DE3201851A1

DE3201851A1 - "verfahren und vorrichtung zum programmieren einer numerisch gesteuerten kreuzschlitten-arbeitsmaschine"

Info

Publication number: DE3201851A1
Application number: DE19823201851
Authority: DE
Inventors: Horst 5100 Aachen Mucha; Heinz-Josef Ing.grad. Reinmold
Original assignee: Vereinigte Glaswerke 5100 Aachen GmbH; Vegla Vereinigte Glaswerke GmbH
Current assignee: Vegla Vereinigte Glaswerke GmbH
Priority date: 1982-01-22
Filing date: 1982-01-22
Publication date: 1983-08-04
Also published as: EP0085603A1; DK20183A; DK20183D0; JPS58169601A; ES519113A0; DE3201851C2; BR8300297A; ES8400202A1

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln und Speichern des Wegprogramms für eine numerisch gesteuerte Kreuzschlittenmaschine anhand einer Vorlage, bei dem ein auf einem mit Rotations-Impulsgebern für die X- und die Y-Achse versehenen Kreuzschlitten gelagerter Abtastkopf entlang der Kontur der Vorlage geführt wird, und die die X- und die Y-Koordinatien angebenden Signale der Rotationsimpulsgeber ggf. nach Aufarbeitung dem Programmspeicher zugeführt werden.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird als Signalspeicher ein Magnetband verwendet (DE-OS 26 46 o53), wobei die gespeicherten Wegimpulse für die X- und die Y-Richtung die Schrittschaltmotore der Arbeitsmaschine steuern.

Bei einem anderen Verfahren der eingangs genannten Art werden die von den Rotations-Impulsgebern während der Abtastbewegung abgegebenen Signale in beiden Koordinatenrichtungen in Koordinatenwerte übersetzt, und diese Koordinatenwerte werden einem Computer eingegeben, der den Lochstreifen für die numerisch gesteuerte Arbeitsmaschine erstellt (DE-OS 16 38 o29).

Mit Hilfe der bekannten Verfahren und Vorrichtungen lassen sich keine Wegprogramme in einer Programmiersprache erstellen, bei der die zu umfahrende Kontur in mathematisch bestimmte Geraden und Kreise aufgeteilt, und bei der außer bestimmten Koordinaten-

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punkten auf der zu programmierenden Kontur die Kreisradien und die Koordinaten der Kreismittelpunkte der einzelnen Kreisbogenabschnitte der Kontur, sowie die Kreisausschnittswinkel der Kreisbogenabschnitte erfaßt und als solche beispielsweise in einem Lochstreifen gespeichert werden. Eine solche numerische Maschinensteuerung ist beispielsweise die bekannte CNC-FANUC-Steuerung, die bisher nach einem komplizierten Verfahren programmiert werden muß.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, auf automatische Weise das Wegprogramm für eine Arbeitsmaschine zu erstellen, deren Wegsteuerung auf einem Programm beruht, das die abzufahrende Kontur als Abschnitte von mathematisch bestimmten geraden Strecken und Kreisbogenabschnitten erfaßt.

Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, daß durch Verwendung eines Winkelgebers die zeitliche Änderung der Winkellage der vorgegebenen Kontur gemessen wird, und daß die so ermittelten, die Änderung der Winkellage wiedergebenden analogen oder digitalen Signale zusammen mit den von den Rotations-Impulsgebern abgegebenen, den Standpunkt des Abtastkopfes im X- Y- Koordinatensystem wiedergebenden Signalen einer elektronischen Auswerteeinheit (Prozeßrechner) zugeführt werden, die aus diesen Signalen den Radius der Kreisbogenabschnitte, die Koordinaten der zugehörigen Kreismittelpunkte, und die zugehörigen Kreisausschnittswinkel ermittelt.

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Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Abtastkopf, der auf einem mit Rotations-Impulsgebern für die X- und die Y-Achse versehenen X- Y- Kreuzschlitten angeordnet ist, und mit einem Prozeßrechner für die Aufbereitung der von den Rotations-Impulsgeber kommenden Signale, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß der Abtastkopf mit einem um eine den Abtastpunkt auf der vorgegebenen Kontur durchsetzende Achse drehbaren Winkelgeber und mit Mitteln versehen ist, die den Winkelgeber in Richtung der geraden Strecken bzw. in Richtung der an den Kreisbogenabschnitten der vorgegebenen Kontur anliegenden Tangenten ausrichtet, wobei die Signale des Winkelgebers ebenfalls dem Prozeßrechner zugeführt werden.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Abtastkopf selbst drehbar gelagert und mit zwei Tastrollen versehen sein, die sich an die Außenkontur einer plattenförmigen Vorlage anlegen und den Abtastkopf in die dem jeweiligen Streckenabschnitt entsprechende Richtung drehen. Der Winkelgeber ist dabei mit dem drehbaren Abtastkopf mechanisch gekoppelt. Bei dieser Ausführung muß dafür Sorge getragen sein, daß die beiden Tastrollen stets gegen die Kontur der platten- oder schablonenförmigen Vorlage angedrückt werden. Das läßt sich beispielsweise dadurch sicherstellen, daß man Tastrollen aus permanentmagnetischem Werkstoff, und eine plattenförmige

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oder schablonenförmige Vorlage aus einem ferromagnetische]! Material verwendet.

Nach einer anderen Ausführungsform verwendet man einen drehbar gelagerten, mit dem Winkelgeber mechanisch gekoppelten Abtastkopf, der mit wenigstens zwei optischen Abtasteinrichtungen und mit einem von diesen optischen Abtasteinrichtungen gesteuerten Drehmotor für den Abtastkopf versehen ist, der den Abtastkopf ständig auf die Winkellage des jeweiligen Kurvenabschnitts im Augenblick der Abtastung ausrichtet. Mit einem solchen optisch bzw. fotoelektrisch gesteuerten Abtastkopf lassen sich Strichvorlagen auf einer Zeichnungsunterlage, beispielsweise auf einer Papierunterlage, abtasten, was selbstverständlich besonders vorteilhaft ist.

Die Drehung des Winkelgebers kann schließlich auch in der Weise verwirklicht werden, daß der Rotor des Winkelgebers mit einem auf der Vorlage ablaufenden Schlepprad versehen ist, das beim Abfahren der Kontur den Rotor des Winkelgebers stets in die der Bewegungsrichtung des Abtastkopfes entsprechende Richtung dreht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Von den Zeichnungen zeigt, jeweils in schematischer Darstellung:

Fig. 1 ein zu programmierendes Modell in Form einer Windschutzscheibe und die für eine übliche CNC-Maschinensteuerung erforderlichen Daten in einem X- Y- Koordinatensystem;

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Fig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Programmiermaschine mit einer Kurvenfolgesteuerung und mit einem drehbaren optischen Abtastkopf, und einem digitalen Winkelschrittgeber;

Fig. 3 die Kurvenfolgesteuerung und die Steuerung für die Drehung des Abtastkopfes;

Fig. 4 eine andere Ausführung einer erfindungsgemäßen Programmiermaschine mit einer Kurvenfolgesteuerung und mit einem drehbaren optischen Abtastkopf und einer Tachomaschine als Winkelgeber, und

Fig. 5 die Kurvenfolgesteuerung und die Steuerung für die Drehung des Abtastkopfes bei der in Fig. 4 dargestellten Vorrichtung.

In Fig. 1 ist die in sich geschlossene Kontur 1 einer Windschutzscheibe dargestellt, die beispielsweise als Strichzeichnung auf einer geeigneten Zeichnungsunterlage in natürlicher Größe vorgegeben ist. Um von dieser vorgegebenen Kontur 1 das Programm, etwa auf einem Lochstreifen, für eine CNC-gesteuerte Schneid- oder Schleifmaschine zu erstellen, muß die Kontur 1 in mathematisch bestimmte gerade Strecken und Kreisbogenabschnitte aufgeteilt werden. Beispielsweise im Punkt P1 beginnend, werden zunächst die Koordinaten des Punktes P1 im X- Y- Koordinatensystem, und die Winkellage des geraden Streckenabschnitts bis zum Punkt P2 ermittelt. Der Konturen-

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abschnitt zwischen den Punkten P2 und P3 stellt einen Kreisbogenabschnitt dar, der definiert ist durch die Koordinaten des Punktes P2, durch den Kreisradius rl, durch die Koordinaten des Kreismittelpunktes Z1 und durch den Winkel (X 1 des Kreisausschnitts zwischen den Punkten P2 und P3. Im Punkt P3 beginnt wieder ein gerader Streckenabschnitt bis zum Punkt P4, wo die Kontur 1 wieder in einen Kreisbogen übergeht. Dieser im Punkt P4 beginnende Kreisbogenabschnitt ist definiert durch die Koordinaten des Punktes P4, den Radius r2, die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z2, und durch den Winkel (K 2 des Kreisausschnitts zwischen P4 und P5. Im Punkt P4 schließt sich wieder ein gerades Teilstück der Kontur 1 an, das bis zum Punkt P6 reicht. Im Punkt P6 beginnt wieder ein Kreisbogenabschnitt, der bis zum Punkt P7 reicht, und der bestimmt ist durch die Koordinaten des Punktes P6, durch den Kreisradius r3, durch die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z3 und durch den WinkelgC 3. Im Punkt P7 beginnt ein anderer Kreisbogenabschnitt mit einem Kreisradius r4, einem Kreismittelpunkt Z4 und einem Kreisausschnittswinkel£^4. An diesen Kreisbogenabschnitt schließt sich im Punkt P8 ein weiterer Kreisbogenabschnitt mit einem verhältnismäßig großen Radius r5 an, der außerdem durch die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z5 und durch dea Kreisausschnittswinkel ^ 5 bestimmt ist. Der sich daran anschließende Kreisbogenabschnitt wird durch die Koordinaten des Punkts P9, durch den KreisradJus r6, durch die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z6 und durch den Kreisausschnittswinkel

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</. 6 definiert ist. Das letzte Teilstück der Kontur 1 zwischen den Punkten P1o und P1 ist wieder bestimmt durch die Koordinaten von P1o,den Kreisradius r7, die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z7 und durch den Kreisausschnittswinkel 0(1.

Die Programmiervorrichtung, wie sie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt eine Tischplatte 2, auf den beiden Längsseiten dieser Tischplatte 2 angeordnete Koordinatenschienen 3, 4, eine entlang den Koordinatenschienen 3,4 in der X-Richtung verfahrbare Brücke 5, und den Schlitten 6, der entlang der Brücke 5 in Y-Richtung verfahrbar ist. Auf der Tischplatte 2 befindet sich das Zeichnungsblatt 7, auf dem die zu programmierende Kontur 1 im Maßstab 1 : 1 als Strichzeichnung aufgetragen ist.

Auf dem Schlitten 6 ist ein um eine senkrecht zur Ebene der Tischplatte 2 verlaufende Achse drehbarer Abtastkopf 8 angeordnet. Bei diesem Abtastkopf handelt es sich um einen optischen Abtastkopf mit einer in der Mitte angeordneten Lichtquelle 1o und zwei Gruppen von Fotowiderständen 12, 13 (Fig. 3) die beiderseits der Lichtquelle 1o symmetrisch zu dieser angeordnet sind. Der Abtastkopf 8 wird von einem Kopfdrehmotor 14 so gedreht, daß während der Fahrt des Schlittens 6 entlang der Kontur 1 die Strichzeichnung der Kontur 1 stets mittig zwischen den Fotowiderständen 12 und 13 verläuft. Zur Steuerung des Kopfdrehmotors 14 dient eine elektronische Steuer- und Verstärkereinheit 15, die von den vier Fotowiderständen 12, 13 angesteuert wird.

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Der Schlitten 6 wird durch eine automatische Kurvenfolgesteuerung mit Hilfe eines auf die Brücke wirkenden Antriebsmotors 17 für die X-Richtung, und mit Hilfe eines auf den Schlitten 6 wirkenden Antriebsmotors 18 für die Y-Richtung entlang der Kontur 1 geführt. Die Steuerung der Antriebsmotore und 18 erfolgt in der Weise, daß mit dem drehbaren Abtastkopf 8 ein Sinus-Cosinus-Funktionsgeber 2o mechanisch gekoppelt ist, "der in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Abtastkopfes bei konstanter resultierender Vorschubgeschwindigkeit des Schlittens 6 das Geschwindigkeitsverhältnis der beiden Antriebsmotore 17, 18 und damit die Fahrtrichtung des Schlittens 6 bestimmt. Von dem Sinus-Cosinus-Funktionsgeber 2o wird der 2-Achsen-Servoverstärker 22 angesteuert, der seinerseits die Antriebsmotore 17 und 18 ansteuert. Eine Kurvenfolgesteuerung dieser Art ist als solche bekannt, und beispielsweise als "Fotoelektrische Steuerung PH 19" der Firma MESSER-GRIESHEIM GmbH im Handel erhältlich.

Mit dem Kopfdrehmotor 14 bzw. unmittelbar mit dem drehbaren Abtastkopf 8 ist ein digitaler Winkelschrittgeber 24 mit Vorwärts-Ruckwärts-Erkennung mechanisch gekoppelt. Für diesen Zweck kann man beispielsweise den Winfreischrittgeber Typ LG 5oo der Firma GELMA verwenden. Da die Abtast-Vorschubgeschwindigkeit konstant ist, ist die Drehgeschwindigkeit des Abtastkopfes 8 und damit des Winkelschrittgebers 24 beim Durchfahren eines kreisförmigen Kurvenabschnitts der Kontur 1 umgekehrt proportional zu dem Radius des Kreisbogens. Bei Ver-

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wendung eines digitalen Winkelschrittgebers 24 ist also die Impulsfrequenz des Winkelschrittgebers 24 ebenfalls umgekehrt proportional zu dem Radius des durchfahrenen Kreisbogenabschnitts der Kontur 1. Aus der Impulsfrequenz läßt sich mithin in dem nachgeschalteten Rechner 28 der Radius des Kreisbogenabschnitts numerisch bestimmen.

Die Anzahl der Digital-Impulse, die von dem Winkelschrittgeber 24 während der Drehung gegeben werden,entspricht dem Winkel OC des Kreisausschnitts, so daß auch der Winkel Ot beim Durchfahren eines Kreisbounmittelbar aus den Signalen des Winkelschrittgebers 24 in dem nachgeschalteten Rechner 28 abgeleitet werden kann.

Die Koordinaten der weiterhin wichtigen Punkte, nämlich der Punkte P, bei denen gerade Teilstrecken in Kreisbogenabschnitte und umgekehrt,oder Kreisbogenabschnitte eines bestimmten Kreisradius in Kreisbogenabschnitte eines anderen Kreisradius übergehen, sowie die Koordinaten der Kreismittelpunkte Z werden durch den Rotations-Impulsgeber 3o für die X-Achse und durch den Rotations-Impulsgeber 31 für die Y-Achse in Verbindung mit dem Rechner 28 ermittelt. Die von den Rotations-Impulsgebern 3o und 31 kommenden Wegsignale werden über die Leitungen 33 bzw. 34, und die von dem Winkelschrittgeber 24 kommenden Signale über die Leitung 35 dem Rechner 28 zugeführt. Der Rechner 28 ermittelt aus diesen Signalen die numerischen Daten beispielsweise für eine CNC-FANUC-Steuerung, aus denen dann in einem nachgeschalteten Lochstreifendrucker 38 unmittelbar das

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Lochstreifenprogranun hergestellt werden kann.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Programmiervorrichtung entspricht in ihrem mechanischen Aufbau und bezüglich der automatischen Kurvenfolgesteuerung über die Achsenantriebsmotore 17 und 18 der anhand der Fig. 2 und 3 beschriebenen Vorrichtung, so daß insoweit auf die Beschreibung der Fig. 2 und 3 Bezug genommen wird. Als Winkelgeber für die Winkellage des drehbaren Abtastkopfes 8 dient jedoch in diesem Fall eine Tachomaschine 4o, die wiederum mit dem drehbaren Abtastkopf 8 mechanisch gekoppelt ist. Die Tachomaschine 4o liefert eine der Drehgeschwindigkeit proportionale Spannung, die in dem nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 41 in Digitalpulse umgesetzt wird, die als solche über die Leitung 42 dem Rechner 28 zugeführt werden. Auch in diesem Fall besteht wieder die Beziehung, daß der Radius r des abgetasteten Kreisbogenabschnitts umgekehrt proportional zu der Drehgeschwindigkeit der Tachomaschine 4o, und damit zu der von der Tachomaschine gelieferten Spannung ist.Die Punkte P, das heißt die Punkte, bei denen eine Gerade in einen Kreisbogen übergeht oder umgekehrt, oder bei denen ein Kreisbogen in einen anderen Kreisbogen mit unterschiedlichem Radius übergeht, werden daran erkannt, daß an diesen Punkten sich die von der Tachomaschine kommende Spannung, und damit wieder die am Ausgang des Analog-Digitalwandlers anstehende Frequenz,ändert. Des weiteren ist die Zeitspanne _f in der eine konstante Spannung von der Tachomaschine 4o abgegeben wird, ein Maß für den Kreisausschnittswinkel <%' , so daß die Auswertung

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in dem Rechner 28 in gleicher Weise vorgenommen werden kann wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung.

Claims

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Verfahren und Vorrichtung zum Programmieren einer numerisch gesteuerten Kreuzschlitten-Arbeitsmaschine

Patentansprüche

fi./Verfahren zum Ermitteln und Speichern des Wegprogramms für eine numerisch gesteuerte Kreuzschlitten-Arbeitsmaschine anhand einer zweidimensionalen Vorlage, bei dem ein Abtastkopf, der auf einem mit Rotations-Impulsgebern für die X- und die Y-Achse versehenen Kreuzschlitten gelagert ist, entlang der Kontur der Vorlage geführt wird, und die die X- und die Y-Koordinaten angebenden Signale der Rotations-Impulsgeber ggf. nach geeigneter Aufarbeitung dem Programspeicher zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet , daß durch Verwendung eines Winkelgebers die zeitliche Änderung der Winkellage des abgetasteten Abschnitts der vorgegebenen Kontur gemessen wird, und daß die so ermittelten, die Änderung der Winkellage wiedergebenden analogen oder digitalen Signale zusammen mit den von den Rotations-Impulsgebern kommenden, den Standpunkt des Abtastkopfes im X- Y- Koordinatensystem wiedergebenden Signalen einer elektronischen Auswerteeinheit (Prozeßrech-

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ner) zugeführt werden, die aus diesen Signalen den Radius der Kreisbogenabschnitte, die Koordinaten der Kreismittelpunkte, und die zugehörigen Kreisausschnittswinkel ermittelt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem Abtastkopf, der auf einem mit Rotations-Impulsgebern für die X- und die Y-Achse versehenen X- Y- Kreuzschlitten angeordnet ist, und mit einem Prozeßrechner zur Aufbereitung der von den Rotations-Impulsgebern kommenden Wegsignale, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf mit einem um eine den Abtastpunkt auf der vorgegebenen Kontur durchsetzende Achse drehbaren Winkelgeber und mit Mitteln versehen ist, die den Winkelgeber in Richtung der geraden Strecken bzw. in Richtung der an den Kreisbogenabschnitten der vorgegebenen Kontur anliegenden Tangenten ausrichtet, und daß die Signale des Winkelgebers ebenfalls dem Prozeßrechner zugeführt werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf selbst drehbar gelagert und mit zwei die Außenkontur einer plattenförmigen Vorlage abtastenden Tastrollen versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf selbst drehbar gelagert und mit wenigstens zwei optischen Abtasteinrichtungen zum Abtasten einer Strichvorlage, sowie mit einem von den optischen Abtasteinrichtungen ge-

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steuerten Drehmotor für den Abtastkopf versehen ist, der den Abtastkopf auf die Winkellage des Konturenabschnitts ausrichtet.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor des Winkelgebers durch ein auf der Vorlage ablaufendes Schlepprad in die der Bewegungsrichtung des Abtastkopfes entsprechende Richtung gedreht wird.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber ein digitaler Winkelschrittgeber mit Vorwärts-Rückwärts-Erkennung ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber eine Tachoraaschine ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit an der abzutastenden Kontur entlanggeführt