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Pinolenschutz von Koordinaten-Meßmaschinen
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Die Erfindung betrifft einen Kollisionsschutz für die Pinole von Koordinaten-Meßmaschinen.
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Die Koordinaten-Meßmaschinen unterliegen der Gefahr von Kollisionen
des Meßtasters und damit des Tastkopfes mit den zu messenden Werkstücken, was im
Regelfall zu mechanischen Schäden an den Meßmaschinen und manchmal auch zu mechanischer
Störung der Tastköpfe führen kann. Die Gefahr von Kollisionen besteht gerade bei
den vermehrt zum Einsatz kommenden Koordinaten-Meßmaschinen mit hoher Verfahrgeschwindigkeit,
die oftmals bis zu 30 m pro Minute reicht. Die Ursache von solchen Kollisionen liegt
meist darin, daß sich die Koordinaten-Meßmaschinen mit ihren Meßeinrichtungen um
und in die zu bearbeitenden Werkstücke bewegt.
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Die den Tastkopf tragende Pinole ist dabei häufig in Bohrungen oder
in Freiräume eines zu messenden Werkstückes eingetaucht und gerät bei Nichtbeachtung
durch Bedienungspersonen und auch bei Fehlprogrammierung während eines automatischen
Meßvorganges in Berührung mit dem zu messenden Werkstück. Hierbei treten dann meist
auch die Kollisionen der völlig ungeschützten Pinole mit dem Werkstück auf, wodurch
Schäden an den Meßschlitten und den Lagerungen bzw. Führungen der Pinole und der
Meßschlitten eintreten können.
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Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Kollisionsschutz für die
Pinole von Koordinaten-Meßmaschinen zu schaffen, welcher bereits vor Eintritt einer
möglichen Kollision einen sofortigen Stillstand der Koordinaten-Meßmaschine bewirkt
und dabei Fehl steuerungen weitgehend ausschließt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem parallelen
Abstand zur Außenfläche um die Pinole ein Schutzmantel vorgesehen ist, dessen Berührung
oder Durchbrechung durch ein Fremdteil ein Signal an die Not-Stop-Steuerung der
Koordinaten-Meßmaschine bewirkt. Dabei kann der Schutzmantel ein mechanischer Körper
sein, dessen Oberfläche elektrisch-leitend ausgebildet und mit der Not-Stop-Steuerung
der Koordinaten-Meßmaschine in Wirkverbindung ist.
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In anderer Ausbildung der Erfindung kann der Schutzmantel elektronisch
ausgebildet und mit der Not-Stop-Steuerung der Koordinaten-Meßmaschine verbunden
sein. So kann der Schutzmantel in der einfachsten Ausbildung ein elektrisch erzeugtes
Licht sein.
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Die entscheidenden Vorteile dieser Erfindung sind darin zu sehen,
daß der Schutzmantel um die Pinole dann unterbrochen wird, wenn die Pinole einen
bestimmten Sicherheitsabstand zu einem Gegenstand unterschreitet, was bspw. durch
Programmfehler, durch falsch positionierte Werkstücke oder aber auch durch die Unachtsamkeit
bei manuellen Verfahren geschehen kann. Das durch diese Unterbrechung entstehende
Signal wird durch eine Elektronik ausgewertet und zum sofortigen Stillsetzen der
Maschinenantriebe durch eine Not-Stop-Funktion verwendet, bevor es zu einer Beschädigung
des Werkstückes oder aber der Pinole und damit der Koordinaten-Meßmaschine kommt.
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In Ausbildung der Erfindung kann die Pinole tasterkopfseitig einen
Sender für Lichtstrahlen aufweisen, welche im achsparallelen Abstand über der Außenfläche
der Pinole längsachsig zu einem Empfänger gesendet sind, der dem Sender gegenüberliegend
am anderen Ende der Pinole bzw. deren Führung am Maschinengestell angeordnet ist.
Dabei kann der Sender zumindest auf jeder Seiten fläche der Pinole eine Lichtquelle
aufweisen, deren Lichtstrahl achsparallel zur Pinole und im Abstand zur Außenfläche
der Pinole auf ein- Fotoelement, einen Fototransistor od.dgl. im Empfänger gerichtet
ist.
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Um auch bei dem Einsatz von nur einer Lichtquelle an jeder Seitenfläche
der Pinole zu einem umfassenden Schutzmantel zu kommen, kann ferner der von dieser
Lichtquelle ausgehende Strahl durch Prismenumlenkung zu einem breiten Band umgelenkt
werden, welches flächig über der gesamten Seitenfläche der Pinole längsachsig ausgerichtet
ist.
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Um den Einsatz von Prismen und die Lichtumlenkung zu vermeiden, kann
erfindungsgemäß auf jeder Seitenfläche der Pinole eine Vielzahl dicht nebeneinander
angeordneter Lichtquellen im Sender eingerichtet sein. Das Abstandsmaß dieser Lichtquellen
richtet sich dabei im wesentlichen nach den Baugrößen der Lichtquellen und nach
den Baugrößen der Fototransistoren bzw. der Fotoelemente.
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In vorteilhafter Ausführung der Erfindung können die Lichtquellen
Leuchtdioden sein, vor die wahlweise jeweils eine Linse gesetzt sein kann und welche
in einer Leuchtdiodenfassung mit hochglanzpoliertem Reflektor eingesetzt sein können.
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Das Fotoelement bzw. der Fototransistor können in einem Empfängergehäuse
eingesetzt sein, welches in Richtung auf den Sender zu und abgehend vom Fototransistor
eine kleine Bohrung, einen kleinen Kanal oder eine Kapillarröhre besitzt, die in
einer von außen in das Empfängergehäuse eingebrachten Schutzsenkung zentral einmündet.
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Die besonderen Merkmale und Vorteile der Erfindung bestehen also darin,
daß eine sogenannte Einweglichtschranke vorgesehen ist, die aus einem Sender sowie
einem oder auch mehreren Empfängern besteht.
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Dabei kann in vorteilhafter Weise der Sender aus einer handelsüblichen
Spezial-Leuchtdiodenfassung mit einem hochglanzpoliertem Reflektor und mit einer
Linse hergestellt sein, in die eine rote, superhelle Leuchtdiode montiert ist.
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Bedingt durch den Reflektor und die Linse strahlt der Sender ein relativ
parE31eles Lichtbündel ab. Dieses wird benötigt, um auch größere Abstände zwischen
Sender und Empfänger überbrücken zu können.
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Der Sender kann wahlweise mit Puls- oder Dauerlicht betrieben werden.
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Der Empfänger erhält einen Fototransistor und dabei als besonderes
Merkmal den Vorsatz einen kleinen Bohrung, eines kleinen Kanals oder eines Kapillarröhrchens.
Diese Teile sind zusammen in einem Bauteil eingesetzt. Das Empfängerelement wird
mit der Längsachse bspw. des Kapillarröhrchens oder der Bohrung genau auf den Sender
ausgerichtet. Dem Empfänger ist dabei immer eine entsprechende Auswerteelektronik
mit einer Not-Stop-Steuerung nachgeschaltet.
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Aufgrund dieser kleinen Bohrung bzw. des Kapillarröhrchens werden
alle die Lichtstrahlen abgeschirmt, die nicht genau achsparallel zum Fototransistor
einfallen. Durch die sehr starke Einschnürung des Lichtstrahles ist eine sehr große
Empfindlichkeit und auch eine große Fremdlichtsicherheit gewährleistet. So ist es
möglich, auch sehr kleine Gegenstände über den gesamten Bereich eindeutig zu erkennen.
Dies ist besonders deshalb von Bedeutung, weil der Abstand zwischen dem Sender und
dem Empfänger bei den Koordinaten-Meßmaschinen bis zu 2 m betragen kann.
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In weiterer Ausbildung der Erfindung kann die Halterung des Senders
auf der Tastkopfseite der Pinole beweglich aufgehängt sein, um bei Kollisionen ausweichen
zu können. Diese Auslenkung kann mit Hilfe eines Mikroschalters registriert werden,
der mit der Not-Stop-Steuerung der Koordinaten-Meßmaschine in Verbindung steht.
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In der Zeichnung ist ein Beispiel der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen:
Fig. 1 die Pinole an einer Meßmaschine
in perspektivischer Ansicht; Fig. 2 den Empfänger der Lichtstrahlen an der Koordinaten-Meßmaschine
im Schnitt; Fig. 3 den Empfänger anderer Ausführung im Schnitt; Fig. 4 eine Schnitt
durch die Pinole und den Schutzmantel gemäß der Linie IV-IV in in Fig. 1.
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In Fig. 1 ist eine Koordinaten-Meßmaschine 1 mit einem Fußgestell
2, einer Brücke 3 und einer senkrecht zwischen dem Fußgestell 2 und der Brücke 3
eingesetzten Säule 4 in perspektivischer Ansicht erkennbar. Dabei ist die Säule
4 in der Y-Richtung gemäß Doppelpfeil 5 auf Führungselementen bewegbar, die sich
hinter den Maschinenabdeckungen 6 befinden. Zwischen den beiden parallelen Säulen
4 befindet sich rechtwinklig vorstehend die Pinole 7, welche in Führungselementen
hinter der Abdeckung 8 zwischen den Säulen in der Z-Richtung gemäß dem Doppelpfeil
9 bewegbar ist. Die Bewegung in X-Richtung gemäß dem Doppelpfeil 10 erfolgt senkrecht
zu der Z-Richtung in Richtung der Längsachse der Pinole 7. Am vorderen Ende besitzt
die-Pinole einen Tastkopf 11 mit einem angesetzten Tasterstift 12. Um die Stirnseite
dieser Pinole 7 ist ferner eine Haltevorrichtung 13 für einen Sender von Lichtstrahlen
eingesetzt. Diese Haltevorrichtung 13 hat Abmessungen, die über die Quschnittsfläche
der Pinole 7 hinausragen. In der Haltevorrichtung 13 befinden sich Leuchtdioden
hinter Linsen in einer Spezial fassung mit einem hochglanzpoliertem Reflektor. Sender
dieser Bauart sind an sich bekannt und deshalb hier nicht mehr dargestellt. Dem
Sender gegenüberliegend am Maschinengestell 4 befindet sich ein Empfänger 14, welcher
ringförmig um den Querschnitt der Pinole 7 gefaßt ist.
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Dieser Empfänger 14 ist ein Gehäuse, in welchem in Richtung auf den
Sender 13 Schutzsenkungen 15 vorgesehen sind, die zentrisch jeweils eine Bohrung
16 oder in anderer Ausführung ein Kapillarrohr 17 aufnehmen, welche jeweils direkt
zu einem Fototransistor 18 führen. Die kleinen Bohrungen 16 bzw. die Kapillarrohre
17 befinden sich dabei achsparallel im Abstand über den Außenflächen 19 der Pinole
7 und in koaxialer Ausrichtung zu den Leuchtdioden im Sender 13. Dadurch entsteht
um die Seitenfläche 19 der Pinole 7 ein Schutzmantel aus einem dichten Bündel von
Strahlen 20, die alle gleichmäßig verteilt und im gleichen Abstand von den Seitenflächen
der Pinole entfernt sind. Der Fototransistor 18 ist jeweils mit der nicht dargestellten
Not-Stop-Steuerung der Koordinaten-Meßmaschine 1 verbunden. Die kleinen Bohrungen
16 bzw. die Kapillarrohre 17 sind in dem Empfängergehäuse 14 in einem Abstand ringförmig
zueinander angeordnet, der im wesentlichen durch die Größe der Fototransistoren
18 bestimmt ist.
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Die Kapillarrohre 17 werden insbesondere dann eingesetzt, wenn der
Abstand von Schutzsenkung 15 zum Fototransistor bzw. dem Fotoelement 18 relativ
groß ist und das Einbringen von im Durchmesser sehr kleinen Bohrungen von ca. 0,6
mm Schwierigkeiten bereitet.
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Mit dieser vorliegenden Erfindung wird somit als Lichtschranke eine
sogenannte Einweglichtschranke vorgeschlagen, die aus einem Sender und einem oder
mehreren Empfängern besteht. Der Sender 13 ist aus einer handelsüblichen Spezialdiodenfassung
mit hochglanzpoliertem Reflektor und einer Linse gebildet, in die eine rote, superhelle
Leuchtdiode von 5 mm Durchmesser im klaren Gehäuse montiert ist.
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Bedingt durch den Reflektor und die Optik strahlt dieser Sender 13
ein relativ paralleles Lichtbündel ab. Dieses Lichtbündel wird benötigt, um auch
größere Abstände von bis zu 2 m zwischen dem Sender 13 und dem Empfänger 14 überbrücken
zu können.
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Der Sender 13 kann wahlweise mit Puls- oder Dauerlicht betrieben werden.
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Die Erfindung besteht nun in der speziellen Konstruktion des Empfängers
14, der einen Fototransistor 18 und als besonderes Merkmal einen Vorsatz in Form
einer Bohrung 16 oder eines Kapillarröhrchens 17 aufweist. Im Falle des Kapillarröhrchens
17 befindet sich vor dem Empfängergehäuse 14 ein Halter 22.
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Der Empfänger wird nun mit der Längsachse der Bohrung 16 bzw. des
Kapillarröhrchens 17 genau auf den Sender 13 ausgerichtet. Dem Empfänger ist eine
entsprechende Auswerteelektronik 21 mit einer Not-Stop-Steuerung 22 nachgeschaltet.
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Die Bohrungen 16 bzw. die Kapillarröhrchen 17 haben die Aufgabe, den
Fototransistor 18 von allen Lichtstrahlen, die nicht genau achsparallel einfallen,
abzuschirmen. Durch die sehr starke Einschnürung des Lichtstrahles ist eine sehr
große Empfindlichkeit und Fremdlichtsicherheit gewährleistet. Damit ist es auch
möglich, sehr kleine Gegenstände über den gesamten Bereich eindeutig zu erkennen.
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Unterschreitet die Pinole 7 einen bestimmten Sicherheitsabstand zu
einem Gegenstand, z.B. durch einen Programmfehler, durch falsch positionierte Werkstücke
oder auch durch Unachtsamkeit bei manuellen Verfahren, dann wird der Lichtstrahl
20 zu einem oder zu mehreren Empfängern 14 unterbrochen. Das dabei entstehende Signal
wird sofort durch die Auswerteelektronik 21 ausgewertet und zum Stillsetzen der
Maschinenantriebe durch die Not-Stop-Steuerung 22 verwendet, bevor es zu einer Beschädigung
des Werkstückes oder der Maschine bzw. der Pinole 7 kommt.
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Die Halterung des Senders 13 auf der Tastkopfseite der Pinole 7 ist
derart beweglich aufgehängt, daß bei Kollisionen ein Ausweichen der gesamten Halterung
möglich ist. Die Auslenkung kann dabei z.B.
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mit Hilfe eines Mikroschalters registriert werden, dessen Signal über
die Not-Stop-Steuerung wiederum zum sofortigen Stillstand der Koordinaten-Meßmaschine
1 führt.
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Die Anzahl der benötigten Sender 13 und Empfänger 14 richtet sich
im wesentlichen nach dem Umfang der zu schützenden Pinole 7.
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