DE3039309A1 - Messverfahren fuer ein werkstueck in einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine und dafuer geeignete werkzeugmaschine und dafuer geeignete vorrichtung - Google Patents

Messverfahren fuer ein werkstueck in einer numerisch gesteuerten werkzeugmaschine und dafuer geeignete werkzeugmaschine und dafuer geeignete vorrichtung

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DE3039309A1 DE19803039309 DE3039309A DE3039309A1 DE 3039309 A1 DE3039309 A1 DE 3039309A1 DE 19803039309 DE19803039309 DE 19803039309 DE 3039309 A DE3039309 A DE 3039309A DE 3039309 A1 DE3039309 A1 DE 3039309A1
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David Roberts Wotton-under-Edge Gloucestershire McMurtry
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Renishaw Electrical Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine.
Bekannte Werkzeugmaschinen besitzen eine Steuereinheit mit einem Positioniersystem, das eine programmgesteuerte Einrichtung zur Ausgabe von Sollpositionsdaten an einen Motor zum Antrieb eines Werkzeugschlittens, und eine Einrichtung zur Erzeugung von Stellungsmeldedaten von einer Einrichtung, die kontinuierlich die Position des Schlittens überwacht, eine Einrichtung zur Änderung der Sollpositionsdaten von
TT in-kleinen .Schritten , . , TT , . ^. u ■, ·' -u Hand, um exne Korrektur der Werkzeugposition zu ermöglichen/ und eine, programmgesteuerte, Einrichtung zur Ausgabe von Mehrfach- Funktionssignalen für Hilfsbetätigungen für die Werkzeugpositioniervorgänge enthält.
Es ist weiterhin bekannt, solche Maschinen mit der Möglichkeit auszurüsten, Meßvorgänge an einer Oberfläche des Werkstücks auszuführen. Zu diesem Zweck wird die Maschine mit einer Einrichtung versehen, die automatisch das Bearbeitungswerkzeug durch eine Sonde ersetzt, die zur Erfassung der Oberfläche geeignet ist und ein Ausgangesignal aufgrund der Erfassung der Oberfläche ausgibt. Das Positioniersystem wird dabei dazu benutzt, die Sonde in eine Erfassungsbeziehung mit der Oberfläche zu bringen, und die Steuereinheit enthält einen Rechner, der automatisch das Sondenausgangssignal mit den Daten des Positioniersystems korreliert, im Hinblick auf a) eine Bestimmung der Position der Oberfläche, b) eine Bestimmung des Fehlers und c) eine Nachstellung oder Angleichung der Sollpositionsdaten.
Es ist oftmals erwünscht, eine automatische Meßeinrichtung bei Maschinen anzubringen, die nicht von vornherein mit einer solchen Einrichtung ausgerüstet sind, es besteht jedoch eine Schwierigkeit bei dieser Nachrüstung, die im wesentlichen daher rührt, daß es nicht leicht möglich ist, Zugang zur Steuereinheit der Maschine für die Korrelationsvorgänge,
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·"· D ■"
Fehlerbestimmungsvorgänge und Nachstellbetätigungen zu erhalten.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die die erwähnten Schwierigkeiten überwindet.
Eine bekannte, für die Zwecke der Erfindung eingesetzte Sonde kann einen Griffel enthalten, der durch ein Gehäuse so abgestützt ist, daß er zwischen einer Ruhestellung und einer von der Ruhestellung entfernten Stellung versetzt werden kann, und in der eine Bewegung des Griffels relativ zum Gehäuse durch die Anlage des Griffels an der Oberfläche möglich ist.
Ein spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des genannten Positionsfehlers durch Verwendung einer sog. "Berührungssonde" zu schaffen, d.h. einer Sonde, deren Ausgangssignal ein Impulssignal ist, das im wesentlichen gleichzeitig mit der beginnenden oder beendeten Berührung des Griffels der Sonde mit der Oberfläche auftritt.
Ein weiteres, spezielles Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Beziehung zwischen dem Fehler und einer Toleranzgröße zu schaffen, innerhalb derer der Fehler liegen soll, wobei das Verfahren und die Vorrichtung ohne Rücksicht darauf einsetzbar sein sollen, ob die Sonde eine Berührungssonde oder eine sog. "Meßsonde" ist, d.h. eine Sonde, deren Ausgangssignal sich entsprechend der Größe der Versetzung oder des Ausweichens des Griffels infolge der Anlage an der Fläche ändert.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zur Messung eines Werkstückes in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine,
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die eine Sonde zum Erfassen der Oberfläche des Werkstücks und eine automatische Einrichtung zur Bewegung der Sonde relativ zu einem Bezugspunkt oder zu einer Bezugsstelle besitzt; das Verfahren besteht darin, daß eine zweite Meßeinrichtung vorgesehen wird und daß automatisch nacheinander die Sonde in eine erste Position gebracht wird, daß eine Betätigung der zweiten Meßeinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen der ersten Position durch die Sonde eingeleitet wird, daß die Sonde in eine zweite Position bewegt wird und daß der Betrieb der zweiten Meßeinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen der zweiten Position durch die Sonde beendet wird; dabei ist eine der beiden Positionen relativ zu dem Bezugspunkt oder zu der Bezugsposition mit Hilfe der ersten Meßeinrichtung bekannt und stellt eine Nennposition der Oberfläche dar, während die andere der beiden Positionen die Position ist, bei der die Sonde die Oberfläche erfaßt und die damit die Istposition oder tatsächliche Position der Oberfläche darstellt, und wobei der Inhalt der zweiten Meßeinrichtung bei Beendigung ihrer Betätigung oder ihres Betriebs die Istposition oder tatsächliche Position der Oberfläche, ausgedrückt in ihrem Abstand von der Nennposition, bestimmt.
Der Ausdruck "unbekannte Position" bezeichnet eine Position, die in einem bekannten Bereich liegt, deren genaue Positionsdaten in diesem Bereich jedoch, unbekannt sind. Die erste Position kann die bekannte Position sein, und in diesem Fall liegt die bekannte Position nahe bei oder innerhalb des Bereiches und die Sonde wird in die Richtung bewegt, in der die unbekannte Position wahrscheinlich anzutreffen ist. Alternativ kann die erste Position die unbekannte Position sein, und in diesem Fall wird die Sonde zunächst durch den Bereich bis zum Erfassen der Oberfläche bewegt und wird danach in Richtung zur bekannten Position bewegt.
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Der Ausdruck "Nennposition" bezieht sich auf die bestimmte Position, die die Oberfläche idealerweise einnehmen sollte. Die Nennposition liegt in einem Toleranzbereich, d.h. in einem Bereich von Positionen, der die möglichen Istpositionen beinhaltet.
Die Erfindung schafft auch eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, die zur Ausführung eines MeßVorganges an einer Oberfläche eines Werkstücks ausgelegt ist^ mit einer Sonde, die eine Einrichtung zum Erfassen der Oberfläche aufweist, mit einer automatischen Einrichtung zum Bewegen der Sonde zwischen einer in der automatischen Einrichtung als Abstand von einer Bezugsposition bestimmten bekannten Position und einer unbekannten Position, in der die Sonde die Oberfläche erfaßt, und die die Istposition der Oberfläche darstellt, wobei die automatische Einrichtung eine erste kontinuierlich arbeitende Meßeinrichtung zum Messen der Bewegung der Sonde in Bezug auf die Bezugsposition enthält und die Werkzeugmaschine eine zweite Meßeinrichtung zum Messen der Bewegung der Sonde umfaßt, eine Einrichtung, die in Abhängigkeit vom Erreichen einer der Positionen durch die Sonde eine Betätigung oder den Betrieb der zweiten Meßeinrichtung einleitet und eine Einrichtung, die in Abhängigkeit vom Erreichen der anderen Position den Betrieb der zweiten Meßeinrichtung beendet, wodurch eine Bestimmung von Daten erfolgt, die die Istposition der Oberfläche relativ zur bekannten Position festlegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine numerisch gesteuerte
Werkzeugmaschine,
Fig. 2 ein Systemschaltbild einer ersten Steuereinheit der Werkzeugmaschine,
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Pig. 3 ein Systemschaltbild einer zweiten Steuereinheit der Werkzeugmaschine,
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1,
Fig. 5A bis 5D Flußdiagramme bestimmter in den Steuereinheiten enthaltener Programme.
Die Werkzeugmaschine 10 in Fig. 1 ist eine Drehmaschine mit einem Futter 1OA, in dem ein Werkstück 11 gehalten wird. Ein Werkzeugkopf 12 auf einem Kreuzschlitten 13 der Drehmaschine hält eine Anzahl von Schneidwerkzeugen 14 und eine Sonde 15. Der Kreuzschlitten 13 ist an einem Axialschlitten 16 angebracht. Die Schlitten 13 und 16 sind jeweils durch Motore 17 bzw. 18 bewegbar, um eine Koordinateneinstellung oder -positionierung der Werkzeuge 14 und der Sonde 15 vorzunehmen. An den Schlitten 13 und 16 sind jeweilige Rückmeldeoder Stellungssignalgeneratoren 19 bzw. 20 angebracht, die jeweils aus zwei Brechungsgittern bestehen, welche sich bewegende Moire-Figuren erzeugen, welche durch einen Lesekopf zur Erzeugung von jeweiligen Impulssignalen 101 bzw. 102 abgelesen werden können. Der Zyklus zwischen zwei aufeinanderfolgenden Impulsen 101 bzw. 102 entspricht einer Entfernungseinheit, in diesem Falle 0,001 mm, die die jeweiligen Schlitten 13 bzw. 16 zurückgelegt haben. Eine Zählung einer Folge von Impulsen 101 oder 102 entspricht einer bestimmten, durch die Schlitten 13 oder 16 zurückgelegten Gesamtentfernung.
Die Bewegung der Schlitten wird durch eine Steuereinheit 100 an sich bekannter Art beeinflußt, die normalerweise mit der Maschine 10 an den Kunden ausgeliefert wird. Eine grundsätzliche Beschreibung einer solchen Steuereinheit wird anhand von Fig. 2 nachfolgend gegeben:
105 Die Einheit 100 enthält einen Rechner, der über ein externes Programm 103 gespeist wird, das von einem Bandgerät 104
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abgenommen wird und der einen normalen Speicher 106, eine Eingabe/Ausgabe-Einheit 107 und eine Handeingabeeinrichtung,
105 beispielsweise eine Tastatur 108 umfaßt.Der Rechner enthält weiter eine bekannte Einrichtung zur Ausgabe von Mehrfachfunktionssignalen, die im Programm 103 vorgesehen sind. Vier derartige Signale mit den Besichnungen 110, 111, 114 und 115 werden für diese Erfindung benutzt. Weiter enthält das Programm 103 Befehle zur Bewegung der Schlitten 13 und 16 in bestimmte Koordinatenpositionen zur Ausführung der Bearbeitungsvorgänge, die durch die Werkzeuge 14 ausgeführt werden sollen, oder für Meßvorgänge, die mit Hilfe der Sonde 15 ausgeführt werden sollen. Wenn beispielsweise der Schlitten 13 so bewegt werden soll, daß die Sonde 15 eine Position RP mit einem Abstand RD von der Mittelachse CL des Putters 10A einnimmt, wird der Abstand RD in dem Programm 103 spezifiziert. Beim Betrieb wird der Abstand RD durch den Rechner 105 als Signal 118 an einen Zwischenspeicher oder ein Register 119 übertragen, und der Rechner 105 gibt ein Signal 120 an den Motor 17 ab, daß dieser den Schlitten 13 in der erforderlichen Richtung bewegt, die als positiv angesehen wird, wenn die Bewegung von der Achse CL weg geschieht. Der Drehsinn, in dem der Motor 17 arbeiten soll, ist durch einen Zähler 121 bekannt, welcher so angeschlossen ist, daß er durch das Impulssignal 101 getaktet wird. Der Zähler ist so eingestellt, daß sein Zählinhalt Null ist, wenn die Entfernung RD = 0. Der Zähler zählt bei positiver Bewegungsrichtung aufwärts, bei negativer Bewegungsrichtung abwärts. Der Inhalt des Zählers 121 wird mit dem Inhalt des Registers 119 in einem Komparator 122 verglichen, und dieser gibt ein Signal 123 ab, wenn die Inhalte des Registers 119 und des Zählers 121 gleich sind. Das Signal 123 wird durch den Rechner 105 gelesen, der daraufhin den Motor 17 verlangsamt und in der korrekten Position anhält. Statt der Achse CL kann auch eine geeignete Fläche, beispielsweise eine zylindrische Umfangsflache DSR
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des Futters 10 als Bezugsposition eingesetzt werden. Die Bewegung des Schlittens 16 wird durch ein entsprechendes System, wie es für den Schlitten 13 beschrieben wurde, gesteuert, wobei ein Signal 124 als Ausgangssignal zum Motor 18 abgegeben wird und als Bezugsposition beispielsweise eine Fläche DSA am Futter 1OA Verwendung findet.
Die Tastatur 108 kann benutzt werden, um ein Korrektursignal 109 zu erzeugen, das einen Eingabewert für den Speicher 106 bestimmt und durch den Rechner 105 zum Signal 118 addiert wird, um den in dem Programm 103 bestimmten Wert des Signals 118 zu korrigieren. Der Korrekturwert kann durch ein Signal 241 bestimmt werden, das automatisch durch ein ODER-Glied 241A in den Speicher 106 eingelesen wird.
Die Sonde 15 besteht aus einem an dem Werkzeugkopf 12 befestigten Gehäuse 21 und einem an dem Gehäuse 21 in einer Ruhestellung abgestützten Griffel 22. Der Griffel 22 kann aus der Ruhestellung versetzt werden, wenn der Schlitten 13 bewegt wird, um den Griffel in Eingriff mit dem Werkstück 11 zu bringen. Durch eine derartige Versetzung wird ein elektrischer Schalter 23 zum Zeitpunkt des Eingriffs mit dem Werkzeug geöffnet, so daß ein Sondensignal 24 als Einzelimpuls erzeugt wird. Derartige Sonden sind für sich bekannt.
Zusätzlich zur ersten Steuereinheit 100 wird erfindungsgemäß eine zweite Steuereinheit 200 (Fig. 1, Fig. 3) eingeführt, die einen Mikroprozessor 201 mit einem festverdrahteten
und mit
Programm 203, einem Datenspeicher 202 enthält sowie einen Zähler 204 und ein Binärregister 205. Dazu ist die Einheit 200 mit einem Drucker 206 verbunden. Das Programm 203 ist so ausgelegt, daß die Signale 110, 111, 114 und 115 gelesen werden und folgende Signale ausgegeben werden:
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(a) ein Signal 2 30 zum Einladen einer bestimmten Zahl in das Register 205,
(b) ein Signal 231 zur Eingabe an die UND-Glieder 231A zum Einladen der Inhalte des Registers 205 in den Zähler 204,
(c) ein Signal 232 an ein UND-Glied 232A zum Durchleiten des Positionsrückmeldesignals 101 an den Zähler 204, damit dieser die Zyklen des Signals 101 zählt und dadurch den durch den Schlitten 13 während der Dauer des Signals 232 zurückgelegten Weg zählt bzw. mißt,
(d) ein Signal 233 an ein UND-Glied 233A zur Erzeugung eines Signals 234, das das Sondensignal 24 an ein UND-Glied 233B zur Unterbrechung des Signals 101 zum Zähler 204 weiterleitet und dadurch den Zählvorgang anhält,
(e) ein Nullstellungssignal 235 für den Zähler,
(f) Signale 236, 237, 238 zur Informationsausgabe an ein peripheres Aufzeichnungsgerät 239, und
(g) das erwähnte Korrektursignal 241.
Das Programm 203 ist ausgelegt zur Lesung eines Signales 240, das den augenblicklichen Inhalt des Zählers 204 darstellt, wobei dieser Lesevorgang durchgeführt wird in Abhängigkeit vom Lesen eines Signals 234; das bedeutet, daß der Inhalt des Zählers dann .gelesen wird, wenn die Sonde 15 in Anlage an das Werkstück 11 kommt.
Dabei ist zu verstehen, daß das Register 2o5 und der Zähler 204 für das Signal 102 ein weiteres Mal vorgesehen sind, so daß die Signale 101 und 102 getrennt gezählt und verarbeitet werden können. Zur Erklärung genügt es jedoch, das System mit Bezug auf das Signal 101 zu beschreiben.
Die Programme 103 und 203 werden nun anhand der Fig. 4 und 5A bis 5D beschrieben. Das in den Fig. 5A bis 5D dargestellte Flußdiagramm 1st in zwei Spalten angeordnet, welche links
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das Programm 203 und rechts das Programm 103 zeigen; eine Zeitskala T ist als Referenzskala in den Figuren enthalten.
Das Programm 103 ist so ausgelegt, daß eine Fläche S, die eine der drei Flächen S1, S2 oder S3 des Werkstücks 11 ist, gemessen wird, und dieser Meßvorgang ist Teil eines durch das Bandgerät 104 abgegebenen Gesamtprogramms, das Befehle für die Bearbeitung wie für die Messung enthält. Das Programm 103 ist so angeordnet, daß die Meßbefehle nach einer Bearbeitung an den Flächen S1, S2 und S3 ausgegeben werden, und daraufhin kann eine weitere Bearbeitung der gleichen Flächen erfolgen, falls der erste Bearbeitungsgang nicht ausreichend war. Die Befehle für die Bearbeitungsvorgänge sind hier nicht beschrieben, da sie für sich bekannt sind. Das Programm 103 kann entweder direkt auf eine vorhergehende Bearbeitungsabfolge anschließen oder es kann nach einem programmierten Halt der Bearbeitungsbefehle von Hand begonnen werden.
Die Programme 103 und 203 besitzen die folgenden Kennworte und Variablen:
Programm 103
s1?!3) =
externe Messung,
interne Messung,
Zw χ sehenunterbrechung,
Endunterbrechung, d.h. Ende des Meßvorgangs,
Sollpositionssignal zu messende Flacne
die Nenn- oder Sollposition der Fläche S, d.h. eine Position zwischen den Toleranzgrenzen,
maximale Toleranzgrenze für positiven Fehler, maximale Toleranzgrenze für negativen Fehler, Reihennummer eines Programmdurchlaufs, letzter Programmdurchlauf.
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Programm 203
230 = Inhalt des Registers 2Ο5 und Signal dieses
Register zu laden,
231 = Signal zum Laden des Zählers 204,
232 = Freigabesignal (enable) für Signal 101 (102),
233 = Freigabesignal für Sonde 15,
235 = Nullstellsignal für den Zähler 204,
236 = "gut"-Signal,
237 - "Nacharbeit"-Signal,
238 = "Ausschuß"-Signal,
240 = Zählinhalt des Zählers 204,
241 = Korrekturwert.
+A(i) = Fehler, d.h. Abstand zwischen der Istposition
der Fläche S und der Nennposition dieser Fläche. A ist positiv, wenn es eine Vergrößerung von N ergibt, und negativ, wenn es eine Verkleinerung von N ergibt.
B1 (i) = maximale Fehlergrenze, d.h. maximale Grenze
für +A(i),
C1(i) = maximale negative Fehlergrenze, d.h. für
D(i) = "gut"-Wert, d.h. +A ist kleiner als B1 und
-A ist kleiner als C E(i) = "Nacharbeit"-Wert von A, d.h. +A ist größer
als B1
F(i) = "Ausschuß"-Wert von A, d.h. -A ist größer als
C.
i = Seriennummer des Programmdurchlaufs, η = letzter Programmdurchlauf.
Das Programm 103 beginnt mit einem Betätigungssehritt 10300, in dem i = 1 gestellt wird. Dieser Betätigungsschritt bestimmt einen Zeitpunkt T01 und wird durch einen Schritt 10301 gefolgt, der eine Bewegung der Sonde in eine bekannte Position N(i) + 2000 ,um bedingt, d.h. zu einer Position,
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die 2000 ,um weiter von der Linie CL als die Position N(i)
/ so
entfernt ist. Dabei ist die Abmessung 2000 ,um ausgewählt, daß sie bekannterweise größer ist als irgendein wahrscheinlicher Fehler A; für diesen Wert
geeignete Wert eingesetzt werden.
licher Fehler A; für diesen Wert 2000 ,um kann jeder andere
Eine Entscheidungsfunktion 10302 überwacht die Bewegung und wenn sie vollständig ist (Zeitpunkt T02), folgt im Schritt 10303 die Ausgabe der Signale 110 und 114 an die Einheit 200. Darauf folgt unmittelbar (oder tritt gleichzeitig ein) die Erzeugung einer Pause P1, während der keine weiteren Vorgänge im Programm 103 erfolgen. Die Einführung einer Pause in einem Programm ist für sich bekannt. Die Dauer der Pausenzeit wird durch eine Entscheidungsstufe 10305 überwacht, die bei vollständig abgelaufener Pause einen Vorgang 10306 zum Zeitpunkt T03 einleitet. Durch die Betätigung 10306 wird die Probe zu einer Position N(i) - 2000 ,um bewegt, gefolgt zum Zeitpunkt T04 durch eine Betätigung oder einen Schritt 10307, in dem das Unterbrechungszeichen 114 abgegeben wird, unmittelbar gefolgt oder gleichzeitig begleitet durch Einleiten einer Pause P2 im Schritt 10308.
Es wird angenommen, daß im Programm 203 die Einheit 200 eingeschaltet wird, bevor das Programm 103 aktiviert wird. Das Programm 203 besitzt den ersten Schritt 20300, in dem i = 1 gestellt wird, gefolgt von einer Betätigung 20301 zum Lesen der Signale 110, 111, 114 und 115, wobei dieser Lesevorgang zum Zeitpunkt T02 tatsächlich erfolgt. Eine Entscheidung 20302 überprüft, ob eine Endunterbrechung 115 ausgegeben wurde. Falls das nicht der Fall ist, geht das Programm weiter zu einem Entscheidungsschritt 20303, in dem überprüft wird, ob die Signale 110 (externe Messung) und 114 ausgegeben sind. Falls das nicht der Fall ist, läuft das Programm auf Linie 2O3O3A zur internen Messung weiter.
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In dem vorliegend besprochenen Fall ist das Signal 110 gelesen und das Programm läuft für externe Messung weiter; diese wird später im Programm wichtig. Zunächst gibt das Programm 203 in einem Schritt 20304 die Signale 2 30, 231, 232 und 233 aus, gefolgt vom Lesen des Signals 240 im Schritt 20305. Dadurch wird die Einheit 200 für das Erscheinen des Sondensignals 24 bereit, das jederzeit nach dem Zeitpunkt T03 während der Bewegung der Sonde zur Position N(i) - 2000 ,um auftreten kann. Die Pause P1 ist genügend lang festgesetzt, um ein Erreichen des Schrittes 20305 durch das Programm 203 zu ermöglichen. Die in das Register 205 eingeladene Zahl wird im Speicher 202 gehalten und ist +2000, d.h. sie ist gleich der Zahl von ,um, die im Schritt 10301 zum Positionieren der Sonde bezüglich der Position N(i) benutzt wird. Das Signal 231 lädt diese Zahl in den Zähler 204. Dieser wird, wenn das Impulssignal 101 anliegt, auf Null abgezählt. Das Abzählen beginnt gleichzeitig mit dem Beginn der Sondenbewegung im Zeitpunkt T03. Falls die Istfläche des Werkstücks in der Position NCi) liegt, zählt der Zähler 204 gerade Null, wenn das Sondensignal 24 auftritt. Falls bei Zählerstand = 0 das Sondensignal 24 nicht aufgetreten ist, zählt der Zähler wieder aufwärts, jedoch mit negativem Vorzeichen. Das Signal 240 kann nun positiv oder negativ sein, jenachdem ob die Oberfläche S sich vor oder hinter der Position N(i) befindet, d.h. in positivem oder negativem Abstand von dieser Position. Die darauf folgendeEinlesung des Signals 114 in die Einheit 200 bei einem Schritt 20306 leitet einen Schritt 20309 ein, in dem das Signal 240 in den Speicher als Variable +A(i) eingelesen wird. Eine dazwischenliegende Entscheidung 20307 überprüft, ob das Signal 240 wirklich aufgetreten ist, d.h. daß die Probe auf Anlage mit dem Werkstück reagiert hat. Falls das nicht der Fall ist, wird ein Alarm in einem Schritt 20308 ausgegeben. Dadurch wird die Meßphase der Programme 103 und 203 abgeschlossen.
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Es ist noch dazu zu bemerken, daß es wohl wichtig ist/ daß die Zahl im Zähler 204, beispielsweise die Zahl 2OOO/genau der Erhöhung der Position N(i) im Schritt 10301 von 2000 ,um entspricht, daß es jedoch nicht kritisch ist, um welchen Wert N(i) zum Schritt 20306 verringert wird.
Die nächste Phase der Programme 103 und 203 befaßt sich mit der Bestimmung, ob der Fehler A innerhalb der Grenzen B oder C liegt oder nicht. Zu diesem Zweck folgt auf die Betätigung 20309 eine Betätigung oder ein Schritt 20310, in dem die Signale 235 und 2 32 ausgegeben werden, um den Zähler 204 auf Null zu stellen und das Signal 101 freizugeben, gefolgt wieder von einem Schritt 20311 zum Lesen des Signals 24O d.h. zum Ablesen des Zählers. Die Pause P2 ist lang genug festgesetzt, um den Programm 203 Zeit zum Erreichen des Schrittes 20311 zu geben. Auf diese Pause P2 folgt ein Schritt 10309 zur Bewegung der Sonde in eine Position N(i) -2000 ,um + B(i). D.h., daß die Sonde in positiver Richtung um einen Betrag B(i) bewegt wird. Das hat lediglich den Zweck, B(i) in die Einheit 200 einzulesen, dadurch, daß der Zähler 204 dazu gebracht.wird, das Signal 101 während der Bewegung der Sonde, d.h. der Bewegung des Schlittens 13, zu lesen. Wenn diese Bewegung vollendet ist, wird in einem Schritt 10310 die Unterbrechung 114 ausgegeben, wodurch der Zeitpunkt T05 bestimmt wird, und daraufhin folgt eine Pause P3 in einem Schritt 10311. Die Unterbrechung oder der Unterbrechungsbefehl 114 wird durch das Programm 203 in einem Schritt 20312 gelesen und daraufhin wird das Signal 240 als die Variable B1(i) in einem folgenden Schritt 20313 gespeichert. Daraufhin erfolgt die Übertragung der Variablen C(i) von der Einheit 100 zur Einheit 200, in der sie zur Variablen C(i) wird. Dazu ist zunächst ein Schritt 20314 erforderlich zur Abgabe des Nullstellungssignals 235 für den Zähler 204 und ein weiterer Schritt 20314A zur Ablesung dieses Zählers. Die Pause P3 ist genügend lang, damit das
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Programm 203 den Schritt 20314A erreichen kann. Danach erfolgt im Programm 103 ein Schritt Ό312 zur Bewegung der Sonde in positiver Richtung um den Betrag C(i). Nach Beendigung dieser Bewegung ergibt ein Schritt 10313 die Ausgabe des ünterbrechungsbefehls 114, wodurch ein Zeitpunkt T06 bestimmt wird. Die Ablesung dieses ünterbrechungsbefehls in einem Schritt 20314B veranlaßt das Programm 203, das-Signal 240 in den Speicher als Variable C(i) einzulesen (Schritt 20314C). .
Eine nun folgende Pause P4, in einem Schritt 10314 eingeleitet, ergibt nun genügend Zeit, damit das Programm 203 die folgenden Schritte ausführen kann: Falls der Fehler A(i) positiv ist (Entscheidungsschritt 20315), d.h., wenn die Istposition über der Nennposition N(i) liegt, wird in einem weiteren Schritt die Summe B1(i)-A(i) gebildet. Wenn diese Summe positiv ist (Entscheidungsschritt 20317), d.h., wenn der Fehler noch unter der oberen Toleranzgrenze C liegt, dann ist das Bauteil bezüglich der eben gemessenen Bezugsfläche offensichtlich in Ordnung und in einem Schritt 20318 wird das "gut"-Signal 236 ausgegeben. Wenn die Summe B1 (i) - A(i) negativ ist (ebenfalls Entscheidungsschritt 20317), d.h., wenn der Fehler die obere Toleranzgrenze überschreitet, dann liegt eine Übergröße oder ein Übermaß des Bestandteils in Bezug auf die gemessene Fläche vor und das Teil kann durch einen weiteren BearbeitungsVorgang nachgebessert werden. Dementsprechend wird in einem Schritt 20319 das "Nachbessern"-Signal 237 ausgegeben. Wenn im Entscheidungsschritt 20315 festgestellt wurde, daß der Fehler A negatives Vorzeichen hat, d.h. daß die Istposition unter der Nennposition N(i) liegt, bildet ein Schritt 20320 die Summe C'(i) — A(i), um zu entscheiden, ob der Fehler die Toleranzgrenze überschreitet. Falls das der Fall ist (Entscheidungsschritt 20321) wird in einem Schritt 20322 das "Ausschuß"-Signal 238 ausgegeben. Die Ausgangssignale der Schritte 20318, 20319 und 20322 führen zum Drucker 206. Die jeweiligen Signale 236, 237 und 238 werden in einem Schritt 20323 in dem Aufzeichnungsgerät
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239 gespeichert. Nun ist die "Grenzvergleich"-Phase der Programme 103 und 203 vollständig abgelaufen.
Es folgt nun ein Nachstellen der Zykluszahl oder Durchlaufzahl i bei allen Variablen A bis F im Schritt 20324 um 1, und gleichzeitig ist die Pause P4 abgelaufen. Das wird durch die Ausgabe des Unterbrechungsbefehls 114 in einem Schritt 10315 zum Zeitpunkt T07 gekennzeichnet.
Die Ablesung des letzten Unterbrechungsbefehls 114 in einem Schritt 20325 läßt das Programm 203 in einem Schritt 20326 für den nächsten Durchlauf zum Schritt 20301 zurückkehren.
Ein Erhöhungsschritt 10316 für die Zahl i im Programm 103 wird durch einen Entscheidungsschritt 10317 gefolgt, um zu sehen, ob i nun größer als η ist. Falls dies nicht der Fall ist, kehrt das Programm 103 zum Schritt 20301 zurück. Falls jedoch i größer als η ist, gibt das Programm 103 den Endunterbrechungsbefehl 115 in einem Schritt 10319 aus, wodurch der Zeitpunkt T08 gebildet wird. Dieser Befehl wird durch das Programm 203 im Schritt 20301 (Fig. 5A) gelesen und der Entscheidungsschritt 20302 läßt daraufhin das Programm über den Schritt 2O3O2A zum Schritt 20329 (Fig. 5D) weitergehen, in dem die Variable A, d.h. die Werte A(1) bis A(n) als Signal 241 zum Drucker 206 ausgegeben werden und ein Weiterlauf zum Programmende, Schritt 20330 erfolgt. Die Bedienungsperson kann dann die Variable an die Einheit 100 über das Tastenfeld 108 eingeben, um eine Korrektur des Signals 118 zu bewirken.
Eine derartige Eingabe des Korrektursignals ist bekannt und es reicht aus, zu sagen, daß der Rechner 105 als Teil des Speichers 106 einen Pufferspeicher besitzt, um das Signal 109 zu empfangen, und das Bearbeitungsprogramm besitzt Instruktionen, das Signal 109 zum Signal 118 zu addieren, um den Fehler in dem vorhergehenden Bearbeitungsdurchlauf
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in dem nachfolgenden Bearbeitiangsdurchlauf auszugleichen. In dem in das Tastenfeld eingegebenen Signal 109 muß natürlich eine 2ahl i enthalten sein, um die unterschiedlichen Oberflächen S zu identifizieren. So unterscheidet sich das Tastenfeld-Eingabesignal prinzipiell nicht von der Variablen A(i), die durch das Signal 241 gegeben ist. Damit kann, da ja ein ODER-Glied vorgesehen ist (Fig. 2), das Signal 241 direkt in die Einheit 100 eingelesen werden.
Der Meßablauf kann nun allgemein so ausgedrückt werden, daß die Sonde in eine erste Position N+2000 gebracht wird, die eine bekannte Position ist, und von da zu einer zweiten Position, die die unbekannte Position der Fläche S ist, wobei der Zähler 204 in der ersten Position durch das Mehrfach funkt ions sign al 114 gestartet und in der zweiten Position durch das Sondensignal 24 angehalten wird. Alternativ kann die Sonde bewegt werden, bis sie in der unbekannten Position als erster Position an der Fläche S anliegt, und sie wird daraufhin zu der bekannten Position N+2000 bewegt als zweiter Position, wobei der Zähler 204 durch das Signal 24 gestartet und durch das Signal 114 gestoppt wird.
Als weitere Möglichkeit kann die Position N selbst statt der Position N+2000 als bekannte Position benutzt werden, d.h. der Zähler 204 kann in der Position N gestartet und in der Position S gestoppt werden, oder der Vorgang kann auch hier wieder umgekehrt verlaufen. Die Benutzung einer Position wie N+2000 als erster Position besitzt jedoch den Vorteil, daß der MeßVorgang bei einer Bewegung, die insgesamt in gleicher Richtung, d.h. zur Oberfläche S hin, verläuft, durchgeführt werden kann.
Die Positionen N-2000 und N-2000+B können als beidesmal unbekannte dritte und vierte Positionen angesehen werden,
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die dazu benutzt werden, einen Toleranzbereich in die Einheit 200 einzulesen, um einen Vergleich mit dem Fehler A zu bewirken. Es können entsprechend auch die Positionen N-2OOO+B und N-2OOO+B+C entsprechend als dritte und vierte Positionen angesehen werden.
Die Einheit 100, die Motore 17 und 18 und die Brechungsgitter 19 und 20 können gemeinhin als eine automatisierte Einrichtung zur Bewegung der Sonde angesehen werden, wobei die Gitter 19 und 20 eine erste Meßeinrichtung bilden, die von der zweiten, durch den Zähler 204 gebildeten Meßeinrichtung zu unterscheiden ist.
Damit kann die Erfindung wie folgt zusammengefaßt werden: Eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine 14 besitzt Werkzeuge zur Bearbeitung einer Oberfläche S eines Werkstücks 11 sowie eine Sonde 15 zum Messen eben dieser bearbeiteten Fläche. Die Werkzeuge und die Sonde sind relativ zum Werkstück durch eine programmierte Steuereinheit 100 bewegbar, und die Steuereinheit gibt ein Sollpositionssignal. 120 an die Bearbeitungsmaschine ab und empfängt ein Positionsrückmeldesignal 101 von dieser Maschine. Das Rückmeldesignal ist ein zyklisches Signal, das durch ein Brechungsgitter 19 erzeugt wird, welches eine erste Meßeinrichtung bildet. Zur Durchführung des Meßvorganges ist die Einheit 100 programmiert, die Sonde zur Oberfläche S hin zu bewegen. Wenn während dieser Bewegung die Sonde eine Position einnimmt/ die bezüglich eines Bezugspunktes oder einer Bezugslinie CL bekannt ist,und in der die Probe sich noch in Abstand von der Fläche S befindet, gibt die Einheit 100 ein Mehrfach- funktionssignal 114 an einen Zähler 204 ab. Dieser ist in einer zweiten Steuereinheit 200 enthalten und bildet eine zweite Meßeinrichtung. Das Signal 114 schaltet das zyklische Signal 101 auf den Zähler 204, so daß dieser jede weitere Bewegung der Sonde mißt. Wenn
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während dieser weiteren Bewegung die Sonde die Oberfläche S erfaßt/ d.h. an ihr zur Anlage kommt/ gibt die Sonde ein Signal 24 aus, das so geleitet wird, daß es den Zähler 204 stoppt. Damit ist der Inhalt des Zählers zum Zeitpunkt des Auftretens des Signals 24 ein Maß für die Position der Fläche S, ausgedrückt im Abstand von der bekannten Position.
Die Einheit 200 wirkt so, daß sie das Sondensignal 24 mit dem Rückmeddesignal 101 in Beziehung bringt. Die Einheit 100 ist dabei eine Einheit, die mit einer Bearbeitungsmaschine so verbunden ist, daß sie die Möglichkeit zur Erzeugung eines Rückmeldesxgnals 101 und des Mischfunktionssignals 114 hat, jedoch nicht die Möglichkeit zur Ausführung eines Meßvorganges, da ein solcher Vorgang eine Rückbeziehung zwischen dem Positioniersystem der Maschine und dem Sondensignal erfordert.
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e e rs e i t e

Claims (6)

  1. Meßverfahren für ein Werkstück in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine und dafür geeignete Vorrichtung
    Patentansprüche
    ( 1.^Verfahren zur Messung eines Werkstücks in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit einer Sonde zur Erfassung einer Fläche des Werkstücks und mit einer automatischen Einrichtung zur Bewegung der Sonde relativ zu einem Bezugswert , wobei die automatische Einrichtung eine erste Meßeinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet , daß eine zweite Meßeinrichtung (204) vorgesehen wird und daß automatisch der Reihe nach zunächst die Probe in eine erste Position (N) gebracht wird, daß die zweite Meßeinrichtung in Abhängigkeit von dem Erreichen der ersten Position
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    durch die Sonde in Betrieb gesetzt wird, daß die Sonde in eine zweite Position (S) bewegt wird, daß der Betrieb der zweiten Meßeinrichtung in Abhängigkeit von dem Erreichen der zweiten Position durch die Sonde beendet wird, wobei entweder die erste oder die zweite Position mit Hilfe der ersten Meßeinrichtung (19, 20) bezogen auf den Bezugswert bekannt ist und eine Nennposition (N) der Fläche (S) darstellt, während die andere der beiden Positionen die Position ist, in der die Sonde die Fläche erfaßt und damit die Istposition der Fläche bildet, und daß der Meßwert (240) der zweiten Meßeinrichtung (204) bei Beendigung ihres Betriebes die Istposition der Fläche, ausgedrückt im Abstand von der Nennposition bestimmt.
  2. 2. Verfahren zur Messung eines Werkstücks in einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine mit einer Sonde zur Erfassung einer Fläche des Werkstücks und mit einer automatischen Einrichtung zur Bewegung der Sonde relativ zu einem Bezugswert ., wobei die automatische Einrichtung eine erste Meßeinrichtung enthält, dadurch gekennzeichnet , daß eine zweite Meßeinrichtung (204) vorgesehen wird und daß automatisch nacheinander die Sonde in eine erste Position (N+2000) bewegt wird, daß der Betrieb der zweiten Meßeinrichtung (204) in Abhängigkeit von dem Erreichen der ersten Position durch die Sonde eingeleitet wird, daß die Sonde in eine zweite Position (S) bewegt wird und der Betrieb der zweiten Meßeinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen der zweiten Position durch die Sonde beendet wird, wobei eine der beiden Positionen bezüglich der Bezugsgröße mittels der ersten Meßeinrichtung (19, 20) bekannt ist und eine Position mit einem bekannten Abstand (2000) von einer bekannten Nennposition (N)
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    der Fläche (S) ist, so daß der Meßwert (240) der zweiten Meßeinrichtung (204) bei Beendigung ihrer Tätigkeit der Unterschied zwischen dem bekannten Abstand (2O00) und den Abstand (A) zwischen der Istposition (S) und der Nennposition (N) ist und die tatsächliche Position (A) als der Unterschied zwischen dem bekannten Abstand (2000) und dem Meßwert (2 40) der zweiten Meßeinrichtung (204) bekannt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß automatisch nacheinander weiterhin die Sonde in eine dritte Position gebracht wird, daß ein Betrieb der zweiten Meßeinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen der dritten Position durch die Sonde eingeleitet wird, daß die Sonde in eine vierte Position bewegt wird und der Betrieb der zweiten Meßeinrichtung in Abhängigkeit vom Erreichen der vierten Position durch die Sonde angehalten wird, wobei sowohl die dritte als auch die vierte Position mit Hilfe der ersten Meßeinrichtung bekannt ist und der Abstand zwischen ihnen einen Bereich (B+C) bildet, in welchem die Istposition (S) der Fläche liegen soll und daß die tatsächliche Position (S) mit der dritten und der vierten Position verglichen wird zur Bestimmung, ob die Istposition in dem genannten Bereich liegt.
  4. 4. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, die zur Ausführung eines Meßvorganges an einer Fläche eines Werkstücks ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Sonde (15) mit einer Einrichtung (22, 23) zum Erfassen der Fläche (S) des Werkstücks (11) vorgesehen ist, daß eine automatische Einrichtung (100, 17, 19) vorgesehen ist zur Bewegung der Sonde zwischen einer bekannten, in der automatischen Einrichtung als Abstand von einem Bezugswert (CL) bestimmten Position (N) und einer unbekannten Position (S), in der die Sonde die Fläche
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    erfaßt und die die Istposition der Fläche darstellt, daß die automatische Einrichtung eine erste kontinuierlich betätigbare Meßeinrichtung (19) zur Messung des Bewegungsweges der Sonde, bezogen auf den Bezugswert (CL)7 enthält, und daß die Bearbeitungsmaschine eine zweite Meßeinrichtung (204) zum Messen der Bewegung der Sonde, eine Einrichtung, die in Abhängigkeit von dem Erreichen einer der Positionen (N oder S) den Betrieb der zweiten Meßeinrichtung (204) einleitet, und eine Einrichtung umfaßt, die in Abhängigkeit von dem Erreichen der anderen Position (S oder N) den Betrieb der zweiten Meßeinrichtung beendet, um dadurch Daten (A) zu bestimmen, die die Istpositiön der Fläche relativ zur bekannten Position festlegen.
  5. 5. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die erste Meßeinrichtung zur Ausgabe eines Signals (101) mit Abstandseinheiten der zurückgelegten Distanz bezeichnenden Zyklen ausgelegt ist, daß die Sonde (15) eine Einrichtung (23) zur Ausgabe eines Stufensignals (24) zur Anzeige der Erfassung der Fläche (S) enthält und daß die zweite Meßeinrichtung einen Zähler (204) zum Zählen der Zyklen des Ausgangssignals der ersten Meßeinrichtung umfaßt.
  6. 6. Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekenn zeichnet , daß die automatische Einrichtung (100) zur Ausgabe eines Mehrfachfunktionssignals (114) in Abhängigkeit vom Erreichen der bekannten Position durch die Sonde ausgelegt ist und daß die zweite Meßeinrichtung so verschaltet ist, daß sie auf das Mehrfachfunktionssignal durh Einleiten oder Beenden des Betriebs der zweiten Meßeinrichtung reagiert.
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