DE3241344A1 - Vorrichtung zur fehlerkorrektur der geradlinigkeit bei maschinen - Google Patents

Description

Dr. rer. nat. Thomas Berendt

Dr.-Ing. Hans Leyh Innere Wiener Cir. 20 - D 8000 München 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

Ferranti plc

Bridge House, Park Road,

Gatley, Cheadle, Cheshire, England

Vorrichtung zur Fehlerkorrektur der Geradlinigkeit bei Maschinen

A 14 590 Ferranti pic

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Korrigieren von Fehlern in der Geradlinigkeit von Maschinenbetten, insbesondere bei Werkzeugmaschinen. Die Genauigkeit irgendeiner Maschine, sei es für die Metallbearbeitung, zum Zeichnen, zum Digitieren, oder zum überwachen, hängt in weitem Umfang von der Geradlinigkeit der Führungsbahnen ab, längs welcher verschiedene Teile der Maschine bewegt werden. Wenn beispielsweise die Führung längs der X-Achse etwas gekrümmt ist, so enthalten die Messungen in Richtung der Y-Achse Fehler. Die Fehler können bei der Herstellung der Maschine hineinkommen, oder sie können sich infolge von Abnutzung und anderen Gründen während des Gebrauchs der Maschine einstellen. Wenn sich die Fehler bei der Herstellung ergeben, dann ist es möglich, die Maschine zu eichen, so daß diese Fehler kontinuierlich korrigiert werden, dies erfordert jedoch komplexe elektronische Schaltungen, die jedoch ungeeignet sind, wenn die Fehler während des Gebrauchs der Maschine entstehen, es sei denn, die letztere wird in gegebenen Intervallen neu geeicht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Korrektur von Geradlinigkeitsfehlern einer Maschine zu schaffen.

Nach der Erfindung ist hierzu eine Vorrichtung vorgesehen mit einem ersten Teil, das nominal längs einer ersten Achse auf einer Führung beweglich ist, die von einem zweiten Teil getragen ist, welches einen gespannten Draht aufweist, der an beiden Enden an dem zweiten Teil gehalten ist und sich längs einer Achse in einem bekannten Winkel zu dieser ersten Achse erstreckt, ferner mit einem Sensor am ersten Teil, der sich mit diesem bewegt und mit dem gespannten Draht zusammenwirkt, um die Richtung und die Gri5ße jeder Bewegung des ersten Teiles längs einer zweiten Achse in einem Winkel zur Längsrichtung des Drahtes anzuzeigen.

Vorzugsweise ist die Achse des gespannten Drahtes parallel zu dieser ersten Achse und senkrecht zu dieser zweiten Achse.

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Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine Maschine bzw. ein Maschinenwerkzeug zeigt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform eines Sensors.

Fig. 3 zeigt in Seitenansicht den Sensor nach Fig. 2

Fig. 4 zeigt die Arbeitsweise des Sensors nach den Fig. 2 und 3.

Fig. 5 zeigt schematisch eine Schaltung zur Verwendung mit dem Sensor nach den Fig. 2 und 3.

Fig. 6 und 7 zeigen in Draufsicht und in Seitenansicht eine alternative Ausführungsform des Sensors.

Die Maschine nach Fig. 1, z.B. ein Teil einer Werkzeugmaschine, hat einen Schlitten 10, der auf einer Führung beweglich ist, die an einem zweiten Teil 11 angeordnet ist, die das Bett der Maschine bildet. Die Bewegung des Schlittens erfolgt nominal längs einer ersten Achse 12, die parallel zu der Führung liegt. Das Bett 11 der Maschine trägt einen gespannten Draht 13, der parallel zur ersten Achse 12 verläuft. Der Support oder Schlitten 10 trägt einen Sensor 14, der noch beschrieben wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten Maschine hat der Schlitten 10 selbst Führungen, auf denen ein weiteres bewegliches Element 15 bewegbar ist, nominell längs einer zweiten Achse 16. Der Schlitten 10 trägt einen zweiten gespannten Draht 17, während das Element .15 einen zweiten Sensor trägt.

Da beide Sensoren mit dem entsprechenden gespannten Draht in derselben Weise zusammenwirken, erfolgt die weitere Beschreibung nur anhand des Betriebs des Sensors 14 und des Drahtes 13.

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Der gespannte Draht kann, wie gesagt, ein metallischer Draht sein, der zwischen zwei Punkten eingespannt ist oder auch ein Faden aus Kunststoff. Der letztere wird vorgezogen, da er verwindungs- und verformungsfrei ist, was bei metallischen Drähten nicht immer von vornherein gewährleistet ist.

Fig. 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform des Sensors zusammen mit dem gespannten Draht oder Faden. Der Sensor 14 hat eine Lichtquelle 21 und ein Paar lichtempfindliche Geräte 22 und 23. Zwischen der Lichtquelle 21 und den Geräten 22 und 23 läuft der Faden 13 hindurch. Die Geräte 22 und 23 liegen längs einer Linie senkrecht zur Längsrichtung des Fadens 13 und nahe beieinander, so daß in einer Bezugsposition der Faden symmetrisch bezüglich der beiden lichtempfindlichen Geräte angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform des Sensors, bei der nur kleine Veränderungen in der Geradlinigkeit der Führungen der Maschine angenommen werden, kann die Dicke des Fadens gleich oder auch größer als der aktive Bereich jeder der lichtempfindlichen Geräte sein. In der Bezugsposition dunkelt daher der Faden einen gleichen Teil der aktiven Fläche jedes Gerätes ab. Geradlinigkeitsfehler führen zu einer effektiven Bewegung des Fadens über den Sensor, so daß bei einem der Geräte mehr vom aktiven Bereich abgedunkelt wird als beim anderen Gerät. Wenn die beiden (ier.ite, die /weckiiiäßigerweise Fotodioden sind» parallel mit entgegengesetzter Polarität an einen Verstärker mit Rückkopplung geschaltet sind, so ergibt sich eine diskriminator-ähnliche Charakteristik, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist. Dieses Diagramm zeigt die Verstärkerausgangsspannung ν über der Verschiebung d des Fadens gegenüber seiner Bezugsposition. In der Bezugsposition sind gleiche Bereiche jeder Fotodiode nicht abgedeckt, weshalb die resultierende Ausgangsspannung Null ist. Nur der Teil der Kurve, der in ausgezogenen Linien dargestellt ist, ist verwendbar.

Fig. 5 zeigt eine beispielsweise Schaltung, in welcher der Sensor benutzt werden kann. Dargestellt ist der Verstärker A (virtual earth amplifier) mit den beiden Fotodioden D1 und D2, die an seinen Eingängen liegen. Der Ausgang des Verstärkers wird in einem Analog/Digital-Wandler AD digitiert

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und damit in jedem Augenblick durch eine N-ßit-Zahl dargestellt. Diese Zahl wird an eine Verknüpfungsschaltung LT gelegt, welche die Zahl speichert, die zu irgendeiner gegebenen Abtastzeit vorhanden ist. Zweckmäßigerweise erfolgen die Abtastungen jedesmal wenn der Schlitten sich um eine vorgegebene Entfernung längs der X-Achse bewegt hat, wobei die gemessene Abweichung in der Richtung der Y-Achse liegt. Die auf diese Weise bestimmte Abweichung kann an den vorhandenen Ausgang des Meßschaltkreises gelegt werden. Wenn beispielsweise ein Zähler den Wert der Bewegung in Richtung der Y-Achse gegenüber einer Bezugsposition hält, so kann der Ausgang der Verknüpfungsschaltung einfach dem Wert im Zähler hinzuaddiert werden. Der Richtungssinn der Addition hängt von der .Richtung der Abweichung ab. Dieselbe Methode wird, wie bereits erwähnt, zur Messung der Abweichung in X-Richtung benutzt.

In der obigen Ausführungsform sind die beiden Fotodioden senkrecht zur Längsrichtung des Fadens angeordnet. Es mag Fälle geben, in denen dies nicht möglich ist, sondern die Dioden längs einer Linie angeordnet werden müssen, die geneigt ist relativ zur Längsrichtung des Fadens. In diesem Fall ist es erforderlich, den Ausgang des Verstärkers A zu korrigieren, damit er die wahre Abweichung darstellt. Eine solche Korrektur kann vorgenommen werden unter Verwendung eines Speichers mit direktem Zugriff, an den der Ausgang der Schaltung LT gelegt wird. Dieser Speicher spricht auf diesen Eingang an und gibt einen Ausgang, der den korrigierten Wert darstellt.

Wenn die zu erwartende Abweichung größer ist als von zwei Dioden verschafft werden kann, so kann eine Reihe vom Fotodioden verwendet werden, wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt ist. Die Fotodioden sind längs einer Linie angeordnet, die in einem geeigneten Winkel geneigt angeordnet ist, ■ entsprechend der zu erwartenden Abweichung. Die Schaltung wird in diesem Fall etwas modifiziert, um die Zahl der Fotodioden zu berücksichtigen, damit zwischen den Ausgängen der verschiedenen Fotodioden unterschieden werden kann.

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Claims (7)

A 14 590 Ferranti pic Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Korrigieren von Geradl inigkeitsfehlern an einer Maschine mit einem ersten Element, das nominal längs einer ersten Achse auf Führungen bewegbar ist, die an einem zweiten Element angeordnet sind, gekennzeichnet durch einen gespannten Faden oder Draht, der an beiden Enden am zweiten Element angebracht ist und sich längs einer Achse in einem bekannten Winkel zu dieser ersten Achse erstreckt, ferner durch einen Sensor am ersten Element, der sich mit diesem bewegt und mit dem gespannten Faden zusammenwirkt, um die Richtung und die Größe jeder Bewegung des ersten Elementes längs einer zweiten Achse anzuzeigen, die in einem Winkel zur Längsrichtung des Fadens verläuft.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse des gespannten Fadens parallel zu der ersten Achse und senkrecht zur zweiten Achse liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gespannte Faden ein Draht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gespannte Faden ein Kunststoff-Faden irt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor eine Lichtquelle und wenigstens zwei lichtempfindliche Geräte aufweist, um die Position des Fadens längs der zweiten Achse zu erfassen.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung vorgesehen ist, die auf den Ausgang des Sensors anspricht, um das Ausmaß der Bewegung des ersten Elementes längs der zweiten Achse zu bestimmen.

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7. Werkzeugmaschine mit wenigstens einer Bewegungsachse, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Vorrichtung zur Korrektur von Geradlinigkeitsfehiern nach einem der Ansprüche 1-6 aufweist.