-
Antriebs- und Positioniervorrichtung
-
Die Erfindung richtet sich auf eine Antriebs- und Positioniervorrichtung
nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
-
Derartige Vorrichtungen werden in beachtlichem Umfang bei Werkzeug-,
Bearbeitungs- und Handhabungsmaschinen eingesetzt. Mit ihrer Hilfe wird z.B. ein
Werkzeug über einen definierten Weg an einem Werkstück vorbeibewegt oder umgekehrt.
-
Bei derartigen Vorrichtungen müssen aus sicherheitstechnischen Gründen
Endschalter vorgesehen sein, welche den Weg des angetriebenen Werkzeugs od.dgl.
begrenzen, um unter anderem sicherzustellen, daß der Antrieb nicht durch Festfahren
unbrauchbar wird. Vor allem in Verbindung mit automatischen Steuerungen muß weiterhin
eine Einrichtung vorgesehen sein, mit welcher ein sogenannter Synchronisations-
oder Nullungsvorgang
durchgeführt werden kann, d.h. die elektronisch
ausgegebenen und eingegebenen Signale müssen beim Einschalten in Übereinstimmung
mit eine definierten mechanischen Position gebracht werden. Letztlich ist es für
viele Anwendungszwecke erforderlich, daß eine schnelle Erfassung der Grob lauge
des zu positionierenden Werkzeugs od.dgl. möglich ist, d.h. eine schnelle Erfassung
eines kleineren Bereichs des Bearbeitungsweges, in welchem sich das Werkzeug od.dgl.
befindet.
-
Zur Realisierung der vorstehend in Umrissen aufgezeigten Anforderungen
sind bekannte derartige Vorrichtungen mit einem Elektromotor und einem dessen Welle
zugeordneten inkrementalen Drehgeber versehen. Derartige Drehgeber geben z.B. bei
jeder Umdrehung ein den Beginn bzw. das Ende der Umdrehung anzeigendes Nullsignal
und während'jeder Umdrehung eine Mehrzahl von Signalen ab, wobei durch die phasenversetzte
Abgabe zweier derartiger Signale eine Abfrage der Drehrichtung ermöglicht wird.
Die Frequenz der von einem derartigen inkrementalen Drehgeber abgegebenen Signale
ist entsprechend der hohen Drehzahl der Welle des Elektromotors sehr hoch. Diese
Signale ermöglichen eine Drehzahlerfassung und die erwähnte Drehrichtungserfassung,
nicht jedoch die Ermittlung solcher Daten, welche mit der Absolutposition des angetriebenen
Werkzeugs od.dgl. korreliert sind.
-
Um auch solche Daten zu erfassen, ist es bekannt, längs des Arbeitsweges
mechanisch von dem angetriebenen Werkzeug od.dgl. betätigte Endschalter vorzusehen.
-
Weiterhin ist es bekannt, längs des Arbeitsweges Referenzpunkte auszubilden,
welche z.B. durch das angetriebene Werkzeug od.dgl. ausgelöste Sensoren
aufweisen.
Letztlich werden zur Erfassung der Groblage längs eines z.B. linearen Arbeitsweges
maßstabartige Einrichtungen angeordnet, welche optisch, elektrisch oder mechanisch
die Erfassung der Ist-Position des angetriebenen Werkzeugs od.dgl. ermöglichen.
-
Die vorbekannten Lösungen ermöglichen dementsprechend unabhängig von
einem gegebenenfalls zwischen dem Antriebsmotor und dem angetriebenen Werkzeug od.dgl.
-
auftretenden Getriebespiel die tatsächliche Ist-Position zu erfassen.
Sie weisen aber durchweg den grundsätzlichen Nachteil auf, daß sie eine Montage
unabhängig von der Antriebseinheit individuell an der anzutreibenden Vorrichtung
erforderlich machen. Eine derartige Montage ist zeit- und kostenaufwendig und naturgemäß
sind derartige extern angeordnete Bauteile einer nicht unbeachtlichen Gefahr von
Verschmutzung oder anderweitiger Beschädigung ausgesetzt. Zudem ergeben sich Nachteile
in der Handhabung, weil nämlich beim Einschalten eines derartigen Antriebs ein Referenzpunkt
der bekannten Art erst durch unter Umständen langwieriges Hin- und Herfahren erfaßt
werden kann, so daß anschließend erst der eigentliche automatische Antrieb erfolgt.
-
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine derartige
Vorrichtung so auszugestalten, daß ein problemloser Anbau an ganz unterschiedliche
anzutreibende Maschinen gewährleistet ist, und daß die Steuerung ohne weiteres an
unterschiedliche Bewegungsabläufe und Problemstellungen anpaßbar ist.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch den kennzeichnenden
Teil von Anspruch 1. Eine dementsprechend ausgestaltete Vorrichtung umfaßt sämtliche
für
die Steuerung erforderlichen Geber und kann als Ganzes an eine anzutreibende Welle
angeflanscht werden.
-
Dies bedeutet, daß die gesamte Montage werkseitig erfolgt und dementsprechend
keine aufwendigen, individuellen Nachmontagen und Justierungen erforderlich sind.
Darüber hinaus wird durch die in unmittelbarer mechanischer Antriebsverbindung mit
der anzutreibenden Welle stehende Hilfswelle ein zwar hinreichend genauer Abgriff
der Ist-Position der anzutreibenden Welle ermöglicht, dennoch ist der hierfür zu
erbringende konstruktive Aufwand verhältnimäßig gering.
-
Anspruch 2 gibt eine einfache Möglichkeit an, wie die Bewegung der
Hilfswelle und damit die Bewegung und die Ist-Position der Hauptwelle bzw. der anzutreibenden
Welle erfaßt werden kann.
-
Eine besonders einfache und betriebssichere Ausgestaltung der Markierungen
einerseits und der Sensoren andererseits gibt Anspruch 3 an. Grundsätzlich ist es
selbstverständlich aber auch vorstellbar, die Sensoren z.B. als Reflexlichtschranken
und die Markierungen als reflektierende bzw. nichtreflektierende Flächen auszubilden,
oder aber die Markierungen z.B.
-
durch Magnete und die Sensoren durch Hall-Sonden od.dgl. zu bilden.
-
Die gemäß Anspruch 4 vorgesehenen beiden Hilfswellen machen es möglich,
von der einen Hilfswelle z.B.
-
eine Referenzpunkt-Information und von der anderen Hilfswelle eine
Groblage-Information über entsprechende Sensoren ab zugreifen.
-
Eine gemäß Anspruch 5 vorgesehene Verstellbarkeit der Markierungen
und/oder der Sensoren kann am einfachsten
durch eine Winkellageverstellbarkeit
der Sensoren um die die Markierungen tragenden Scheiben realisiert werden. Auf diese
Weise ist es z.B. möglich, Endschalter-Informationen abzugreifen, wobei die Endlagen
je nach zu bewerkstelligender Aufgabe unterschiedlich eingestellt werden können.
-
Die gemäß Anspruch 6 vorgesehene Auswerteeinrichtung ermöglicht es
durch logische Verknüpfung aus den zur Verfügung stehenden Informationen sekundär
Signale für die Steuerung abzuleiten.
-
Weitere merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform anhand der
Zeichnung.
-
Dabei zeigen Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, und Fig. 2 eine blockschaltbildartige Darstellung zur Veranschaulichung
der Auswertung der abgegriffenen Signale.
-
Eine in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt einen Elektromotor
1 mit einem inkrementalen Drehgeber 2 und einem nachgeordneten Getriebe 3 Die Abtriebswelle
4 des Getriebes 3 ist über einen lediglich schematisch dargestellten Flansch 5 mit
einer
anzutreibenden Welle verbunden, wobei im Ausführungsbeispiel eine Kugelrollspindel
6 mit einem ein Werkzeug od.dgl. tragenden Schlitten 7 dargestellt ist.
-
Parallel zu der Abtriebswelle sind eine erste Hilfswelle 8 und eine
zweite Hilfswelle 9 angeordnet.
-
Der Antrieb der ersten Hilfswelle 8 wird über die Zahnräder 10 und
11 direkt von der Abtriebswelle 4 abgeleitet, während der Antrieb der Hilfswelle
9 über die Zahnräder 12 und 13 von der ersten Hilfswelle 8 abgeleitet wird.
-
Die erste Hilfswelle 8 trägt eine Scheibe 14 mit einer als Markierung
dienenden Ausnehmung 15, wobei die Scheibe 14 mit der Hilfswelle 8 drehfest verbunden
ist. Eine seitlich der Scheibe 14 ortsfest angeordnete Gabellichtschranke 16 weist
in an sich bekannter Weise einen im einzelnen nicht dargestellten Lichtsender und
-empfänger auf, wobei auf den Empfänger nur dann Licht auftrifft, wenn sich die
Ausnehmung 15 im Bereich der Gabellichtschranke 16 befindet.
-
Entsprechend aufgebaute Gabellichtschranken 17 bis 22 sind im Bereich
einer Scheibe 23 ortsfest angeordnet, welche ihrerseits drehfest mit der Hilfswelle
9 verbunden ist. Die Scheibe 23 weist an ihrer Peripherie als Markierung eine umlaufende
Ausnehmung 24 auf, welche einen definierten Winkelbereich abdeckt.
-
Die gesamte vorstehend beschriebene Anordnung ist von einem gemeinsamen
Gehäuse 25 umgeben.
-
Wie in Fig. 2 schematisch dargestellt ist, werden von den um die Scheibe
23 angeordneten Gabellichtschranken
17 bis 22 Signale abgegeben,
welche dem Schaltzustand 0 oder 1 entsprechen, je nachdem ob sich die Scheibe 23
selbst oder die Ausnehmung 24 im Bereich einer bestimmten Gabellichtschranke befindet.
-
Bei Verwendung von sechs Lichtschranken wie im Ausführungsbeispiel
entsteht hierdurch ein sechsstelliger Code, welcher durch einen Codewandler 26 in
einen vierstelligen Code ohne Informationsverlust umgesetzt werden kann. Die Signale
in Form eines vierstelligen Code werden einer Auswerteeinrichtung 27 zugeführt.
-
Der Auswerteeinrichtung 27 wird auch das Signal der Gabellichtschranke
16 ebenso wie das Nullsignal des inkrementalen Drehgebers 2 zugeführt. Durch eine
logische UND-Verknüpfung in der Einrichtung 28 zwischen den Signalen aus der Gabellichtschranke
16 und dem Nullsignal des inkrementalen Drehgebers 2 wird eine Mehrzahl von Nullpunkten
definiert. Eine derartige Mehrzahl von Nullpunkten bietet den Vorteil, daß der Nullungs-
oder Synchronisationsvorgang sehr schnell durchgeführt werden kann, weil keine große
Wegstrecke zur Erreichung eines Nullpunktes zurückgelegt werden muß. Bei stark untersetzten
Antrieben wird hierdurch also ein erheblicher Zeitvorteil erreicht.
-
Durch eine weitere logische Verknüpfung mit den Signalen aus den Gabel
lichtschranken 17 bis 22 ist es möglich, sowohl eine Groblagenerfassung als auch
eine Endabschaltung zu realsieren.
-
Grundsätzlich ist es auch denkbar, an einer der Scheiben 23 bzw. 14
zwangsweise betätigte, mechanische Endschalter anzuordnen.
-
In jedem Fall ermöglicht es die erfindungsgemäße Ausgestaltung, die
gesamte Vorrichtung ohne Verdrahtungsaufwand und ohne die Notwendigkeit der Anbringung
von Kontakten an einer anzutreibenden Maschine die erfindungsgemäße Antriebs- und
Positioniervorrichtung mit einer derartigen Maschine zu verbinden.