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Vorrichtung zum Abtasten von Gegenständen
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abtasten von Gegenständen,
insbesondere von Werkzeugen an Werkzeugmaschinen, mit einer Tastnadel, die drehfest
auf einer antreibbaren Welle sitzt und bei Drehung der Welle gegen den Gegenstand
geschwenkt wird, wobei bei Berührung der Tastnadel mit dem Gegenstand ein Signal
ausgelöst wird, welches das Vorhandensein eines Gegenstandes anzeigt.
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Bekannte Vorrichtungen dieser Gattung werden z. B. bei der automatischen
Fertigung zur Kontrolle der Werkzeuge der verwendeten Werkzeugmaschinen eingesetzt.
Beispielsweise kann mittels einer solchen Vorrichtung die Soll-Länge eines Bohrers
vor jedem Arbeitsgang überprüft werden, um den Ferti-gungsablauf beim Brechen und
bei zu starkem Verschleiß des Bohrers sofort zu unterbrechen. Bei der bekannten
Vorrichtung wird die Welle zum Verschwenken der Tastnadel durch einen Drehmagneten
angetrieben. Beim Prüfvorgang liegt an der metallischen Tastnadel eine Spannung
an. Kommt die Tastnadel
bei ihrer Schwenkbewegung mit dem zu prüfenden
Bohrer oder sonstigen Werkzeug in Berührung, so bekommt die Tastnadel Massekontakt.
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Dieser Massekontakt stellt das Signal dar, welches das Vorhandensein
eines funktionsfähigen Werkzeugs anzeigt und den Arbeitsvorgang mit diesem Werkzeug
auslöst oder freigibt. Ist das Werkzeug nicht mehr funktions£ahig1 daß heißt, ist
z. B. der Bohrer gebrochen, so findet die Tastnadel bei ihrer Schwenkbewegung keinen
Massekontakt. Das Startsignal bleibt somit aus, der Fertigungsablauf wixd unterbrochen
und es erfolgt eine Störungsmeldung.
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Der Antrieb der die Tastnadel tragenden Welle mittels eines Drehmagneten
macht die Vorrichtung in Bezug auf Ab messungen und Kosten aufwendig. Der Drehmagnet
muß relativ groß sein, um das erforderliche Drehmoment aufzubringen.
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Das erforderliche Drehmoment wird dabei vor allem auch durch die Abdichtung
der Welle bestimmt, da die Tastnadel bei Werkzeugmaschinen insbesondere dem Kühlmittel
ausgesetzt ist. Dieser Drehmagnet führt daher zu großen Abmessungen und einem großen
Gewicht der Vorrichtung, die den Einsatz der Vorrichtung bei Werkzeugmaschinen behindern,
und zu erhöhten Herstellungskosten.
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Da das Signal, welches das Vorhandensein des Gegenstandes insbesondere
des Werkzeugs anzeigt, durch einen elektrischen Kontakt zwischen Tastnadel und diesem
Gegenstand ausgelöst wird, beschränkt sich die Verwendungsmöglichkeit der bekannten
Vorrichtung auf das Abtasten von elektrisch leitenden Gegenständen. Da der elektrische
Kontakt dabei beispielsweise durch Kühl- oder durch Schmiermittel beeinträchtigt
werden kann, ist die Vorrichtung außerdem störanfällig.
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Schließlich hat der Antrieb der Welle durch einen Drehmagneten einen
harten Anschlag der Tastnadel gegen den zu überprüfenden Gegenstand zur Folge. Dieser
harte Anschlag, der durch die Beschleunigung des Drehmagneten verursacht wird, kann
bei empfindlichen Gegenständen zu einer Beschädigung führen. Dünne Bohrer können
beispielsweise durch die Tastnadel abgeschlagen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs
genannten Gattung so zu verbessern, daß sie mit geringeren Abmessungen und Kosten
hergestellt werden kann, daß sie sich für das Abtasten beliebiger, auch elektrisch
nicht leitender Gegenstände eignet, daß sie weniger störanfällig ist und daß die
Aufprallkraft bei der Abtastung reduziert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Gleichstrommotor
für den Antrieb der Welle vorgesehen ist und daß das bei Berührung der Tastnadel
mit dem Gegenstand ausgelöste Signal durch die Unterbrechung der Drehbewegung der
Welle erzeugt wird.
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Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen angegeben.
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Die Verwendung eines Gleichstrommotors anstelle eines Drehmagneten
für den Antrieb der Tastnadel verringert die Abmessungen, das Gewicht und die Herstellungskosten
der Vorrichtung beträchtlich.
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Die Drehgeschwindigkeit des Gleichstrommotors und damit die Schwenkgeschwindigkeit
der Tastnadel kann in einfacher Weise verändert und eingestellt werden. Dies geschieht
vorzugsweise dadurch, daß der Gleichstrommotor getaktet bew stromt wird und das
Tastverhältnis der getakteten Bestrow mung gesteuert wird. Dadurch ist eine Einstellung
der Empfindlichkeit bzw. der Aufprallwucht der Tastnadel acM den zu prüfenden Gegenstand
möglich. Es können deshalb auch empfindiche Gegenstände wie z.B. sehr dünne Bohrer
abgetastet werden, ohne daß die Gefahr einer Beschädigung besteht.
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Trifft die Tastnadel auf den abzutastenden Gegenstand auf, so wird
eine weitere Schwenkbewegung der Tastnadel verh in- -dert und die Drehbewegung der
Welle unterbrochen. Aus dieser Unterbrechung der Drehbewegung der Welle wird das
Signal hergeleitet, welches das Vorhandensein des Gegenstandes anzeigt. Die Unterbrechung
der Drehbewegung der Welle kann einerseits dadurch festgestellt werden, daß die
Stromaufnahme des Gleichstrommotors sprunghaft ansteigt. In diesem Fall kann der
sprunghafte Stromanstieg unmittelbar in das Signal umgewandelt werden. Andererseits
kann die Unterbrechung der Drehbewegung auch mittels eines mit dieser Welle gekuppelten
digitalen Schrittwinkelgebers festgestellt werden. Bei unbehinderter Schwenkbewegung
der Nadel erzeugt dieser vorzugsweise opto-elektronisch abgetastete Schrittwinkelgeber
eine Folge von Impulsen konstanter Länge und Frequenz. Wird die Drehbewegung der
Welle unterbrochen, weil die Tastnadel auf ein Hindernis auftrifft, so geht die
Impulsfrequenz sprunghaft auf Null zurück bzw. die Impulslänge vergrößert sich sprunghaft.
Auf diese Weise kann die
Änderung der Impulsfrequenz bzw. Impulslänge
der vom Schrittwinkelgeber abgegebenen Impulsfolge dazu verwendet werden, das Abtastsignal
zu erzeugen.
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Die Erzeugung des Abtastsignales durch die Unterbrechung der Drehbewegung
der Welle macht einen elektrischen Kontakt zwischen Tastnadel und abzutastendem
Gegenstand unnötig.
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Die Vorrichtung eignet sich daher zum Abtasten beliebiger Gegenstände,
ohne daß irgendwelche Beschränkungen im Hinblick auf das Material des abzutastenden
Gegenstandes und der Tastnadel bestehen. Die Vorrichtung kann daher beispielsweise
auch zum Abtasten von elektrisch nicht leitenden Gegenständen z.B. von Kunststoffgegenständen
oder von elektrisch isoliert angeordneten Gegenständen, die somit keinen Massekontakt
geben, verwendet werden. Die Vorrichtung eignet sich daher beispielsweise auch zur
Kontrolle von Gegenständen, die in einer automatischen Fertigungs-, Transport- oder
Verpackungsanlage transportiert werden, selbst wenn diese Gegenstände aus einem
elektrisch niht leitenden Material bestehen und/oder sich auf einer elektrisch isolierenden
Fördereinrichtung befinden.
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Die Verwendung der Unterbrechung der Drehbewegung der Welle zur Erzeugung
des Signales macht die Vorrichtung frei von Störungen, die bei der bekannten Vorrichtung
durch schlechten elektrischen Kontakt zwischen der Tastnadel und dem abzutastenden
Gegenstand verursacht werden können.
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In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Gleichstrommotor über
ein Getrieb zwangläufig mit der die Tastnadel
tragenden Welle gekuppelt.
Kommt die Tastnadel bei der Schwenkbewegung mit dem zu prüfenden Gegenstand in Berührung,
so werden die Tastnadel und damit der Gleichstrommotor angehalten. Aus dem durch
das Anhalten des Gleichstrommotors verursachten sprunghaften Anstieg cRer Stromaufnahme
oder aus der Änderung der Impulsfrequenz oder Impulslänge der von einem mit der
Welle verbundrnen Schrittweinkelgeber abgegebenen Impulsfolge wird ein Signal erzeugt,
das einerseits als ~Gut-Meldung" verwendet wird, die anzeigt, daß ein Gegenstand
vorhanden ist, beispielsweise daß ein funktionsfähiger Bohrer vorhanden ist und
der Bohrvorgang ausgelöst werden kann. Anderer seits wird durch dieses Signal die
Bestromung des Gleich stroms und damit dessen Drehrichtung umgekehrt, so daß die
Tastnadel für den nächsten Abtastzyklus wieder in ihre Ausgangsstellung zurückgeführt
wird.
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Falls kein abzutastender Gegenstand vorhanden ist, bleibt die Gut-Meldung
aus. Es erfolgt dann in später erläuterter Weise eine "Stör-Meldung", die beispielsweise
mit einer Unterbrechung des Fertigungsvorgangs verbunden sein kann.
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Der Schwenkwinkel der Tastnadel kann durch mechanische Anschläge begrenzt
sein, die an der Vorrichtung vorgesehen sind. Ein Anschlag legt den maximalen Schwenkwinkel
der Tastnadel fest, während der andere Anschlag die Ausgangsstellung festlegt. Um
die Vorrichtung den jeweiligen Anwendungsbedingungen anpassen zu können, können
die Anschläge verstellbar sein, um den Schwenkwinkelbereich der Tastnadel verändern
zu können. Insbesondere ist es zweckmäßig, den den maximalen Schwenkwinkel bestimmenden
Anschlag verstellbar zu machen. Der die Ausgangsstellung festlegende Anschlag
braucht
in der Regel nicht verändert zu werden.
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Kommt bei dieser Ausführungsform die Tastnadel mit dem zu prüfenden
Gegenstand in Berührung, so wird in der oben erläuterten Weise das einer Gut-Meldung
entsprechende Signal ausgelöst und die Drehrichtung des Gleichstrommotors umgekehrt.
Kommt nach Umkehr der Drehrichtung die Tastnadel mit dem die Ausgangsstellung festlegenden
Anschlag in Berührung, so wird in entsprechender Weise ein Signal erzeugt und der
Gleichstrommotor wird in der Ausgaqpstellung der Tastnadel stillgesetzt, bis der
nächste Abtastzyklus durch ein entsprechendes Startsignal ausgelöst wird.
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Befindet sich dagegen bei diesem Abtastvorgang kein abzutastender
Gegenstand im Schwenkbereich der Tastnadel, so gelangt diese bis zu dem den maximalen
Schwenkwinkel begrenzenden Anschlag. Durch diesen Anschlag wird die Tastnadel angehalten
und die Drehbewegung der die Tastnadel tragenden Welle unterbrochen. Es wird in
gleicher Weise, wie zuvor beschrieben, ein Signal durch den Anstieg der Stromaufnahme
des Gleichstrommotors oder durch die Änderung der Impulsfrequenz oder Impulslänge
der Impulse des Schrittwinkelgebers erzeugt. Dieses Signal löst einerseits die Stör-Meldung
aus und kehrt andererseits die Drehrichtung des Gleichstrommotors um, so daß die
Tastnadel wieder in die Ausgangsstellung gelangt.
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die Durch einen mit der Tastnadel tragenden Welle gekuppelten Winkelgeber
kann in einfacher Weise unterschieden werden,
ob die Tastnadel
mit einem zu überprüfenden Gegenstand oder mit dem den maximalen Schwenkwinkel begrenzenden
Anschlag in Berührung kommt.
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Der Winkelgeber kann ein analoger Winkelgeber sein, z..
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ein auf der Welle sitzendes Drehpotentiometer. Es kann auch ein digitaler
Winkelgeber verwendet werden, vorzuqsweise ein berührungsloser Schrittwinkelgeber,
wie z.B.
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ein opto-elektrisch abgetasteter Schrittwinkelgeber.
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Bei Verwendung eines digitalen Winkelgebers werden die von diesem
abgegebenen Impulse einem Zähler zugeführt. Bei Verwendung eines analogen Winkelgebers
wird dessen Spannung einem Spannungsdiskriminator zugeführt. Erfolgt der durch das
Auftreffen der Tastnadel auf ein Hindernis verursachte Anstieg der Stromaufnahme
des Gleichstommotors bevor bei einem digitalen Winkelgeber der Zählerstand den dem
gesamten Schwenkwinkel entsprechenden Stand erreicht hat, bzw.
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bevor bei einem analogen Winkelgeber die Spannung den dem gesamten
Schwenkwinkel entsprechenden Wert erreicht hat, so erfolgt die Gut-Meldung. Erreicht
dagegen der Zähler den dem vollen Schwenkwinkel entsprechenden Zählerstand bzw.
die Spannung den dem vollen Schwenkwinkel entsprechenden Wert, ohne daß die Tastandel
auf ein Hindernis trifft und die Stromaufnahme des Gleichstrommotors ansteigt, so
erfolgt die Stör-Meldung.
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Es ist ohne weiteres einzusehen, daß bei Verwendung eines Winkelgebers
ein den maximalen Schwenkwinkel der Tastnadel
begrenzender mechanischer
Anschlag nicht notwendig ist.
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Das die Stör-Meldung und die Umkehrung der Motorbestromung auslösende
Signal kann anstatt durch das Auftreffen der Tastnadel auf den Anschlag in diese
Ausführungsform auch dadurch ausgelöst werden, daß der Zählerstand bei einem digitalen
Winkelgeber bzw. die Spannung bei einem analogen Winkelgeber den dem vollen Schwenkwinkel
entsprechenden Wert erreichen.
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Ein Drehpotentiometer als Winkelgeber hat bei dieser Ausführungsform
den Vorteil einer kontinuierlichen Verstellbarkeit des Schwenkwinkelbereichs. Ein
Deipotentiometer weist jedoch den Nachteil auf, daß es im Gegensatz zu einem berührungslosen
digitalen Winkelgeber einem Verschleiß unterworfen ist. Ein digitaler Winkelgeber
läßt nur eine schrittweise Änderung des Schwenkwinkelbereichs zu. Dieser Nachteil
fällt jedoch im allgemeinen nicht ins Gewicht. Der digitale Schrittwinkelgeber muß
nur eine Unterteilung in einige wenige Winkelschritte aufweisen, sofern er nur zu
einer qualitativen Unterscheidung zwischen einem Auftreffen der Tastnadel auf den
abzutastenden Gegenstand und einem Schwenken der Tastnadel bis zum maximalen Schwenkwinkel
herangezogen wird.
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Anstelle der zwangläufigen Kupplung der die Tastnadel tragenden Welle
mit dem Gleichstrommotor können diese auch über eine permanentmagnetische Kupplung
gekuppelt sein.
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Die Welle und damit die Tastnadel werden von dem Gleichstrommotor,
dem gegebenenfalls ein Getriebe#nachgeschaltet sein kann, mittels dieser permanentmagnetischen
Kupplung mitgenommen. Solange die Tastnadel nicht auf eín Hindernis trifft, bleibt
die permanentmagnetische Kuppe lung im Synchronismus. Trifft die Abtastnadel auf
ein Hindernis, z.B. den abzutastenden Gegenstand oder einen den Schwenkwinkel begrenzenden
Anschlag, und wird dadurch an einer weiteren Schwenkbewegung gehindert, so wird
die mit der Welle der Tastnadel verbundene Kupplungshälfte ebenfalls festgehalten,
während die mit dem Gleichstrommotor verbundene Kupplungshälfte sich weiterdreht.
Wnnn die permanentmagnetische Kupplung auf diese Weise aus dem Synchronismus gerät,
steigt die Stromaufnahme des Gleichstrommotors ebenfalls steil an. Wie in der zuvor
beschriebenen Ausführungsform kann dieser Anstieg der Stromaufnahme oder die Änderung
der Impulslänge oder Impulsfrequenz eines mit der Welle gekuppelten digitalen Schrittwinkelgebers
das Signal erzeugen, welches die Gut-Meldung bzw.
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Stör-Meldung auslöst.
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Der maximale Schwenkbereich der Tastnadel kann auch in dieser Ausführungsform
durch einen mechanischen Anschlag begrenzt werden. Durch einen Winkelgeber kann
dabei unterschieden werden, ob die Signalerzeugung dem Auftreffen der Tastnadel
auf den abzutastenden Gegenstand oder dem Erreichen des maximalen Schwenkwinkels
zuzuordnen ist.
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Bei der Ausführungsform mit einer permanentmagnetischen Kupplung ist
eine Umkehrung der Bestromung und damit der
Drehrichtung des Gleichstrommotors
nicht erforderlich.
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Wird die Tastnadel und damit die mit dieserverbundene Kupplungshälfte
durch den zu prüfenden Gegenstand oder gegebenenfalls durch den den Schwenkwinkel
begrenzenden Anschlag festgehalten, so dreht sich die mit dem Gleichstrommotor verbundene
Kupplungshälfte weiter. Sobald sich die mit dem Gleichstrommotor verbundene Kupplungshälfte
umkehr als die halbe Winkelteilung der Magnetpolanordnung der Kupplung weitergedreht
hat, dreht sich die mit der Tastnadel verbundene Kupplungshälfte im entgegengesetzten
Drehsinn zurück, so daß die Kupplung wieder in Synchronismus kommt, wobei die Kupplungshälften
nun gegenüber dem Zustand zu Beginn des Abtastzyklus um einen dem Winkelabstand
der Magnetpolanordnung der Kupplung entsprechenden Winkel gegeneinander verdreht
sind. Die Tastnadel springt dabei in ihre Ausgangsstellung zurück.
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Der Gleichstrommotor wird nach dem Auftreffen der Tastnadel auf das
Hindernis mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung stillgesetzt, die sicherstellt,
daß die Tastnadel in ihre Ausgangsstellung zurückgesprungen ist. Auf ein entsprechendes
Startsignal wird dann der folgende Abtastzyklus ausgelöst.
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Bei der Ausführungsform mit permanentmagnetischer Kupplung kann ein
den maximalen Schwenkwinkel begrenzender Anschlag entfallen, sofern die Stör-Meldung
in der oben beschriebenen Weise durch einen Winkelgeber ausgelöst wird, sobald der
Schwenkwinkel der Tastnadel einen vorgegebenen Maximalbetrag erreicht. In diesem
Fall gelangt die Tastnadel nach
einer vollen Umdrehung der Welle
in ihre Ausgangsstellung, ohne daß der Synchronismus der permanentmagnetischen Kupplung
gestört wird. Da in diesem Fall ein freies Schwenken der Tastnadel um 3600 notwendig
ist, ist eine solche Ausführungsform jedoch mit nachteilig großen Abmessungen verbunden.
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Die Ausführungsform der Erfindung mit permanentmagnetischer Kupplung
ist aufwendiger als die Ausführungsform, bei welcher die Welle über ein Getriebe
zwangläufig mit dem Gleichstrommotor gekuppelt ist und die Motorbestromung umgekehrt
wird. Ein weiterer Vorteil der zwangläufigen Kupplung besteht darin, daß der Schwenkbereich
der Tastnadel variiert werden kann, während bei der Ausführungsform mit permanentmagnetischer
Kupplung der maximale Schwenkwinkel durch den Winkelabstand der Magnetpole der Kupplung
beschränkt ist.
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Eine besonders vorteilhafte und in der Anwendung flexible Ausführungsform
der Erfindung ergibt sich, wenn ein digitaler, vorzugsweise opto-elektrischer Schrittwinkelgeber
mit der die Tastnadel tragenden Welle gekuppelt ist und dessen Impulse einem Mikrocomputer
zugeführt werden. Der Mikrocomputer zählt einerseits die von dem Schrittwinkelgeber
kommenden Impulse und stellt auf diese Weise jeweils die momentane Winkelstellung
der Tastnadel fest. Weiter überwacht der Mikrocomputer die Frequenz und die Länge
der vom Schrittwinkelgeber kommenden Impulse, so daß das Auftreffen der Tastnadel
auf ein Hindernis festgestellt wird.
Wird das Auftreffen auf ein
Hindernis durch Änderung der Impulsfrequenz bzw. Impulslänge festgestellt, so vergleicht
der Mikrocomputer die durch die Impuls zählung ermittelte momentane Winkelstellung
mit einer gespeicherten Sollwinkelstellung, die der Position des abzutastenden Gegenstandes
entspricht. Fällt die momentane Winkelstellung innerhalb in dem Mikrocomputer vorprogrammiert
gespeicherter Toleranzen mit der vorgegebenen Winkelstellung des abzutastenden Gegenstandes
überein, so erzeugt der Mikrocomputer die Gut-Meldung und löst gegebenenfalls die
Umkehr der Bestromung des Gleichstrommotors aus. Ist die vorgegebene Winkelstellung
des abzutastenden Gegenstandes beim Auftreffen der Tastnadel auf ein Hindernis jedoch
noch nicht erreicht, so löst der Mikrocomputer die Stör-Meldung und ebenfalls die
Umkehr der Bestromung des Gleichstrommotors aus. Uberschreitet die vom Mikrocomputer
durch die Impuls zählung ermittite momentane Winkelstellung der Tastnadel die im
Mikorcomputer gespeicherte vorgegebene Winkelstellung des abzutastenden Gegenstandes,
so wird ebenfalls die Stör-Meldung ausgelöst und die Bestromung des Gleichstrommotors
umgekehrt.
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Die wesentlichen Vorteile dieser Ausführungsform der Erfindung bestehen
darin, daß der von der Tastnadel zu überstreichende Abtastwinkel und die vorgegebene
Winkelstellung des abzutastenden Gegenstandes in Bezug auf die Nullstellung der
Tastnadel durch Programmierung des Mikrocomputers beliebig vorgegeben werden können.
Ebenso kann die Genauigkeit der Kontrolle bei der Abtastung durch die Programmierung
der
zulässigen Toleranzabweichungen von der vorgegebenen Winkelstellung
frei variiert werden. Es ist dementsprechend auch eine hohe Präzision der Abtastung
möglich, sofern nur der Schrittwinkelgeber eine ausreichend feine Winkelschritteilung
aufweist.
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In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird die Soll-Winkelstellung
des abzutastenden Gegenstandes nicht als vorgegebener Wert einprogrammiert.- Die
Tastnadel wird vielmehr beim ersten Abtastzyklus gegen den abzutastenden Gegenstand
geschwenkt und die auf diese Weise durch Zählung der Schrittwinkelgeberimpulse ermittelte
Winkelstellung wird in dem Mikrocomputer als Soll-Winkelstellung für die folgenden
Abtastzyklen gespeichert. Dadurch ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß eine
Justage der Vorrichtung in Bezug auf die Nullstellung der Tastnadel entfallen kann.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich bei dieser Ausführungsform
der Erfindung, wenn durch den Mikrocomputer die Bestromung des Gleichstrommotors
gesteuert wird.
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Vorzugsweise wird dazu bei getakteter Bestromung das Tastverhältnis
der Bestromung durch den Mikrocomputer gesteuert. Durch diese Steuerung ist es möglich,
die Tastnadel zu Beginn jedes Abtastzyklus mit hoher Geschwindigkeit zu verschwenken
und vor Erreichen- der im Mikrocomputer gespeicherten Soll-Winkelstellung auf eine
geringe Schwenkgeschwindigkeit abzubremsen. Der Aufschlag der Tastnadel gegen den
abzutastenden Gegenstand erfolgt daher mit geringer Wucht, so daß auch feine und
empfindliche Gegenstände ohne Beschädigung abgetastet werden können. Die hohe
Schwenkgeschwindigkeit
zu Beginn der Abtastbewegung verringert die Gesamtdauer des Abtastzyklus und ermöglicht
hohe Abtastraten.
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Schließlich kann mit Hilfe des Mikrocomputers die Drehrichtung der
Tastnadel frei gewählt werden, so daß die Vorrichtung unverändert den jeweiligen
Anbauverhältnissen angepasst werden kann.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der
Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine erste Ausführungsform mit zwangläufiger
Kupplung und digitalem Winkelgeber; Figur 2 eine zweite Ausführungsform mit zwangläufiger
Kupplung und analogem Winkelgeber; Figur 3 eine dritte Ausführungsform mit zwangläufiger
Kupplung und analogem Winkelgeber und Figur 4 eine vierte Ausführungsform mit permanentmagnetischer
Kupplung.
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Soweit die verschiedenen Ausführungsbeispiele miteinander übereinstimmen,
sind die übereinstimmenden Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Eine Tastnadel 10 sitzt drehfest auf einer Welle 12 und steht radial
von dieser ab. Bei Drehung der Welle 12 wird die Tastnadel 10 geschwenkt.
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In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Welle
12 über ein Getriebe 14, im allgemeinen ein Zahnradgetriebe, zwangläufig mit einem
Gleichstrommotor 16 gekoppelt. Auf der nach rückwärts verlängerten Abtriebswelle
des Gleichstrommotors 16 sitztein digitaler Winkelgeber 18, der vorzugsweise als
optisch abgetastete Lochscheibe ausgebildet ist.
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Das Getriebe 14, der Gleichstrommotor 16 und der Winkelgeber 18 sind
in an sich bekannter Weise aufgebaut, so daß sie in Figur 1 nur schematisch dargestellt
sind. Das Getriebe 14, der Gleichstrommotor 16 und der Winkelgeber 18 sind in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet, aus welchem nur die Welle 12 sowie die nicht dargestellten
Anschlußleitungen des Gleichstrommotors 16 und des Winkelgebers 18 abgedichtet herausgeführt
sind.
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Der Winkelgeber 18 ist ein digitaler, vorzugsweise optoelektrischer
Schrittwinkelgeber, dessen Winkelschrittimpulse einem Mikrocomputer 24 zugeführt
werden. Der Mikrocomputer 24 steuert das Tastverhältnis des getaktet bestromten
Gleichstrommotors 16.
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Das das Getriebe 14, den Gleichstrommotor 16 und den Winkelgeber 18
einschließende Gehäuse wird so angeordnet, daß der abzutastende Gegenstand, beispielsweise
der Bohrer einer Werkzeugmaschine sich im Schwenkbereich der Tastnadel 10 befindet.
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Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von
der Ausführungsform der Fig. 1 darin, daß kein digitaler Winkelgeber vorgesehen
ist. Die Welle 12 ist vielmehr über die Befestigung der Tastnadel 10 hinaus verlängert.
Auf dieser Verlängerung der Welle 12 sitzt ein Drehpotentiometer 20, das als analoger
Winkelgeber arbeitet.
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Das Drehpotentiometer 20 ist in dieser Ausführungsform ein Potentiometer
mit einem Wellenende. Das Gehäuse des Drehpotentiometers 20 ist mit dem das Getriebe
14 und dem Gleichstrommotor 16 umschriebenen Gehäuse durch einen achsparallel zur
Welle 12 verlaufenden Steg fest verbunden.
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Falls die Vorrichtung in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine eingesetzt
wird, muß bei dieser Ausführungsform die Welle 12 sowohl aus dem das Getriebe 14
und den Gleichstrommotor 16 umschließenden Gehäuse als auch aus dem Gehäuse des
Drehpotentiometer 20 abgedichtet herausgeführt werden.
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An dem Gehäuse sind in der Zeichnung nicht dargestellte mechanische
Anschläge angebracht, die den Schwenkwinkel der Tastnadel 10 begrenzen. Diese Anschläge
sind vorzugsweise in ihrem gegenseitigen Winkelabstand verstellbar.
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Anstelle des Drehpotentiometers 20 könnte auch bei der Ausführungsform
der Fig. 2 ein digitaler Schrittwinkelgeber in gleicher Anordnung verwendet werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 wird ebenfalls ein Drehpotentiometer
20 als analoger Winkelgeber verwendet.
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Das Drehpotentiometer 20 sitzt jedoch im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel
der Fig. 2 zwischen dem Getriebe 14 und der Tastnadel 10.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ist ein Drehpotentiometer mit
zwei Wellenenden erforderlich. Bei Verwendung im Spritzbereich einer Werkzeugmaschine
ist nur eine abgeoichtete Durchführung der Welle 12 erforderlich, da das Drehpotentiometer
20 zusammen mit dem Getriebe 14 und dem Gleichstrommotor 16 in einem gemeinsamen
Gehäuse eingeschlossen ist.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 ist eine permanentmagnetische
Kupplung 22 zwischen der Welle 12 und der Abtriebswelle des dem Gleichstrommotor
16 nachgeschalteten Getriebes 14 vorgesehen. Die Kupplung 22 ist vorzugsweise eine
Zentraldreh-Kupplung, die in den zwei koaxial angeordneten Kupplungshälften jeweils
vier abwechselnd polarisierte Permanent-Magnetpole aufweist. Der maximale Schwenkwinkel
der Tastnadel 10 beträgt in diesem Falle 900.
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Wird die Tastnadel 10 innerhalb dieses Schwenkwinkel von maximal 900
festgehalten, so dreht sich die mit dem Gleichstrommotor 16 verbundene Hälfte der
Kupplung 22 weiter bis die Winkelverdrehung der beiden Kupplungshälften gegenüber
der Gleichgewichtslage 900 überschreitet. Dann dreht sich die mit der Welle 12 verbundene
Kupplungshälfte gegen die Drehrichtung der mit dem Gleichsüommotor 16 verbundenen
Kupplungshälfte bis die beiden Kupplungshälften um 1800 gegeneinander verdreht wieder
im Gleichgewicht und in Synchronismus sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 4 befinden sich die permanentmagnetische
Kupplung 22, das Getriebe 14 und der Gleichstrommotor 16 gemeinsam in einem geschlossenen
Gehäuse, aus welchem nur die Welle 12 abgedichtet herausgeführt ist. Ein Winkelgeber
ist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 nicht vorgesehen.
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Die Funktionsweise der in den Figuren 1 - 4 dargestellten Ausführungsbeispielen
geht aus der vorstehenden allgemeinen Beschreibung hervor.