DE3730404A1

DE3730404A1 - NC surface portal

Info

Publication number: DE3730404A1
Application number: DE19873730404
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Rinn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-10
Filing date: 1987-09-10
Publication date: 1989-03-23

Abstract

An NC surface portal is described, which comprises longitudinal beams, transverse beams and a carriage mounted thereon with a ram and which is provided with adjusting means to compensate the sag of the longitudinal and/or transverse beams. These means comprise a light source (laser), of which the path of rays above the portal defines a reference plane, and at least one row of photodiodes which are vertical and connected firmly to the carriage or the ram guide. The signals from the row of diodes are fed to a computer, which controls the movement of the displacement motors of the transverse beam, the carriage and the ram and effects an adjustment of the displacement motor setting the height of the ram (and, if necessary, also of the other motors) corresponding to the signals.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein NC-Flächenportal, durch welches Werkzeuge oder Werkstücke auf sehr genauen, programmierten Bahnen innherhalb des von dem Flächenportal umschlossenen Raumes bewegt und/oder sehr genau positioniert werden können.The invention relates to an NC area portal, through which tools or workpieces on very precise, programmed lanes within the area portal enclosed space moves and / or very precisely positioned can be.

Flächenportale für derartige Anforderungen sind allgemein bekannt, z. B. für Messaufgaben, wie auch in der DE-OS 34 10 672 beschrieben.Area portals for such requirements are general known, e.g. B. for measurement tasks, as in DE-OS 34 10 672.

Ein Nachteil der bekannten Flächenportale ist es jedoch, daß sie entweder zur Vermeidung jeglicher Durchbiegung der Längs- und Querbalken sehr massiv gebaut sein müssen oder - bei weniger massiver Bauweise - aus einem teuren Spezialwerkstoff bestehen müssen. Falls eine Durchbiegung nachträglich kompensiert werden soll, sind dazu eine Vielzahl von Sensoren erforderlich.A disadvantage of the known surface portals, however, is that they either have to be built very solidly to avoid any deflection of the longitudinal and transverse beams or - in the case of a less solid construction - have to consist of an expensive special material. If a deflection is to be compensated later, a large number of sensors are required.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächenportal relativ leichter Bauweise ohne die Verwendung teurer Spe zialwerkstoffe so zu gestalten, daß damit eine hohe Bahn und Positioniergenauigkeit erreicht und gleichzeitig eine relativ große Durchgangsbreite ermöglicht wird.The invention has for its object a surface portal relatively light construction without the use of expensive Spe to design special materials in such a way that a high web is achieved and positioning accuracy achieved and at the same time a relatively large passage width is made possible.

Diese Aufgabe wird durch ein Flächenportal gelöst, das die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.This task is solved by an area portal that the features specified in claim 1.

Der Lösungsweg besteht darin, oberhalb des Flächenportals durch einen in einer Ebene hin und her schwenkenden Licht strahl eine Bezugsebene zu definieren und auf der Laufkatze oder dem Stößel eine Photodiodenzeile senkrecht fest aufzu setzen, die von dem Lichtstrahl getroffen wird, und die bei Höhenversatz der Diodenzeile infolge Durchbiegung von Quer und/oder Längsbalken entsprechende Signale an den Rechner gibt, der seinerseits mit Korrektursignalen an die Bewegungs motore diese Durchbiegung kompensiert. The solution is to use the area portal by a light swinging back and forth in a plane beam to define a reference plane and on the trolley or the plunger to fix a row of photodiodes vertically put, which is struck by the light beam, and which at Height offset of the diode row due to transverse deflection and / or longitudinal bars corresponding signals to the computer gives, in turn, with correction signals to the movement motor compensates for this deflection.

Obwohl im Prinzip hierfür jeder Lichtstrahl geeignet ist, sofern er nur eng genug gebündelt ist, wird insbesondere doch vorgeschlagen, als einen solchen Lichtstrahl einen Laserstrahl zu verwenden.Although in principle any light beam is suitable for this, if it is only bundled closely enough, in particular but suggested as such a beam of light Use laser beam.

Dieser Laserstrahl kann in der Bezugsebene z. B. dadurch hin und her geschwenkt werden, daß der gesamte Laser geschwenkt wird. Einfacher ist es jedoch, wie erfindungs gemäß vorgeschlagen wird, den Laser senkrecht fest stehend anzuordnen und lediglich vorgeschaltete optische Bauelemente zu schwenken oder zu drehen und dadurch den Laserstrahl in der Horizontalen zu bewegen.This laser beam can z. B. thereby be swung back and forth that the entire laser is pivoted. However, it is easier how fiction according to the proposal, the laser is fixed vertically to arrange and only upstream optical components to pivot or rotate and thereby the laser beam to move in the horizontal.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von zwei Aus führungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:In the drawing, the invention is based on two management examples shown. Show it:

Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung des NC- Flächenportals, Fig. 1 is a schematic three-dimensional illustration of the NC area portal,

Fig. 2 eine scheamtische Darstellung der Laserlicht quelle mit einem Drehprisma, Fig. 2 is a representation scheamtische the laser light source with a rotating prism,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Läserlicht quelle mit einem Strahlenteiler und zwei Dre prismen, und Fig. 3 is a schematic representation of a laser light source with a beam splitter and two Dre prisms, and

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Laufkatze mit Stellelementen, Photodiodenzeilen und Rechner. Fig. 4 is a schematic representation of the trolley with control elements, photodiode lines and computer.

Das in Fig. 1 dargestellte NC-Flächenportal hat ein Gestell 1, das zwei Längsbalken 2 und 3 aufweist, auf denen ein Quer balken 4 längsverfahrbar angeordnet ist. Der Querbalken 4 trägt eine Laufkatze 5, in der ein senkrecht verfahrbahrer Stößel 6 mit beispielsweise einem Werkzeug 7 gelagert ist. Infolge der wandernden Last der Laufkatze kommt es zu unter schiedlichen Durchbiegungen des Querbalkens 4 und der Längsbalken 2 und 3, wodurch die Höhenlage des Stößels 6 verändert wird. The NC surface portal shown in Fig. 1 has a frame 1 which has two longitudinal beams 2 and 3 , on which a cross beam 4 is arranged longitudinally. The crossbar 4 carries a trolley 5 in which a vertically movable plunger 6 is mounted with, for example, a tool 7 . As a result of the moving load of the trolley, there are various deflections of the crossbeam 4 and the longitudinal beams 2 and 3 , which changes the height of the plunger 6 .

Durch die Erfindung wird die Höhenlage auch bei unterschied lichen Durchbiegungen des Querbalkens 4 und der Längsbalken 2 und 3 konstant gehalten.By the invention, the altitude is kept constant even with differing deflections of the crossbar 4 and the longitudinal beams 2 and 3 .

Außerhalb des Portals oder auch schwingungsisoliert im Hohlraum eines Eckpfeilers ist eine Laserlichtquelle 11 senkrecht angeordnet. Oberhalb der Laserlichtquelle befindet sich ein angetriebenes Drehprisma 12, dessen Drehachse genau mit dem Laserstrahl zusammenfällt. Durch das Dreh prisma wird der Laserlichtstrahl um 90° in die Waagerechte abgelenkt und durch die Rotation des Drehprismas 12 fächer förmig über das Flächenportal ausgebreitet.A laser light source 11 is arranged vertically outside the portal or also vibration-isolated in the cavity of a corner pillar. Above the laser light source is a driven rotating prism 12 , the axis of rotation of which coincides exactly with the laser beam. By rotating the prism, the laser light beam is deflected by 90 ° into the horizontal and by the rotation of the rotating prism 12 spread out in a fan shape over the surface portal.

Der Konstanthaltung der Höhenlage dienen die in Fig. 1 dar gestellten 3 Photodiodenzeilen 8, die auf der Laufkatze 5 in der Weise angebracht sind, daß die einzelnen Dioden senk recht übereinander stehen und mit ihrer Empfängerseite einem Fenster 10 zugewandt sind, aus dem der waagerechte Laserlichtstrahl austritt. Die Höhe der Photodiodenzeilen 8 ist so bemessen, daß selbst bei extremen Durchbiegungen der in konstanter Höhe verlaufende Laserlichtstrahl immer mit genügender Sicherheit auf Dioden der Diodenzeilen trifft.The constant altitude serve is shown in Fig. 1 placed 3 photodiodes lines 8, which are mounted on the trolley 5 in such a manner that the individual diodes perpendicular stand right above the other and face each other with their receiving side a window 10 from which the horizontal laser light beam exit. The height of the photodiode lines 8 is dimensioned such that even with extreme deflections, the laser light beam running at a constant height always strikes diodes of the diode lines with sufficient certainty.

Die Signale der Photodiodenzeilen 8 werden einem Rechner 16 zugeführt, der aufgrund eines Rechenprogramms Korrektur werte ermittelt, von denen die Stellmotore 17 gesteuert werden, die die Laufkatze mit dem Stößel entsprechend dem durch die Durchbiegung verursachten Höhenversatz und Winkel abweichung anhebt und geradestellt.The signals of the photodiode lines 8 are fed to a computer 16 which , on the basis of a computer program, determines correction values from which the servomotors 17 are controlled, which raises and straightens the trolley with the plunger in accordance with the height offset and angle caused by the deflection.

Die Signale der Photdiodenzeilen 8 werden somit vom Rechner 16 dazu verarbeitet, daß die Grundplatte der Laufkatze 5 stets auf konstanter Höhe und in waagerechter Position gehalten wird. Zu diesem Zweck sind die einzeln ansteuerbaren Stellmotore 17 zwischen den Auflagepunkten auf dem Querbalken und der Grundplatte vorgesehen (Fig. 4). The signals from the photodiode lines 8 are thus processed by the computer 16 so that the base plate of the trolley 5 is always kept at a constant height and in a horizontal position. For this purpose, the individually controllable servomotors 17 are provided between the support points on the crossbar and the base plate ( FIG. 4).

In einer einfacheren Ausführung mit einem senkrecht ver schiebbaren Stößel wird die Höhenabweichung durch eine entsprechende Stößelbewegung kompensiert.In a simpler version with a vertically ver sliding plunger is the height deviation by a corresponding tappet movement compensated.

Um auch bei Aufbauten auf der Grundplatte, z. B. einer Stößelführung, die Beleuchtung der Photodiodenzeilen durch den Laserlichtstrahl in allen Positionen der Laufkatze zu gewährleisten, besteht eine zweite Ausführungsform darin, daß über einen halbdurchlässigen Spiegel 13 und einen vollreflektierenden Spiegel 14 ein Teil des Laserlichtstrahls entlang einer Portalseite zu einem anderen Punkt (Spiegel 14) und von dort um 90° nach oben auf ein zweites Drehprisma 15 mit rotierendem Antrieb abgelenkt wird, so daß von zwei verschiedenen, aber höhengleichen Punkten aus das Flächen portal mit dem Laserlichtstrahl fächerförmig überstrichen wird (Fig. 3).To also with structures on the base plate, for. B. a plunger guide to ensure the illumination of the photodiode lines by the laser light beam in all positions of the trolley, a second embodiment is that a part of the laser light beam along a portal side to another point (mirror.) Via a semi-transparent mirror 13 and a fully reflecting mirror 14 14 ) and from there it is deflected by 90 ° upwards onto a second rotating prism 15 with a rotating drive, so that the area portal with the laser light beam is swept in a fan shape from two different but equally high points ( FIG. 3).

Um Störsignale durch Fremdlicht auszuschalten, wird nur ein bestimmter zeitlicher Signalverlauf ausgewertet. Dieser Signalverlauf kann durch eine konstante Drehfrequenz des oder der Drehprismen 12, 15 an den Photodiodenzeilen 8 erzeugt werden, oder aber auch, in an sich bekannter Weise, durch eine im Vergleich zur Drehzahl des Drehprismas hoch frequente Modulation des Laserlichtstrahls.In order to switch off interference signals from extraneous light, only a certain temporal signal curve is evaluated. This signal curve can be generated by a constant rotational frequency of the one or more prisms 12 , 15 on the photodiode lines 8 , or else, in a manner known per se, by means of a modulation of the laser light beam which is highly frequent in comparison to the rotational speed of the rotating prism.

In einer einfacheren, nicht weiter dargestellten Ausführung werden die Korrekturwerte dazu genutzt, den senkrecht ver fahrbaren Stößel entsprechend dem Höhenversatz zu verschieben.In a simpler version, not shown the correction values are used to adjust the vertical ver Movable ram according to the height offset.

Claims

1. NC surface portal with longitudinal beams, on which a crossbar is arranged to be longitudinally movable, which carries a trolley, which is provided with a vertically movable, tool-bearing ram, and with a computer for controlling the movement motors of the crossbar, the trolley and of the ram, characterized by :

a) a light source ( 11 ), through the rays of which a reference plane is generated at a constant height above the portal,
b) at least one with the trolley ( 5 ) firmly connected vertical photodiode array ( 8 ) for determining the height deviation of the trolley ( 5 ) from the reference plane, and
c) electrical connections ( 18 ) between the photo diode line and the computer ( 16 ) for transmitting the output signals of the diode line to the computer for readjustment of the ram height to compensate the longitudinal and / or transverse beam deflection.

2. NC area portal according to claim 1, characterized records that the light source swings out horizontally baren laser exists.

3. NC surface portal according to claim 1, characterized in that the light source consists of a vertical laser ( 11 ), and that optical components ( 12-15 ) are provided for deflecting the laser beam into the reference plane and its pivoting in this plane .

4. NC surface portal according to claim 3, characterized in that as the pivoting of the laser beam in the reference plane causing optical component is provided at 45 ° in the beam path rotating prism ( 12 ) or a mirror.

5. NC surface portal according to claims 4 and 5, characterized in that a partially mirrored optical component ( 13 ) is provided in the beam path of the laser, which part of the laser beam via a second full mirror ( 14 ) to a second rotating prism ( 15 ) or directs the mirror, which swivels the laser beam at the same height (= reference plane).