, da das Werkstück 10 nicht richtig zentriert, die Helligkeit in einer der Dioden 21 oder 22, so wird je nach Betrag und Richtung des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 23 der Motor so angetrieben, daß das Werkstück 10 zum Werkzeug 18 ausgerichtet wird. Ist das Werkstück 10 ausgerichtet, so werden beide Dioden 21 und 22 gleich hell bestrahlt, so daß kein Ausgangssignal für den Motor geliefert wird. Das Werkstück 10 ist nun ausgerichtet.
• Aufgrund der Differential-Meßmethode spielt die Helligkeit der Lumineszenzdiode 17 oder anderer Lichtquellen, wie Lampen oder Infrarotdioden, keine Rolle, so daß diese auch schwanken kann. Um die Dioden 21 und 22 von äußeren Lichteinflüssen unabhängig zu machen, ist es möglich durch elastische Seitenwände den Geber ganz zu kapseln oder die Dioden mit hochfrequentem Wechsellicht zu bestrahlen, wobei nur dieses von Differenzverstärker erkannt und verarbeitet wird. Eine Kapselung ist auch als Schutz gegen Umwelteinflüsse, besonders Schmutz, vorteilhaft. Weiterhin ist es möglich, statt eines Differentialfotoelementes 14 andere Meßwertgeber wie beispielsweise einen Differentialfeldplattengeber zu verwenden. Selbstverständlich ist dann als Geber nicht die Lumineszenzdiode 17 sondern ein magnetischer Geber, beispielsweise ein Dauermagnet, einzusetzen, so daß Anderungen des magnetischen Feldes angezeigt werden. Bessere Ergebnisse wurden jedoch mit Lumineszenzdioden und Differentialfotoelementen erzielt.
• Spielen die Kosten bei der Errichtung des Fühlers eine große Rolle, so sind weitere Vereinfachungen denkbar. So ist es beispielsweise möglich, die Platten 11, 13 und 16 als schmale Stege auszubilden, die gerade das Differentialfotoelement 114 und die Lumineszenzdiode 17 aufnehmen können. Die Verbindungsteile (12, 15) sind nur einfach und in der Mitte durchbrochen ausgeführt, so daß der Lichtstrahl der Lumineszenzdiode das Differentialfotoelement gut erreichen kann. Da die Einrichtung in sich dadurch instabiler wird, sind die mit einer solchen Anordnung erzielten Ergebnisse jedoch nicht so gut, wie dies in dem in Fig. 1 ausgeführten Beispiel der Fall ist.

Claims (6)

1. Ansprüche 1. Einrichtung zum Ausrichten von Teilen zueinander mit einer Abtastvorrichtung und einem Signalgeber zur Feststellung der Abweichung, der auf eine Steuerelektronik zur Ausrichtung der Teile zueinander einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (19) über mindestens ein biegsames Verbindungsteil (12, 15) parallel verschiebbar mit dem einen auszurichtenden Teil (18) in Verbindung steht und daß die Verschiebung zwischen der Abtastvorrichtung (19) und dem auszurichtenden Teil (18) berührungslos gemessen wird.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung (19) mit einer Grundplatte (11) verbunden ist und daß einem ersten Verbindungsteil (12) eine zweite Platte (13) folgt, an der ebenfalls mindestens ein biegsames Verbindungsteil (15) befestigt ist, dessen Biegerichtung von der des ersten Verbindungsteils (12) vorzugsweise um 900 abweicht.
3. 3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsteile (12, 15) als in einer Richtung elastisch biegbare Seitenxfände zu den Platten (11, 13, 16) ausgebildet sind.
4. 4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ende des letzten biegsamen Verbindungsteiles (15) eine Abschlußplatte (16) vorgesehen ist, die mit dem einen auszurichtenden Teil (18) in Verbindung steht.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Grundplatte (11) und auf der zweiten Platte (13) je ein Differentialfotoelement (14) angebracht ist, das von einer auf der zweiten Platte (13) und auf dem auszurichtenden Teil (18) bzw. der Abschlußplatte (16) angebrachten Lichtquelle (17) angestrahlt wird.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale des Differentialfotoelements (14) einem Differenzverstärker (23) zugeführt sind, mit dessen Ausgang eine Steuereinrichtung (24, 25) zur Ausrichtung der Teile zueinander in Verbindung steht.