DE3519132A1

DE3519132A1 - Verfahren zur messung und/oder regelung der lage eines bewegten, vorzugsweise drehenden bezugselementes einer werkzeugmaschine, vorzugsweise einer verzahnmaschine, abhaengig von der lage eines weiteren bewegten, vorzugsweise drehenden hauptfuehrungselementes und vorrichtung zur durchfuehrung eines solchen verfahrens

Info

Publication number: DE3519132A1
Application number: DE19853519132
Authority: DE
Inventors: Ingo Dr.-Ing. 7140 Ludwigsburg Faulstich; Dieter Dipl.-Ing. Ulbrich (FH), 7101 Abstadt
Original assignee: Hermann Pfauter GmbH and Co
Current assignee: Hermann Pfauter GmbH and Co
Priority date: 1985-05-29
Filing date: 1985-05-29
Publication date: 1986-12-04
Also published as: FR2582559B1; CH670978A5; IT1204881B; FR2582559A1; US4708544A; GB2177818A; GB2177818B; JPS6224941A; IT8620600A0; GB8612970D0; DE3519132C2

Description

Dipl.-ing. W. Jackisch a~ " Ί K 1 Q

Menzelstr. 40, 7000 Stuttgart 1 IO JO it) I

Hermann Pfauter A 38 289/fro

GmbH & co. 28. Mai 19K5

Schwieberdinger Str. 87

7140 Ludwigsburg

Verfahren zur Messung und/oder Regelung der Lage eines bewegten, vorzugsweise drehenden Bezugselementes einer Werkzeugmaschine, vorzugsweise einer Verzahnmaschine, abhängig von der Lage eines weiteren bewegten, vorzugsweise drehenden Hauptführungselementes und Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und/oder Regelung der Lage eines bewegten, vorzugsweise drehenden Bezugselementes einer Werkzeugmaschine, vorzugsweise einer Verzahnmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens nach dem Oberbegriff der Ansprüche 12 bzw. 17 bzw. 21 bzw. 27.bzw. 35.

Beispielsweise bei der Herstellung von Schrägverzahnungen an Werkstücken durch Wälzschälen kreuzen die Achsen des Werkstückes und des Werkzeuges einander, wobei das Werkstück und das Werkzeug um ihre Achsen drehen. Das Werkzeug oder das Werkstück wird mit einer Vorschubgeschwindigkeit parallel zur Werkstückachse bewegt. Dabei erhält das Werkstück oder das Werkzeug zur Erzeugung der Zahn-

ORIGINAL fi^'S

schräge eine entsprechende Zusatzdrehung.

Beim beschriebenen Wälzschälen setzt sich die während der Bearbeitung .auszuführende Bewegung von Werkzeug, verbunden mit dem Hauptführungselement, der Werkzeugspindel,land Werkstück, verbunden mit dem Bezugselement,der Werkstückspindel, aus zwei Relativbewegungen zusjarnmen, nämlich aus einer kontinuierlichen Teilbewegung und einer Schraubbewegung. Die Teilbewegung besteht darin, daß das Werkzeug und das Werkstück im umgekehrten Verhältnis ihrer Zähnezahlen drehen. Die Schraubbewegung kommt dadurch zustande, daß das Werkzeug oder das Werkstück in Richtung der Werkstückachse verschoben und das Werkstück relativ zum Werkzeug eine Zusatzdrehung ausführt. Für diese Schraubbewegung gilt beim Einsatz eines gerad-verzahnten Werkzeuges folgende Beziehung:

tan ß .

Hierin bedeuten Aj den Zusatzdrehwinkel, bezogen auf die Werkstückspindel einer Bearbeitungsmaschine, Δ ζ die Verschiebung des Werkzeuges oder des Werkstückes in Richtung der Werkstückachse, ß den Schrägungswinkel der Verzahnung des Werkstückes und r den Teilkreishalbmesser der Werkstückverzahnung. Betrachtet man die Verhältnisse nach jeweils einer Werkstückumdrehung, so erhält man z;^!B. für Az = 0,2mm, ß = 20°, r = 30mm ein Aj%0,0024. Hieraus ergibt sich Af/2JT= 0^0039, das heißt in diesem Beispiel ist die Grunddrehung etwa 2 560 mal schneller als die Zusafczdrehung. Allgemein ist, wie auch in diesem Beispiel, die Zusatzbewegung langsam, verglichen mit der Grundbewegung.

Werden die Bewegungen über mechanische Getriebezüge in der Bearbeitungsmaschine verwirklicht, so interessiert im Zu-

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sammenhang mit der Beurteilung des Maschinenverhaltens, welche Übertragungsabweichungen die Getriebezüge haben. Es ist also eine Messung erforderlich. Sollen die Bewegungen hingegen über Einzelantriebe mit elektronischer Verknüpfung erzeugt werden, ist die Messung sogar Voraussetzung dafür, daß die Bewegungen überhaupt erzeugt werden können.

Diese Messungen beruhen üblicherweise auf dem Prinzip, daß ein bewegtes Teil als Bezugselement gewählt, aus der momentanen Lage der übrigen Teile unter Berücksichtigung der abweichungsfreien Übersetzungsverhältnisse zum Bezugselement die momentane Sollposition dieses Bezugselement berechnet und mit dem Istwert verglichen wird. Das Ergebnis dieses Vergleiches ist der Meßwert. Er kann zur Korrektur der momentanen Position des geführten Teiles genutzt werden.

Beim Wälzschälen bearbeitet das Werkzeug je Werkstückumdrehung einen schmalen Streifen der zu erzeugenden Flanken der Verzahnung. Die überlagerte Schraubbewegung bewirkt, daß der schmale Streifen auf dem Werkstückgrundkörper verschraubt und so die Verzahnung über die gesamte Zahnbreite hergestellt wird. Die Schraubbewegung erzeugt demnach die Flankenlinie am Werkstück. Sieht man von Flankenlinienmodifikationen ab, bei denen die Flankenlinien zu Verbesserung des Laufverhaltens der fertiggestellten Zahnräder im Getriebe nicht exakt Schraubenlinien sein sollen, so ist die ideale Flankenlinie eines Zylinderrades eine Schraubenlinie.

Um diese Schraubenlinie möglichst exakt herstellen zu können, darf die Auflösung der Meßwerte, mit denen die Zusatzdrehung zur Erzeugung· der Schraubenlinie bestimmt

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wird, nicht zu grob sein. Bei zu grober Meßwertauflösung zur Erfassung der Zusatzdrehung wird die gewünschte Schraubenlinie bei der Messung bzw. bei der Regelung durch eine gestufte Raumkurve angenähert. Bei Maschinen zur Bearbeitung von Werkstücken mit einem Durchmesser von z.B. 200mm ist eine Auflösung von 0,5μπι wünschenswert. Dies würde bedeuten, daß ein Impulsgeber auf der Werkstückspindel der Bearbeitungsmaschine, gegebenenfalls mit einem nachgeschalteten Interpolator, etwa 600 000 Impulse je Spindelumdrehung liefern müßte. Solche Impulsgeber sind zwar bekannt, sie lassen sich aber nur bei niedriger Drehzahl bzw. Geschwindigkeit einsetzen. Die höchste zulässige Drehzahl derartiger Impulsgeber liegt zur Zeit bei etwa 50 bis 100 min . Die Spindeln der Bearbeitungsmaschine sollen aber bei Drehzahlen über 1 000 min · arbeiten können. Damit scheiden die heute zur Messung der Lage relativ zueinander bewegter .· Elemente eingesetzten Verfahren unter Verwendung von Impulsmaßstäben aus.

Es wurde schon erwähnt, daß die Flankenlinien von Zylinderrädem zur Verbesserung ifrres Laufverhaltens im Getriebe mitunter nicht exakt Schraubenlinien sein sollen. Es ist möglich, derartige Räder durch Wälzschälen zu erzeugen, indem man z.B. die Rechts- bzw. Linksflanken in getrennten Arbeitsgängen erzeugt und dabei die oben erwähnte Zusatzdrehung nicht proportional zur Verschiebung des Werkzeuges bzw. des Werkstückes in Richtung der Werkstückachse ausführt, sondern dieser Zusatzdrehung noch abhängig von der Axialschlittenstellung die gewünschte Flankenlinienmodifikation überlagert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Verfahren und die gattungsgemäßen Vorrichtungen so

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auszubilden, daß die Lage eines bewegten Elementes relativ zur Lage eines anderen bewegten Elementes oder relativ zur Lage mehrerer anderer Elemente auch bei hohen Geschwindigkeiten mit hoher Auflösung und Genauigkeit sowie auch bei nicht konstantem Übersetzungsverhältnis gemessen und gegebenenfalls auf einen geforderten Wert geregelt werden kann.

Diese Aufgabe wird beim gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 und bei den gattungsgemäßen Vorrichtungen erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 12 bzw. 17 bzw. 21 bzw. 27 bzw. 35 gelöst.

Die SchwKcigkeiten bei der Lösung dieser Aufgabe resultieren aus der Tatsache, daß bei hohen Drehzahlen bzw. Geschwindigkeiten eine hohe Auflösung des Meßsignales erforderlich ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren ]egt die Auflösung der Impulsfolgen nach Anpassung der Frequenzen den Meßpunktabstand fest; die Auflösung des Meßwertes ist hiervon unabhängig. Die Auflösung des Meßwertes ist z.B. bei einer analogen Phasenmessung gleich der bei der Phasenschiebung verwirklichten Auflösung. Da das eine Signal derart in der Phase geschoben wird, daß die Auflösung der Phasenschiebung wesentlich feiner ist als der Abstand benachbarter Impulse des in der Phase geschobenen Signales, lassen sich zur Erfassung der Drehungen der beiden Elemente Signalgeber mit verhältnismäßig grober Auflösung einsetzen, z.B. Impulsgeber, die statt der geforderten 600 000 Impulse je Umdrehung nur beispielsweise 10 000 oder 20 000 Impulse liefern. Dadurch können Vorrichtungen irLt Spindeln verwendet werden, die Drehzahlen von mehreren 1 000 min haben können. Durch die

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Phasenschiebung wird eine feine Auflösung des Meßwertes erreicht, so daß trotz der hohen Drehzahlen der Spindeln der Vorrichtung die Relativlage der bewegten Elemente zueinander mit hoher Genauigkeit gemessen und gegebenenfalls auf den geforderten Wert geregelt werden kann.

Zur Erzeugung der Phasenschiebung ist die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Anspruch 12 mit dem weiteren Antrieb versehen, mit dem die Relativbewegung zwischen der Abtasteinrichtung und dem Signalmaßstab des Signalgebers erzeugt wird. Das durch die Relativbewegung zwischen der Abtasteinrichtung und dem' Signalmaßstab modifizierte Signal für das Bezugselement wird dem Phasenmesser zugeführt _t- der auch, das van Signalgeber des Antriebes für das Kauptführungselement erzeugte Signal erhält. Am Ausgang des Phasenmessers steht dann das Meßsignal an, das beispielsweise zur Regelung des Antriebes zur Bewegung des Bezugselementes verwendet werden kann.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 17 werden mit den Elementen zur Anpassung der Auflösung die von den Signalgebern zur Erfassung der Bewegungen aller Führungselemente erzeugten Signale fein aufgelöst, zusammengefaßt und das in der Phase geschobene Signal gebildet. Zwischen diesem und dem von der Bewegung des Bezugselementes abgeleiteten Signal erfolgt dann die Phasenmessung.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 21 wird für, die Zusatzbewegung des Bezugselementes der weitere Antrieb verwendet, mit dem die Zusatzbewegung des Bezugselementes durchgeführt wird. Der weitere Signalgeber erzeugt hierbei die entsprechenden Istwerte, die im Vergleicher mit den vorgegebenen Sollwerten verglichen werden. Das Aus-

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gangssignal des Vergleichers wird dann zur Regelung des weiteren Antriebes verwendet. Dadurch kann die Zusatzbewegung sehr genau eingehalten werden, so daß die gewünschte Schraubenlinie am 'Werkstück mit hoher Genauigkeit hergestellt werden tetnn.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 27 ist der Signalgenerator vorgesehen, aus dessen Signal die für die Bewegungen der beiden Elemente vorgesehenen Sollwertsignale erzeugt werden. Die Bewegungen der Elemente selbst werden mit den Signalgebern mit relativ grober Auflösung erfaßt und über Phasenmesser mit dem jeweiligen Sollwert verglichen. Das Ergebnis der Phasenmessung ist der Meßwert; er kann zur Regelung der Lage eines der Elemente genutzt werden.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 35 erfolgt im Phasenmesser eine Phasenmessung zwischen den vom Addierer und vom Signalgeber des Antriebes für das Bezugselement gelieferten Signale. Am Ausgang des Phasenmessers liegt dann das gesuchte Signal vor, allerdings mit einer zu groben Auflösung. Das zwischen dem Summierer und dem weiteren Signalgeber liegende Auflösungsglied sorgt dafür, daß die Auflösung auf einen geeigneten Wert gebracht wird. Im Summierer werden dann die Ausgangssignale des Phasenmessers und des Auflösungsgliedes zusammengefaßt. Am Ausgang des Summierers liegt dann der gesuchte Meßwert in hinreichender Auflösung vor.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den erfindungsgemäßen Vorrichtungen können höher—freguente Bewegungskomponenten, z.B. höher-frequente Schwingungen , meß-**- technisch besonders einfach erfaßt werden.

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Beim erfindungsgemäßen Verfahren treten keine solchsi Zusatzimpulse auf, welche die übersetzung zwischen den sich bewegenden Elementen zueinander sprunghaft ändern und dadurch eine grobe Auflösung des Meßwertes bewirken würden. Die Erzeugung des Meßsignales ist nicht an konstante Obersetzungsverhältnisse zwischen den sich bewegenden Elementen gebunden, so daß das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen für praktisch beliebig veränderliche Übersetzungsverhältnisse eingesetzt werden können.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in Draufsicht und in schematischer

Darstellung eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 in einem Blockdiagramm eire zur Durch

führung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Schaltung,

Fig. 3, 4, 7, 8 Blockdiagramite von Ausführungsformen einer Schaltung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetztwerden,

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Fig. 5 in schematischer Darstellung eine

zweite Ausführungsform eines Signalgebers der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Flg. 6 in schematischer Darstellung eine weitere

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 1 zeigt eine Bearbeitungsmaschine für Zahnräder. Sie hat ein Maschinenbett 1, auf dem ein als Kreuzschlitten ausgebildeter Axialschlitten 2 verfahrbar ist. Mit ihm kann eine Werkzeugspindeleinheit 3 verstellt werden. In ihr ist eine Arbeitsspindel 4 drehbar gelagert, die von einem Motor 5 angetrieben wird. Auf der Arbeitsspindel 4 sitzt ein Werkzeug 6, das im Ausführungsbeispiel ein Schälrad zur Herstellung einer Verzahnung an einem Werkstück 7 ist. Das Werkstück sitzt auf einer weiteren Spindel 8, die von einem Motor 9 angetrieben wird. Das Werkzeug 6 kann mittels des Axialschlittens 2 in Achsrichtung des Werkstückes 7 längs Führungen 10 auf dem Maschinenbett 1 über einen am Maschinenbett 1 befestigten Motor 11 und Gewindetrieb 88 verschoben werden. Das Werkzeug 6 kann außerdem quer zur Achse des Werkstückes 7 verstellt werden. Hierzu ist ein weiterer Motor 12 vorgesehen, der in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet ist und mit dem der Radialschlitten 13 in Führungen 14 auf dem Axialschlitten 2 verschoben werden kann.

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An den Motoren 5 und 9 sitzt jeweils ein Impulsgeber 15 und 16, der jeweils über Leitungen 18 und 19 mit einem Rechner 30 leitungsverbunden ist. Außerdem ist der Rechner 30 über eine Regelleitung 22 mit dem Motor 9 verbunden.

Mit dem Motor 11 wird der Axialschlitten 2 während der Bearbeitung axial längs der Führungen 10 verschoben, wodurch das Werkzeug 6 längs des zu bearbeitenden Werkstückes 7 verschoben wird. Mit dem Motor 12 wird vor der Bearbeitung das Werkzeug 6 im gewünschten Maße gegen das Werkstück 7 zugestellt. Bei der dargestellten Bearbeitungsmaschine werden das Werkzeug 6 und das Werkstück 7 von den Motoren 5 und 9 im umgekehrten Verhältnis ihrer Zähnezahlen um ihre Achsen gedreht. Die Impulsgeber 15 und 16 geben über die Leitungen 18 und 19 entsprechend der jeweiligen Drehzahl der Arbeitsspindeln 4 und 8 Impulse in den Rechner 30, der in bekannter Weise auf der Basis einer Impuls-Phasenmessiiig die Winkellagen der Arbeitsspindeln in dem erforderlichen Verhältnis zueinander hält. Um eine Schrägverzahnung am Werkstück 7 herzustellen/ erhält im dargestellten Ausführungsbeispiel das Werkstück 7 eine entsprechende Zusatzdrehung. Sie kann positiv oder negativ in bezug auf die Arbeitsdrehung des Werkstückes 7 sein, je nach Richtung der Zahnschräge. Der Sollwert für diese Zusatzdrehung wird durch einen weiteren Motor 24 erzeugt/der, über eine Drehung des Gehäuses 23 des Impulsgebers 16 eine Zusatzdrehung der Arbeitsspindel 8 einleitet. Entsprechend dieser Zusatzbewegung erzeugt ein Impulsgeber 26 Impulse, mit denen das Maß der Zusatzdrehung überwacht und gegebenenfalls nachgeregelt werden kann. Die entsprechenden Signale werden dann von einem weiteren Rechner 36 über eine Regelleitung 22' dem Motor 24 zugeführt.

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Über die Leitung 20 werden dem Rechner 36 die Impulse des Impulsgebers 17 ausgeführt, mit dem die Verschiebung des Axialschlittens 2 und damit die Verschiebung des Werkzeuges 6 erfaßt wird. Daraus ergibt sich unter Berücksichtigung der Gleichung. (1) und dem Signal des Impulsgebers 26 das über die Leitung 22' dem Motor 24 zugeführte Stellsignal.

Die Zusatzbewegung kann auch vom Werkzeug 6 durchgeführt werden, dessen Zusatzbewegung dann in gleicher Weise überwacht und geregelt wird wie vorstehend für die Zusatzbewegung des Werkstückes /^

Fig. 2 zeigt ein Schaltschema für eine Bearbeitungsmaschine, bei der anstelle des Impulsgebers 26 ein Impulsgeber 26a koaxial zum Impulsgeber 16 angeordnet ist.

Die Bewegungen der Arbeitsspindeln 4 und 8 werden von den Impulsgebern 15 und 16 erfaßt. Der Impulsgeber 16 hat das Gehäuse 23, das um seine Achse drehbar ist. Als Antrieb ist der zusätzliche Motor 24 vorgesehen, der über ein Getriebe 25, das im Ausführungsbeispiel ein Schneckengetriebe ist, mit dem Gehäuse 23 antriebsverbunden ist. Die Drehbewegung des Impulsgebergehäuses 23 wird vom Impulsgeber 26a erfaßt. Er ist so ausgebildet, daß sein Impulsmaßstab 27 drehfest mit dem Gehäuse 23 verbunden ist. Das vom Impulsgeber 26a abgeleitete Signal wird dem Rechner 36a zugeführt, der außerdem mit einem Signaleingang 28 für den Sollwert der Zusatzbewegung versehen ist. Das vom Impulsgeber 26a abgeleitete Signal wird im Rechner 36a mit dem Sollwert der Zusatzbewegung verglichen und so die Regelabweichung für die Zusatzbewegung des Gehäuses 23 gebildet. Diese Regelabweichung wird durch einen nachgeschalteten Verstärker verstärkt und zur Drehung des Motors 24 genutzt. Es liegt also eine Regelung für die Zusatzbewegung des Gehäuses

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23 des Impulsgebers 16 vor. Die Auflösung der Impulsgeber

15 und 16 kann grob sein. Die Auflösung des Impulsgebers 26a jedoch muß fein sein, um die gewünschte Schraubenlinie bei der Herstellung der Schrägverzahnung möglichst stufenfrei zu erhalten. Dies ist aber ohne weiteres möglich, da das Gehäuse 23 des Impulsgebers 16 von dem Motor 24 nur langsam gedreht wird. Es kann darum ein Impulsgeber verwendet werden, der eine sehr große Zahl von Impulsen je Umdrehung liefert, so daß die gewünschte feine Auflösung ohne Schwierigkeiten erreicht werden kann.

Wie Fig. 2 zeigt, werden die von den Impulsgebern 15 und

16 abgeleiteten Signale über die Leitungen 18 und 19 einem Rechner 30 zugeführt. Über nicht dargestellte bekannte • Elemente wird die Impulsfrequenz beider Signale gleich gemacht und zwischen den so erhaltenen Impulsfolgen eine Phasenmessung durchgeführt. Es wird dann durch Phasenschiebung die Zusatzbewegung eingeleitet. Das Ergebnis ;der Phasenmessung ist die gesuchte Abweichung des Werkstückes 7 aus seiner Soll winke]lage. Die Abweichung wird durch ein entsprechendes Signal über eine Leitung 31 einem Verstärker 3 2 zugeführt, der das verstärkte Signal dann über die Leitung 33 zur Regelung dem Motor 9 zuführt. Somit kann die Lage des Werkstückes 7 genau geregelt werden.

Die Phasenschiebung wird dadurch erreicht, daß das Gehäuse 23 des Impulsgebers 16 mit dem Motor 24 um seine Achse langsam gedreht vird. Die erforderliche Stellgröße für den Motor 24

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ergibt sich durch den Vergleich des Istwertes der Winkellage des Gehäuses 23 mit dem am Signaleingang 28 des Rechners 36a anstehenden Sollwert der Zusatzdrehung. Am Gehäuse 23 ist der Abtastkopf 34 des Impulsgebers 16 befestigt, so daß dieser Abtastkopf eine Relativbewegung zum Impulsmaßstab 35 des Impulsgebers 16 ausführt. Dadurch wird der Teilbewegung des Werkstückes 7 die durch die zusätzliche Drehung des Impulsgebergehäuses 23 . veranlaßte Zusatzbewegung überlagert, die je nach Drehrichtung des Gehäuses zur Impulsfolge der Teilbewegung des Werkstückes addiert oder von ihr substrahiert wird. Über den Impulsgeber 26awird die Einhaltung der erforderlichen Drehung des Impulsgebergehäuses 23 durch den Motor 24 in der beschriebenen Weise überwacht und gegebenenfalls nachgeregelt.

Nach der Anpassung der Frequenzen der Iinpulsfolgen der Signalgeber 15, 16 in nicht dargestellten Elementen legen die Impulsfolgen den xMeßpunktabstand fest. Die Auflösung ides' Meßwertes,-das heißt, das nach der Phasenmessung sich ergebende Signal, ist zum Beispiel bei analoger Phasenmessung gleich der bei der beschriebenen Phasenschiebung verwirklichten Auflösung. Aus diesem Grund lassen sich zur Erfassung der Teilbewegung Impulsgeber mit verhältnismäßig grober Auflösung einsetzen, zum Beispiel Impulsgeber, die beispielsweise nur 10 000 oder 20 000 Impulse je Umdrehung der Arbeitsspindeln 4 bzw. 8 liefern. Dadurch können Spindel-

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drehzahlen von mehreren 1 000 min ohne Schwierigkeiten beherrscht werden. Wesentlich ist, daß bei dem beschriebenen Verfahren keine solchen Zusatzimpulse auftreten, welche die Übersetzung sprunghaft ändern und dadurch eine grobe Auflösung des Meßwertes bewirken würden.

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Die Frequenz der nach dem beschriebenen Verfahren erfaßbaren Signalanteile liegt um zwei bis drei Zehnerpotenzen über der mit bekannten Verfahren unter Verwendung von

Impulsgebern erfaßbaren Frequenz, bei denen Impulse gezählt und die Zählestända: getaktet abgefragt und miteinander verglichen werden. Außerdem ist die Auflösung der Meßsignale nach dem hier beschriebenen Verfahren größer als bei den bekannten Verfahren. Es können beispielsweise die Impulsgeber 15 und 16'auf den.beiden Spindeln 4 und 8 je 20 000 Impulse je Spiwdelumdrehung liefern. Wenn man davon ausgeht, daß das Werkzeug 6 eine Zähnezahl von fünfzig und das Werkstück 7 eine Zähnezahl von vierzig hat, so erhält man bei einer Werkzeugdrehzahl von beispielsweise 900 min von der

Arbeitsspindel 4 des Werkzeuges 6 ein Signal mit einer Frequenz von 300 kHz und von der Spindel 8 des

Werkstückes 7 ein Signal mit einer Frequenz von 375 kHz. Die Anpassung der Auflösung wird so vorgenommen, daß die von den beiden Impulsgebern 15 und 16 abgeleiteten Impulsfolgen gleiche Frequenz haben. Im Ausführungsbeispiel besitzen beide Signale nach der Anpassung demnach eine Frequenz von '75 kHz.

Zwischen diesen in der Auflösung angepaßten Signalen wird die Phasenmessung ausgeführt. Rein rechnerisch erhält man damit die Möglichkeit, Schwingungen bis zu einer Frequenz von 37,5 kHz zu erfassen .,denn die obere Grenze für die Frequenz einer nach diesem Verfahren erfaßbaren Signalkomponente liegt bei der Hälfte der Frequenz der an den Eingängen des Phasenmessers anliegenden Signalen. Für den Fall, daß die Impulsgeber 15 und 16 auf den beiden Spindeln 4 und 8 jeweils N Impulse je Spindelumdrehung liefern, gilt folgende Beziehung:

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N · GGT (Z₀, Z₂) 1 n₂-N-GGT (Z₀,

T₂

Hierin bedeuten n_Q die Drehzahl der Werkzeugspindel 4 , η₂ die Drehzahl der Werkstückspindel 8, z_Q die Zähnezahl des Werkzeuges 6, Z₂ die Zähnezahl des Werkstückes 7 und GGT (z_fi, Z₂) der größte gemeinsame Teiler in z_Q und z₂-

Wie anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist, wird die Phasenschiebung durch die Einführung einer zusätzlichen Relativbewegung zwischen dem Impulsmaßstab 35 des Impulsgebers 16 der Spindel 8 und dem Abtastkopf 34 erzeugt. Hierbei spielt es im Prinzip keine Rolle, ob die von der Bewegung des Werkstückes 7 abgeleitete Impulsfolge oder die von der Bewegung des Werkzeuges 6 abgeleitete Impulsfolge in der Phase geschoben wird. Erfolgt die Phasenschiebung an der von der Bewegung des Werkstückes 7 abgeleiteten Impulsfolge, wie anhand der Fig. 1 und 2 beschrieben, so ist die erforderliche Relativbewegung zwischen dem Impulsmaßstab 35 und dem Abtastkopf 34 unmittelbar gleich der Zusatzbewegung, die das Werkstück 7 ausführen soll.

Wird dagegen die zusätzliche Relativbewegung an der von der Bewegung des Werkzeuges 6 abgeleiteten Impulsfolge vorgenommen, so ist das geforderte Übersetzungsverhältnis zwischen dem Werkstück 7 und dem Werkzeug 6 zu berücksichtigen. Außerdem muß die Relativbewegung in diesem Falle natürlich entgegengesetztes Vorzeichen aufweisen, weil das Werkzeug einen zum Werkstück entgegengesetzten Drehsinn hat.

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Die benötigte Phasenschiebung eines der Signale läßt sich auch auf elektronischem Wege realisieren. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 3 dargestellt. Der Spindel 4 des Werkzeuges 6 ist der Impulsgeber 15 und der Spindel 8 des Werkstückes 7 der Impulsgeber 16 zugeordnet. Der Sollwert für die Zusatzbewegung wird, wie dies anhand des Ausführungsbeispieles nach Fig. 1 bzw. 2 beschrieben worden ist, von dem vom Impulsgeber 17 gelieferten Signal abgeleitet. Die Auflösung der von den Impulsgebern 15 und 16 erzeugten Impulsfolgen wird in bekannter Weise in Einrichtungen 37, 37a gleich gemacht. An die Einrichtung 37 ist ein Multiplizierer 38 angeschlossen, mit dem die in der vorgeschalteten Einrichtung 37 eingestellte Auflösung mit einem Faktor K multipliziert wird. Mit dem Impulsgeber 17 wird zur Erzeugung der Zusatzbewegung eine Impulsfolge abgeleitet, deren Auflösung in der Einrichtung 39 entsprechend der geforderten Übersetzung zum Werkstück 7 so angepaßt wird, daß bei idealer Bewegung der Impulsabstand der vom Impulsgeber 15 abgegebenen Impulse nach Anpassung der Auflösung der Einrichtung genau 1/K mal so groß ist wie der Abstand der vom Impulsgeber 17 abgegebenen Impulse nach der Anpassung in der Einrichtung 39. In einem dem Multiplizierer nachgeschalteten Summierer 40 werden die vom Impulsgeber 17 abgeleiteten Impulse zu den vom Impulsgeber 15 abgeleiteten Impulsen nach der jeweiligen Anpassung addiert bzw. davon subtrahiert. Über einen dem Summierer 40 nachgeschalteten Teiler 41 wird das Signal mit dem Faktor 1/K multipliziert. Man erhält auf diese

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Weise das in der Phase geschobene Signal. In einem dem Teiler 41 nachgeschalteten Vergleicher 42 erfolgt die Phasenmessung zwischen dem geschobenen Signal und dem vom Impulsgeber 16 abgeleiteten und gegebenenfalls angepaßten Signal. Der Impulsgeber 16 ist hierzu über die Einrichtung 3 7a an den Vergleicher 42 angeschlossen. Das Ergebnis der Phasenmessung ist der gewünschte Meßwert. Er kann über die Regelleitung 43 dem Motor 9 zugeführt werden. Dieser kann dadurch in einfacher Weise nachgeregelt werden.

Mit dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Verfahren ist es ebenfalls möglich, bei einer hohen Drehzahl der Spindeln 4, 8 von mehreren 1 000 niin Impulsgeber zu verwenden, die je Spindelumdrehung nur eine verhältnismäßig kleine Zahl von Impulsen liefern, beispielsweise nur 10 000 oder 20 000 Impulse.

Eine weitere Möglichkeit, die gewünschte Phasenschiebung zu erzeugen, wird anhand der Fig.4 im folgenden erläutert. Von einem Generator 44 wird die Spindel 4 und damit das Werkzeug 6 als Hauptführungselement mit einem Signal angesteuert, dessen Frequenz dem Sollwert der Geschwindigkeit bzw. Drehzahl des Werkzeuges 6 entspricht. In gleicher Weise können vom Generator 44 ein zweites Führungselement und gegebenenfalls weitere Führungselemente mit einem Sollwert versorgt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden Phasenmesser 45

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und 46 mit diesen Sollwerten versorgt. Der Phasenmesser 45 ist dem Motor 5 für die Spindel 4 des Werkzeuges 6 und der Phasenmesser 46 dem Motor 11 für den Antrieb des Axial-SGhIittens 2 zugeordnet. Die vom Impulsgeber 1 5 des Motors 5 erzeugten Impulse werden dem Phasenmesser 45 als Istwert eingegeben. Ebenso werden die Impulse des Impulsgebers 17 des Motors 11 als Istwert dem Phasenmesser 46 eingegeben. Zwischen den Phasenmessern 45 und 46 und dem Generator 44 wird die Frequenz des Generators im allgemeinen Fall in zwei Stufen auf den jeweiligen Sollwert gebracht. Dem Generator 44 sind zwei Einrichtungen 47 und 48 nachgeschaltet, mit denen die Auflösungen für die beiden Phasenmesser 45 und 46 gleichgemacht werden. Den Einrichtungen 47 und 48 sind Teiler 49 und 50 nachgeschaltet, welche die Auflösung unden Faktor 1/K herabsetzen. K ist so zu wählen, daß die Anzahl der vom Impulsgeber 15 gelieferten Impulse multipliziert mit K eine hinreichend hohe Auflösung für die Phasenschiebung liefert. Die so modifizierten Signale werden den Phasenmessern 45 und als Sollwerte für eine Lageregelung-der Elemente 4 und zugeführt.

Vor der Untersetzung um den Faktor 1/K mittels der Teiler 49, 50 werden die Signale von den Einrichtungen 47, 48 auch einem Summierer 51 zugeführt, der diese Signale vorzeichenrichtig summiert. Nach Anpassung der Auflösung einer dem Summierer 51 nachgeschalteten Anpaßeinrichtung 52 liegt eine Impulsfolge vor, deren Frequenz gleich dem K-fachen der Sollfrequenz der Bewegung des Werkstückes 7 ist. Der Anpaßeinrichtung 52 ist ein Teiler 53 nachgeschaltet, der die Auflösung des die Führungsgröße beschreibenden Signales um den

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Faktor 1/K untersetzt. Es liegt dann der Sollwert für die Bewegung des Werkstückes 7 vor. Er wird in einem Phasenmesser 54 mit dem vom Impulsgeber 16 gelieferten Istwert der Drehung der Spindel 8 verglichen. Damit ergibt sich am Ausgang des Phasenmessers 54 der gesuchte Meßwert. Er kann zur Regelung des Motors 9 für die Drehung der Werkstückspindel 8 herangezogen werden.

Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Ausbildungen besteht darin, daß die Lage des Werkstückes bei der hohen Auflösung und Genauigkeit auch bei einem nicht konstanten Übersetzungsverhältnis gemessen und gegebenenfalls auf einen geforderten Wert geregelt werden kann. Die Phasenschiebung kann, an dem vom Werkzeug 6 oder vom Werkstück 7 abgeleiteten Signal vorgenommen werden. Bei der Phasenschiebung können auch Modifikationen berücksichtigt werden, so beispielsweise bei der Herstellung von Zahnrädern Flankenlinien-Modifikationen oder Verdrehungen des Werkzeuges relativ zum ■ Werkstück, um die Rechts- bzw. Linksflanken des Werkstückes in getrennten Arbeitsgängen zu erzeugen. Die notwendige Phasenschiebung kann, wie dies anhand der Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, automatisch durch Regelung vorgenommen werden. Ebenso ist es möglich, den Sollwert für die Zusatzdrehung ganz oder teilweise manuell oder halbautomatisch einzuleiten. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, daß durch Drehen an einem elektronischen Handrad Impulse auf den Eingang 21 (Fig. 2 bis 4, 7 und 8) geleitet oder indem man die Welle 91 (Fig. 6) von Hand dreht. Ein elektronisches Handrad ist ein Handrad, dessen Drehung einer Verschiebung eines Impulsmaßstabes relativ zur Abtaststelle bewirkt und so Impulse erzeugt.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 werden die Signale

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in den Teilern 49, 50, 53 jeweils um den Faktor 1/K untersetzt. Selbstverständlich können in den verschiedenen Teilern diese Untersetzungen auch unterschiedlich sein. Entscheidend ist nur, daß die jeweils erforderliche Gesamtübersetzung vorhanden und die Bewertung der Impulse vor der Zusammenfassung im Summierer 51 gleich ist.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Sie weist das Gehäuse 65 auf, in das eine Welle 58 , die z.B. mit der Welle des Motors 9 gekoppelt sein kann, ragt. Sie trägt am freien Ende den Impulsmaßstab 35b. Beiderseits des Impulsmaßstabes befinden sich eine Fotozelle 59 und ein Lichtsender 60. Sie bilden in bekannter Weise zusammen den Abtastkopf 34b. Die Fotozelle 59 ist über Leitung 59a mit Schleifringkontakten 61 verbunden, die mit entsprechenden Schleifringgegenkontakten 62 eines Schleifringkopfes 63 zusammenwirken. Über ihn werden die vom Impulsgeber 16b erzeugten Impulse über eine Leitung 64 weitergegeben.

Im Gehäuse 65 des Impulsgebers 26b ist das Gehäuse 66 des Impulsgebers 16b drehbar untergebracht. Es kann mit einem Getriebe 67, beispielsweise mit einem Schneckengetriebe, von einem Motor 67a.um seine Achse drehbar angetrieben werden. Im Gehäuse 66 liegen der Impulsmaßstab 35b und der Abtastkopf 34b des Impulsgebers 16b. Das Gehäuse 66 ist mit einer Hohlwelle 68 verbunden, die in Lagern 69 des Gehäuses drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 68 trägt den als kreisringförmige Scheibe ausgebildeten Impulsmaßstab 27b, auf dessen beiden Seiten in bekannter Weise der Lichtsender 70 und die Fotozelle 71 angeordnet sind. Mit dem

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Impulsgeber 26b werden die bei der Zusatzbewegung durch Drehen des Gehäuses 66 entstehenden Impulse erzeugt und über eine Leitung 72, die an die Fotozelle 71 angeschlossen ist, weitergegeben. Dieses Signal kann, wie anhand der Fig. 2 erläutert, mit dem Sollwert der Zusatzdrehung verglichen werden. Das bei diesem Vergleich gewonnene Signal läßt sich zur Regelung der Zusatzbewegung auf den Motor 67a leiten. Der Motor 67a erzeugt dann durch Drehen des Gehäuses 66 die gewünschte Phasenschiebung an dem vom Impulsgeber 16b gelieferten Signal.

Die beschriebene Ausbildung der koaxial hintereinanderliegenden Impulsgeber 16b und 26b ergibt eine gedrängte und platzsparende Bauweise. Die Schleifringkontakte 61 und -gegenkontakte 62 werden mit Abstand von der Kohlwelle 68 umgeben, wodurch die Baulänge dieser Einheit klein gehalten werden kann. Diese Einheit kann auch als separates Meßgerät genutzt werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind die Antriebswellen 5' und 9¹ der Motoren 5 und 9 jeweils über ein Zahnradgetriebe 73 und 74 mit der Arbeitsspindel 4 und der Spindel 8 verbunden, die das Werkzeug 6 und das Werkstück 7 tragen. Mit den Motoren 5, 9 werden das Werkzeug 6 und das Werkstück 7 um ihre Achsen gedreht, führen also die Grundbewegung aus. Die Auflösung der von den den Motoren 5 und 9 zugeordneten Impulsgebern 15 und 16 abgeleiteten Signale werden mit bekannten Mitteln in Anpaßeinrichtungen 75, 76 einander gleich gemacht. In einem den Anpaßeinrichtungen 75 und 76 nachgeschalteten Phasenmesser 77 erfolgt die Phasenmessung, wodurch das Meßsignal der Grundbewegung erhalten wird, über eine Regelleitung 78 wird das Meßsignal dem Motor 9 zugeführt und zur Regelung der Winkellage des Werkstückes 7 herangezogen·

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Der Abstand der am Ausgang von den Anpaßeinrichtungen und 76 anliegenden Impulsfolgen ist der Meßpunktabstand. Der Auflösung des Meßwertes ist, analoge Phasenmessung vorausgesetzt, nahezu 0, also extrem fein.

Die Zusatzbewegung wird der Grundbewegung des Werkstückes 7 überlagert. Zur Erzeugung der Zusatzbewegung sitzt auf der Antriebswelle 9¹ drehfest, aber axial verschieblich ein Schraubenführungselement 79, das im wesentlichen hülsenförmig ausgebildet ist und auf seiner Innenseite eine axial verlaufende Nut 80 für eine Paßfeder 81 der Antriebswelle 9¹ aufweist. Auf der Außenseite ist das Schraubenführungselement 79 mit einer gestrichelt angedeuteten Schraubenführung versehen, in die das Zahnrad 82 des Zahnradgetriebes 74 mit entsprechenden Führungselementen 83 eingreift. Das Schraubenführungselement 79 ist mit einer Gewindespindel 84 versehen, die endseitig eine Scheibe aufweist, die beidseitig an Lagern 86 und 87 im Schraubenführungselement 79 axial unverschieblich, jedoch drehbar gelagert ist. Die Gewindespindel 84 ragt aus dem Schraubenführungselement und liegt koaxial zur Antriebswelle 9'. Die Gewindespindel 84 ist über ein Getriebe 89 mit dem Motor 24 antriebsverbunden. Im Ausführungsbeispiel ist das Getriebe 89 ein Schneckenradgetriebe mit einem auf der Gewindespindel 84 sitzenden Schneckenrad 90, in das eine Schnecke 91 eingreift. Das Schneckenrad 90 ist in Lagern 92 und 93 axial unverschieblich drehbar abgestützt. Das Schneckenrad 90 hat ein Innengewinde 94, mit dem es in das Gewinde der Spindel 84 eingreift. Wenn mit dem Motor 24 das Schneckenrad 90 in Drehung versetzt wird, wird die Gewindespindel 84, die über nicht dargestellte Elemente gegen Drehung gesichert ist, je nach Drehrichitung des Schneckenrades axial verschoben. Da die Gewindespindel

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über ihre Endscheibe 85 axial unverschieblich im Schraubenführungselement 79 gelagert ist, wird es entsprechend axial auf der Antriebswelle 9¹ verschoben. Die Paßfeder 81 verhindert, daß das Schraubenführungselement auf der Antriebswelle 9¹ dreht. Da das Zahnrad 82 jedoch mit den Führungselementen 83 in die Schraubenführung des Schraubenführungselementes 79 eingreift, erzeugt es eine Zusatzdrehung des Zahnrades 82 proportional zur Axialverschiebung des Schraubenführungselementes 79. Die Zusatzdrehung wird über das Getriebe 74 und die Spindel 8 auf das Werkstück 7 übertragen. Die erforderliche Drehung des regelbaren Motors 24 läßt sich mit bekannten Mitteln sehr einfach verwirklichen. Man leitet z.B. die vom Impulsgeber 17 des Motors 11 für die Axialverschiebung gelieferten Impulse auf einen Zähler eines Rechners 95 und weitere Impulse, die zur Erzeugung der Zusatzbewegung z.B. von der Bewegung eines weiteren Elementes abgeleitet sein können/ auf einen weiteren Zähler des Rechners 95. Die zur Erfassung der Zusatzbewegung vom Impulsgeber 26 des Motors 24 gelieferten Impulse werden auf einen zusätzlichen Zähler des Rechners 95 geleitet. Z.B. nach jeweils 5ms werden die Zählerstände abgefragt und der Sollwert für die Zusatzdrehung gebildet, der mit dem Istwert verglichen wird. Die Differenz wird in einem Digital-Analogwandler in ein analoges Signal umgewandelt, das die Regelabweichung ist. Er wird über die Regelleitung 96 zur Regelung dem Motor 24 zugeführt.

Die vom Impulsgeber 16 gelieferten Impulse beschreiben die Winkelposition des Werkstückes 7. Die überlagerte Zusatzbewegung schiebt diese Impulse, bezogen auf das Werkstück 7, in der Phase. Die Auflösung, mit der diese Phasenschiebung verwirklicht wird, ist die Auflösung der Zusatzbewegung. Da diese Zusatzbewegung langsam erfolgt,

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läßt sich bequem eine hinreichend feine Auflösung verwirklichen. Sie ist praktisch die Auflösung der gesamten Einrichtung. Man erhält also trotz gegebenenfalls sehr hoher Drehzahl der Spindeln 4 und 8 eine sehr hohe Auflösung.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 werden die Auflösungen der von den Impulsgebern 15 und 16 der Motoren 5 und 9 gelieferten Signale in nachgeschalteten Anpaßeinrichtungen 97 und 98 einander gleich gemacht. Die Auflösung des vom Impulsgeber 17 des Motors 11 gelieferten Signales wird in einer nachgeschalteten Anpaßeinrichtung

99 um einen für eine sinnvolle Auflösung des gesamten Systemes sinnvollen Faktor K, der z.B. gleich 50 sein kann, größer als die Auflösung der am Ausgang der Anpaßeinrichtungen 97 und 98 anliegenden Signale gemacht. Der Anpaßeinrichtung 99 ist ein Zähler 100 nachgeschaltet, der jeden K-ten Impuls an einen Addierer 101 weiterleitet.

Dem Addierer 101 werden auch die von der Anpaßeinrichtung 97 gelieferten Impulse zugeführt und mit den vom Addierer

100 gelieferten Impulsen gemischt, das heißt addiert bzw.

subtrahiert. Dem Addierer 101 ist ein Phasenmesser 102 nachgeschaltet, dem die Ausgangssignale des Addierers und der Anpaßeinrichtung 98 zugeführt werden. Zwischen den vom Addierer 101 und der Anpaßeinrichtung 98 gelieferten Signalen erfolgt im Phasenmesser 102 in einem Phasenmeßelement 104 eine Phasenmessung. Am'Ausgang dieses Phasenmeßelementes 104 liegt das gesuchte Signal vor, allerdings mit einer Auflösung des Meßwertes ,die gleich ist der Anzahl der am Ausgang der Anpaßeinrichtung 98 vorhandenen Impulse je Umdrehung des Werkstückes 7. Diese Auflösung ist natürlich zu grob und wird darum auf einen geeigneten Wert gebracht.

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Hierzu ist der Zähler 100 mit einem zweiten Ausgang versehen, über den der jeweilige Zählerstand auf einen Digital-Analogwandler 103 des Phasenmessers 102 geleitet wird. Der Zähler 100 ist so ausgebildet, daß er nach jeweils K Eingangsimpulsen auf 0 gesetzt wird. Dies hat zur Folge, daß am Ausgang des Digital-Analogwandlers 103 bei konstanter Impulsfolgefrequenz am Eingang des Zählers 100 ein sägezahnförmiger Spannungsverlauf entsteht, wobei die Spannung jeweils auf 0 abfällt, wenn der Zähler 100 auf 0 gesetzt wird. Die Amplitude der Spannungskurve entspricht dem Abstand benachbarter Impulse am Ausgang der Anpaßeinrichtung 97, also der Auflösung des Meßwertes am Ausgang des Phasenmeßelementes 104. Die Auflösung am Ausgang des Digital-Analogwandlers 103 ist um den Faktor K höher. Die Signale am Ausgang des Phasenmeßelementes und des Digital-Analogwandlers 103 werden in einem Summierer 105 des Phasenmessers 102 zusammengefaßt, das heißt addiert bzw. subtrahiert. Damit liegt am Ausgang des Summierers 105 der gesuchte Meßwert in hinreichend

feiner Auflösung vor. Er kann über die Leitung 106 zur Regelung des Motors 9 für die Drehung des Werkstückes 7

herangezogen werden.

Es lassen sich auch weitere Impulse, die die Zusatzbewegung beeinflussen sollen, auf den Eingang des Zählers 100 geben und damit zur Regelung des Motors 9 heranziehen.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 erzeugen die Motoren 5 und 9 wiederum die Grundbewegung des Werkzeuges 6 und des Werkstückes 7. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird als Bezugselement das Werkstück 7 mit dem Motor 9 angesehen. In den Impulsgebern 15 und 16 werden wiederum die der Grundbewegung entsprechenden Impulsfolgen erzeugt, die in nachgeschalteten Phasenmessern 107 und 108 mit der Phasenlage von Signalen verglichen werden, die von einem Generator 109 geliefert werden. Die vom Generator

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109 gelieferten Impulsfolgen werden in nachgeschalteten Anpaßeinrichtungen 110, 111 und 115 mit bekannten Mitteln an die Sollwerte der Bewegung der Elemente 4 und 8 angepaßt, das heißt in der Auflösung einander gleich gemacht. Die Phasenschiebung, die zur Überlagerung der Zusatzbewegung auf das Werkstück 7 erforderlich ist, wird erzeugt, indem die Auflösung des vom Impulsgeber 17 des Motors 11 gelieferten Signales in einer dem Impulsgeber nachgeschalteten Anpaßeinrichtung 112 und die Auflösung des vom Generator 109 gelieferten Signales in der Anpaßeinrichtung 111 einander gleichgemacht werden, wobei diese Auflösung um einen Faktor K höher als die Auflösung des Elementes 16 ist. Die an den Ausgängen der Anpaßeinrichtung 111 und 112 anliegenden Signale werden einem Summierer 113 zugeführt, in dem die Signale zusammengefaßt werden. Weitere Impulse, die gegebenenfalls die Zusatzbewegung des Werkstückes 7 beeinflussen sollen, werden über einen weiteren Eingang 114 dem Summierer 113 zugeführt und in ihm mit den übrigen Signalen zusammengefaßt. Die Auflösung des am Ausgang des Summierers 113 vorhandenen Signales wird in einer nachgeschalteten Anpaßeinrichtung 115 um den Faktor K untersetzt und so als Sollwert für die Bewegung des Motors 9 dem Phasenmesser 108 zugeführt. Dieser Sollwert wird mit dem vom Impulsgeber 16a gelieferten Signal verglichen. Das Ausgangssignal des Phasenmessers 108 ist der Meßwert, der gegebenenfalls zur Regelung des Motors 9 genutzt wird.

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- Leerseite -

Claims

Ansprüche

Verfahren zur Messung und/oder Regelung der Lage eines bewegten, vorzugsweise drehenden Bezugselementes einer Werkzeugmaschine, vorzugsweise einer Verzahnmaschine, abhängig von der Lage eines weiteren bewegten, vorzugsweise drehenden Hauptführungselementes, bei dem die beiden Elemente eine Grundbewegung bei im Idealfall konstantem übersetzungsverhältnis ausführen, wobei von den die Grundbewegung ausführenden Elementen Impulsfolgen abgeleitet und die Frequenzen dieser Impulsfolgen gleich gemacht werden und zumindest das Bezugselement darüber hinaus eine Zusatzbewegung ausführt, die verglichen mit der Grundbewegung langsam erfolgt und die beispielsweise in Abhängigkeit von der Lage eines weiteren bewegten Elementes vorgegeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur überlagerung der Zusatzbewegung zumindestens eines der die Grundbewegung beschreibenden Signale relativ zum Bezugselement (8) in der Phase derart geschoben und zwischen den erhaltenen Signalen eine Phasenmessung ausgeführt- wird, daß die Auflösung der Phasenschiebung deutlich feiner ist als der Abstand benachbarter Impulse der vom Hauptführungselement (4) und der von Bezugselement (8) abgeleiteten Signale.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal zur Regelung der Bewaging des Bezugselementes (8) herangezogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal als Differenz zwischen Istwert und Sollwert gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale, die von der Bewegung des Hauptführungselementes (4) und des weiteren Führungselementes (2) abgeleitet werden, so in der Auflösung modifiziert werden, .

daß der Impulsabstand jeweils K

mal so groß ist wie der Abstand der durch die Grundbewegung erzeugten Impulse des Bezugselementes (8 ) (Fig. 3).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Erzeugung der Zusatzbewegung des Bezugselementes (8) abgeleiteten und modifizierten Signale sowie das von der Bewegung des Hauptführungselementes (4) abge-ÜSLtete und modifizierte Signal zusammengefaßt und in einem Teiler

(41) zur Erzeugung des in der Phase geschobenen Signales mit einem Faktor 1/K multipliziert werden (Fig. 3).
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichne t; daß zwischen dem in der Phase geschobenen Signal und dem von der Bewegung des Bezugselementes (8) abgeleiteten und modifizierten Signal zur Erzeugung des Meßsignales die Phasenmessung durchgeführt wird (Fig. 3)·
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung der Führungselemente (4, 2) zunächst Signale gebildet werden, die wesentlich höher aufgelöst sind als das vom Impulsgeber (16) gelieferte Signal, die aber in der Auflösung jeweils gleich sind, daß die hochaufgelösten Signale zur Bildung des Sollwertes für die Bewegung des Bezugselementes (8) zusammengefaßt werden, und daß die hochaufgelösten Signale durch Anpassung der Auflösung zu Sollwerten für die Bewegung der Elemente (4, 2, 8) gemacht werden (Fig. 4).
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollwertsignale für die Bewegung der beiden Elemente ('4, 2,8) mit dem jeweiligen Istwert ihrer momentanen Lage verglichen werden (Fig. 4).
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Meßelement zur Erfassung der Lage des Bezugselementes (8) bzw. des Hauptführungselementes (4) und dem Bezugselement (8) bzw. dem Hauptführungselement (4) die Zusatzbewegung , abhängig z.B. von der Bewegung mindestens eines weiteren Führungselementes (2), überlagert wird, wobei zur Erzeugung der Zusatzbewegung von der Bewegung des weiteren Führungselementes (2) und von der Zusatzbewegung Impulse abgeleitet und zur Regelung der Zusatzbewegung mit bekannten Mitteln herangezogen werden (Fig. 6).
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflösung des zur Bildung des Sollwertes der Zusatzdrehung des Bezugselementes (8) abgeleiteten Signales um einen Faktor K größer eingestellt wird als die Auflösung der von der Drehung der beiden Elemente (4, 8) abgeleiteten Signale, daß jeder K-te Impuls des zur Bildung des Sollwertes der Zusatzdrehung abgeleiteten Signales mit den Impulsen der von der Drehung des Hauptführungselementes (4) abgeleiteten Signales in einem Impulsmischer (101) zusammengefaßt wird und daß zwischen dem so erhaltenen Signal und dem von der Drehung des Bezugselementes (8) abgeleiteten Signal zur Erzeugung des Meßsignales die Phasenmessung durchgeführt wird, und daß dem Ergebnis der Phasenmessung zur Erhöhung der Auf-läsung ein Signal überlagert wird, das von der Bewegung mindestens eines weiteren Führungselementes (2) abgeleitet ist, das sich bei konstanter Geschwindigkeit angenähert sägezahnförmig mit der Zeit ändert und das eine Amplitude besitzt, die gleich der Auflösung des Meßwertes ohne dieses Korrektursignal ist (Fig. 7).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (4, 8) aufgrund von Phasenmessungen lagegeregelt sind, wobei zur Bildung des den Sollwert der Drehung des Bezugselementes (8) beschreibenden Signales für die Grund- und für die Zusatzdrehung Impulsfolgen erzeugt werden, die in der Frequenz um den Faktor K höher eingestellt werden, als es der Auflösung des die Bewegung des Bezugselementes (8) erfassenden Impulsgebers (16) entspricht, die Impulse zusammengefaßt (addiert bzw. subtrahiert) und die dabei erhaltene Impulsfolge um den Faktor K untersetzt wird (Fig. 8).
12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit wenigstens zwei Antrieben zur Bewegung, vorzugsweise Drehantrieben zur Drehung des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, mit Signalgebern, vorzugsweise Impulsgebern, zur Messung der Lagen, vorzugsweise Winkellagen, des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, mit minde stens einem Phasehmesser, dessen Eingänge mit den Signalgebern verbunden sind und dessen Ausgangssignale auf den Antrieb des Bezugselementes oder den Antrieb des Hauptführungselementes zur Regelung der Lage schaltbar ist, und mit einer Einrichtung zur Einleitung einer Zusatzbewegung, vorzugsweise einer Zusatzdrehung, des Bezugselementes oder des Hauptführungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen weiteren Antrieb (24) aufweist, mit dem eine Relativbewegung zwischen einer Abtasteinrichtung (34) und einem Signalmaßstab (35) des einen Signalgebers (16) erzeugbar ist, dessen Ausgang mit einem Phasenmesser (30) verbunden ist, an den der andere Signalgeber (15) ebenfalls angeschlossen ist und an dessen Ausgang das Meßsignal ansteht (Fig. 1 und 2).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der eine Signalgeber ein Winkelschrittgeber ist, dessen Abtasteinrichtung und Signalmaßstab in einem Gehäuse untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse

(23) des Signalgebers (16) vom weiteren Antrieb (24) bewegbar, vorzusweise drehbar ist, und daß zur Erfassung der Gehäusebewegung ein Zusatz-Signalgeber (26, 26a) vorgesehen ist (Fig. 1 und 2).

ORIGINAL ifiSFE

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Zusatz-Signalgebers (26a) mit dem einen Eingang eines Vergleichers (36a) verbunden ist, an dessen anderem Eingang (28) ein Sollwertsignal für die Zusatzbewegung des Gehäuses (23) des Signalgebers

(16) anliegt (Fig. 2).

15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz-Signalgeber (26a) ein Winkelschrittgeber ist, dessen Impulsmaßstab (27) mit dem drehbaren Gehäuse (23) des Signalgebers (16) drehfest verbunden ist (Fig. 2).

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Vergleichers (36a) zur Regelung mit dem weiteren Antrieb (24) verbunden ist (Fig. 2).

17. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei Antrieben zur Bewegung, vorzugsweise Drehantrieben zur Drehung des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, mit Signalgebern, vorzugsweise Impulsgebern, zur Messung der

"Lagen, vorzugsweise Winkellagen des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, und mindestens einem Antrieb für ein weiteres Führungselement mit einem Signalgeber, vorzugsweise Impulsgeber zur Messung der Lage des weiteren Führungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Phasenmesser (42) und mindestens dem einen Signalgeber (15) und dem weiteren Signalgeber (17) jeweils Elemente (37, 38; 39) zur

Anpassung der Auflösung und ein Element (40) zur Zusammenfassung der Signale sowie ein Element (41) zur Anpassung der Auflösung an das vom Bezugselement (8) abgeleitete Signal liegen (Fig. 3).

16. Vorrichtung nach Anspruch 17 , dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (37,39) zur Anpassung der Auflösung an einen · Summierer (40) angeschlossen sind, der mit dem Phasenrnesser (42) verbunden ist (Fig. 3).

19. Vorrichtung nach Anspruch 18., dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Summierer (40) und dem Phasenmesser (42) ein Teiler (41) liegt (Fig. 3).

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19,, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Element (37) zur Anpassung der Auflösung des Signalgebers (15) und dem Summierer (40) ein Multiplizierer (38) liegt (Fig. 3).

21. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 9, mit wenigstens zwei Antrieben zur Bewegung, vorzugsweise Drehantrieben zur Drehung, des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, mit Signalgebern, vorzugsweise Impulsgebern, zur Messung der Lagen, vorzugsweise Winkellagen, des Bezugselementes und des Eauptführungselementes, und mit einer Einrichtung zur Einleitung einer Zusatzbewegung, vorzugsweise einer Zusatzdrehung, des Bezugselementes oder des Hauptführungselementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalgeber (15, 16) der Antriebe (5, 9) der beiden Elemente (4, 8) an einen

ORIGINAL ;;>Z;^stCTED

Phasenmesser (77) angeschlossen sind, der mit dem Antrieb (9) für das Bezugselement (8) regelverbunden ist, und daß die Einrichtung zur Einleitung der Zusatzbewegung einen weiteren Antrieb (24) aufweist, dessen Lage über einen weiteren Signalgeber (26) erfaßt, in einem Vergleicher (95) mit seinem momentanen Sollwert verglichen und über eine Regelleitung £)6) lagegeregelt wird (Fig. 6).

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Antrieb (24) mit einem Verschiebeantrieb (79, 85, 84) verbunden ist, der der Bewegung des Bezugselementes (8) die Zusatzbewegung überlagert (Fig. 6).

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Verschiebantrieb (79, 85, 84) ein Schraubenführungselement (79) aufweist, das bei seiner Verschiebebewegung eine Zusatzdrehung auf das Bezugselement (8) ausübt (Fig. 6).

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubenführungselement (79) axial verschiebbar auf einer Antriebswelle (9¹) des Antriebes (9) für das Bezugselement (8) sitzt und auf seiner Mantelfläche eine Schraubenführung aufweist, in das ein Zahnrad (82) eines Getriebes (74) eingreift, das die Antriebswelle (9¹) mit dem Bezugselement (8) verbindet (Fig. 6).

25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Schraubenführungselement (79) mit einer Gewindespindel (84) verbunden ist, auf der ein Zahnrad (90) eines Getriebes (89) sitzt, das den weiteren Antrieb (24) mit der Gewindespindel (84) verbindet (Fig.6).

26· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (5) für das Hauptführungselement (4) über eine Getriebestufe (73) mit dem Hauptführungselement (4) antriebsverbunden ist (Fig. 6).

27. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, 7, 8 und 11, mit wenigstens zwei Antrieben zur Bewegung, vorzugsweise Drehantrieben zur Drehung, des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, mit Signalgebern, vorzugsweise Impulsgebern, zur Messung der Lagen, vorzugsweise Winkellagen, der Antriebe, und mit einer Einrichtung zur Einleitung einer Zusatzbewegung, vorzugsweise einer Zusatzdrehung, des Bezugselementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (44, 109) ein Signalgenerator ist, aus dessen Signal Sollwerte zumindest für die Bewegungen der beiden Elemente (4, 8 ) erzeugt werden und an den" jeweils ein Phasenmesser (45, 46, 54; 107, 108.) -angeschlossen ist, an den auch die Signalgeber (15, 17, 16) der Antriebe (5, 11, 9) angeschlossen sind (Fig. 4, 8).

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28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Signalgenerator (44, 109) . und zumindest einem der Phasenmesser (45, 46, 54; 107, 108) ein Glied (47, 48, 52; 110, 1.11) zur Anpassung der Auflösung liegt (Fig. 4, 8).

29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß dem Glied 447,» 4-8,52) zur Anpassung der Auflösung ein Teiler (49, 50, 53) nachgeschaltet ist (Fig, 4).

30. Vorrichtung nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Glieder (47, 48; 111, 112) zur Anpassung der Auflösung an einen nachgeschalteten Summierer (51, 113) angeschlossen sind (Fig. 4, 8),

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Summierer (51, 113) dem Antrieb (9) für das Bezugselement (8) vorgeschaltet ist (Fig. 4, 8) ·

32· Vorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Summierer (51) und dem Antrieb (9) für das Bezugselement (8) einElement (52) zur Anpassung der Auf lösung liegt (Fig. 4).

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß dem Element (52) zur Anpassung der Auflösung ein Teiler (53) nachgeschaltet ist (Fig. 4).

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34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die den Antrieben (5, 9,11) für die Bewegung der Elemente (4, 2, 8) zugeordneten Phasenmesser (45,46,54) über je eins fege !leitung mit den Antrieben (5, 9, 11) ür die Bewegung der Elemente (4,2,8) verbunden sind (Fig. 4) .

35. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 10, mit wenigstens zwei Antrieben zur Bewegung, vorzugsweise Drehantrieben zur Drehung, des Bezugselementes und des Hauptführungselementes, mit Signalgebern, vorzugsweise Impulsgebern, zur Messung der Lagen, vorzugsweise Winkellagen, der Antriebe, und mit einer Einrichtung zur Einleitung einer Zusatzbewegung, vorzugsweise einer Zusatzdrehung, des Bezugselementes, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung einen weiteren Antrieb (11) mit einem weiteren Signalgeber (17) aufweist, der zusammen mit dem Signalgeber (15) des Antriebes (5) für das Hauptführungselement (4) an einen Addierer (101) angeschlossen ist , dessen Ausgangssignal an einem Phasenmesser (102) ansteht, an den auch der Signalgeber (16) des Antriebes (9) für das Bezugselement (8) angeschlossen ist und der mit einem nachgeschalteten Summierer (105) verbunden ist, der über ein Auflösungsglied (100, 103) mit dem weiteren Signalgeber (17) verbunden ist (Fig. 7).

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflösungsglied (100, 103) durch einen Zähler (100) und einen nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler (103) gebildet ist (Fig. 7).

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37. Vorrichtung nach Anspruch 35 oder 36, dadurch gekenn- " zeichnet, daß der Ausgang des Summierers (105) über eine Regelleitung (106) mit dem Antrieb (9) für das Bezugselement (8) verbunden ist (Fig. 7).

38. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse (65, 23c) des dem Antrieb (9) für das Bezugselement (8) zugeordneten Signalgebers (16c) und des weiteren Signalgebers (26c) koaxial ineinanderliegen (Fig. 5).

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (65) dem weiteren Signalgeber (26c) zugeordnet ist (Fig. 5).

0. Vorrichtung nach Anspruch 38 oder 39, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Gehäuse (65 ) einen Schleifringkopf (63) trägt, der mit Schleifringgegenkontakten (62) versehen ist, an dem Schleifringkontakte (61) des drehbaren Signalgebers (16b) anliegen (Fig. 5).

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