DE3519132C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung und/oder
Regelung der Lage eines bewegten Bezugselementes einer
Verzahnmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen
Verfahrens nach dem Oberbegriff der Ansprüche 12 bzw. 18
bzw. 22 bzw. 28 bzw. 36.
Wie allgemein bekannt, kreuzen beispielsweise bei der
Herstellung von Schrägverzahnungen an Werkstücken durch
Wälzschälen 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 Zahnschräge
eine entsprechende Zusatzdrehung.
Beim beschriebenen Wälzschälen setzt sich die während der
Bearbeitung auszuführende Bewegung von Werkzeug, verbunden mit dem
Hauptführungselement, der Werkzeugspindel, und Werkstück, verbunden mit
dem Bezugselement, der Werkstückspindel, aus zwei Relativbewegungen zusammen,
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:
Hierin bedeuten Δ ϕ den Zusatzdrehwinkel, bezogen auf die
Werkstückspindel einer Bearbeitungsmaschine, Δ z die Verschiebung
des Werkzeuges oder des Werkstückes in Richtung
der Werkstückachse, β 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 Δ z = 0,2 mm, β = 20°,
r = 30 mm ein Δ d ≈ 0,0024. Hieraus ergibt sich Δ ϕ/2 π = 0,00039, das heißt
in diesem Beispiel ist die Grunddrehung etwa 2560 mal schneller als
die Zusatzdrehung. 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 Zusammenhang
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
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.
200 mm ist eine Auflösung von 0,5 µm 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-1. Die Spindeln der Bearbeitungsmaschine sollen aber
bei Drehzahlen über 1000 min-1 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 Zylinderrädern
zur Verbesserung ihres 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
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.
18 bzw. 22 bzw. 28 bzw. 36 gelöst.
Die Schwierigkeiten 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 legt 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 mit Spindeln verwendet werden, die
Drehzahlen von mehreren 1000 min-1 haben können. Durch die
Phasenverschiebung 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 Werte 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, der auch das vom Signalgeber
des Antriebes für das Hauptführungselement 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 18
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 22
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 Ausgangssignal
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 kann.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Anspruch 28 ist
ein 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 36
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-frequente Bewegungskomponenten,
z. B. höher-frequente Schwingungen, meßtechnisch
besonders einfach erfaßt werden.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren treten keine
solchen 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 Übersetzungsverhältnisse zwischen den
sich bewegenden Elementen gebunden, so daß das erfindungsgemäße
Verfahren und die erfindungsgemäßen Vorrichtungen
für praktisch beliebig veränderliche Übersetzungsverhältnisse
eingesetzt werden können.
Weitere Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen
Unteransprüchen.
Die Erfindung wird anhand einiger in den Zeichnungen dargestellter
Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 in Draufsicht und in schematischer
Darstellung eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2 in einem Blockdiagramm eine zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendete Schaltung,
Fig. 3, 4, 7, 8 Blockdiagramme von Ausführungsformen
einer Schaltung, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens eingesetzt werden,
Fig. 5 in schematischer Darstellung eine
zweite Ausführungsform eines Signalgebers
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig. 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.
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-Phasenmessung 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.
Über die Leitung 20 werden dem Rechner 36 die Impulse des
Impulsgebers 17 zugeführt, 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 mit 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 7 beschrieben.
Fig. 2 zeigt ein Schaltschema für eine Bearbeitungsmaschine,
bei der anstelle des Impulsgebers 26 ein Impulsgeber
26 a 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 26 a erfaßt. Er ist so ausgebildet,
daß sein Impulsmaßstab 27 drehfest mit dem Gehäuse
23 verbunden ist. Das vom Impulsgeber 26 a abgeleitete
Signal wird dem Rechner 36 a zugeführt, der außerdem
mit einem Signaleingang 28 für den Sollwert der Zusatzbewegung
versehen ist. Das vom Impulsgeber 26 a abgeleitete
Signal wird im Rechner 36 a mit dem Sollwert der Zusatzbewegung
verglichen und so die Regelabweichung für die
Zusatzbewegung des Gehäuses 23 gebildet. Diese Regelabweichung
wird durch einen nachgeschalteten Verstärker 29
verstärkt und zur Drehung des Motors 24 genutzt. Es liegt
also eine Regelung für die Zusatzbewegung des Gehäuses
23 des Impulsgebers 16 vor. Die Auflösung der Impulsgeber
15 und 16 kann grob sein. Die Auflösung des Impulsgebers
26 a 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 Sollwinkellage. Die Abweichung wird durch ein entsprechendes
Signal über eine Leitung 31 einem Verstärker 32 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 wird. Die erforderliche Stellgröße für den Motor 24
ergibt sich durch den Vergleich des Istwertes der Winkellage
des Gehäuses 23 mit dem am Signaleingang 28 des
Rechners 36 a 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 subtrahiert wird.
Über den Impulsgeber 26 a wird 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 Impulsfolgen der Signalgeber 15,
16 in nicht dargestellten Elementen legen die Impulsfolgen den Meßpunktabstand
fest. Die Auflösung des Meßwertes, das heißt, daß 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 Spindeldrehzahlen
von mehreren 1000 min-1 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.
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
Zählerstände 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 Spindelumdrehung 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-1 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:
Hierin bedeuten n₀ die Drehzahl der Werkzeugspindel 4,
n₂ die Drehzahl der Werkstückspindel 8, z₀ die Zähnezahl
des Werkzeuges 6, z₂ die Zähnezahl des Werkstückes 7 und
GGT (z₀, z₂) der größte gemeinsame Teiler in z₀ 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.
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, 37 a 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 37
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
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
37 a 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 1000 min-1 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
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 Axialschlittens
2 zugeordnet. Die vom Impulsgeber 15 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 um den 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 46
als Sollwerte für eine Lageregelung der Elemente 4 und 2
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
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 eine Verschiebung eines Impulsmaßstabes relativ
zur Abtaststelle bewirkt und so Impulse erzeugt.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 werden die Signale
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 35 b. Beiderseits des Impulsmaßstabes befinden
sich eine Fotozelle 59 und ein Lichtsender 60.
Sie bilden in bekannter Weise zusammen den Abtastkopf
34 b. Die Fotozelle 59 ist über Leitung 59 a mit Schleifringkontakten
61 verbunden, die mit entsprechenden Schleifringgegenkontakten
62 eines Schleifringkopfes 63 zusammenwirken.
Über ihn werden die vom Impulsgeber 16 b erzeugten
Impulse über eine Leitung 64 weitergegeben.
Im Gehäuse 65 des Impulsgebers 26 b ist das Gehäuse 66
des Impulsgebers 16 b drehbar untergebracht. Es kann mit
einem Getriebe 67, beispielsweise mit einem Schneckengetriebe,
von einem Motor 67 a um seine Achse drehbar angetrieben
werden. Im Gehäuse 66 liegen der Impulsmaßstab 35 b und der Abtastkopf
34 b des Impulsgebers 16 b. Das Gehäuse 66 ist mit einer
Hohlwelle 68 verbunden, die in Lagern 69 des Gehäuses 65
drehbar gelagert ist. Die Hohlwelle 68 trägt den als
kreisringförmige Scheibe ausgebildeten Impulsmaßstab 27 b,
auf dessen beiden Seiten in bekannter Weise der Lichtsender
70 und die Fotozelle 71 angeordnet sind. Mit dem
Impulsgeber 26 b 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
67 a leiten. Der Motor 67 a erzeugt dann durch Drehen des
Gehäuses 66 die gewünschte Phasenschiebung an dem vom
Impulsgeber 16 b gelieferten Signal.
Die beschriebene Ausbildung der koaxial hintereinanderliegenden
Impulsgeber 16 b und 26 b ergibt eine gedrängte und
platzsparende Bauweise. Die Schleifringkontakte 61 und
-gegenkontakte 62 werden mit Abstand von der Hohlwelle
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 9′ 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 gleiche 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.
Der Abstand der am Ausgang von den Anpaßeinrichtungen 75
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 9′ 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 9′ 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 85
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 Dehnung gesichert ist, je nach Drehrichtung
des Schneckenrades axial verschoben. Da die Gewindespindel 84
über ihre Endscheibe 85 axial unverschieblich im Schraubenführungselement
79 gelagert ist, wird es entsprechend axial auf der Antriebswelle
9′ verschoben. Die Paßfeder 81 verhindert, daß das Schraubenführungselement
auf der Antriebswelle 9′ 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 5 ms 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. Sie 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,
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 101
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
Phasenelementes 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.
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 104
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
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
16 gelieferten Signal verglichen. Das Ausgangssignal
des Phasenmessers 108 ist der Meßwert, der gegebenenfalls
zur Regelung des Motors 9 genutzt wird.
Claims (41)
1. Verfahren zur Messung und/oder Regelung der Lage eines
bewegten Bezugselementes einer Verzahnmaschine, abhängig
von der Lage eines weiteren bewegten
Hauptführungselementes, bei dem die beiden Elemente eine
Grundbewegung bei im Idealfall konstantem
Übersetzungsverhältnis ausführen, wobei von denen 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 vom Bezugselement (8)
abgeleiteten Signale.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Meßsignal zur Regelung der Bewegung 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) abgeleitete
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 gekennzeichnet,
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 Auflösung 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 des Bezugselementes und des
Hauptführungselementes, mit Signalgebern zur Messung
der Lagen des Bezugselementes und des
Hauptführungselementes, mit mindestens einem
Phasenmesser, 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
sind, und mit einer Einrichtung zur Einleitung einer
Zusatzbewegung 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
ist und daß zur Erfassung der Gehäusebewegung ein
Zusatz-Signalgeber (26, 26 a) vorgesehen ist (Fig. 1 und
2).
14. Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (23) des
Signalgebers (16) durch den weiteren Antrieb (24)
drehbar ist.
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang des Zusatz-Signalgebers (26 a) mit dem
einen Eingang eines Vergleichers (36 a) verbunden ist,
an dessen anderem Eingang (28) ein Sollwertsignal für
die Zusatzbewegung des Gehäuses (23) des Signalgebers
(16) anliegt (Fig. 2).
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet,
daß der Zusatz-Signalgeber (26 a) ein Winkelschrittgeber
ist, dessen Impulsmaßstab (27) mit dem
drehbaren Gehäuse (23) des Signalgebers (16) drehfest
verbunden ist (Fig. 2).
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang des Vergleichers (36 a) zur
Regelung mit dem weiteren Antrieb (24) verbunden ist
(Fig. 2).
18. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, mit zwei Antrieben zur Bewegung
des Bezugselementes
und des Hauptführungselementes, mit Signalgebern
zur Messung der
Lagen des Bezugselementes
und des Hauptführungselementes, und mit mindestens einem
Antrieb für ein weiteres Führungselement mit einem
Signalgeber 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).
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elemente (37, 39) zur Anpassung der Auflösung an einen
Summierer (40) angeschlossen sind, der mit dem Phasenmesser
(42) verbunden ist (Fig. 3).
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Summierer (40) und dem Phasenmesser
(42) ein Teiler (41) liegt (Fig. 3).
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, daß zwischen dem Element (37)
zur Anpassung der Auflösung des Signalgebers (15) und dem Summierer
(40) ein Multiplizierer (38) liegt (Fig. 3).
22. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3 und 9, mit wenigstens zwei Antrieben
zur Bewegung
des Bezugselementes und des Hauptführungselementes,
mit Signalgebern
zur Messung der Lagen des
Bezugselementes und des Hauptführungselementes und
mit einer Einrichtung zur Einleitung einer Zusatzbewegung
des Bezugselementes
oder des Hauptführungselementes, dadurch
gekennzeichnet, daß die Signalgeber (15, 16) der Antriebe
(5, 9) der beiden Elemente (4, 8) an einen
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 (96) lagegeregelt
wird (Fig. 6).
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, 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).
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet,
daß der Verschiebeantrieb (79, 85, 84) ein Schraubenführungselement
(79) aufweist, das bei seiner Verschiebebewegung
eine Zusatzdrehung auf das Bezugselement
(8) ausübt (Fig. 6).
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet,
daß das Schraubenführungselement (79) axial verschiebbar
auf einer Antriebswelle (9′) 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
(9′) mit dem Bezugselement (8) verbindet (Fig. 6).
26. Vorrichtung nach Anspruch 24 oder 25, 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).
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, dadurch
gekennzeichnet, daß der Antrieb (5) für das
Hauptführungselement (4) über eine Getriebestufe (73)
mit dem Hauptführungselement (4) antriebsverbunden
ist (Fig. 6).
28. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3, 7, 8 und 11, mit wenigstens
zwei Antrieben zur Bewegung
des Bezugselementes und des Hauptführungselementes,
mit Signalgebern
zur Messung der Lagen der
Antriebe und mit einer Einrichtung zur Einleitung
einer Zusatzbewegung
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).
29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Signalgenerator (44, 109)
und zumindest einem der Phasenmesser (45, 46, 54; 107,
108) ein Glied (47, 48, 52; 110, 111) zur Anpassung der
Auflösung liegt (Fig. 4, 8).
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Glied (47, 48, 52) zur Anpassung der Auflösung ein Teiler
(49, 50, 53) nachgeschaltet ist (Fig. 4).
31. Vorrichtung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet,
daß die Glieder (47, 48; 111, 112) zur Anpassung
der Auflösung an einen nachgeschalteten Summierer
(51, 113) angeschlossen sind (Fig. 4, 8).
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet,
daß der Summierer (51, 113) dem Antrieb
(9) für das Bezugselement (8) vorgeschaltet ist
(Fig. 4, 8).
33. Vorrichtung nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen dem Summierer (51) und dem
Antrieb (9) für das Bezugselement (8) ein Element (52)
zur Anpassung der Auflösung liegt (Fig. 4).
34. Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet,
daß dem Element (52) zur Anpassung der Auflösung ein
Teiler (53) nachgeschaltet ist (Fig. 4).
35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 28 bis 34, dadurch
gekennzeichnet, daß die den Antrieben (5, 9, 11) für
die Bewegung der Elemente (4, 2, 8) zugeordneten
Phasenmesser (45, 46, 54) über je eine Regelleitung mit den
Antrieben (5, 9, 11) für die Bewegung der Elemente
(4, 2, 8) verbunden sind (Fig. 4).
36. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 3 und 10, mit wenigstens zwei Antrieben
zur Bewegung
des Bezugselementes und des Hauptführungselementes,
mit Signalgebern
zur Messung der Lagen der
Antriebe und mit einer Einrichtung zur Einleitung einer
Zusatzbewegung 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).
37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet,
daß das Auflösungsglied (100, 103) durch einen Zähler
(100) und einen nachgeschalteten Digital-Analog-Wandler
(103) gebildet ist (Fig. 7).
38. Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang des Summierers (105) über
eine Regelleitung (106) mit dem Antrieb (9) für das
Bezugselement (8) verbunden ist (Fig. 7).
39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gehäuse (65, 23 c) des
dem Antrieb (9) für das Bezugselement (8) zugeordneten
Signalgebers (16 c) und des weiteren Signalgebers (26 c)
koaxial ineinanderliegen (Fig. 5).
40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet,
daß das äußere Gehäuse (65) dem weiteren Signalgeber
(26 c) zugeordnet ist (Fig. 5).
41. Vorrichtung nach Anspruch 39 oder 40, dadurch gekennzeichnet,
daß das äußere Gehäuse (65) einen Schleifringkopf
(63) trägt, der mit Schleifringgegenkontakten
(62) versehen ist, an dem Schleifringkontakte (61) des
drehbaren Signalgebers (16 b) anliegen (Fig. 5).
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DE19853519132 DE3519132A1 (de) | 1985-05-29 | 1985-05-29 | 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 |
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