DE3348133C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Teiltisch für mindestens ein Werkstück nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Teiltisch dieser Gattung ist aus der DE-AS 20 09 702 bekannt. Bei diesem vorbekannten Teiltisch ist eine kombinierte Grob-Fein-Positionsregelung vorgesehen, bei der zur Grobpositionierung und zur Feinpositionierung jeweils ein Schneckengetriebe dient. Das Schneckengetriebe für die Feinpositionierung ist über eine Kupplung zu- und abschaltbar. Das Schneckengetriebe für die Feinpositionierung wird über einen gesonderten Korrekturmotor angetrieben, der mit Hilfe eines Abfühlwerkes und eines die Soll-Anhaltestellung speichernden Schaltwerkes so gesteuert wird, daß bei Erreichen der Soll-Anhaltestellung das Steuerwerk den Korrekturmotor stillsetzt. Diese Regelung ist vergleichsweise aufwendig. Außerdem dürfte die Positioniergenauigkeit nicht sehr hoch sein, da die Ist-Anhaltestellung von dem Bremsweg des Korrekturmotors abhängt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Teiltisch der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung so weiterzugeben, daß bei möglichst geringem Steuerungsaufwand die Positioniergenauigkeit erhöht wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

Aus dem Aufsatz "Stepper and Clutch Drive Anticipates Stopping Point" in der Zeitschrift "Control Engineering", Mai 1967, Vol. 14, S. 97 u. 99, ist es bereits bekannt, eine Bremse zur Positionierregelung zu benutzen. In diesem Fall wird die Bremse jedoch nur zum Abbremsen des Tisches bei der Grobpositionierung eingesetzt. Die Feinpositionierung erfolgt dann über einen Schrittschaltmotor bei gelöster Bremse.

Im Gegensatz hierzu wird bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Teiltisch die Betätigung der Bremse von einem Mikrorechner gesteuert. Der Mikrorechner ist so ausgebildet, daß er Positionsfehler selbsttätig ausgleicht. Genauer gesagt, ändert er in Abhängigkeit von dem Unterschied zwischen der Soll- und Ist-Anhaltestellung die Bremsbetätigungsstellung, wobei er diesen Korrekturvorgang so oft wiederholt, bis die Fehlerabweichung innerhalb eines vorgegebenen Genauigkeitsbereiches liegt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigen

Fig. 1A, B eine Seitenansicht eines Teiltisches,

Fig. 2 einen Grundriß eines Abschnittes einer Kupplungs- bzw. Bremsscheibe für den Teiltisch der Fig. 1,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Steuerung für den Teiltisch nach Fig. 1.

in Fig. 1A, B ist ein Teiltisch 10 mit einem runden Tisch 12 gezeigt, dessen Durchmesser z. B. ca. 244 cm betragen kann, der an einer Antriebswelle 14 für den Haupttisch befestigt ist und in einem Gehäuse 16 drehbar angeordnet ist. Das Gehäuse 16 ist zylinderförmig, wobei eine Seitenwand 17 einstückig mit einem Grundteil 18 ausgeführt ist und ein lösbarer kreisförmiger Oberteil 19 an der Seitenwand mit mehreren über den Umfang verteilten Bolzen 20 befestigt ist. Die Welle 14 und das Gehäuse 16 sind über Dichtungen 21, 22 sowie obere und untere Rollenlager 23, 24 miteinander verbunden, die ihrerseits durch ein Ölreservoir 25 im Gehäuse 16 an der unteren Hälfte der Welle geschmiert werden. Das untere Rollenlager 23 wird von einem lösbaren unteren Abschnitt 26 des Gehäuses 16 und einem radial nach innen ragenden kreisförmigen Abschnitt 28 des Gehäuses 16 getragen, an welchem der lösbare untere Abschnitt 26 mit mehreren Bolzen 29 befestigt ist. Ein Motor ist direkt mit einem Übersetzungsgetriebe 32 verbunden, das seinerseits an den Antrieb einer Teilvorrichtung 34 über eine Kupplung 33 geführt ist. Das Untersetzungsgetriebe 32 weist ein hohes Übersetzungsverhältnis von 24 : 1 auf, und der Motor soll während des Betriebes des Teiltisches 10 ununterbrochen laufen. Ein weiteres Untersetzungsgetriebe 36 mit einer Untersetzung von 8 : 1 ist im Gehäuse 16 untergebracht. Eine Hauptnabe 40 ist am Mittelpunkt der Hauptwelle 14 auf diese aufgeschrumpft. Die Kupplung 42 und die Bremse 44 sind so montiert, daß sie mit der Hauptnabe 40 direkt in Wechselwirkung stehen. Der Antrieb der Teilvorrichtung 34 ist eine in Lagern 48 und 50 ruhende Welle 46, an deren Ende 54 ein Ritzel 52 angebracht ist. Das Ritzel 52 greift in ein Kegelrad 56 ein, das an einem Antriebsrad 58 mit einer Reihe von Bolzen 60 befestigt ist. Das Antriebsrad 58 ist drehbar an der Hauptwelle 14 durch Kegelrollenlager 62 angebracht. Das Antriebsrad 58 weist einen ringförmigen Flansch 64 auf, an dem eine Kupplungsscheibe 66 (Fig. 2) an über den Umfang verteilten Punkten mit Führungsschrauben 68 befestigt ist. Abstandsstücke 69 dienen zur Herabsetzung der Durchbiegung der Scheibe 66 während der Betätigung der Kupplung 42. Die Kupplungsscheibe 66 liegt in einer Vertiefung 70, die in einem unteren Teil 72 der Hauptnabe 40 angeordnet ist. Der untere Teil 72 der Hauptnabe 40 ist mit mehreren Bolzen 74 an der Hauptnabe 40 befestigt. Auch eine Bremsscheibe 76 (Fig. 2) ist am oberen Abschnitt 19 des Hauptgehäuses 16 mit mehreren über den Umfang verteilten Führungsschrauben 78 verteilt und weist ebenfalls Abstandsstücke 79 auf, um die Durchbiegung der Scheibe 76 während der Betätigung der Bremse 44 zu verhindern. Die Bremsscheibe 76 ist auch an einen oberen Nabenabschnitt 80 der Hauptnabe 40 an über den Umfang verteilten Punkten mit Schrauben 82 an der Hauptnabe 40 angebracht.

Die Hauptnabe 40 weist auch einen kreisförmigen radial nach außen angeordneten Flansch 84 auf, welcher eine Betätigungseinrichtung 86 in Form eines ringförmigen Kolbens führt. Der Kolben besitzt einen oberen Abschnitt 88 und einen unteren Abschnitt 90, die durch Schrauben 92 zusammengehalten werden, und weist radial einwärts angeordnete Nuten 94 auf, die sich auf der Hauptnabe 40 aus radial auswärts gerichteten Teilnuten 96 bewegen. Dichtungen 100 und 102 sind auch zwischen dem nach außen angeordneten Flansch 84 der Hauptnabe 40 und einem nach innen angeordneten Flansch 104 des unteren Abschnittes 90 des Kolbens angeordnet, um eine Luftkammer 106 für die Betätigung des Kolbens zu schaffen. Mehrere am Umfang verteilte Ausnehmungen 107 und 108 sind im Kolben und im ringförmigen Flansch 84 der Hauptnabe angeordnet, in welchen Druckfedern 110 angeordnet sind, welche den Kolben mit Spannung belasten, damit er mit der Bremse in Eingriff kommt, wenn sich der Teiltisch 10 nicht bewegen soll. Eine Leitung 112 ist in der Hauptnabe 40 angeordnet und mit einer radial verlaufenden Leitung 114 in der Hauptwelle 14 verbunden, die ihrerseits an eine axial verlaufende Leitung 116 in der Hauptwelle 14 geschlossen ist und zu einer Einlaßöffnung 118 am Ende der Hauptwelle 14 außerhalb des Hauptgehäuses 16 geführt ist. Die Einlaßöffnung 118 ist an eine nicht gezeigte Druckluftquelle angeschlossen. Damit sind die Kupplung 42 und Bremse 44 mechanisch über den pneumatisch gesteuerten Kolben zusammengeschlossen, wobei die Bremsfedern 110 gespannt sind, und die Kupplung mit einem Druck von ca. 4,5 · 10⁵ Pa bei voller Leistung betrieben werden.

Die Reibscheiben 66, 76 für die Kupplung 42 und die Bremse 44 sind nach Fig. 2 ausgelegt, d. h. mit Federblättern 120 zwischen dem Hauptkörper 122 und den Flanschen 124, welche mit den Schrauben 68 und 78 in Eingriff kommen, damit sich die Scheiben 66, 76 durchbiegen können. Eine Seite der Reibscheiben 66 oder 76 steht mit den Platinen 72 oder 80 in Berührung, die in der Nabe 40 verschraubt sind. Die andere Seite steht mit dem Kolbenaggregat in Berührung, das mit der Nabe 40 verkeilt ist.

Das Gehäuse 16 ist mit leichtem Öl bis über die Kupplung 42 angefüllt. Das Öl gelangt zum oberen Lager und zur Bremse von einer Pumpen-Motorkombination von ca. 0,186 kW, die in einer Öffnung 130 in der Seite des Gehäuses 16 montiert ist.

Eine Abfühleinrichtung 132 in Form eines optischen Kodierers mit 5000 Impulsen/ Umdrehung wird durch den Teiltisch 12 über ein Untersetzungsgetriebe 134 mit einer Untersetzung von 20 : 1 und einer Totgangausgleichsvorrichtung angetrieben. Damit erhält die Steuerung nach jeweils ca. 0,076 mm Winkelbewegung (bei einem Werkstückdurchmesser von ca. 244 cm) je einen Impuls bei 100 000 Impulsen je Umdrehung des Werktisches.

Indexstifte 140 sind in geglättete Bohrungen 142 des Teiltisches 12 im Preßsitz eingepaßt. Die Teilvorrichtung 34 kann für eine beliebige Kombination aus Arbeitsstationen vorgebohrt sein, wobei die Stifte 140 in die richtigen Bohrungen für die erforderlichen Teilungen eingesetzt werden. Die Indexstifte 140 müssen genau positioniert sein, doch gibt es von ihnen keine besondere Beziehung relativ zu den Arbeitsstationen, die untereinander ebenfalls genau positioniert sein müssen. Damit kann eine beliebige Anzahl von Stationen ohne Änderung des Programms des Mikrorechners 154 angewählt werden. Die Bearbeitungsstationen sind annähernd zwischen den Indexstiften 140 montiert. Fig. 1A, B zeigt die die Näherungsschalter 144 beaufschlagenden Indexstifte 140. Die Näherungsschalter müssen jedoch nicht unbedingt die erforderliche Wiederholgenauigkeit aufweisen. In diesem Fall kann eine optische Meßvorrichtung für eine höhere Genauigkeit eingesetzt werden.

Die Genauigkeit der Teilung wird durch einen Lernprozeß des Rechners beim ersten Einbau gewonnen oder wenn die Anlage für eine Zeitlang nicht in Betrieb war. Schätzungsweise dauert der Lernzyklus nicht mehr als acht bis zehn Teilvorgänge.

Zur Darstellung der Arbeitsweise der Anlage sei ein Teiltisch mit fünf Arbeitsstationen angenommen. Daraus ergibt sich eine Zahl von 20 000 Zählungen zwischen den Stationen (5000 Impulse mal 20 [Untersetzungsverhältnis] dividiert durch fünf Stationen).

Beim ersten Start ermittelt der erste Arbeitsgang die genaue relative Winkelstellung zwischen den Indexstiften 140 und dem Anhaltepunkt des Werkstücks. Der Teiltisch 12 wird bewegt, so daß ein Indexstift 140 an dem Näherungsschalter 144 vorbeiläuft. Dadurch wird der Zählkreis gelöscht. Dieser wird jedesmal auf Null gestellt, wenn ein Indexstift 140 am Näherungsschalter 144 vorbeifährt. Der Teiltisch 12 wird weiter bewegt, bis die Werkstücke genau in ihren Soll-Anhaltestellungen stehen. Das beste Verfahren dafür ist, den Tisch bis kurz vor die Soll-Anhaltestellung zu fahren, den Hauptmotor anzuhalten und die Kupplung 33 von Hand zwischen dem Untersetzungsgetriebe 32 und dem Gehäuse 16 zu verdrehen, wobei die Kupplung 42 eingekuppelt ist. Diese Anhaltestellung wird in einen Sollwertspeicher 152 (Fig. 3) durch eine Eingabetaste 150 als Soll-Anhaltestellung eingegeben. Eine digitale Anzeige der Ist-Zählung wird vorgenommen. Beispielsweise zeige die Zählung 9300 an. Die Größe (<5000) dieser Zahl bedeutet, daß die Indexstifte 140 nicht in der Mitte zwischen den Arbeitsstationen liegen.

Einfache Berechnungen aufgrund der Belastung der Befestigungsvorrichtungen und der Werkstücke zeigen beim Ausführungsbeispiel einen Anhaltewinkel von 15° an. 15° sind 100 000 mal 15 dividiert durch 360 = 4166 Zählschritte. Dann wird die Zahl 5134 (9300-4166) als Bremsbetätigungsstellung in den Bremsbetätigungsspeicher 158 (Fig. 3) eingegeben.

Dann wird eine Teilung eingeleitet. Die Ist-Anhaltestellung sei 8500. Bei der nächsten Teilung verzögert der Rechner automatisch die Bremsstellung (und den Bremsspeicher) um 800 Zählschritte. Bei der nächsten Teilung sei angenommen, daß die Zählung für die endgültige Ist-Anhaltestellung 9320 beträgt. Dann liegt der Anhaltebefehl bei der dritten Teilung bei 5934-20=5914. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis die endgültige Ist-Anhaltezählung 9300 (Soll- Anhaltestellung) plus oder minus 2 für zwei folgende Teilungen beträgt. Dann wird ein Signal zum Start der Roboter usw. gegeben, um die Werkstücke auf dem Teiltisch 12 zu bearbeiten. Der Zählfehler von plus oder minus 2 ergibt eine Positionierungsgenauigkeit von plus oder minus ca. 0,152 mm bei einem Teiltisch 12 von einem Durchmesser von ca. 244 cm.

Die Produktion schreitet fort, und nach der fünfzehnten Teilung wachse die Zählung von 9303 an. Bei der nächsten Teilung würde der Bremsbefehl bei 5914-3=5911 erfolgen. Der Rechner greift weiterhin die Ist-Anhaltestellung ab und verändert auch weiterhin die Position des Bremsbefehls nach Bedarf. Bei diesem Verfahren können die Auswirkungen von Temperatur und anderen Faktoren, die eine Auswanderung der Maschine bewirken können, durch den Rechner automatisch eliminiert werden.

Bei einer anderen Möglichkeit sei angenommen, daß die Bedienungskraft nach einem Los von einigen Dutzend oder hundert Teilen entscheidet, daß die Soll-Anhaltestellung für die Teilung 9296 anstatt 9300 betragen soll. Die Bedienungskraft gibt lediglich diese neue Zahl als Soll- Anhaltestellung (über die Taste 150) ein, schaltet einige Einteilungen dazwischen und nimmt die Produktion wieder auf.

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Steuerung. Der Inhalt der Abfühleinrichtung 132 wird immer dann gelöscht, wenn ein Indexstift 140 über den Näherungsschalter hinwegfährt, doch sonst zählt er Impulse in Abhängigkeit von der Bewegung des Teiltisches 12. Wenn das Werkstück an der Soll-Anhaltestellung angeordnet wird, wird die Taste 150 betätigt, um die gewählte Zählung in dieser Stellung in den Speicher 152 des Mikrorechners 154 einzuspeichern. Eine Vergleichsschaltung 156 im Mikrorechner 154 vergleicht die laufende Zählung des optischen Kodierers 132 mit der Zählung im Speicher 152, um die Positioniergenauigkeit zu ermitteln.

Nach Durchführung der vorstehend beschriebenen Rechnungen wird ferner die Bremszählung in den Bremsspeicher 158 des Rechners eingespeichert. Auch diese Zählung gelangt an ein Vergleichsglied 160, das dasselbe wie die Vergleichsschaltung 156 sein kann oder nicht. Wenn der Sollwertspeicher 132 die im Bremsspeicher 158 gespeicherte Zählung erreicht, dann wird die Bremse 44 betätigt. Das Werkstück und der Teiltisch 12 halten an, und an diesem Punkt wird diese Zählung mit der Soll-Anhaltestellung im Speicher 152 verglichen. Liegt das Vergleichsergebnis im gewählten Bereich (JA) (plus oder minus 003), gelangt ein Signal an den Roboter oder eine andere Maschine, um die Bearbeitung zu beginnen. Am Ende des Arbeitsganges meldet der Roboter oder die Maschine der Kupplung 162, zur nächsten Station weiterzuschalten. Liegt der Vergleich nicht in diesem Bereich (NEIN), dann schaltet das Kupplungsstellglied wieder, wobei der Rechner die Bremszählung im Bremsspeicher 158 wie vorstehend beschrieben abändert (Differenz zwischen Ist- und Sollwert addiert oder subtrahiert).

Claims (3)

1. Teiltisch für mindestens ein Werkstück, mit einem Tisch, der das Werkstück in eine gewählte Stellung befördert, einem Antrieb mit einem Motor, einem den Tisch tragenden Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Kupplung zum Verbinden des Antriebes mit dem Tisch, einer Betätigungseinrichtung für die Kupplung, einer Steuereinrichtung mit einer Abfühleinrichtung, die die Ist-Anhaltestellung des Tisches erfaßt, und einem Sollwertspeicher, in den eine Soll-Anhaltestellung des Tisches eingebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (16) eine Bremse (44) für den Tisch (12) mit einer Betätigungseinrichtung (86) angeordnet ist, wobei die Steuereinrichtung in einer bestimmten Bremsbetätigungsstellung des Tisches (12) ein Steuersignal an die Betätigungseinrichtung (86) der Bremse (44) abgibt, und daß die Steuereinrichtung einen Mikrorechner (154) aufweist, der den Unterschied zwischen der von der Abfühleinrichtung (132, 134) angezeigten Ist-Anhaltestellung und der von dem Sollwertspeicher (152) vorgegebenen Soll-Anhaltestellung ermittelt und in Abhängigkeit von diesem Unterschied die Bremsbetätigungsstellung korrigiert und diesen Korrekturvorgang selbsttätig so oft wiederholt, bis die Abweichung der Ist-Anhaltestellung von der Soll-Anhaltestellung innerhalb eines vorgegebenen Genauigkeitsbereiches liegt.

2. Teiltisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Soll-Anhaltestellung eine Bearbeitungsstation für ein Werkstück zugeordnet ist, und daß eine Bearbeitungsvorrichtung für das Werkstück durch ein von der Steuereinrichtung abgegebenes Steuersignal betätigbar ist.

3. Teiltisch nach Anspruch 1 oder 2, bei dem dem Tisch (12) eine Anzahl von Bearbeitungsstationen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Mikrorechner (154) so ausgebildet ist, daß die Anzahl der Bearbeitungsstationen ohne Veränderung des Mikrorechners (154) änderbar ist.