DE3422181A1

DE3422181A1 - Werkzeugpruefung in einem werkzeugmaschinensystem

Info

Publication number: DE3422181A1
Application number: DE19843422181
Authority: DE
Inventors: Richard Owen Romeo Mich. Juengel
Original assignee: GTE Valeron Corp
Current assignee: Valenite LLC
Priority date: 1983-06-14
Filing date: 1984-06-14
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3422181C2; SE8403156L; ZA843832B; NL8401874A; JPH0649953U; NL190956B; KR900002677B1; GB8411441D0; FR2548349B1; SE8403156D0; GB2141365A; KR850000668A; FR2548349A1; AU2759584A; CH669842A5; CA1237178A; AU555481B2; SE457336B; MX158057A; IT1209553B

Description

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Die Erfindung betrifft eine Tastsonde nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Tastsonden werden insbesondere in automatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen eingesetzt, um durch Werkstückberührung Informationen über das Werkstück zu erhalten.

Automatische Werkzeugmaschinen erfordern eine genaue Lokalisierung von Flächen an Werkstücken. Eines der geläufigsten Verfahren hierzu besteht darin, daß die Maschine eine Sonde in Kontakt mit dem Werkstück bringt und die Sondenposition bei Kontakt aufzeichnet. Sonden dieser Art sind als Tastsonden bekannt. Sie haben allgemein eine Tastspitze zur Berührung des Werkstücks und erzeugen mit einer elektrischen Schaltung ein Signal, wenn die Tastspitze das Werkstück berührt. Die Maschinensteuerung kann dann Informationen über die Form oder den Ort des berührten Teils aus den Positionsdaten der Tastsonde relativ zu einer X-, Y- und Z-Achse berechnen, wenn durch den Sondenkontakt das elektrische Signal erzeugt wird.

Ein beim Einsatz vieler derartiger Tastsonden auftretendes Problem ergibt sich bei der Übertragung des die Berührung anzeigenden Signals zur Maschinensteuerung. Es ist oft nicht praktikabel, das Signal über normale Signalleitungen zu führen, da diese den normalen Maschinenbetrieb stören können.

In der Patentliteratur werden verschiedene Sondenkonstruktionen beschrieben, die in einem automatischen Bearbeitungszentrum eingesetzt werden, wo die Sonden vorübergehend in einem Werkzeugmagazin gelagert und durch einen automatischen Werkzeugwechsler mit der Maschinenspindel verbunden und von dieser wieder entfernt werden. Solche

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Einrichtungen betreffen beispielsweise die US-Patente
4 339 714 und 4 118 871.

Die Einrichtung nach der US-PS 4 118 871 ist nachteilig, da ihre Hochfrequenzsignale elektromagnetisch gestört
werden können und einen nur relativ kurzen Übertragungsabstand zwischen der Sonde und einem Empfänger möglich
machen. Bei der Einrichtung nach der US-PS 4 339 714 muß die Tastsonde sehr sorgfältig ausgerichtet werden und erfordert einen speziell konstruierten Detektor am Spindelkopf, um eine Kopplung damit auf richtige Weise zu gewährleisten. Es wurde auch bereits eine Infrarotübertragung entwickelt, die wesentlich besser arbeitet. Hierbei muß jedoch die Tastsonde in den meisten Fällen eine eigene Stromquelle enthalten.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, Tastsonden in Drehzentren, wie Drehbänken, und auch in BearbeitungsZentren einzusetzen. Drehzentren unterscheiden sich von Bearbeitungs- oder Fräszentren dadurch, daß das Werkstück und
nicht das Werkzeug gedreht wird. Bei den meisten Drehzentren sind die Werkzeughalter in Abständen auf einem Revolverkopf montiert, der wahlweise eines der Werkzeuge zum Werkstück bewegt, um dieses zu bearbeiten. Allgemein sind die Werkzeuge zur Außenbearbeitung des Werkstücks in Schlitzen innerhalb des Revolverkopfes montiert, während Innenbearbeitungswerkzeuge, wie beispielsweise Bohrstangen, in einem am Revolverkopf montierten Adapter gehalten werden.

Tastsonden in Drehzentren dieser Art stellen etwas andere Probleme als Tastsonden in Bearbeitungszentren, obwohl das Verfahren zur Übertragung des Sondensignals zurück zur Maschinensteuerung bei beiden anzuwenden ist.
Eines der Probleme bei der Anwendung in Drehzentren be-

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steht darin, daß die Tastsonden am Revolverkopf auch dann fixiert bleiben, wenn sie nicht gebraucht werden im Gegensatz zu der Situation in Bearbeitungszentren, wo die Tastsonden nur dann in die Spindel eingesetzt werden, wenn sie arbeiten sollen. Deshalb ist es nicht möglich, die elektronische Schaltung der Tastsonde abhängig von dem Sondeneinsatz einzuschalten.

Ein bekanntes Tastsondenprinzip für Drehzentren arbeitet mit induktiven Übertragungsmodulen zur Übertragung des Sondensignals über den Revolverkopf zur Steuerung. Hier ist auf die Systembeschreibung der Tastsonde LP2 der Firma Renishaw Electrical Limited hinzuweisen. Diese Technik erfordert aber eine beachtliche Abänderung des Revolverkopfes. Deshalb kann sie bei bereits existierenden Maschinen ohne Kosten und Maschinenausfallzeit nicht leicht nachgerüstet werden.

Im Zusammenhang mit der drahtlosen Übertragung von Abmessungsdaten ist auf die US-Patente 3 670 243, 4 130 und 4 328 623 hinzuweisen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, Möglichkeiten zur Werkstückprüfung mit Tastsonden anzugeben, wobei die Lebensdauer der in den Tastsonden verwendeten Stromquellen gegenüber bisherigen Möglichkeiten wesentlich verlängert ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der ünteransprüche.

Gemäß der Erfindung ist eine Tastsonde mit einem Detektor versehen, der dazu dient, die Stromquelle mit der in der

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Tastsonde vorgesehenen Signalübertragungsschaltung zu verbinden, wenn er ein vorgegebenes Signal empfängt. Dieses "Einschaltsignal¹¹ wird an einer von der Tastsonde entfernten Stelle erzeugt und drahtlos zu dem Detektor übertragen. Es wird vor dem mit der Tastsonde durchzuführenden Prüfvorgang am Werkstück abgegeben und kann in einer automatisch arbeitenden Werkzeugmaschine durch die Maschinensteuerung erzeugt werden. Später wird die Stromquelle dann wieder abgeschaltet. Somit wird ihr nur Strom entnommen, wenn dieser tatsächlich benötigt wird. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn Tastsonden in Drehzentren eingesetzt sind, wo sie am Revolverkopf auch dann verbleiben, wenn sie nicht immer für Prüfvorgänge eingesetzt werden. Die Erfindung ist jedoch nicht nur dabei, sondern auch bei zahlreichen anderen Werkzeugmaschinensystemen einsetzbar.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform erzeugt die Maschinensteuerung einen Blitz einer Infrarotstrahlung mit einem an geeigneter Stelle der Maschine angeordneten Gerät. Dadurch wird die Signalübertragungsschaltung in der Tastsonde eingeschaltet und erzeugt ein Infrarotsignal vorgegebener Frequenz, welches anzeigt, daß die Tastsonde richtig arbeitet und für einen Prüfvorgang bereitsteht. Die Maschinensteuerung setzt dann den PrüfVorgang fort. Wenn die Tastspitze das Werkstück berührt, so wird die Frequenz der Infrarotstrahlung verschoben. Diese Frequenzverschiebung wird an anderer Stelle ausgewertet und von der Maschinensteuerung zur Ableitung von Nutzinformationen über das Werkstück ausgenutzt. Die Signalübertragungsschaltung der Tastsonde enthält vorzugsweise einen Zeitgeber, der die elektrische Schaltung nach einer vorbestimmten Zeit abschaltet, die

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mit dem anfänglichen Einschalten oder dem Berührungsvorgang mit der Tastspitze beginnt.

Vorteilhaft kann das den Infrarot-Strahlungsblitz abgebende Gerät eine Doppelfunktion erfüllen, nämlich die Abgabe des Einschaltsignals und die Aufnahme der Infrarotstrahlung von der Tastsonde. Das Gerät enthält eine Blitzvorrichtung und einen Fotodetektor. An einer Außenfläche seines Gehäuses ist vorzugsweise eine Linse mit einem Infrarotfilter angeordnet. Das Infrarotfilter dient zur Ausfilterung von Licht des sichtbaren Spektrums aus der Blitzstrahlung wähend des Einschaltvorgangs der Tastsonde. Die Linse fokussiert die Infrarotstrahlung von der Tastsonde auf den Fotodetektor im Gerät.

Bei einer anderen Ausführungsform wird das Einschalten der Signalübertragungsschaltung von einem Berührungsvorgang der Tastspitze an einer Referenzfläche abhängig gemacht. Die Maschine bewegt die Tastsonde so, daß die Tastspitze die Referenzfläche berührt, um den Einschaltzyklus einzuleiten. Die Tastsonde wird dann zur Werkstückprüfung eingesetzt, wobei sie das Werkstück betreffende Signale an einen entfernten Empfangskopf überträgt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren weiter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Übersicht für den Einsatz eines Sondensystems nach der Erfindung in einer automatischen Werkzeugmaschine,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung des Einsatzes einer Tastsonde mit einer Blitzeinschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung des Einsatzes einer Tastsonde mit Berührungseinschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 den Schnitt 4-4 nach Fig. 2 zur Darstellung der Sondenkonstruktion gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5 den Schnitt 5-5 nach Fig. 4,

Fig. 6 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Sonde nach Fig. 4,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung eines Blitzempfangskopfes gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 8 den Schnitt 8-8 nach Fig. 7,

Fig. 9 die Draufsicht auf eine Schaltungsplatine in dem Blitzempfangskopf nach Fig. 7,

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Fig. 10 die elektrische Schaltung innerhalb des Blitzempfangskopfes,

Fig. 11 die elektrische Schaltung in einer Tastsonde nach der Erfindung, die mit Blitzeinschaltung arbeitet, und

Fig. 12 die elektrische Schaltung in einer Tastsonde nach der Erfindung, die mit Berührungseinschaltung arbeitet.

In Fig. 1 ist vereinfacht ein typisches Werkzeugmaschinensystem dargestellt, bei dem die verschiedenen Aspekte der Erfindung Anwendung finden. Ein numerisch gesteuertes Drehzentrum 10 wird mit einer Steuerung 12 zum automatischen Drehen eines Werkstücks 14 gemäß einem vorgegebenen Programm gesteuert. Das Drehzentrum 10 enthält ein Spannfutter 16 mit Spannbacken 18 zum Halten eines Werkstücks Auf einem Revolverkopf 20 sind mehrere Werkzeuge 22 bis 24 zur Bearbeitung des Innendurchmessers des Werkstücks 14 montiert. Innendrehwerkzeuge dieser Art haben einen länglichen Schaft, der im Revolverkopf 20 mit Adaptern 26 bis 28 gehalten wird. Eine Tastsonde 30 ist am Revolverkopf 20 in derselben Weise wie die Werkzeuge 22 bis 24 montiert. Sie wird also mit einem Adapter 32 gehalten, der gleichartig wie die Adapter 26 bis 28 ausgebildet ist.

Bekanntlich bewirkt die Steuerung 12 u.a. auch die Drehung des Revolverkopfes 20, um das jeweils erforderliche Werkzeug in die Arbeitsstellung zu bringen, und bewegt dann den Revolverkopf 20, bis das Werkzeug das Werkstück berührt und die vorgegebene Bearbeitung ausführt. Die Tastsonde 30 wird zur Überprüfung des Werkstücks 14 verwendet.

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Hierbei ist es bekannt, daß eine Tastsonde ein Ausgangssignal erzeugt, wenn die Tastspitze eine Fläche des Werkstücks oder eines anderen Objekts berührt. Geeignete Auflösungsschaltungen, Digitalisierungsschaltungen o.a. dienen zur Bereitstellung von Signalen für die Steuerung 12 zwecks Anzeige der Position der Tastsonde 30. Wenn das Signal der Tastsonde 30 den Kontakt mit dem Werkstück 14 anzeigt, so kann also die Steuerung 12 Nutzinformationen über die Werkstückabmessungen, seine geeignete Positionierung innerhalb des Spannfutters usw. ableiten.

Die Tastsonde 30 enthält ihre eigene Batterie zur Speisung ihrer Signalübertragungsschaltung. Batterien haben allerdings eine begrenzte Lebensdauer. Diese sollte deshalb möglichst lang gehalten werden. Dies trifft besonders für kleinere Tastsonden zu, wie sie in Drehzentren eingesetzt werden. Solche Tastsonden können nur kleine Batterien aufnehmen, so daß hier die Energieeinsparung besonders wichtig ist.

Zwischen der Tastsonde 30 und einem Blitzempfangskopf 40 kann eine optische Zweiweg-SignalÜbertragung durchgeführt werden. Der Empfangskopf 40 ist mit der Steuerung 12 über eine Schnittstelle 42 verbunden. Wenn die Steuerung 12 die Tastsonde 30 für einen Tastvorgang einsetzt, so gibt sie über eine Leitung 44 ein Signal an die Schnittstelle 42 ab, die wiederum ein Steuersignal über eine Leitung 46 abgibt, durch das der Empfangskopf 40 ein vorgegebenes optisches Signal zur Tastsonde 30 überträgt. Dieses optische Signal ist im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ein Infrarotblitz hoher Intensität. Dieser wird mit einem Detektor 48 in der Tastsonde 30 (Fig. 2) festgestellt. Der Infrarotblitz bewirkt, daß der Detektor 48 die Batterie

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mit der Signalubertragungsschaltung verbindet. Vorzugsweise reagiert die Tastsonde 30 auf den Infrarotblitz durch Abgabe von Infrarotstrahlung mit vorgegebener Frequenz zurück zum Empfangskopf 40 mittels Leuchtdioden 50 bis 54. Diese Infrarotstrahlung wird mit dem Empfangskopf 40 aufgenommen, der wiederum ein Signal über die Schnittstelle 42 zur Steuerung 12 überträgt, welches anzeigt, daß die Tastsonde 30 richtig arbeitet und zur Durchführung einer Prüfung bereit ist.

Die Steuerung 12 bewirkt dann, daß der Revolverkopf 20 die Tastsonde 30 vorschiebt, bis die Tastspitze 56 das Werkstück 14 berührt. Die Tastsonde 30 spricht auf diesen Kontakt durch Erzeugen eines Frequenzsprunges der Infrarotstrahlung der Leuchtdioden 50 bis 54 an. Der Frequenzsprung wird von der Schnittstelle 42 festgestellt und eine entsprechende Meldung an die Steuerung 12 abgegeben. Der PrüfVorgang des Werkstücks wird dann wie vorgegeben fortgesetzt, wobei die Tastsonde 30 bei jedem Tastspitzenkontakt frequenzverschobene Infrarotstrahlung an den Empfangskopf 40 abgibt.

Die Tastsonde 30 enthält einen Zeitgeber, der die Batterie von der Signalubertragungsschaltung nach einer vorgegebenen Zeit abtrennt. Diese Zeit wird gestartet, wenn die Batterie anfangs mit der Signalubertragungsschaltung verbunden wird, und immer dann zurückgesetzt, wenn ein Tastspitzenkontakt am Werkstück erfolgt. Somit wird diese Zeit nach Ende des Prüfvorgahgs gegebenenfalls ablaufen und die Batterie von der Signalubertragungsschaltung abgetrennt. Die Batterie wird also nur während des Sondenbetriebs belastet. Auf diese Weise wird in Betriebspausen der Tastsonde Energie eingespart und die Zeit bis zum jeweils nächsten Batterieaustausch möglichst lang gehalten.

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Fig. 3 zeigt eine andere Möglichkeit zur Verlängerung der Batterielebensdauer. In diesem Beispiel wird die Batterie erstmals mit der Sxgnalübertragungsschaltung verbunden, wenn die Tastspitze 56 an eine vorbekannte Referenzfläche 60 anstößt. Die Referenzfläche 60 kann jeder feste Punkt innerhalb der Maschine 10 sein, dessen Position der Steuerung 12 bekannt ist. Der Sondenkontakt mit der Fläche 60 bewirkt eine Verbindung der Batterie mit der Signalübertragungsschaltung und die Strahlungsabgabe von den Leuchtdioden 50 bis 54 zum Empfangskopf 40". Der Empfangskopf 40* ist wie der Empfangskopf 40 aufgebaut, benötigt jedoch keine Blitzvorrichtung, so daß auch die Tastsonde 30' keinen Detektor 48 benötigt. Ansonsten arbeiten beide Ausführungsbeispiele identisch. Nach dieser Einschaltung wird die Tastsonde 30' in die zur Prüfung des Werkstücks 14 erforderliche Position gebracht und überträgt dann frequenzverschobene Signale an den Empfangskopf 40' bei jedem Tastspitzenkontakt. Nach einer vorbestimmten Zeit nach dem letzten Tastspitzenkontakt wird die Batterie von der Sxgnalübertragungsschaltung abgetrennt.

In Fig. 4 bis 6 ist die Konstruktion der Tastsonde 30 deutlicher dargestellt. Das Sondengehäuse hat einen konischen Mittelteil 70 und einen nach hinten ragenden Schaft in Form eines zylindrischen Teils 72 verringerten Durchmessers. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zylindrische Teil 72 hohl und hat eine Länge von etwa 11 cm und einen Außendurchmesser von etwa 3,6 cm.

Die Außenabmessungen des zylindrischen Teils 72 sind so gewählt, daß sie den Abmessungen der Schafte der Werkzeuge 22 bis 24 entsprechen. Somit kann die Tastsonde 30 an-

stelle eines Werkzeugs in den Revolverkopf 20 bzw. in den Adapter 32 eingesetzt werden. Wie Fig. 4 zeigt, erfolgt dies durch Einschieben des zylindrischen Teils 72 in die Tasche 74 des Adapters 32, bis die Rückwand 76 des Gehäuseteils 70 an die Frontseite 78 des Adapters 32 anschlägt. Dadurch wird gewährleistet, daß die Tastspitze einen bestimmten Abstand vom Revolverkopf 20 hat. Die Steuerung 12 kann dann unter genauem Bezug auf diese Position der Tastspitze 56 beim PrüfVorgang arbeiten. Natürlich können zur Positionierung der Tastspitze 56 an einer vorgegebenen Stelle auch andere Mittel vorgesehen sein. Beispielsweise verwenden einige Werkzeugmaschinensysteme eine Einstellschraube (nicht dargestellt) oder andere Mittel am hinteren Ende der Tasche 74 zur Einstellung des Tastspitzenabstandes.

Der zylindrische Teil 72 erfüllt vorteilhaft den doppelten Zweck der Aufnahme der Batterien sowie des leicht zu befestigenden Montageelements. Die länglich zylindrische Form des Teils 72 ermöglicht den Einsatz von Stabbatterien mit langer Lebensdauer zur Speisung der Signalübertragungsschaltung. Vorzugsweise werden zwei Lithiumbatterien 80, 82, sogenannte C-Zellen, verwendet. Die Möglichkeit des Einsatzes von Stabbatterien anstelle kleinerer Batterien, wie Knopfzellen oder Scheibenzellen, ermöglicht eine außerordentlich lange Betriebszeit der Tastsonde bei niedrigen Kosten.

Die Batterien 80, 82 werden in das Innere des zylindrischen Teils 72 eingeschoben. Eine mit einer Feder 86 versehene Kappe 84 wird dann auf das Ende des Teils 72 aufgeschraubt, so daß die Feder 86 den positiven Pol 88 gegen eine Platte 90 drückt. Die Unterseite der Platte 90

ist mit einer kreisrunden elektrisch leitfähigen Schicht 92 versehen. Die Platte 90 ist mit Schrauben 96 in einer Vertiefung 94 der Innenfläche der Wand 96 befestigt. Eine isolierte Leitung 98 ist an die elektrisch leitfähige Schicht 92 angeschlossen und durch ein Loch in der Platte 90 hindurchgeführt. Das andere Ende der Leitung 98 ist mit einer Schaltungsplatine 100 verbunden, die die Sondenschaltung trägt. Diese Schaltung wird im folgenden noch eingehend beschrieben. Die Schaltungsplatine 100 ist kreisrund und trägt die elektrischen Bauelemente auf ihren beiden Seiten. Sie ist in dem Innenraum des mittleren Gehäuseteils 70 mit Befestigungselementen 102 gehalten, die durch Abstandseiemente 104 hindurchgeführt sind. Die Schaltungsplatine 100 hat auch eine zentrale Öffnung 106, durch die hindurch verschiedene Leitungen geführt sind, die an ihre verschiedenen Teile angeschlossen sind.

Der Fotodetektor 48 und die ihm zugeordneten Elemente sind an der äußeren schrägen Fläche 110 des mittleren Gehäuseteils 70 befestigt. Der Fotodetektor 48 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel eine PIN-Diode DP104 (Telefunken). Der Fotodetektor 48 sitzt in einer Senkbohrung und wird mit einer Abdeckung 112 gehalten, in der ein Fenster vorgesehen ist. Zwischen der Abdeckung 112 und dem Fotodetektor 48 sind Schichten aus transparentem Kunststoff 114, eine Infrarot-Filterschicht 116 und ein O-Ring 118 vorgesehen. Befestigungselemente 120 halten diese Elemente als Einheit in der Senkbohrung fest. Die Leitungen des Fotodetektors 48 sind durch die Öffnung 106 geführt und mit entsprechenden Punkten auf der Schaltungsplatine 100 verbunden.

Die Leuchtdioden 50 bis 54 sind nahe dem Fotodetektor 48 befestigt. Sie sind so bemessen, daß sie optische Signale

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im Infrarotbereich abgeben, d.h. solches Licht, das normalerweise für das menschliche Auge nicht sichtbar ist. Es handelt sich beispielsweise um die Typen OP290 (TRW, Inc.). Die Anordnung der Leuchtdioden 50 bis 54 und des Fotodetektors 48 führt in Verbindung mit der Konfiguration der konisch verlaufenden Gehäusefläche zu mehreren wichtigen Vorteilen. Beispielsweise wird die von den Leuchtdioden 50 bis 54 abgegebene Infrarotstrahlung infolge der Anordnung auf der schrägen Fläche 110 unter solchen Winkeln ausgehend vom Revolverkopf 20 abgegeben, daß sie leicht vom Empfangskopf 40 an verschiedenen Stellen aufgenommen werden kann. Die Sondenkonstruktion ermöglicht eine Drehung der Sonde in eine solche Stellung, daß die Leuchtdioden 50 bis 54 und der Fotodetektor 48 allgemein auf den Empfangskopf 40 ausgerichtet sind. Somit ist es nicht erforderlich, den Empfangskopf 40 in einer absoluten räumlichen Position relativ zur Tastsonde 30 zu montieren, so daß dieses System einen vielseitigen Einsatz in unterschiedlichsten Werkzeugmaschinen ermöglicht. Eine zuverlässige optische Verbindung zwischen der Tastsonde 30 und dem Empfangskopf 40 ist dabei mit einer minimalen Anzahl von Leuchtdioden an der Tastsonde 30 verbunden. Durch diese minimale Anzahl wird wiederum eine minimale Belastung der Batterien gewährleistet, wodurch deren Lebensdauer weiter verlängert wird.

Die Wand 76 des mittleren Gehäuseteils 70 ist an diesem mit Befestigungselementen 122 gehalten. O-Ringe, wie der Ring 124, dienen zur Abdichtung des Innenraums der Tastsonde 30 gegenüber den schädlichen Umweltbedingungen, denen die Tastsonde 30 in einem Werkzeugmaschinensystem ausgesetzt sein kann.

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Eine ringförmige Nase 130 ist mit einem Gewindevorsprung 132 versehen, der in eine Gewindebohrung 134 an der Vorderseite des mittleren Gehäuseteils 70 eingeschraubt ist. Ein O-Ring 136 dient auch hier zur Abdichtung. Die Nase 130 kann unterschiedliche Längen haben, um den relativen Abstand der Tastspitze 150 je nach Erfordernis zu erhöhen oder zu verringern. Durch die Schraubverbindung an dem mittleren Gehäuseteil 70 können mehrere derartige Nasen gegeneinander ausgewechselt werden.

Eine Schaltereinheit 140 ist auswechselbar an der Nase 130 befestigt. Die Schaltereinheit 140 hat einen mit einer Umfangsnut versehenen Endvorsprung 142, der einen O-Ring 144 trägt, welcher in den Innenkanal 146 der Nase 130 eingepreßt ist. Eine oder mehrere Stellschrauben 148 sind quer durch die Nase 130 geführt und verklemmen die Schaltereinheit 140. Die Schaltereinheit 140 kann unterschiedlichste Konstruktion haben. Sie betätigt einen oder mehrere elektrische Kontakte, wenn die Tastspitze 56 aus ihrer Ruhestellung bewegt wird. Dem Fachmann sind solche Konstruktionen bekannt. Eine mögliche Ausfuhrungsform verwendet eine Platte als Schalterelement, auf der drei Kugelkontakte mit untereinander gleichem Abstand angeordnet sind. Die Platte steht unter Federbelastung, so daß die Kugeln normalerweise gegen drei elektrisch leitfähige Einsätze gedruckt werden. Jedes derartige Kontaktpaar dient als Schalter Sl bis S3, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Die Schalterplatte ist mit der Tastspitze 56 verbunden. Bei jeder Bewegung der Tastspitze 56 wird die Schalterplatte gekippt und hebt einen der Kugelkontakte von dem ihm zugeordneten Einsatz ab, so daß ihre elektrische Verbindung unterbrochen wird.

Die drei Schalter in der Schaltereinheit 140 sind mit der elektrischen Schaltung auf der Schaltungsplatine 100 über eine Leitung 150 verbunden. Das andere Ende der Leitung 150 trägt einen Miniatur-Koaxialstecker 152 oder einen anderen geeigneten Stecker, der mit einem entsprechenden Gegenelement am Ende der Schaltereinheit 140 verbunden ist. Solche Steckereinheiten sind bekanntlich sehr empfindlich und müssen manchmal ausgewechselt werden. Die Sondenkonstruktion ermöglicht ein schnelles und leichtes Auswechseln.

Für die Tastsonde 30 können verschiedene Tastspitzen verwendet werden. Anstelle einer geraden Tastspitze 56, wie sie in den Figuren dargestellt ist, kann auch eine solche verwendet werden, deren Ende gegenüber der Längsachse der Tastsonde 30 versetzt ist. Die verschiedenen möglichen Tastspitzen können an der Schaltereinheit 140 ausgewechselt und an ihr beispielsweise mit Klemmschrauben befestigt werden.

Die mechanischen Einzelheiten des Blitzempfangskopfes 40 sind in Fig. 7 bis 9 dargestellt. Der Empfangskopf 40 hat einen rechteckförmigen Behälter 160 mit einer Öffnung 162 an einer Vorderseite 164. Eine oder mehrere Schaltungsplatinen 166 sind in dem Behälter 160 angeordnet. Die Schaltungsplatine 166 enthält mehrere elektrische Bauelemente zur Verwirklichung der noch zu beschreibenden Funktionen. Zwei der wichtigsten Komponenten sind in Fig. 7 bis 9 dargestellt. Es handelt sich um eine Xenonblitzlampe 168 und einen Fotodetektor 170. Wie bereits erwähnt, besteht der Zweck der Blitzlampe 168 darin, einen Lichtimpuls hoher Intensität und kurzer Dauer zur Einschaltung der Tastsonde zu erzeugen. Vorzugsweise wird Xenon verwendet, da es Licht mit einem hohen Anteil infraroter

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Strahlung erzeugt. Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel dient als Blitzlampe 168 der Typ BUB 0641 (Siemens). Sie erzeugt einen Lichtimpuls von etwa 50 Mikrosekunden Dauer und einer Intensität von 100 Wattsekunden. Andere geeignete Lichtquellen können natürlich gleichfalls verwendet werden.

Obwohl nicht unbedingt erforderlich, wird das sichtbare Licht der Blitzlampe 168 vorzugsweise ausgesondert, so daß es die Bedienungsperson in der Umgebung der Werkzeugmaschine 10 nicht stört. Zu diesem Zweck ist ein Infrarotfilter 172 über der Öffnung 162 vorgesehen. Das Infrarotfilter 172 dient zur Aussonderung sichtbaren Lichtes, läßt jedoch Infrarotstrahlung der Blitzlampe 168 durch.

Der Zweck des Fotodetektors 170 besteht darin, Infrarotstrahlung zu empfangen, die von der Tastsonde 30 abgegeben wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Fotodetektor 170 eine PIN-Diode und arbeitet ähnlich wie der Fotodetektor 48 der Tastsonde 30. Eine Konvexlinse 174 ist vorteilhaft in der Öffnung 162 angeordnet und konzentriert die Infrarotstrahlung der Tastsonde 30 auf den Fotodetektor 170, der im Brennpunkt der Linse 174 angeordnet ist. Der Empfangskopf 40 ist ferner mit einer transparenten Abdeckplatte 176 versehen. Diese deckt die Öffnung 162 ab und ist an der Vorderseite 164 unter Zwischenlage einer Dichtung 178 befestigt.

Fig. 10 zeigt die in dem Blitzempfangskopf 40 verwendete elektrische Schaltung. Wie bereits ausgeführt, ist der Empfangskopf 40 mit der Schnittstelle 42 über eine oder mehrere Leitungen 46 verbunden.

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Ein Wechselstromsignal mit einer Spannung von 26 Volt wird der Primärwicklung eines Aufwärtstransformators Tl zugeführt. Die von diesem gelieferte Energie wird in Kondensatoren C8 und C9 gespeichert, die wiederum an den positiven und den negativen Anschluß der Xenonblitzlampe 168 angeschaltet sind. Die Kondensatoren C8 und C9 führen bei voller Aufladung eine Gleichspannung von 250 bis 300 Volt.

Damit die Blitzlampe 168 zündet, gibt die Steuerung 12 über die Schnittstelle 42 ein entsprechendes Signal auf die Leitungen STEUERUNG, wodurch eine Leuchtdiode 171 Licht abgibt. Die Leuchtdiode 171 ist Teil eines Optokopplers, der einen gesteuerten Siliciumgleichrichter (SCR) 173 enthält. Dieser ist mit der Primärwicklung eines Transformators T2 und mit einem Kondensator ClO in Reihe geschaltet. Der Kondensator ClO wird wie die Kondensatoren C8 und C9 vom Transformator Tl her aufgeladen. Wenn die Leuchtdiode 171 aktiviert ist, wird der Gleichrichter 173 leitend und verringert die Ladung des Kondensators ClO an der Primärwicklung des Transformators T2. Diese Ladung wird von dem Transformator T2 auf etwa 4000 Volt an der Sekundärwicklung umgesetzt, die mit der Zündelektrode 175 der Blitzlampe 168 verbunden ist. Die Zündelektrode 175 ist kapazitiv mit der Blitzlampe 168 gekoppelt, und ihre Hochspannung bewirkt eine Ionisierung des Gases in der Lampe. Das ionisierte Gas ist soweit leitfähig, daß es eine Entladung der Energie der Kondensatoren C8 und C9 zwischen der positiven und der negativen Elektrode ermöglicht, so daß ein sehr starker Blitz kurzer Dauer erzeugt wird. Nach Zündung der Blitzlampe laden sich die Kondensatoren C8 und C9 wieder auf, bis ein weiteres Steuersignal von der Schnittstelle 42 abgegeben wird.

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Die Tastsonde 30 spricht auf den Blitz durch Abgabe eines Infrarotsignals an, welches von dem Fotodetektor 170 im Empfangskopf 40 aufgenommen wird. Der Fotodetektor 170 ist mit einem abgestimmten Schwingkreis mit einer Induktivität Ll und einer Kapazität C2 verbunden. Die Tastsonde 30 erzeugt beispielsweise Infrarotstrahlung in Form von Impulsen mit einer Frequenz von ca. 150 kHz, bis die Tastspitze 56 ein Objekt berührt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Frequenz der Infrarotimpulse auf etwa 138 kHz verschoben. Der Schwingkreis im Empfangskopf 40 ist etwa auf die Mitte dieser beiden Frequenzen abgestimmt, so daß beide Frequenzen auswertbar sind. Externe Frequenzen außerhalb einer vorbestimmten Bandbreite werden auf diese Weise ausgeschieden.

Die übrige Schaltung nach Fig. 10 dient zur Verstärkung des von der Tastsonde 30 abgegebenen und empfangenen Signals, welches über die Leitung AUSGANG der Schnittstelle 42 zugeführt wird. Die Verstärkerschaltung enthält einen Feldeffekttransistor Ql, dessen hoher Eingangswiderstand demjenigen des Schwingkreises angepaßt ist, so daß Belastungsprobleme vermieden werden. Der Transistor Q2 verstärkt zusammen mit dem Transistor Ql das empfangene Signal und führt es einem Emitterfolger mit einem Transistor Q3 zu. Das verstärkte Signal wird der Schnittstelle 42 über einen Gleichstrom-Entkopplungskondensator C6 und einen Widerstand R7 zugeführt, der mit dem Emitter des Transistors Q3 verbunden ist.

Die Schnittstelle 42 enthält eine Schaltung, die die ausgewählten Sondensignalfrequenzen feststellt und entsprechende Ausgangssignale an die Steuerung 12 abgibt. Ein erstes Signal zeigt an, daß die Tastsonde richtig arbeitet.

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ein zweites Signal zeigt einen Kontakt mit der Tastspitze an. Eine geeignete Schaltung zur Auswertung von Signalen mit Frequenzsprüngen ist an sich bekannt. Sie kann mit einer phasenstarren Regelschleife arbeiten, um die Frequenzumtastung auszuwerten, und schaltet dann bei Feststellung der vorbestimmten Frequenzen entsprechende Relais ein. Andere Verfahren zur Auswertung der Sondensignale sind gleichfalls anwendbar.

Fig. 11 zeigt die elektrische Schaltung innerhalb der Tastsonde 30. Ein PNP-Transistor QlO arbeitet als Schalter und verbindet wahlweise die Batterien 80, 82 mit der Schaltung, die die Abgabe von Infrarotstrahlung mit den Leuchtdioden 50 bis 54 steuert. Der Transistor QlO ist im Ruhezustand gesperrt, so daß die Batterien 80, 82 dann nicht belastet werden. Wenn jedoch der Empfangskopf 40 seinen Infrarotblitz abgibt, so leitet der Fotodetektor 48 Strom für die Dauer des Blitzes über eine Induktivität LlO.

Die sehr schnelle Anstiegszeit des Lichtimpulses der Xenonblitzlampe führt zu einem Signal, das leicht von anderen Lichtquellen im Bereich der Maschine unterschieden werden kann. Das Infrarotfilter am Empfangskopf 40 sperrt den größten Teil des sichtbaren Spektrums, so daß der Blitz nicht gesehen wird und in der Nähe befindliche Personen nicht stört. Wenn der steil ansteigende Lichtimpuls den Fotodetektor 48 erreicht, wird er in einen elektrischen Impuls an der Induktivität LlO umgesetzt. Die Induktivität LlO dient als Hochpaßfilter und scheidet niederfrequente Lichtimpulse aus, wie sie beispielsweise durch fluoreszierendes Licht im Arbeitsbereich erzeugt werden können.

Der Stromanstieg im Fotodetektor 48 während des Blitzes erzeugt einen Induktionsvorgang in der Induktivität LlO.

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Diese Erscheinung ist eine gedämpfte Schwingung, die eine Dauer von etwa 500 Mikrosekunden hat und durch den Lichtimpuls von ca. 50 Mikrosekunden ausgelöst wird. Die Schwingungen der Induktivität LlO werden mit einem invertierenden Verstärker 200 verstärkt und invertiert. Der Ausgang dieses Verstärkers 200 ist mit der Basis des Transistors QlO verbunden. Der vorübergehende Schwingvorgang der Induktivität LlO erzeugt eine Durchlaßspannung an dem Basis-Emitterübergang des Transistors QlO, so daß dieser leitend wird. Dadurch werden die Batterien 80, 82 mit den Anschlüssen +V der Schaltung verbunden. Wenn auf diese Weise der Oszillator 202 gespeist wird, so liefert er Impulse an einen als Zeitschaltung arbeitenden Zähler 204. Der Zähler 204 wird zum Start seiner Zeit rückgesetzt, wenn der Blitz des Empfangskopfes 40 eintrifft. Dies erfolgt über einen Inverter 206, der das Ausgangssignal des Verstärkers 202 zu einem positiven Signal umsetzt, welches entsprechend der Zeitkonstante eines Kondensators C20 in Verbindung mit einem Widerstand R20 impulsartig geformt ist. Dieser Impuls wird dem Rücksetzeingang des Zählers 204 über ein ODER-Glied 208 zugeführt. Der Zähler 204 wird also immer dann rückgesetzt, wenn die Tastspitze 56 ein Objekt berührt und dadurch einer der Schalter Sl bis S3 geöffnet wird.

Der Zähler 204 ist-so aufgebaut, daß er ein logisches UNTEN-Signal an seinem Ausgang 210 abgibt, solange er zählt, d.h. nicht abgelaufen ist. Das logische UNTEN-Signal auf der Leitung 210 wird mit einem Inverter 212 invertiert, der wiederum über eine Diode D20 mit dem Eingang des Verstärkers 200 verbunden ist. Dadurch wird das Ausgangssignal des Verstärkers 200 auf einem UNTEN-Zustand gehalten, wodurch der Transistor QlO leitfähig bleibt und

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die Batterien 80, 82 mit der Schaltung verbunden bleiben, bis der Zähler 204 abgelaufen ist. Die dazu erforderliche Zeit ist so lang bemessen, daß die Steuerung 12 den Prüfvorgang mit einer das Werkstück berührenden Tastspitze einleiten kann. Allgemein reicht hierzu eine Zeit von einigen Minuten aus. Die Zeit des Zählers 204 kann mit einem Potentiometer P20 eingestellt werden, welches die Frequenz des Oszillators 202 bestimmt. Eine höhere Frequenz bewirkt einen schnelleren Zählvorgang des Zählers 204 und somit einen früheren Zeitablauf und umgekehrt. Die Erzeugung verschiedener Verzögerungszeiten ist an sich bekannt.

Ein Trägeroszillator 220 und ein Teiler 222 bestimmen die Frequenz, mit der die Leuchtdioden 50 bis 54 ihre Infrarotstrahlung an den Empfangskopf 40 abgeben. Der Oszillator 220 wird durch einen Schwingquarz 224 vorgegebener Frequenz als Taktgenerator gesteuert. Der Oszillator 220 gibt Schwingungen einer solchen Form ab, daß sie sich als Taktimpulse für den Teiler 222 eignen, der als üblicher Digitalteiler arbeitet. Er dient auch zum Verschieben der Frequenz der von den Leuchtdioden 50 bis 54 abgegebenen Strahlung, wenn die Tastspitze ein Objekt berührt. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel teilt der Teiler 222 Impulse mit einer Frequenz von 1,8 MHz des Trägeroszillators 222 mit dem Faktor 12, wodurch an seinem Ausgang eine Frequenz von etwa 150 kHz auftritt. Der Ausgang des Teilers 222 ist mit einem Treibertransistor Q12 oder einer anderen geeigneten Schaltung zur Ansteuerung der Leuchtdioden 50 bis 54 mit der entsprechenden Frequenz verbunden. Wenn der Empfangskopf 40 die Blitzeinschaltungsfolge einleitet, so reagiert die Tastsonde 30 darauf durch Übertragung von Infrarotstrahlung einer vorgegebenen Frequenz. Diese Strahlung wird mit dem Fotodetektor 170 im Empfangs-

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kopf 40 empfangen, der wiederum ein entsprechendes Signal für die Steuerung 12 abgibt, welches anzeigt, daß die Tastsonde 30 richtig arbeitet und zur Einleitung einer Prüfsequenz bereit ist. Spricht die Tastsonde 30 nicht in dieser Weise an, so können geeignete Fehlerbeseitigungsmaßnahmen eingeleitet werden.

Wenn die Tastspitze 56 ein Objekt berührt, wird einer der drei Schalter Sl bis S3 in der Schaltereinheit 140 der Tastsonde 30 geöffnet. Das Öffnen eines der Schalter Sl bis S3 hat eine doppelte Wirkung. Zunächst wird der Zähler 204 auf den Startpunkt seiner Zählzeit rückgesetzt. Außerdem wird eine Verschiebung der Frequenz der Strahlung hervorgerufen, die die Leuchtdioden 50 bis 54 abgeben. Dies kann verschiedenartig verwirklicht werden. Bei dem hier erläuterten Ausführungsbeispiel bewirkt das Öffnen eines der Schalter Sl bis S3, daß das Ausgangssignal eines Vergleichers 228 von niedrigem auf hohen Pegel übergeht. Dieses Signal wird dem Rücksetzeingang des Zählers 204 über das ODER-Glied 208 zugeführt, so daß der Zähler 204 rückgesetzt wird. Außerdem wird das Ausgangssignal des Vergleichers 228 einem Frequenzumtasteingang des Teilers 222 über eine Leitung 229 zugeführt, so daß der Teiler 222 die Impulse des Trägeroszillators mit dem anderen Faktor 13 teilt. Die Ausgangssignale des Teilers 222 haben dann eine Frequenz von ca. 138 kHz. Somit wird die Frequenz der Infrarotstrahlung der Leuchtdioden 50 bis 54 gegenüber der Frequenz beim Einschalten der Tastsonde 30 verändert. Dieser Frequenzsprung wird mit dem Fotodetektor 170 festgestellt und der Steuerung 12 ein entsprechendes Signal zugeführt, welches anzeigt, daß die Tastspitze 56 Kontakt mit einem Objekt, also normalerweise mit einer Werkstückfläche, hat. Die Steuerung 12, die die Position der Tastspitze 56 bei Empfang dieses

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Signals kennt, kann die Abmessungen des Werkstücks genau berechnen oder andere Nutzinformationen ableiten.

Die Steuerung 12 kann immer dann, wenn die Tastsonde 30 einen Frequenzsprung abgibt, die Tastsonde 30 zu anderen Werkstückflächen bewegen. Die Ablaufzeit des Zählers 204 ist so gewählt, daß sie langer als die Zeit ist, die zwischen aufeinanderfolgenden Tastspitzenkontakten liegt. Wenn der Sondenbetrieb beendet ist, kann die Steuerung 12 eine vorgegebene andere Bearbeitungsfolge einleiten. Es müssen keine weiteren Signale zum Abschalten der Tastsonde erzeugt werden, da die Batterien 80, 82 automatisch abgeschaltet werden, wenn der Zähler 204 abläuft. Sein Ausgang 210 erhält dann einen hohen Signalpegel, was schließlich zur Sperrung des Transistors QlO führt. Die Batterien 80, 82 werden dann nur noch durch den Leckstrom der Halbleiter und durch den Fotostrom des Fotodetektors 48 belastet. Dieser Strom kann sehr gering sein und beträgt oft weniger als 300 Mikroampere. Somit werden die Batterien nur für die Zeit des Sondenbetriebs belastet. Vorzugsweise werden Halbleiterelemente in CMOS-Technologie verwendet, wodurch die Batteriebelastung weiter verringert wird.

Der Oszillator 220 kann eine integrierte Schaltung des Typs 2N2222 und der Teiler 222 eine integrierte Schaltung des Typs LM4526 (National Semiconductor) sein. Der Oszillator 202 kann die eine Hälfte einer integrierten Schaltung des Typs LM2903 (National Semiconductor) und der Zähler 204 eine integrierte Schaltung des Typs LM4040 (National Semiconductor) sein.

Die Berührungseinschaltung, wie sie vorstehend anhand der Fig. 3 erläutert wurde, kann alternativ zu der Blitz-

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einschaltung eingesetzt werden. Beide Verfahren dienen derselben Aufgabe, nämlich der Verlängerung der Batterielebensdauer. Der Aufbau der Tastsonde und ihrer Schaltung sind für beide Verfahren weitgehend gleich. Die Schaltung für die Berührungseinschaltung ist in Fig. 12 dargestellt. Sie ist derjenigen nach Fig. 11 ähnlich, so daß mit Fig. 11 übereinstimmende Bezugszeichen für gleiche Teile verwendet sind.

Ein Vergleich der beiden Figuren zeigt, daß der Hauptunterschied darin besteht, daß der Fotodetektor 48 und die Induktivität LlO fehlen und ein Widerstand R50 und ein Kondensator C50 statt dessen vorgesehen sind. Die Schaltung hat den weiteren Unterschied, daß sie eine Leitung 231 enthält, die von den Schaltern Sl bis S3 zu einem Schaltungsknoten Nl führt, mit dem der Eingang des invertierenden Verstärkers 200 über den Widerstand Rl8 verbunden ist. Der Transistor QlO ist gesperrt, bis einer der Schalter Sl bis S3 öffnet, wenn die Tastspitze 56 die Referenzfläche 60 (Fig. 3) berührt. Die Schalter Sl bis S3 halten den Eingang des Verstärkers 200 auf Massepotential, solange sie geschlossen sind, d.h. solange die Tastspitze kein Objekt berührt. Wenn sie jedoch die Referenzfläche 60 berührt, so öffnet einer der Schalter Sl bis S3 und bewirkt ein Aufladen des Kondensators C50. Vorzugsweise sind die Widerstände R50 und R18 sowie der Kondensator C50 so bemessen, daß sich eine Zeitkonstante ergibt, die eine Zeitverzögerung bis zur Aufladung des Kondensators C50 auf eine Spannung bewirkt, die nach Invertieren mit dem Verstärker 200 zum Einschalten des Transistors QlO ausreicht. Hierzu muß die Steuerung 12 die Tastspitze 56 für eine vorbestimmte Zeit an der Referenzfläche 60 halten, die beispielsweise eine Sekunde beträgt. Dadurch wird gewährleistet, daß zufälliges An-

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stoßen an die Tastspitze oder sonstige externe Einflüsse, wie elektrische Störsignale, keine fehlerhafte Betätigung der Tastsonde 30 bewirken.

Ist der Kondensator C50 ausreichend aufgeladen, so wird der Transistor QlO eingeschaltet und verbindet die Batterien 80, 82 mit der Schaltung. Der Zähler 204 wird rückgesetzt und gibt sein Ausgangssignal über die Leitung 210 ab, so daß der Transistor QlO leitend gehalten wird. Der Teiler erzeugt in diesem Ausführungsbeispiel zunächst die niedrigere der beiden Frequenzen, da der Vergleicher 228 angesteuert wird, wenn die Tastspitze 56 die Referenzfläche 60 berührt. Die Steuerung 12 kann jedoch so programmiert sein, daß dieses anfängliche Sondensignal so ausgewertet wird, daß die Tastsonde richtig eingeschaltet wurde und zur Prüfung eines Werkstücks bereitsteht.

Die Steuerung 12, die nun weiß, daß die Tastsonde 30' richtig arbeitet, setzt dann das Prüfverfahren für das Werkstück fort, wobei die Tastspitze 56 die verschiedenen Werkstückflächen berührt. Wird die Tastspitze 56 von der Referenzfläche 60 entfernt, so schließen die Schalter Sl bis S3 und bewirken, daß der Teiler 222 die Leuchtdioden 50 bis 54 mit der anderen Frequenz ansteuert. Sobald die Tastspitze 56 eine Werkstückfläche berührt, öffnet wieder einer der Schalter Sl bis S3, wodurch der Vergleicher angesteuert wird. Dies bewirkt eine Rücksetzung des Zählers 204. Die Ansteuerung des Vergleichers 228 führt auch zu einem Ausgangssignal über die Leitung 229 zum Teiler 222, wodurch in beschriebener Weise die Frequenzumtastung erfolgt. Dieses Verfahren setzt sich fort, bis das Prüfverfahren beendet ist, wonach dann die Batterien 80, 82 automatisch von der Schaltung durch Ablauf des Zählers abgetrennt werden.

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Abweichend von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind zahlreiche Abänderungen und Weiterbildungen möglich. Beispielsweise kann die Blitzeinschaltung oder die Berührungseinschaltung auch bei anderen Tastsonden durchgeführt werden.

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Claims

PATENTANWÄLTE 3 4 2 2 1 O T

SOHAUMBURG & THOENES

EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

KARL-HEINZ SCHAUMBURG, Dipl.-lng. DR. DIETER THOENES, DIpI.-Phys.

GTE Valeron Corporation

Stephenson Highway 14. Juni 1984

Troy, Michigan 48007, USA V 7402 DE - SBsp

Werkzeugprüfung in einem Werkzeugmaschinensystem

Patentansprüche

l.J Einrichtung zur Werkzeugprüfung in einem Werkzeugmaschinensystem, mit einer Tastsonde zur abtastenden Aufnahme von Informationen an einem Werkstück, die eine elektrische Signalubertragungsschaltung zur Übertragung von Informationen über das Werkstück an einen entfernten Empfänger sowie eine Stromquelle enthält, dadurch gekennzeichnet , daß die Tastsonde (30) ferner einen Detektor (48) zur Verbindung der Stromquelle (80, 82) mit der Signalubertragungsschaltung (100) bei Aufnahme eines vorgegebenen Signals enthält und daß von der Tastsonde (30) entfernt eine Vorrichtung (168) zur Abgabe des vorgegebenen Signals an den Detek-

P. O. BOX 801560 ■ D-8000 MÜNCHEN 80 · MAUERKIRCHERSTRASSE 3t TELEFON (069) 987397 und 987898 · TELEX 522019 ESPAT D

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tor (48) angeordnet ist, so daß die Stromquelle (80, 82) nur während eines mit der Tastsonde (30) durchzuführenden Prüfvorganges durch Anschalten an die Signalübertragungsschaltung (100) belastet wird.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalübertragungsschaltung (100) einen Zeitgeber (204) zur Abschaltung der Stromquelle (80, 82) von der Signalübertragungsschaltung (100) nach einer vorbestimmten Zeit umfaßt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die vorbestimmte Zeit mit dem Anschalten der Stromquelle (80, 82) an die Signalübertragungsschaltung (100) oder mit einer Anzeige, daß die Tastsonde (30) einen Tastvorgang durchführt, beginnt.
4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Tastsonde (30) eine Tastspitze (56) zur Berührung des Werkstücks (14) aufweist, daß das vorgegebene Signal ein optisches Signal ist und daß dieses optische Signal zu dem Fotodetektor (48) der Tastsonde (30) vor der Durchführung eines PrüfVorgangs übertragen wird.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Zeitgeber (204) die Stromquelle (80, 82) von der Signalübertragungsschaltung (100) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit abschaltet, die mit der Erzeugung des vorgegebenen Signals oder mit dem Kontakt der Tastspitze (56) an dem Werkstück (14) beginnt.

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6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das vorgegebene optische Signal ein Blitz einer Infrarotstrahlung hoher Intensität ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Tastsonde (30) optische Übertragungselemente (50, 52, 54) aufweist, die mit der Signalübertragungsschaltung (100) verbunden sind und Infrarotsignale abgeben, die den Kontakt < der Tastspitze (56) am Werkstück (14) angeben.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß das Gerät zur Abgabe des vorgegebenen Signals ein Gehäuse (160) aufweist, in dem eine Blitzlampe (168), ein Fotodetektor (170) und ein Infrarotfilter (172), welches eine Öffnung (162) in einer Wand (164) des Gehäuses (160) abdeckt, enthält.
9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß das Gehäuse (160) ferner eine Linse (174) zur Fokussierung von Infrarotstrahlung der Tastsonde (30) auf den Fotodetektor (170) enthält.
10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß die Signalübertragungsschaltung (100) eine vorgegebene Frequenz zur Ansteuerung der optischen Übertragungselemente (50, 52, 54) erzeugt, wenn eine erste Anschaltung der Stromquelle (80, 82) erfolgt, und diese Frequenz verschiebt, wenn die Tastspitze (56) das Werkstück (14) berührt.
11. Verfahren zum Betrieb einer batteriegespeisten Tastsonde in einem Werkzeugmaschinensystem, dadurch gekennzeichnet , daß vor einem Einsatz der

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Tastsonde für einen Prüfvorgang ein optisches Signal erzeugt wird, daß dieses optische Signal an der Tastsonde ausgewertet wird und daß das ausgewertete Signal zur Verbindung de"r Batterie mit den elektrischen Komponenten der Tastsonde für eine solche Zeit benutzt wird, die zur Durchführung eines vorgegebenen PrüfVorgangs an einem Werkstück erforderlich ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß ein optisches Signal vorgegebener Frequenz von der Tastsonde abgegeben wird, wenn die Batterie mit den Komponenten der Tastsonde erstmals verbunden wird, und daß diese Frequenz verscho-" ben wird, wenn die Tastsonde das Werkstück berührt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Batterie von den Komponenten der Tastsonde abgeschaltet wird, wenn eine vorgegebene Zeit abgelaufen ist, die mit der Feststellung des optischen Signals der Tastsonde oder mit dem Kontakt der Tastsonde an dem Werkstück beginnt.
14. Tastsonde zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch eine Signalübertragungsschaltung (100) zur drahtlosen Übertragung von Informationen über ein geprüftes Werkstück an einen entfernten Empfänger, durch eine Batterie (80, 82) als Stromquelle und durch einen Detektor (48) zur Anschaltung der Batterie (80, 82) an die Signalübertragungsschaltung (100) bei Empfang eines vorgegebenen, drahtlos an die Tastsonde (30) übermittelten Signals.
15. Tastsonde nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Detektor (48) ein Fotodetektor ist, der auf ein vorgegebenes optisches Signal anspricht.
16. Tastsonde nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet , daß das vorgegebene optische Signal ein Infrarotblitz hoher Intensität ist.
17. Tastsonde nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine in der Signalübertragungsschaltung (100) vorgesehene Eingangsschaltung mit einem Fotodetektor (48) und einer Induktivität (LlO) sowie einer Verbindung dieser Eingangsschaltung mit der Stromquelle (80, 82), und durch eine Schaltervorrichtung (QlO), die auf ein mit der Eingangsschaltung abhängig von der Einwirkung eines entfernt erzeugten Lichtblitzes erzeugtes Ausgangssignal hin die Stromquelle (80, 82) mit der Signalübertragungsschaltung (100) verbindet.
18. Tastsonde nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch einen Zeitgeber (204) zur Erzeugung eines Verriegelungssignals, welches die Schaltervorrichtung (QlO) in einem vorgegebenen Schaltzustand hält und so die Stromquelle (80, 82) für eine vorgegebene Zeit mit der Signalübertragungsschaltung (100) verbindet, durch eine erste Vorrichtung (Sl, S2, S3) zur Feststellung eines Objektkontakts mit der Tastsonde (30), durch eine zweite Vorrichtung (220, 222) zur Erzeugung mindestens zweier unterschiedlicher Frequenzen zur Ansteuerung optischer Übertragungselemente (50, 52, 54) und durch eine Verbindung der ersten Vorrichtung (Sl, S2, S3) mit dem Zeitgeber (204) und der

zweiten Vorrichtung (220, 222) zum Rücksetzen des Zeitgebers (204) und zur Erzeugung einer Frequenzverschiebung, wenn die Tastsonde (30) ein Objekt berührt.
19. Tastsonde zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch mindestens eine optische Übertragungsvorrichtung (50, 52, 54) zur Übertragung von Informationen an einen entfernten Empfänger (40), durch eine elektrische Signalübertragungsschaltung (100) zur Ansteuerung der optischen Übertragungsvorrichtung (50, 52, 54), durch mindestens eine Batterie (80, 82) zur Speisung der Signalübertragungsschaltung (100), durch eine Schaltervorrichtung (QlO) zur wahlweisen Verbindung der Batterie (80, 82) mit der Signalübertragungsschaltung und durch eine Eingangsschaltung (48, LlO), die abhängig von einem Berührungskontakt der Tastsonde (30) an einem Objekt ein Signal zur Änderung des Schaltzustandes der Schaltervorrichtung (QlO) erzeugt und damit die Verbindung zwischen der Batterie (80, 82) und der Signalübertragungsschaltung (100) schließt.
20. Tastsonde nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens ein Ruhekontakt (Sl, S2, S3) vorgesehen ist, der bei Berührungskontakt an einem Objekt geöffnet wird, und daß die Eingangsschaltung eine Kapazität (C50) enthält, die mit der Batterie (80, 82) und mit dem Ruhekontakt (Sl, S2, S3) verbunden ist und ein Ausgangssignal nach einer vorbestimmten Zeit durch Aufladen an der Batterie (80, 82) abgibt, welches den Schaltzustand der Schaltervorrichtung (QlO) ändert.
21.■Tastsonde nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch, einen Zeitgeber (204) zur Erzeugung
eines Verriegelungssignals, welches die Schaltervorrichtung (Q1.0)^: für eine vorbestimmte Zeit in dem
Schaltzustand hält, in dem sie die Batterie (80, 82) mit der Signalübertragungsschaltung (100) verbindet, durch eine erste Vorrichtung (Sl, S2, S3) zur Feststellung eines Sondenkontakts an einem Objekt, durch eine zweite Vorrichtung (220, 222) zur Erzeugung mindestens zweier unterschiedlicher Frequenzen zur Ansteuerung der optischen Übertragungsvorrichtung ("50, 52, 54) und durch eine Verbindung der ersten Vorrichtung (Sl, S2, S3) mit dem Zeitgeber (204) und mit
der zweiten Vorrichtung (220, 222) zum Rücksetzen des Zeitgebers (204) und zum Erzeugen einer Frequenzverschiebung bei Sondenkontakt an einem Objekt.