DE3201851C2

DE3201851C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Programmieren einer numerisch gesteuerten Kreuzschlitten-Arbeitsmaschine

Info

Publication number: DE3201851C2
Application number: DE19823201851
Authority: DE
Inventors: Horst 5100 Aachen Mucha; Heinz-Josef Ing.(Grad.) Reinmold
Original assignee: Vegla 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: 1986-05-07
Also published as: ES8400202A1; DE3201851A1; EP0085603A1; DK20183D0; ES519113A0; BR8300297A; DK20183A; JPS58169601A

Abstract

Bei einem Verfahren zum Erstellen des Wegprogramms für numerisch gesteuerte X-Y-Arbeitsmaschine anhand einer zweidimensionalen Strichvorlage (1) wird ein die Strichvorlage (1) abfahrender drehbarer Abtastkopf (8), der auf einem mit Rotations-Impulsgebern (30, 31) für die X- und die Y-Achse versehenen Kreuzschlitten (6) gelagert ist, mit einem Signalgeber (24) für die räumliche Winkellage des abgetasteten Abschnitts der Vorlage (1) versehen. Die die zeitliche Änderung der Winkellage des Abtastkopfes (8) angebenden Signale werden zusammen mit den von den X-Y-Rotations-Impulsgebern (30, 31) kommenden Signalen einem Rechner (28) zugeführt, der aus diesen Signalen den Radius der Kreisbogenabschnitte, die Kreismittelpunkte und die zugehörigen Kreisausschnittswinkel für die Festlegung des Wegprogramms ermittelt.

Description

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Fig.5 die Kurvenfolgesteuerung und die Steuerung für die Drehung des Abtastkopfes bei der in F i g.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 Pl im ,V-y-Koordinatensystem, und die Winkellage des geraden Streckenabschnitts bis zum Punkt P 2 ermittelt. Der Konturenabschnitt zwischen den Punkten P 2 und P 3 stellt einen Kreisbogenabschnitt dar, der definiert ist durch die Koordinaten des Punktes P"2, durch den Kreisradius r t, durch die Koor-

dinaten des Kreismittelpunkts 22, und durch den Winkel λ 2 des Kreisausschnitts zwischen P 4 und P 5. Im Punkt P4 schließt sich wieder ein gerades Teilstück der Kon

werden.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Abtastkopf, der auf einem mit Weg-Meßsystemen für die X- und die Y-Achse versehenen X-K-Kreuzschlitten angeordnet ist, und mit einem Prozeßrechner für die Aufbereitung der von den Weg-Meßsystemen kommenden Wegsignale, zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß die Weg-Meßsysteme als Rotations-Impulsgeber ausgebildet sind, 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.

Gemäß einer ersten Ausführungsform kann der Abtastkopf selbst drehbar gelagert und mit zwei Tastrollen

versehen sein, die sich an die Außenkontur einer plat- 20 dinaten des Kreismittelpunktes Z1 und durch den Wintenförmigen Vorlage anlegen und den Abtastkopf in die kel /x 1 des Kreisausschnitts zwischen den Punkten P2 dem jeweiligen Streckenabschnitt entsprechende Rieh- und P3. Im Punkt P3 beginnt wieder ein gerader Strektung drehen. Der Winkelgeber ist dabei mit dem dreh- kenabschnitt bis zum Punkt P\, wo die Kontur 1 wieder baren Abtastkopf mechanisch gekoppelt Bei dem dreh- in einen Kreisbogen übergeht. Dieser im Punkt PA bebaren Abtastkopf muß dafür Sorge getragen sein, daß 25 ginnenue Kreisbogenabschnitt ist definiert durch die die beiden Tastrollen stets gegen die Außenkontur der Koordinaten des Punktes P 4, den Radius r 2, die Koorplatten- oder schablonenförmigen Vorlage angedrückt
werden. Das läßt sich beispielsweise dadurch sicherstellen, daß man Tastrollen aus permanentmagnetischem

Werkstoff, und eine plattenförmige oder schablonenför- 30 tür 1 an, das bis zum Punkt P6 reicht. Im Punkt PS mige Vorlage aus einem ferromagnetischen Material beginnt wieder ein Kreisbogenabschnitt, der bis zum verwendet Punkt P 7 reicht, und der bestimmt ist durch die Koordi-

Nach einer anderen Ausführungsform verwendet naten des Punktes P6, durch den Kreisradius r3, durch man einen fotoelektrischen Kurvenfolger, das heißt ei- die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z3 und durch nen drehbar gelagerten, mit dem Winkelgeber mecha- 35 den Winkel λ 3. Im Punkt P7 beginnt ein anderer Kreisbogenabschnitt mit einem Kreisradius r4, einem Kreismittelpunkt Z 4 und einem Kreisausschnit'swinkel λ 4. An diesen Kreisbogenabschnitt schließt sich im Punkt PS ein weiterer Kreisbogenabschnitt mit einem verhält-

kopf ständig auf die Winkellage des jeweiligen Kurven- 40 nisnäßig großen Radius r5 an, der außerdem durch die abschnitts im Augenblick der Abtastung ausrichtet Mit Koordinaten des Kreismittelpunkts Z 5 und durch den einem solchen fotoelektrischen Kurvenfolger lassen Kreisausschnittswinkel λ 5 bestimmt »st. Der sich daran sich Strichvorlagen auf einer Zeichnungsunterlage abta- anschließende Kreisbogenabschnitt wird durch die Kosten, was selbstverständlich besonders vorteilhaft ist ordinaten des Punkts P9, durch den Kxeisradius r6, Die Drehung des Winkelgebers kann schließlich auch 45 durch die Koordinaten des Kreismittelpunkts Z6 und in der Weise verwirklicht werden, daß der Rotor des durch den Kreisausschnittswinkel «6 definiert ist. Das Winkelgebers mit einem auf der Vorlage abgelaufenden letzte Teilstück der Kontur 1 zwischen den Punkten Schlepprad versehen ist, das beim Abfahren der Kontur P10 und P1 ist wieder bestimmt durch die Koordinaten den Rotor des Winkelgebers stets in die der Bewe- von PlO, den Kreisradius rl, die Koordinaten des gungsrichtung des Abtastkopfes entsprechende Rieh- 50 Kreismittelpunkts Zl und durch den Kreisausschnittstung dreht. winkel λ 7.

Die Programmiervorrichtung, wie sie schematisch in F1 g. 2 dargestellt ist, umfaßt eine Tischplatte 2, auf den beiden Längsseiten dieser Tischplatte 2 angeordnete

F i g. 1 ein zu programmierendes Modell in Form ei- 55 Koordinatenschienen 3, 4, eine entlang den Koordinaner Windschutzscheibe und die für eine übliche CNC- tenschienen 3,4 in der A"-Richtung verfahrbare Brücke Maschinensteuerung erforderlichen Daten in einem X- 5, und den Schlitten 6, der entlang der Brücke 5 in Y-y-Koordinatensystem; Richtung verfahrb-r ist Auf der Tischplatte 2 befindet

F ig. 2 eine erste Ausführungsform einer erfindungs- sich das Zeichnungsblatt 7, auf dem die zu programmiegemäßen Programmiermaschine mit einer Kurvenfol- μ rende Kontur 1 im Maßstab 1 :1 als Strichzeichnung gesteuerung und mit einem drehbaren optischen Ab- aufgetragen ist.

tastkopf, und einem digitalen Winkelschrittgeber; Auf dem Schlitten 6 ist ein um eine senkrecht zur

F1 g. 3 die Kurvenfolgesteuerung und die Steuerung Ebene der Tischplatte 2 verlaufende Achse drehbarer

fur die Drehung des Abtastkopfes; Abtastkopf 8 angeordnet. Bei diesem Abtastkopf 8 han-

F1 g. 4 eine andere Ausführung einer erfindungsge- 63 delt es sich um einen optischen Abtastkopf mit einer in

maßen Programmiermaichine mit einer Kurvenfolge- der Mitte angeordneten Lichtquelle 10 und zwei Grup-

steuerung und mit einem drehbaren optischen Abtast- pen von Fotowiderständen 12, 13 (F i g 3) die beider-

kopf und einer Tachomaschine als Winkelgeber, und seits der Lichtquelle 10 symmetrisch zu dieser aneeord-

nisch gekoppelten Abtastkopf, der mit wenigstens zwei optischen Abtasteinrichtungen und mit einem von diesen optischen Abtasteinrichtungen gesteuerten Drehmotor für den Abtastkopf versehen ist, der den Abtast-

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

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net 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.

Der Schlitten 6 wird durch eine automatische Kurvenfolgesteuerung mit Hilfe eines auf die Brücke 4 wir- ι ο kenden Antriebsmotors 17 für die -Y-Richtung, und mit Hilfe eines auf den Schlitten 6 wirkenden Antriebsmotors 187 für die K-Richtung entlang der Kontur 1 geführt. Die Steuerung der Antriebsmotore 17 und 18 erfolgt in der Weise, daß mit dem drehbaren Abtastkopf 8 ein Sinus-Cosinus-Funktionsgeber 20 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 20 wird der Zwei-Achsen-Servoverstärker 22 angesteuert, der seinerseits die Antriebsmotore 17 und 18 ansteuert.

Mit dem Kopfdrehmotor 14 bzw. unmittelbar mit dem drehbaren Abtastkopf 8 ist ein digitaler Winkelschrittgeber 24 mit Vorwärts-Rückwärts-Erkennung mechanisch gekoppelt 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 Verwendung eines digitalen Winkelschrittgebers 24 ist also die Impulsfrequenz des Winkelschrittgebers 24 ebenfalls umgekehrt proportional zu dem Radius des durchfahrenen Kreisbogenabschnitis der Kontur i. 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 λ des Kreisausschnitts, so daß auch der Winkel λ beim Durchfahren eines Kreisbogens unmittelbar aus den Signalen oes 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, sow^:e die Koordinaten der Kreismittelpunkte Z werden durch den Rotations-Impulsgeber 30 für die X-Achse und durch den Rotations-Impulsgeber31 für die V-Achse in Verbitidung mit dem Rechner 28 ermittelt Die von den Rotations-Impulsgebern 30 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 numerisehen Daten, aus denen dann in einem nachgeschalteten Lochstreifendrucker 38 unmittelbar das Lochstreifenprogramm hergestellt werden kann.

Die in den F i g. 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 40, die wiederum mit dem drehbaren Abtastkopf 8 mechanisch gekoppelt ist. Die Tachomaschine 40 liefert eine der Drehgeschwindigkeit proportionale Spannung, die in dem nachgeschaltcten 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 40, 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 41 anstehende Frequenz, ändert. Des weiteren ist die Zeitspanne, in der eine konstante Spannung von der Tachomaschine 40 abgegeben wird, ein Maß für den Kreisausschnittswinkel λ, so daß die Auswertung in dem Rechner 28 in gleicher Weise vorgenommen werden kann wie bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

32 Ol 851 1 2 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der AnPatentansprüche: spräche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkopf mit konstanter Vorschubgeschwindig-

1. Verfahren zum Ermitteln und Speichern des keit an der abzutastenden Kontur entlang geführt

Wegprogramms für eine numerisch gesteuerte 5 wird.
Kreuzschlitten-Arbeitsmaschine anhand einer zwei-

dimensionalen Vorlage, bei dem ein Abtastkopf, der

auf einem mit Weg-Meßsystemen für die X- und die
y-Achse versehenen Kreuzschlitten gelagert ist

entlang der Kontur der Vorlage geführt wird, wobei io Die Erfindung betrifft gemäß dem Oberbegriff des auch em Signal erhalten wird, welches die Winkella- Anspruchs 1 ein Verfahren zum Ermitteln und Speige des abgetasteten Abschnitts der vorgegebenen ehern des Wegprogramms für eine numerisch gesteuer-Kontur angibt und die die X- und die y-Koordinaten te Kreuzschlitten-Arbeitsmaschine anhand einer zweiangebenden Signale der Weg-Meßsysteme nach ge- dimensional Vorlage, bei dem ein Abtastkopf, der auf eigneter Aufarbeitung einem Digitalrechner züge- 15 einem mit Weg-Meßsystem für die Λ"-und die K-Achse führt werden, dadurch gekennzeichnet, versehenen Kreuzschlitten gelagert ist, entlang der daß die zeitliche Änderung der Winkellage des abge- Kontur der Vorlage geführt wird, wobei auch e-"n Signal tasteten Abschnitts der vorgegebenen Kontur ge- erhalten wird, weiches die Winkellage des abgetasteten messen wird, und daß aus den die Änderung der Abschnitts der vorgegebenen Kontur angibt, und die die Winkellage wiedergebenden analogen oder digita- 20 X- und die y-Koordinaten angebenden Signale der Ien Signalen zusammen mit den von den Weg-Meß- Weg-Meßsysteme nach geeigneter Aufarbeitung einem systemen kommenden, den Standpunkt des Abtast- Digitalrechner zugeführt werden, kopfes im X- K-Koordinatensystem wiedergebenden Verfahren dieser Art dienen dazu, aus der zweidimen-

Signalen durch den Digitalrechner (Prozeßrechner) sionalen Vorlage auf automatischem Wege die erforderdie Radien der Kreisbogenabschnitte, die Koordina- 25 liehen digitalen Informationen zu gewinnen und das ten der Kreismittelpunkte, und die zugehörigen Programm für die iuanerische Steuerung der Arbeits-Kreisausschnittswinkel ermittelt werden. maschine zu erstellen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Bei einem bekannten und dem Oberbegriff des Annach Anspruch 1, mit einem Abtastkopf, der auf ei- spruchs 1 zugrunde liegenden Verfahren dieser Art Henem mit Weg-Meßsystemen für die X- und die Y- 30 fert der Abtastkopf des automatischen Kurvenfolger Achse versehenen X-K-Kreuzschlitten angeordnet neben den Positionssignalen auch ein Richtungssignal ist, und mit einem Prozeßrechner für die Aufberei- das die Winkellage des abgetasteten Abschnitts der vortung der von den Weg-Meßsystemen kommenden gegebenen Kontur angibt (Z. Steuerungstechnik 1970 Wegsignale, dadurch gekennzei. "-.net, daß die Weg- S. 114 bis 119). Dieses Richtungssignal wird dazu ver-Meßsysteme als Rotations-Impulsgeber ausgebildet 35 wendet, den Abtastkopf des Kurvenfolgers so zu dresind, daß der Abtastkopf mit einem um eine den hen, daß er immer tangential zur abzutastenden Kontur Abtastpunkt auf der vorgegebenen Kontur durch- ausgerichtet ist.

setzende Achse drehbaren Winkelgeber und mit Mit Hilfe der bekannten Verfahr^ und Vorrichtun-

Mitteln versehen ist, die den Winkeigeber in Rieh- gen lassen sich keine Wegprogramme in einer Programtung der geraden Strecken bzw. in Richtung der an 40 miersprache erstellen, bei der die zu umfahrende Konden Kreisbogenabschnitten der vorgegebenen Kon- tür in mathematisch bestimmte Geraden und Kreise tür anliegenden Tangenten ausrichtet, und daß die aufgeteilt ist, und bei der außer bestimmten Koordina-Signale des Winkelgebers ebenfalls dem Prozeß- tenpunkten auf der zu programmierenden Kontur die rechner zugeführt werden. Kreisradien und die Koordinaten der Kreismittelpunkte

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- 45 der einzelnen Kreisbogenabschnitte der Kontur, sowie zeichnet, daß der Abtastkopf selbst drehbar gelagert die Kreisausschnittswinkel der Kreisbogenabschnitte und mit zwei die Außsnkontur einer plattenförmi- erfaßt und als solche in digitalisierter Form auf einem gen Vorlage abtastenden Tastrollen versehen ist. geeigneten Speicherrnedium gespeichert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verzeichnet, daß der Abtastkopf selbst drehbar gelagert 50 fahren der eingangs genannten Art derart weiterzubil- und mit wenigstens zwei optischen Abtasteinrich- den, daß es möglich wird, auf automatische Weise das tungen zum Abtasten einer Strichvorlage, sowie mit Wegprogramm für eine Arbeitsmaschine zu erstellen einer von den optischen Abtasteinrichtungen ge- deren Wegsteuerung auf einem Programm beruht, das steuerten Drehmotor für den Abtastkopf versehen die abzufahrende Kontur als Abschnitte von mathemaist, der den Abtastkopf auf die Winkellage des Kon- 55 tisch bestimmten geraden Strecken und Kreisbogenabturenabschnitts ausrichtet. schnitten erfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die zeichnet, daß der Rotor des Winkelgebers durch ein kennzeichneten Merkmale des Anspruchs 1 dadurch auf der Vorlage ablaufendes Schlepprad in die der gelöst, daß die zeitliche Änderung der Winkellage des Bewegungsrichtung des Abtastkopfes entsprechen- so abgetasteten Abschnitts der vorgegebenen Kontur gede Richtung gedreht wird. messen wird, und daß aus den die Änderung der Winkel-

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, lage wiedergebenden analogen oder digitalen Signalen dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber ein zusammen mit den von den Weg-Meßsystemen komdigitaler Winkelschrittgeber mit Vorwärts-Rück- menden, den Standpunkt des Abtastkopfes im X- K-Kowarts-Erkennungist. ₆₅ ordinatensystem wiedergebenden Signalen durch den

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, Digitalrechner (Prozeßrechner) die Radien der Kreisbodadurch gekennzeichnet, daß der Winkelgeber eine genabschnitte, die Koordinaten der Kreismittelpunkte Tachomaschine ist. _und die zugehörigen Kreisausschnittswinkel ermittelt