DE3134466A1

DE3134466A1 - Verfahren zur nachlaufsteuerung

Info

Publication number: DE3134466A1
Application number: DE19813134466
Authority: DE
Inventors: Anton 7326 Heinigen Koukal
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-01
Filing date: 1981-09-01
Publication date: 1983-03-10

Description

VERFAHREN ZUR NACHLAUFSTEUERUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachlaufsteuerung bei Arbeitsmaschinen'die eine Bearbeitung eines Werkstückes entlang einer durch eine Zeichnungsvorlage vorgegebenen Kontur ermöglichen,z.B.einer geschlossenen Kontur und den weiteren bekannten Merkmalen des Oberbegriffs des#Patentanspruchs 1.
Eine derartige Bearbeitung kann z.B.das Ausschneiden oder Aus sägen einer Vielzahl von Teilen identischer oder auch verschiedener Außenkontur aus einer einzigen Holz- oder Stahlplatte mittels eines geeigneten,nachlaufgesteuerten Säge- bzw.Brennschneidwerkzeugs sein,das durch photoelektrische Abtastung einer Zeichnungsvorlage nachlaufgesteuert entlang den vorgegebenen Schnittbahnen geführt wird.
Die Nachlaufsteuerungerfolgtüabeinach dem Prinzip,daß ein photoelektrischer Tastkopf vorgesehen ist'der in einem in X- und Y-Richtung über der Zeichnungsvorlage hin-und herverfahrbaren Koordinatenwagen um eine senkrecht zur Vorlagenebene verlaufende Achse drehbar gelagert ist und sich stets in Richtung der Vorlagenkontur orientiert.
Aus der mittels geeigneter Drehgeber,z.B.Sinus-Cosinus-Potentiometern erfaßten Drehlage des Tastkopfes bezüglich einer vorgegebenen Bezugsebene werden die für die Vor schubbewegungen des Tastkopfes und des Werkzeuges,die miteinander gekoppelt sind,erforderlichen Richtungs-Steuersignale abgeleitet.
Ein diesbeuüglich geeigneter Tastkopf umfaßt mindestens zwei lichtempfindliche Detektoren,z.B.zwei Photowiderstände mit rechteckiger Grundfläche von jeweils ca.2x3rnm.
Die Detektorflächen sind symmetrisch bezüglich eines zwischen ihnen verlaufenden,lichtunempfindlichen,spaltförmigen Bereichs angeordnet,dessen zwischen den lichtempfindlichen Detektorflächen gemessene Breite in etwa der Strichstärke der Vorlagenkontur bzw.der damit korrelierten Breite auf der Detektorfläche entworfenen Abbildes des Vorlagenstriches entspricht.Der gemeinsame geometrische Schwerpunkt der beiden Detektorflächen ist in einem Vorlauf abstand 1 von der Drehachse des Tastkopfes angeordnet, sodaß,in Vorschubreichtung gesehen,der abgetastete Bereich der Vorlagenkontur um diese Strecke vor dem Durchstoßpunkt der Drehachse des Tastkopfes durch die Vorlagenfläche liegt.
Ein typischer Wert dieses Vorlaufabstandes 1 ist z.B.3-5mm.
Zum Zweck der einfachen Erläuterung sei angenommen,daß die beiden Detektorflächen symmetrisch bezüglich der die : X##cntanorientierung des Tastkopfes markierenden Radialebene aesselben angeordnet sind,d,h.,daß ein gegebenenfalls zu einer Schnittfugenkompensation vorgesehener seitlicher Versatz der Detektoranordnung gegenüber dieser Radialebene vernachlässigbar sei oder die Zeichnungsvorlage so gestaltet ist,daß das Werkstück,wenn der Tastkopf und damit auch das mit diesem gekoppelte Werkzeug der Zeichnungsvorlagenkontur exakt folgt,in der richtugen Größe ausgesägt bzw.ausgescnnitten werde.Weicht nun die Vorlagenkontur von der momentanen Vorschubrichtung des Tastkopfes ab,sodaß deren Bild mehr in den Bereich der einen der beiden Detektorflächen gelangt, so erhöht sich dessen wirksamer Widerstand und eine die beiden Photowiderstände in geeigneter Brückenschaltung enthaltende Schaltungsanordnung erzeugt ein Fehlersignal,mit dem ein Stellantrieb ansteuerbar ist,der eine kompensatorische Drehung des Tastkopfes bewirkt,derart,daß sich dieser wieder in diejenige Stellung zurückdreht,in der die wirksamen elektrischen Widerstände der beiden Detektoren gleich sind,wodurch der Tastkopf sich wieder in Richtung des Konturenverlaufs orientiert und die Vorschubbewegung nunmehr in dieser Richtung erfolgt.Der Drehsinn,mit dem sich der Tastkopf dreht, ergibt sich hierbei daraus,daß dieser eine Stellung einzunehmen versucht,in der die als Detektoren benutzten Photowiderstände insgesamt ihren minimalen Widerstandswert haben.
Bei in dieser Weise gestalteten und betriebenen,nachlauf--gesteuerten Arbeitsmaschinen ist es schwierig,einen spitzwinkligen Anschluß,z,B.zweier nacheinander durchlaufener Schnittbahnen zu erzielen,da der Tastkopf,sobald seine Detektoranordnung die diesbezüglichen Anschlußstellen der Vorlagen-Strichlinien "sieht' eine zu der zusätzlich in seinen Bereich gelangenden Zeichnungslinie hingerichtete Schwenkbewegung ausführt,was im Ergebnis dazu führen kann'daß an dem Werkstück z.B.anstelle einer spitzwinklig-schne idenartigen Kante ein abgerundeter Außenkonturverlauf entsteht.
Schwierigkeiten können auch dann auftreten,wenn der Tastkopf bzw.das mit diesem gekoppelte Werkzeug über Kreuzungsstellen der Vorlagenkontur bzw.der Bearbeitungsbahn geführt werden müssen,da hierbei sehr leicht der Fall eintreten kann,daß der Tastkopf die Kreuzungsstelle nicht überquert sondern einem von dieser ausgehenden Teil der Vorlagenkontur folgt, der bereits zuvor durchlaufen worden war.Zwqr ist es technisch möglich,durch geeignete Maßnahmen einer zusätzlichen numerischen Steuerung und/oder durch in der Nähe der kritischen Kreuzungs- bzw.Anschlußstellen vorgesehene Markierungen,die von dem Tastkopf als Steuerbefehle für ein konturengerechtes Überqueren von Abschnitten der Zeichnungskontur erkannt werden,die konturengerechtevorschubbewegung des Tastkopfes und des mit diesem gekoppelten Werkzeugs zu erreichen.Der hierfür erforderliche elektronisch-technische Aufwand ist aber erheblich und mit entsprechend hohen Kosten verbunden.
Es ist auch schon versucht worden,die vorgenannten Schwierigkeiten wenigstens teilweise zu vermeiden,daß die photoelektrische Detektoreinrichtung des Tastkopfes asymmetrisch arbeitet,z.B.dadurch,daß die in ihrer Soll-Lage symmetrisch bezüglich der Vorlagenkontur angeordneten Detektoren mit unterschiedlicher Empfindlichkeit betrieben werden.Bei dieser Betriebsweise besteht dann aber die erhöhte Gefahr, daß der Tastkopf an rechtwinkligen Kreuzungsstellen der Vorlagenkontur in seiner aus der Asymmetrie der Detektoren resultierenden Vorzugsrichtung ausweicht und eine zu überquerende Zeichnungslinie nicht überquert sondern dieser folgt Aufgabe der Erfindung ist es daher,ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben,das durch eine spezielle Gestaltung der abzutastenden Zeichnungsvorlage eine optimale Nachlaufsteuerung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale auf einfache Weise gelöst.
Durch die Merkmale der weiteren Unteransprüche 2- 4 sind vorteilhafte Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens umrissen,die insbesondere das sichere konturengerechte Überfahren von Kreuzungsstellen gewährleistet.
Weitere Einzelhieten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des Verfahrens anhand der Zeichnung,die am Beispiel einer zu Testzwecken des erfindungsgemäßen Verfahrens benutzbaren Zeichnungsvorlage verschiedene Durchführungsvarianten zeigt.
In der Zeichnung,auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei'ist insgesamt mit 1 die Kontur einer Weich -nus1gsvorlage bezeichnet,die in den dick ausgezogenen Bereichen eine Strichstärke von Imm.habe.Ein wie einleitend ausfü- hrlich erläutert gestalteter Tastkopf 2 hat zwei als Photowiderstände ausgebildete Detektoren 3 und 4,die in ihrer Soll-Lage symmetrisch bezüglcih der zu verfolgenden Zeichnungskontur 1 angeordnet sind.Der lichtunempfindliche Bereich zwischen den beiden Detektoren 3 und4 habe z.B.eine Breite von 0,8mm und eine der Länge der Detektorflächen entsprechende Länge von ca.3mm.Der Vorlaufabstand zwiscchen der Drehachse 6 des Tastkopfes und dem geometrischen Schwerpunkt 7 seiner Detektorflächen sei zu 5mm angenommen.
Ein entlang der dünnen Einlauflinie 8'deren Strichstärke etwa 1/4 der übrigen Zeichnungskontur 1 betragen mögeüber die durch einen dicken kreisrunden Punkt 9 markierte Einlaufstelle in die Zeichnungskontur 1 einlaufender Tastkopf folgt zuAachst deren rechtwinklig abgewinkeltem Abschnitt 10 bis zu der im Zentrum ebenfalls . . mit einem dicken Punkt 11 markierten Kreuzungsstelle'an der ein Teil der Zeichnungskontur 1 überquert wird,der zur Einlaufstelle 9 zurückführt.Der Tastkopf 2 überquert die Kreuzungsstelle und folgt dem rechtwinklig U-förmigen Abschnitt 12 der Vorlagenkontur 1.Er überquert danach an der Kreuzungsstelle 13,die eine zur Kreuzungsstelle 11 analoge Gestaltung hat rechtwinklig den durch die beiden geradlinigen Abschnitte 14 und 16 markierten Teil der Vorlagenkontur und folgt dem rechtwinklig trapezförmigen Abschnitt 17.An der Kreuzungsstelle 18,die wiederum durch einen dicken Punkt markiert ist'überquert er spitzwinklig den durch die geradliniegen Abschnitte 14 und 19 markierten Bereich der Vorlagenkontur und folgt dem gleichschenklig trapezförmigen Abschnitt 21 derselben.Danach erreicht er die zur Kreuzungsstelle 18 analoge Kreuzungsstelle 22,wo er den durch die geradlinigen Abschnitte 19 und 23 der Vorlagenkontur 1 markierten,insgesamt geradlinigen Teil derselben überquert und dem stumpfwinklig abgewinkelten Abschnitt 24 derselben folgt.Er trifft sodann an der Mündungsstelle 26 auf einem mit großem Krümmüngsradius gemäß der Zeichnung nach oben weiter führenden Teil 27 der Vorlagenkontur 1,dem er folgt,und den an diese sich anschließenden geradlinigen Abschnitt 28 der Vorlagenkontur 1 erreicht. Die Kontur 1 geht dann mit einem Abschnitt 29 mit kleinem Krümmungsradius in einen geradlinieg zurückführenden Teil 31 über.Dieser endet in einem kurzen, unter 450 abgewinkelten Abschnitt 32,dem der Tastkopf 2 folgt.Dieser abgewinkelte Abschnitt 32 endet in einem seitlichen Abstand von einem rechtwinklig zum Abschnitt 31 verlaufenden Teil 33 der Vorlagenkontur,dem der Tastkopf nunmehr in Richtung des Pfeils 34 entlang der Rückführschleife 36 folgt'deren Ende 37,wie auch das Ende 38 des abgewinkelten Abschnittes 32 in einem seitlichen Abstand von dem Konturenabschnitt 33 angeordnet sind,der etwas größer ist als die Breite der beidseits der Vorlagenmontur 1 verlauffenden,gestrichelt angedeuteten Streifen 39 und 41,innerhalb derer die möglichen Projektionen der Detetorflächen im Verlauf der Vorschubbewegung des Tastkopfes 2 liegen.
Nach Durchlaufen der Schleife 36 folgt der Tastkopf zunächst dem Abschnitt 33 und sodann dem an diesen anschließenden, in Verlängerung des Abschnitts 31 verlaufenden,zunächst ebenfalls geradlinigen Abschnitt 42 der Vorlagenkontur,der mit einem flach gekrümmten Endabschnitt mit dem dargestellten Verlauf zu dem gekrümmten Abschnitt 27 der Vorlagenkontur 1 zurückfürht.Das Ende 44 dieses flach gekrümmten Endabschnitts 43 hat von dem gekrümmten Abschnitt 27 wiederum einen seitlichen Abstand,der größer ist als die Breite des Streifens 39.Die weitere Bewegungsbahn des Tastkopfes 2 ist von diesem Ende 44 an durch eine dünne Führungslinie 46 markiert'die an der Mündungsstelle 47 'spitzwinklig oder mit glatter Krümmung in den äußeren gekrümmten Abschnitt 27 übergeht.Die Bewegungsbahn des Tastkopfes 2 fürht nun über den unteren Teil dieses 3.Abschnitts 27 entlang des Teils 48 zurück und über die Mündungsstelle 26 zu dem geradlinigen Abschnitt 23 der Vorlagenkontur 1 und entlang der weiteren geradlinigen Abschnitte 19,14 und 16 sowie 49 und die dazwischen angeordneten Kreuzungsstellen 22,18,13 und 11 und über die Kreuzungsstelle 51 zu der etwa 3/4-kreisförmigen Schleife 52,die in Richtung des Pfeils 53 im Uhrzeigersinn durchlaufen wird.Der Tastkopf überquert dann die Kreuzungsstelle 51 zum zweitenmal und rechtwinklig zu der ersten Durchlaufrichtung und gelangt über den letzten'rechtwinklig abgebogenen Abschnitt 54 der Vorlagenkontur 1 zurück zur Einlaufstelle 9.
Die zu den jeweiligen Kreuzungsstellen hinführenden und von diesen wegführenden Abschnitte der Vorlagenkontur enden jeweils in seitlichen Abständen von den Kreuzungsstellen,dic großer sind als die Breiten der Streifen 29 und 41,innerhalb derer die wirksamen Detektorflächen der Detektorflächen 3 und 4 bleiben.Ebenso enden die zu den Mündungs-oder Ubergan<jsstellen hinfürhenden Abschnitte der Vorlagenkontur 1 oder die an diesen vorbeiführenden Abschnitte derselben in Abständen zueinander ~die den genannten Streifenbreiten entsprechen.Die an den Kreuzungsstellen vorgesehenen Punkte, z.B.die Punkte 13,18 und 22 sind im Prinzip nicht erforlerlich,vermitteln aber eine zusätzliche Sicherheit,daß der Tastkopf 2 im vorstehend erläuterten Sinne der Vorlagenkontur 1 folgt.Dasselbe gilt für mit dünner Strichstärke eingezeichnete Hilfsführungslinien,wie in Verbindung mit der Kreuzungsstelle 18 angedeutet.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens können auch Schablonen verwendet werden,mit denen z.B.im Bereich der Kreuzungsstellen freizuhaltende Bereiche der Vorlagenkontur 1 abdeckbar sind.Solche Schablonen können auch mit den Hilfspunkten und den die Konturen der Vorlage geeignet fortsetzenden Hilfslinien mit der erheblich geringeren Strichstärke versehen sein.

Claims

PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Nachlaufsteuerung bei Arbeitsmaschinen, die eine Bearbeitung eines Werkstückes entlang einer durch eine Zeichnungsvorlage vorgegebenen Kontur ermöglichen,z.B.einer geschlossenen Kontur ~die mittels eines photoelektrischen Tastkopfes abgetastet wird, der an einem im Verlauf des Arbeitsvorschubes der Yorlagenkontur nachlaufgesteuert folgenden Koordinatenwagen um eine senkrecht zur Ebene der Vorlage verlaufende Achse drehbar angeordnet ist,wobei der Tastkopf mit mindestens zwei photoelektrischen Detektorelementen bestückt ist,die,in Vorschubrichtung gesehen, in einem Vorlauf abstand von der Drehachse,bezüglch der Konturenlinie z.B.in symmetrischer Anordnung einander gegenüberliegend angeordnet sind,gegebenenfalls mit einem eine Schnittfugenkompensation vermittelnden seitlichen Versatz bezüglich der die Drehachse enthaltenden,die Momentanorientierung des Kopfes markierenden Radialebene,und wobei diese Detektoranordnung bei einem Abweichen des Tastkopfes aus einer Stellung, in der die von den beiden Detektorelementen abgegebenen Ausgangssignale,gleichen Pegel haben,ein Fehlersignal erzeugt,das den Tastkopf in diese Stellung zurückdreht, dadurch gekennzeichnet,daß die Zeichnungsvorlage (1) an Stellen(26r47)pn denen an einen Abschnitt der Konturenlinie, der der Tastkopf(2)folgen soll,eine Konturenlinie herangeführt ist,die einen zweiten Abschnitt der Vorschubbewegung mit von der Richtung des ersten Abschnittes(47)verschiedener Richtung markiert'dieser zweite Abschnitt(24 ~43) in einem seitlichen Abstand von dem ersten Abschnitt(47)der Konturenlinie endet'der größer ist als die rechtwinklig zu dem Konturenlinienabschnitt (47) gemessene Breite der Streifen(39,41) innerhalb der die im Verlauf der Vorschubbewegungen möglichen Projektionen der Detektorflächen auf die Zeichnungsvorlage liegen,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß an Kreuzungsstellen(11,13,18, 22,51) der Vorlagenkontur(1)deren zu den Kreuzungsstellen hinführende und von diesen wegführende Konturenabschnitte jeweils in einem Abstand von der Kreuzungsstelle end#'der größer ist als die Breite der Streifen(39 und 41)'innerhalb derer die Projektionen der Detektorflächen liegen.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,daß die Kreuzungsstellen(13, 18,22)durch kreisrunde Punkte markiert werden,deren Fläche etwa der insgesamt wirksamen Detektorfläche entspricht.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet'daß an Kreuzungsstellen(18) und/oder blÜndungsstellen(47)der Vorlagenkontur dünne Hilfs-Fürungslinien vorgesehen sind,die dort zwischen den im Abstand voneinander endenden Teilen der Vorlagenkontur (1 )die Bewegungsbahn des Tastkopfes(2) markieren.