DE3522061A1

DE3522061A1 - Positionsabtastgeraet

Info

Publication number: DE3522061A1
Application number: DE19853522061
Authority: DE
Inventors: Masahiro Tokio/Tokyo Kurimoto
Original assignee: Sokkisha Co Ltd
Current assignee: Sokkisha Co Ltd
Priority date: 1984-06-21
Filing date: 1985-06-20
Publication date: 1986-01-02
Also published as: GB2161934B; JPH0357401B2; GB2161934A; GB8515436D0; DE3522061C2; US4621436A; JPS617402A

Description

STRASSIi & STOFFRKGEN

INttontiiiiwüItf* · 1·;υι*ο|Μ·ιιη Paioiit Λιιοπιο>η

SOKKJSlIA GO. , LTD

Shibuya-ku München, 20. Juni

Tokyo, Japan str-ke 19 004

Positionsabtastgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pos.it ionsabtasteinrichtung oder ein Positionssuchgerät für Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Fräsmaschinen zum Aufsuchen der Position eines Bezugspunktes auf einem Werkstück.

Gemäß dem Stand der Technik wird für den Beginn eines spanabhebenden, beispielsweise eines Schneidvorgangs auf einem Werkstück ein Bezugspunkt festgelegt. Für das Festlegen dieses Bezugspunktes wird ein Positionssuch-

gerät verwendet. Einzelheiten dieses bekannten Positionssuchgerätes werden am Anfang der nachfolgenden Figurenbeschreibung im Einzelnen näher beschrieben. Ein solches Positionssuchgerät ist mit einem konduktiven Sensor ausgestattet, welcher ein Positionssuchsignal erzeugt, wenn er mit der Fläche des Werkstücks in Berührung kommt. Hierbei kommt es beim Aufsetzen der Abtasteinrichtung zu einem kleinen Aufprall, der für das Werkstück und oder das Abtastgerät schädlich sein kann. Sowohl, die Relativgeschwindigkeit der bei der beiden Einheiten als auch bestimmte Oberflächenformen des Werkstückes können hierbei Probleme aufgeben.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Positionssuchgerät zu schaffen, welches den Berührungsaufprall zwischen dem Sensor und dem Werkstück sowohl in der vertikalen als auch in der horizontalen Richtung auffangen kann, um so auf verläßliche Art beim Festlegen der Maschinenbezugs-

position auf dem Werkstück Schaden zu verhüten, womit aber dennoch der Positionssuchvorgang zuverlässig durchgeführt werden kann.

Das Positionssuchgerät gemäß der Erfindung besteht aus den folgenden Einzelteilen:

- einem konduktiven Sensor für den Kontakt mit dem Werkstück,

- Stützvorrichtungen, die mit einem Teil des kooduktiven Sensors zur Abstützung verbunden sind,

- Schwenkmechanismusvorrichtungen mit vertikalen und horizontalen Vorrichtungen, so daß ein Ende der Abstützvorrichtung, das mit dem konduktiven Sensor verbunden ist, sich in einer stationären Stellung befindet und das andere Ende in sowohl die horizontale aus auch in die vertikale Richtung bewegbar ist, wenn der konduktive Sensor in Berührung mit dem Werkstück kommt und

- Abtastschaltvörrichtungen, die zur geschlossenen Schaltung werden, sobald der Sensor in Kontakt mit dem Werkstück kommt und ein Positionssuchsignal abgibt.

Mit einem Positionssuchgerät dieser Art ist es ungeachtet dessen, ob sich der Sensor in vertikaler oder horizontaler Richtung in Bezug auf das Werkstück befindet, immer möglich j den bei der Berührung entstehenden Aufprall abzufangen. Infolgedessen kann eine Beschädigung des Geräts, oder des Werkstückes zuverlässig verhindert werden.

- 6 Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnung, in welcher ein Ausführungsbeispiel der Erfindung (Fig. 2 bis 4) dem nächst liegenden Stand der Technik gegenübergestellt werden.

Es zeigen:
10

Fig. IA und IB Querschnittsansichten von vorn eines Teils eines Positionssuchgeräts nach dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht von vorn des

Positionssuchgeräts gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Äquivalenzschaltung der Positionssuchschaltung der zuvorgenannten Ausführungsform und

Fig. 4 eine Querschnittsansicht von vorn des Positionssuchgeräts während des Betriebs.

Zunächst wird im.Detail anhand der Figuren IA und IB der in der Einleitung genannte Stand der Technik näher beschrieben.

Gemäß dem Stand der Technik wird für den Beginn eines Schneidvorgangs auf einem Werkstück ein Bezugspunkt festgelegt. Für das Festlegen dieses Bezugspunktes wird ein Positionssuchgerät mit einem konduktiven Sensor 10 verwendet, welcher ein Positionssuchsignal erzeugt, wenn er mit der abzutragenden Fläche des Werkstücks in Be-

rührung kommt, wie es in Fig. 1Λ dargestellt wird. Die Bezugsfläche des vorpositionierten Werkstücks 11 wird in Berührung mit dem Sensor 10 des Positionssuchgeräts gebracht und es wird ein Positionierungssuchsignal abgegeben, um die Bezugsskala der Werkzeugmaschine auf Null einzustellen. Nachdem die Bezugsposition für den Beginn des Schneidvorgangs auf diese Weise festgelegt ist, wird das Suchgerät weggenommen und stattdessen die Schneidvorrichtung auf das Werkstück aufgesetzt und der Bearbeitungsvorgang kann beginnen.

Wie aus Fig. IA hervorgeht, wird der Sensor 10 des Positionssuchgeräts in Beziehung auf einen Frästisch 12 senkrecht durch eine Feder 13 unterstützt. Die Feder 13 ist im Hohlraum eines Metallzylinders 14 angeordnet, welcher die Abstützung für den Sensor 10 darstellt. Aus Fig. IB geht hervor, daß sich der Sensor 10 in horizontaler Richtung etwas bewegen kann, wenn er in Berührung mit dem Werkstück kommt, um dadurch den Aufprall zu reduzieren.

Jedoch erhält der Sensor 10 nicht nur in der horizontalen Richtung sondern auch in der vertikalen Richtung einen Schlag. Der Aufbau des Kontaktteils des Sensors 10 ist in Fig. IA dargestellt und wenn das Werkstück 11 um ein Geringes zu weit aus der ursprünglichen Stellung verschoben wird, ist es sehr schwierig, den Aufprall gegen den Sensor 10 abzufangen. Bei Vorrichtungen gemäß diesem Stand der Technik entstehen deshalb oft durch den Aufprall bei der Berührung mit dem Werkstück Schaden am Positionssuchgerät.

Im folgenden wird eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung mit den Figuren 2-4 gegeben.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, bestellt ein neues Positionssuchgerät aus einem konduktiven Sensor 10, einem T-förmigen Metallzylinder 20 und einem an einer festen Achse 21 angebrachten Gehäuse 22 und einem Auffangmechanismus, der ein Ende des Metallzylinders 20 abstützt. Der Sensor 10 ist eine Metallkugel, deren Oberfläche mit hoher Genauigkeit geschliffen ist. Die untere Spitze des Metallzylinders 20 verjüngt sich und beschreibt mit ihrem Umriß die Umrißfläche des kugeligen Sensors 10, der in diesem Umriß somit gelagert ist. Der Metallzylinder 20 wird durch einen Mechanismus, dem Auffang- oder Schwenkmechanismus abgestützt, dessen kugelfernes Ende sich innerhalb eines Gehäuses 22 befindet .

Der Mechanismus weist eine Mittelachse 23 in der Mitte des Metallzylinders 20 auf. Ferner ist ein Schwenklager 24 mit einem Ende der Mittelachse 23 und eine Feder 26 mit einem horizontalen Abschnitt 25 des Metallzylinders 20 verbunden. Ein Ende der Feder 26 und des Schwenklagers 24 ist an einem stationären Teil 27 im Gehäuse 22 befestigt. Der Metallzylinder 20 ist in vertikaler Richtung mit der Mittelachse 23 als Achse gegen ein eingliedriges Kugellager bewegbar. Die Mittelachse 23 ist 5 an einem Ende durch das Schwenklager 24 unterstützt und ist in horizontaler Richtung beweglich, wobei das Schwenklager 24 als Drehpunkt verwendet wird. Wo der Metallzylinder 20 am Gehäuse 22 angebracht ist, befindet sich ein elastischer Teil 29. Ein Teil des Metallzylinders 20 wird so durch die Anbringung im Metallzylinder 20 über das elastische Element 29 abgestützt. Das elastische Element 29 ermöglicht es dem Metallzylinder 20, sich in horizontaler Richtung innerhalb eines konstanten Bereiches frei zu bewegen. Ein horizontaler Teil 25 des Metallzylinders 20 wird durch die Feder 26 ständig gegen

ein Isolierungselement 20 gedrückt, das sieh innerhalb des Gehäuses 22 befindet. Das Isolierungselement besteht aus einem harten Isoliermaterial wie beispielsweise Keramik und seine vertikale Stellung wird durch eine Einstellschraube 31 justiert.

Das Positionssuchgerät weist eine Schaltung zur Erzeugung eines Positionssuchsignals auf, wenn die Maschinenbezugsposition auf dem Werkstück erfaßt ist. Die Positionssuchschaltung weist eine Einrichtung 32 auf, die beispielsweise aus lichtaussendenden Dioden und einem äußeren Anschlußstück 33 besteht. Ein Anschluß 34 der Einrichtung 32 ist mit einem Teil des horizontalen Teils 25 durch eine Verbindungsschraube 35 verbunden. Ein Ersatzschaltbild dieser Positionssuchschaltung ist in Fig. 3 dargestellt.

Wenn der Sensor 10 in Berührung mit dem Werkstück 11 kommt, schaltet ein in Fig. 3 dargestellter Schalter 40 ein. Dann hat der Anschluß 34 der Einrichtung 32 über • den Sensor 10, das Werkstück 11 und den Tisch 12 Masseschluß, wie in Fig. 2 dargestelIt. In anderen Worten ist der Anschluß 34 der Einrichtung 32 mit der Seite mit niedrigem Niveau eines Stromkreises 41 über das Anschlußstück 33 verbunden, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Ein Anschluß 36 der Einrichtung 32 ist normalerweise mit der Seite mit hohem Niveau des Stromkreises 41 über das Anschlußstück 33 verbunden. Ein Zähler 42 ist ebenfalls mit der Positionssuchschaltung verbunden und wenn der Schalter 40 betätigt wird, wird der Zähler 42 zur Anzeige der Bezugsposition auf Null gestellt. Der Zähler 42 gibt eine Digitalanzeige für die Stellung des Werkstücks 11, wie es sich während des Bearbeitens bewegt.

Im folgenden wird eine Beschreibung der Betriebsweise der zuvorbeschriebenen Ausführungsform gegeben. Die stationäre Achse 21 (in Fig. 2 dargestellt) wird an ainem Zapfen zur Anbringung des Schneidelements angesetzt, um das Positionssuchgerät an der Bearbeitungsmaschine, beispielsweise eine Fräsmaschine, zu befestigen. Das Positionssuchgerät wird in Beziehung auf den Tisch 12 senkrecht eingestellt. Wenn danach der Tisch 12 horizontal bewegt wird und das Werkstück 11, welches sich auf dem Tisch 12 befindet, in Berührung mit dem Sensor 10 an der Spitze des Metallkörpers 20 gerät, endet die Bewegung des Tisches 12.

In diesem Fall wird das Werkstück 11 so bewegt, daß eine für den Beginn des Fräsens vorbestimmte Bezugsfläche in

· - Berührung mit dem Sensor 10 gebracht wird. Wenn der Sensor 10 in Kontakt mit dem Werkstück 11 gerät, schaltet die Positionssuchschaltung den Schalter 40 ein, wie in Fig. 3 dargestellt. In anderen Worten wird der An-Schluß 34 der Einrichtung 32 über den Metallzylinder 20, den Sensor 10 und das Werkstück 11 an Masse gelegt und ein geschlossener Stromkreis an der Seite mit hohem Niveau des Stromkreises 41 über das Anschlußstück 33 gebildet. So wird Stromspannung an die Einrichtung 32 geliefert, deren Diode dann aufleuchtet und das Erfassen der Maschinenbeginnbezugsposition in Bezug auf das Werkstück 11 anzeigt. Zu dieser Zeit wird das Positionssuchsignal von der Abtastschaltung an den Zähler 42 für die digitale Anzeige der Stellung des Werkstücks 11 abgegeben. Der Zähler 42 wird durch das Positionssuchsignal auf Null gestellt, um die Bezugsposition anzuzeigen .

Wenn der Berührungsschock zwischen dem Sensor 10 und dem Werkstück 11 in vertikaler Richtung übertragen wird, veranlaßt dieser Schock den Metallzylinder 20 zur Aufwärtsbewegung,, geführt durch die Mittelachse 23· Der Metallzylinder 23 bewegt sich über das lineare Kugellager 28 glatt nach oben und der horizontale Teil wird vom Isolationselement 30 angehoben. Wenn sich dann der Sensor 10 vom Werkstück 11 trennt, drückt die Feder 26 den Metallzylinder 20 zurück in seine ursprüngliche Stellung. Das heißt, der Metallzylinder 20 kehrt in seine normale Stellung in Kontakt mit den Isolationselement 30 zurück.

Wenn der Berührungsschock zwischen dem Sensor 10 und dem Werkstück 11 in horizontaler Richtung verläuft, wird der Metallzylinder 20 winklig abgelenkt und ein Teil des horizontalen Teils wird vom Isolationselement 30 getrennt. Die Neigung des Metallzylinders 20 wird durch das elastische Element 29 am Verbindungspunkt von dem Gehäuse 22 und der Feder 26 bestimmt. Die Mittelwelle 23 wird an einem Ende vom Schwenklager 24 unterstützt, so daß sie horizontal in Erwiderung auf die Bewegung des Metallzylinders 20 in der selben Winkelrichtung wie der Metallzylinder 2Q verläuft. Wenn sich dann der Sensor 10

25-vom Werkstück 11 trennt, kehrt der Metallzylinder 20 unter der Wirkung der Feder 26 und dem elastischen Element 29 in seine ursprüngliche Stellung zurück. In anderen Worten: Berührt der horizontale Teil 25 das Isolationselement 30 und die Spitze des Metallzylinders 20, auf welchem sich der Sensor 10 befindet, kehrt der Metallzylinder ständig in seine normale Stellung in vertikaler Richtung zurück. Zu dieser Zeit kehrt die Mittelachse 23 ebenfalls zusammen mit dem Metallzylinder 20 in ihre ursprüngliche Stellung zurück. Auf diese Weise wird ein Positionssuchsignal von der Positions-

suchschaltung erzeugt, wenn das Werkstück 11 den Sensor 10 berührt. Dies läßt die Diode in der Displayeinrichtung 32 aufleuchten und damit anzeigen, daß die Bezugsposition auf dem Werkstück erfaßt ist. Der Zähler 42 für die digitale Anzeige der Stellung des Werkstücks 11 wird auf Null gestellt, was die Bezugsposition anzeigt. Wenn die Bedienungsperson der Fräsmaschine das Erfassen der Maschinenbezugsposition durch das Positionssuchgerät festgestellt hat, entfernt er' das Gerät von der Schneidewelle, um den Maschinenvorgang von dieser Bezugsposition aus zu beginnen.

Bei diesem Erfassen der Bezugsposition, berührt der Sensor 10 des Positionssuchgeräts das Werkstück 11 und fängt den Berührungsschock ab. In Abhängigkeit von der Richtung der Berührung bewegt sich der Metallzylinder frei entweder in der horizontalen oder der vertikalen Richtung innerhalb eines bestimmten Bereichs. Der Metallzylinder 20 bewegt sich in der vertikalen Richtung geführt durch die Mittelachse 23 oder horizontal in Erwiderung auf die Wirkung des Schwenklagers 24· Demgemäß wird der¹ Berührungsschock durch die freie Bewegung in alle Richtungen aufgefangen. Folglich wird eine Beschädigung des Sensors 10 und des den Metallzylinders 20 umgebenden Bereichs zuverlässig vermieden.

Claims

gekennzeichnet durch,

- Abstützvorrichtung (20) an einem Teil des konduktiven Sensors (10) zu seiner Abstützung;

- Schwenkmechanismusvorrichtungen (23,24,26,2 8,29) mit einem vertikalen Mechanismus (23,24,26,28), der sich rechtwinklig zur Ruhesteilung eines Endes der Abstützvorrichtungen (20) bewegen kann, und mit dem konduktiven Sensor (10) verbunden ist und einem horizontalen Mechanismus (23,24,26,28,29), der sich seitlich zur Ruhestellung eines Endes der Abstützvorrichtungen (20) befindet, wenn der konduktive 5 Sensor (10) in Berührung mit einem Werkstück (11) gelangt;

- ein Gehäuse (22) für die Unterbringung des anderen Endes der Abstützvorrichtung (20) und der Schwenkmechanismusvorrichtungen (23,24,26,28,29); und

- einem Positionsabtaststromkreis, welcher geschlossen wird, wenn der konduktive Sensor (10) in Berührung mit dem Werkstück (11) gerät und ein Positionsabtastsignal für das Werkstück (11) abgibt.
2. Positionssuchgerät gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,,
daß die Abstützvorrichtung (20) aus einem hohlen Metallzylinder besteht, dessen Spitze kugelförmig ist und der Teileform des konduktiven Sensors (10) entspricht.
3· Positionssuchgerät gemäß Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,

daß die Positionsabtaststromkreisvorrichtung einen Positionsabtastsignalgenerator (32) aufweist, wobei das Werkstück (11), der konduktive Sensor (10) und der Positionsabtastsignalgenerator (32) einen geschlossenen Stromkreis bilden, wenn der konduktive Sensor (10) mit dem Werkstuck (.11) in Berührung ge- y '"■ . langt, so daß der Positionsabtastsignalgenerator (32)

ein Positionsabtastsignal abgibt.
<
4. Positionsabtastgerät gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,

daß der vertikale Mechanismus (23,24,26,28) der Schwenkmechanismusvorrichtung (23,24,26,28,29) eine vertikale Achse (23) aufweist, die im Metallzylinder der Abstützvorrichtung (20) angeordnet ist und deren eines Ende durch ein Schwenklager (24) abgestützt wird und daß eine Federvorrichtung (26) mit dem entgegengesetzten Ende an dem der konduktive Sensor (10) bef-estigt ist, verbunden ist.
5· Positionsabtastgerät gemäß Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet,
daß der horizontale Mechanismus (23,24,26,28,29) der Schwenkmechanismusvorrichtung (23,24,26,28,29) eine vertikale Achse (23) , welche im Metallzylinder der Abtastvorrichtung (20) angeordnet ist und deren eines

Ende durch ein Schwenklager (24) abgestützt wird, eine Federvorrichtung (26), die mit dem entgegengesetzten Ende an dem der konduktive Sensor (10) befestigt ist, verbunden ist und ein elastisches Element (29), welches das Verbindungsglied zwischen dem Gehäuse (22) und der Abstützvorrichtung (20) bildet, aufweist.
6. Positionsabtastgerät gemäß Anspruch 3j

dadurch gekennzeichnet,

daß der Positiönsabtastsignalgenerator (32) eine Displayvorrichtung für die Anzeige der Abtaststellung aufweist, wenn der konduktive Sensor (10) in Berührung mit dem Werkstück (11) gelangt.
7. Positionsabtastsuchgerät gemäß Anspruch 4>
dadurch gekennzeichnet,

daß der vertikale Mechanismus (23,24,26,28) der S-chwenkmechanismusvorrichtung ein lineares Kugellager

2-0 (28) aufweist, welches sich im Metallzylinder der Abstützvorrichtung (20) befindet und daß dieser Metal 1 zylinder (20) in vertikaler Richtung mit der vertikalen Achse (23) als Achse über das lineare Kugellager (28) beweglich ist.