DE3854648T2 - Profilkontrolle. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft ein geregeltes Kopiergerät.
• Wie in Figur 7 gezeigt wird, beinhaltet die Kopierregelung üblicherweise die Detektion von axialen Versetzungen εx, εy, εz eines Tasters 1, der in Kontakt ist mit einem Modell mittels eines Kopierkopfes 2, die Berechnung einer resultierenden Versetzung
• die erhalten wird durch die Kombination der axialen Versetzungen mittels einer Mischschaltung 3, wodurch ein Fehler Δε zwischen der resultierenden Versetzung ε und einer Referenzversetzung ε&sub0; durch eine Addierschaltung 4 erhalten wird, die Erzeugung eines Normal- Richtungsgeschwindigkeitssignales VN in einem Geschwindigkeitssignalgenerator 5, basierend auf der charakteristischen Größe Δε - VN, und die Erzeugung eines Tangential-Richtungsgeschwindigkeitssignales VT in einem Geschwindigkeitssignalgenerator 6, basierend auf der charakteristischen Größe Δε - VT. Unterdessen erzeugt eine arithmetische Schaltung 7 für die Kopierrichtung cosθ und sinO in einer Kopierrichtung θ unter Verwendung der axialen Versetzungen ε&sub1;, ε&sub2;, die in einer Kopierregelebene liegen und durch eine Umsteuerschaltung 8 ausgegeben werden, und ein axialer Geschwindigkeitssignalgenerator 9 erzeugt axiale Versetzungen V&sub1;, V&sub2; in der Kopierregelebene unter Verwendung von VN, VT, cosθ und sinθ, wobei der Taster 1 entlang dem Modell mit diesen Geschwindigkeiten bewegt wird. Die Kopierregelung wird ausgeführt durch aufeinanderfolgende Wiederholung ähnlicher Verfahrensschritte.
• In einem Fall, in dem ein Modell MDL eine steile Neigung (stark geneigte Ebene) aufweist, wie einen Hohlraum (Vertiefung) HL mit vertikalen Wänden, wie es in Figur 8 gezeigt wird, funktioniert das voraus beschriebene Kopierregelverfahren derart, daß, wenn der Taster 1 entlang eines senkrechten Wandabschnittes SL bewegt wird, ein Eckabschnitt 2a des Kopierkopfes 2 durch das Modell MDL versperrt wird und das Kopieren (Spurverfolgung) kann nicht ausgeführt werden.
• Entsprechend besteht ein Ziel der Erfindung darin, ein geregeltes Kopiergerät zur Verfügung zu stellen, das es ermöglicht, mit einem Kopierkopf ein Modell ohne Versperrungen (Störungen) oberflächlich abzutasten, sogar wenn das Modellprofil Ansätze und Hohlräume aufweist, die von solcher Art sind, daß der Kopierkopf behindert wird.
• Die JP-A-61-79552 offenbart ein geregeltes Kopiergerät, was derart funktionsfähig ist, um die Kopierregelung zu bewirken unter Verwendung eines wahlweise angewinkelten schwenkbaren Kopierkopfes durch die Umsetzung eines Versetzungssignales, das durch den wahlweise angewinkelten schwenkbaren Kopierkopf detektiert wird, in einen Versetzungswert für eine Welle eines Antriebsmotors. Entsprechend besteht ein anderes Ziel der Erfindung darin, ein geregeltes Kopiergerät zur Verfügung zu stellen, das den Gegenstand der Vorveröffentlichung derart anpaßt, daß es ermöglicht wird, ein Modell abzutasten, während der Kopierkopf sich dreht und derart angeordnet ist, daß er nicht durch das Modell behindert wird.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein geregeltes Kopiergerät bereitgestellt zum Kopieren einer Modelloberfläche durch Berechnung von Vorschub(Geschwindigkeits)-Anteilen entlang entsprechender Achsen in einer Kopierregelebene, basierend auf einer Differenz zwischen einer Referenzversetzung und einer sich ergebenden Versetzung, die das Ergebnis der Kombination von axialen Versetzungen von einem Kopierkopf und einer Ko pierrichtung ist, welches folgendes aufweist: rotierende Mittel zur Erzeugung einer relativen Rotation zwischen dem Kopierkopf und dem Modell in einer Rotationsrichtung; Mittel zur Überwachung eines Rotationswinkels in besagter Rotationsrichtung; Mittel zur Korrektur basierend auf dem besagten Rotationswinkel, wobei axiale Versetzungen entlang zweier Achsen die Kopierregelebene bilden; und Mittel zur Ausführung der Kopierregelung unter Verwendung einer jeden der axialen Versetzungen, die durch die Korrektur erhalten wurden; dadurch gekennzeichnet, daß die besagten rotierenden Mitte als eine Rotationsachse eine Achse einnehmen, die parallel zu einer Achse ist, die nicht die besagte Kopierregelebene bildet, und daß das geregelte Kopiergerät Neigungsdetektionsmittel aufweist zur Steuerung der besagten relativen Rotation des Kopierkopfes und des Modelles auf die Detektion hin, daß eine Veränderung in dem Abstand zu der Modelloberfläche einen festgelegten Wert übersteigt.
• Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und um darzustellen, wie die praktische Anwendung aussieht, wird nun beispielhaft auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die folgendes bedeuten:
• Figur 1 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der allgemeinen Merkmale der vorliegenden Erfindung, worin (a) eine XZ-Teilansicht und (b) eine YZ-Teilansicht darstellen;
• Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Kopierregelsystemes entsprechend der Erfindung;
• Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Kopierregeleinheit;
• Figur 4 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Versetzungskorrekturberechnungen, basierend auf der B-Achsendrehung;
• Figur 5 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung eines Detektionsprinzipes zur Detektion einer Anwinkelung einer Modelloberfläche;
• Figur 6 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung eines Kopierkopfdrehmechanismus; und
• die Figuren 7 und 8 zeigen Ansichten zur Beschreibung eines im Stand der Technik erwähnten Problemes.
• Figur 1 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der allgemeinen Merkmale der vorliegenden Erfindung, worin (a) eine XZ-Teilansicht und (b) eine YZ-Teilansicht darstellen.
• ST stellt einen Taster dar, TC einen Kopierkopf, MDL ein Modell, HL eine Vertiefung in dem Modell und SL, SL' vertikale Wände.
• Der Kopierkopf TC ist derart ausgelegt daß er in einer Drehrichtung drehbar ist, die eine Achse einnimmt, als eine Drehachse, die parallel ist zu einer Achse (beispielsweise der Y- Achse in Figur 1(a)), die nicht die Kopierebene darstellt. Wenn der Hohlraum HL mit der vertikalen Wand SL abgetastet wird, so wird der Kopierkopf TC derart gedreht, so daß er nicht durch das Modell MDL gestört wird, ein Rotationswinkel p der Rotationsrichtung wird überwacht, axiale Versetzungen εx, εz entlang zweier Achsen (X, Z-Achsen), die nicht die Drehachsen sind, werden korrigiert, basierend auf dem Rotationswinkel β, und die Kopierregelung wird ausgeführt unter Verwendung einerjeden der axialen Versetzungen, die durch die Korrektur erhalten werden.
• Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm des Kopiersteuersystemes entsprechend der Erfindung und Figur 3 zeigt ein Blockdiagramm einer Kopierregeleinheit.
• In Figur 2 bezeichnet TRM ein Kopiermaschinenwerkzeug, TCC eine Kopierregeleinheit zur Ausführung der Kopierregelung, OPP eine Bedienungstafel zum Setzen verschiedener Daten, die für das Kopieren notwendig sind und zum Drehen des Kopierkopfes in einer A- Achsrichtung und einer B-Achsrichtung, PDC einen lmpulsverteiler und SVX, SVY, SVZ, SVA, SVB Servo-Schaltungen für entsprechende Achsen.
• Die Servo-Schaltungen SVX - SVZ wenden eine DA-Umwandlung auf digital bereitgestellte Geschwindigkeitsbefehle Vx - Vz von der Kopierregeleinheit TCC an und regeln die Geschwindigkeit der Servomotoren (nicht dargestellt) von entsprechenden Achsen. Unterdessen erzeugen die Servo-Schaltungen SVA, SVB Geschwindigkeitsbefehle entlang der Aund der B-Achsen auf den Empfang von als Eingangssignale aufgenommenen Steuerimpulsen CPA, CPB, die von dem Impulsverteiler PDC erzeugt sind und Detektionsimpulse FPA, FPB, die jedesmal erzeugt werden, wenn die entsprechenden A- und B-Achsenmoto ren (nicht dargestellt) sich um einen vorbestimmten Winkel drehen.
• PM bezeichnet einen Positionsspeicher, der vorliegende Positionen entlang jeder Achse überwacht durch Aufwärts/Abwärtszählen, in Abhängigkeit von der Drehrichtung, wobei Detektionsimpulse FPX - FPB detektiert werden, die jedesmal erzeugt werden, wenn die Motoren der entsprechenden Achsen sich um einen vorbestimmten Betrag drehen.
• Das Kopiermaschinenwerkzeug TRM ist mit folgendem ausgestattet (nicht dargestellt): (i) X- und Y-Achsenmotoren zum Antrieb eines Tisch es TBL entlang der X- und Y- Achsenrichtungen in entsprechender Weise;
• (ii) ein Z-Achsenmotor zum Antrieb des Kopierkopfes TC und eines Schneidkopfes CT als eine Einheit entlang der Z-Achse;
• (iii) ein A-Achsenmotor zur Drehung des Kopierkopfes und des Schneidkopfes in einer Richtung (die als die A-Achsenrichtung bezeichnet wird), wobei eine Achse eingenommen wird, die parallel zu der X-Achse als die Rotationsachse ist; und
• (iv) ein B-Achsenmotor zur Drehung des Kopierkopfes und des Schneidkopfes in einer Richtung (im folgenden als die B-Achsenrichtung bezeichnet), wobei eine Achse eingenommen wird, die parallel ist zu der Y-Achse als die Rotationsachse und Impulsgenerato ren, von denen jeder einen der Detektionsimpulse FPX, FPY, FPZ, FPA, FPB erzeugt wann immer der entsprechende Axialmotor sich um einen vorbestimmten Betrag dreht. Es ist zulässig, eine Anordnung einzunehmen, in der der Tisch TBL gedreht wird anstelle der Drehung des Kopierkopfes und des Schneidkopfes in der A-Achsenrichtung, wobei der Kopierkopf und Schneidkopflediglich in der B-Achsenrichtung gedreht werden.
• Das Modell MDL und das Werkstück WK sind an dem Tisch TBL befestigt, und das vorbeschriebene Kopieren wird ausgeführt durch den Taster ST, der mit dem Kopierkopf TC in Verbindung steht und in Kontakt gebracht wird mit der Oberfläche des Modelles. Der Schneidkopf CT unterwirft das Werkstück WK einer maschinellen Übereinstimmung mit der Gestalt des Modelles. Es ist bekannt, daß der Kopierkopf TC derart angeordnet ist, um Abweichungen εX, εY, εZ in der Oberfläche des Modelles MDL zu detektieren entlang der entsprechenden X, Y, Z-Achsen.
• In der Profilregeleinheit der Figur 3 stellt ST den Taster dar, TC den Kopierkopf, 11 eine Mischschaltung, 12 eine Addierschaltung, 13, 14 Geschwindigkeitssignalgeneratoren zur Erzeugung des Normal-Richtungsgeschwindigkeitssignales VN und des Tangential-Rich tungsgeschwindigkeitssignales VT, in entsprechender Weise, 15 eine Umschalteinheit zur Ausgabe, da ε&sub1;, ε&sub2;, Versetzungen die Kopierregelebene darstellen, 16 eine arithmetische Einheit für eine Kopierrichtung, 17 einen Axial-Geschwindigkeitssignalgenerator zur Erzeugung von Geschwindigkeitssignalen V&sub1;, V&sub2; in axialen Richtungen, die die Kopierregelebene bilden, 18 eine Impulsverteilerschaltung zur Verteilung der Geschwindigkeitsignale V&sub1;, V&sub2; an die Servo-Schaltungen der entsprechenden Achsen als Geschwindigkeitsbefehle entlang der Achsen, die die Kopierebene bilden, 19 eine Regeleinheit zur insgesamten Durchführung der Kopierregelung unter Verwendung der notwendigen Daten zur Kopierregelung, die durch die Bedienungstafel OPP (siehe Figur 2) gesetzt wurden und der vorliegenden Positionen XA - β entlang der entsprechenden Achsen, und 20 eine Versetzungskorrektureinheit zur Korrektur der axialen Versetzungen εX, εY, εZ, basierend auf den Rotationswinkeln α, β in der A-Achsen- und B-Achsenrichtung.
• Figur 4 zeigt eine Ansicht zur Beschreibung der Versetzungskorrekturberechnungen in der Versetzungskorrektureinheit 20. Wenn z. B. der Kopierkopf TC um den Winkel β in der B- Achsenrichtung gedreht wird (eine Richtung, in der die Drehung ausgeführt wird mit der Y- Achse als zentrale Drehachse) um eine Störung mit dem Modell zu vermeiden, wenn das Oberflächenkopieren ausgeführt wird in der XZ-Kopierebene (siehe die durchgezogenen Linien in Figur 4), so ist dies gleichwertig bezüglich relativer Aussagen für die Drehung der XZ-Kopierebene um den Winkel β während der Kopierkopffestgehalten wird. Entsprechend der Figur 4 werden die axialen Versetzungen εX, εZ, die der Drehung folgen dargestellt durch die folgenden Gleichungen unter Verwendung der axialen Versetzungen εX, εZ vor der Drehung und dem Rotationswinkel β:
• εX' = εZsinβ + εXcosβ (1)
• εZ' = εZcosβ - εXsinβ (2)
• In ähnlicher Weise, wenn der Kopierkopf TC gedreht wird um den Winkel α in der A- Achsenrichtung (einer Richtung, in der die Drehung ausgeführt wird mit der X-Achse als zentrale Drehachse) wenn das Oberflächenkopieren ausgeführt wird in der YZ-Kopierebene, werden die axialen Versetzungen εY', εZ' durch die folgenden Gleichungen dargestellt unter Verwendung der Versetzungen εY, εZ vor der Drehung und dem Drehwinkel α:
• εY' = εZsinα + εycosα (3)
• Ez = εzcosα - εysinα (4)
• Es sollte bemerkt werden, daß für den Fall, daß die Drehung um den Winkel α, β gleichzeitig entlang der A- und B-Achsen ausgeführt wird, εY', εZ' erhalten werden von den Gleichungen (3), (4), mit εZ', das erhalten wird durch die Berechnungen der Gleichungen (1), (2), was von neuem als εZ dient. In entsprechender Weise korrigiert die Versetzungskorrektureinheit 20 die axialen Versetzungen zu εX', εY', εZ' mittels der Durchführung der Berechnungen der Gleichungen (1) - (4) unter Verwendung der variablen Versetzungen εX, εY, εZ und der Drehwinkel α, β in den A- und B-Achsenrichtungen.
• Das insgesamte Verfahren des beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispieles wird nun unter bezug auf die Figuren 1 bis 3 beschrieben.
• Beispielsweise wird, wenn ein Oberflächenkopieren ausgeführt wird in der XZ-Kopierebene, der Kopierkopf TC in der B-Achsenrichtung gedreht, um nicht störend mit dem Modell MDL zusammenzuwirken, wenn die Vertiefung HL mit der senkrechten Wand SL [siehe Figur 1 (a)] kopiert wird. Insbesondere wird eine Drehung entsprechend einem vorbestimmten Drehwinkel manuell gesteuert durch die Betätigung von B-Achsenversorgungsmitteln (einen Handgriff oder einen Knopf), die bereitgestellt werden auf der Bedientafel OPP (Figur 2). Eine Anordnung kann übernommen werden, wobei darin der Rotationswinkel auf einen festen Wert festgelegt ist.
• Als Antwort erzeugt die Impulsverteilerschaltung PDC angesteuerte Impulse CPB, deren Anzahl mit dem angesteuerten Rotationswinkel korrespondiert, die eine Frequenz aufweisen, die der festgelegten Geschwindigkeit entspricht. Als Ergebnis führt die Servo- Schaltung SVB eine bekannte Geschwindigkeitssteuerung durch, um den B-Achsenmotor zu drehen, womit die Drehung des Kopierkopfes TC und des Schneidkopfes CT im Gleichklang in der B-Achsenrichtung geschieht.
• Wenn der Detektionsimpuls FPB erzeugt wird durch die Drehung des B-Achsenmotors, so wird die vorliegende Position β entlang der B-Achse im Positionsspeicher PM in Realzeit aktualisiert. Da das XZ-Oberflächenkopieren parallel ausgeführt wird mit der vorausgehenden B-Achsenrotationsregelung, werden die vorliegenden Positionen XA, ZA entlang der Xund Z-Achsen ebenso aktualisiert.
• Die Regeleinheit 19 (Figur 3) der Kopierregeleinheit TCC liest die vorliegenden (aktuellen) Positionen entlang der entsprechenden Achsen, führt die Kopierregelung nach Maßgabe der vorbestimmten Kopierzyklussequenz durch und wendet die vorliegenden Positionen α, β entlang der A- und B-Achsen an auf die Versetzungskorrektureinheit 20 an vorbestimmten Zeitintervallen.
• Die Versetzungskorrektureinheit 20 führt die Berechnungen der Gleichungen (1) - (4) durch, wann immer α und β darauf angewendet werden, wobei die richtigen axialen Versetzungen εX', εY', εZ' entsprechend der Drehwinkel erzeugt werden in den A- und B-Achsenrichtungen des Kopierkopfes. Die Wechselschaltung 15 gibt die berichtigten der Kopierebene entsprechenden Versetzungen aus und die arithmetische Einheit 16 für die Kopierrichtung berechnet und gibt aus cosθ, sinθ von den Richtungen der Versetzung unter Verwendung der richtigen Versetzungen, die eingegeben worden sind. Der Axialgeschwindigkeits-Signalgenerator 17 erzeugt die axialen Geschwindigkeiten V&sub1;, V&sub2; in der Kopierregelebene unter Verwendung der Normal- und Tangential-Richtungsgeschwindigkeiten VN, VT und der Versetzungsrichtungen cosθ, sinθ, und die Verteilerschaltung 18 verteilt die Geschwindigkeiten V&sub1;, V&sub2; entlang der Achsen, die die Kopierebene bilden, wobei der Taster 1 entlang des Model- les bewegt wird. Die Bearbeitung ähnlich dem Vorbeschriebenen wird wiederholt, um die Kopierregelung auszuführen.
• In Figur 4 wird deutlich sichtbar, daß die resultierende Versetzung ε die gleiche ist, egal ob die Versetzung vor der Korrektur oder die Versetzung nach der Korrektur verwendet wird. Deshalb wird entsprechend Figur 3 die resultierende Versetzung ε berechnet unter Verwendung der Versetzungen εX, εY, εZ vor der Korrektur.
• In dem Vorgesagten werden die Drehwinkel manuell von dem Bedientisch gesteuert. Es wird jedoch, wie in Figur 5 gezeigt, eine Anordnung nach Maßgabe der Erfindung übernommen, in der ein Abstandsdetektor DDT bereitgestellt wird zur optische Detektion eines Abstandes L von dem Kopierkopf TC zu dem Modell MDL. Wenn eine Veränderung in dem Abstand einen vorgegebenen Wert überschreitet, so wird dies aufgefaßt als ein Anzeichen für eine Neigung und vorbestimmte Drehwinkel α&sub0;, β&sub0; werden angesteuert.
• Weiterhin kann, obwohl die Erfindung im Vorausgehenden beschrieben wird für den Fall, daß eine Drehung in den zwei Richtungen A und B ausgeführt wird, es so eingerichtet werden, daß die Drehung beispielsweise lediglich in der B-Achsenrichtung bewirkt wird. In diesem Fall entsprechend Figur 6 stellt sich die Anordnung derart dar, daß eine Welle SFT eines B-Achsenmotors MTB drehbar gelagert wird durch ein Lager AR, der Kopierkopf TC und ein Spindelmotor SPM des Schneidkopfes CT sind an der Welle befestigt und der Kopierkopf und der Schneidkopf werden zusammen in der Richtung der Pfeile gedreht durch die Drehung des B-Achsenmotors MTB.
• Somit ist nach Maßgabe der Erfindung die Anordnung derart, daß ein Kopierkopf in einer Drehrichtung drehbar ist, wobei dieser als eine Drehachse eine Achse einnimmt, die parallel ist zu einer Achse, die nicht die Kopierregelebene darstellt und ein Drehwinkel in dieser Drehrichtung wird überwacht. Axiale Versetzungen entlang zweier Achsen, die die Kopierebene bilden, werden berichtigt auf der Basis des Drehwinkels und die Kopierregelung wird ausgeführt unter Verwendung einer jeden der axialen Versetzungen, die durch die Korrektur erhalten werden. Als Ergebnis kann das Kopieren (die Abtastung) ausgeführt werden ohne daß der Kopierkopf auf störende Art und Weise mit dem Modell zusammenwirkt, so gar wenn das Modell stark angewinkelte Ansätze oder Hohlräume aufweist.

Claims (4)

1. Geregeltes Kopiergerät zum Kopieren einer Modell (MDL)-Oberfläche durch Berechnung von Vorschub (Geschwindigkeits)-Anteilen entlang entsprechender Achsen (eg X, Z) in einer Kopierregelebene, basierend auf einer Differenz (Δε) zwischen einer Referenzversetzung (ε&sub0;) und einer sich ergebenden Versetzung (ε), die das Ergebnis der Kombination von axialen Versetzungen (εX, εY, εZ) von einem Kopierkopf (TC) und einer Kopierrichtung ist, welches folgendes aufweist:

Rotierende Mittel (MTB) zur Erzeugung einer relativen Rotation zwischen dem Ko pierkopf (TC) und dem Modell (MDL) in einer Rotationsrichtung;

Mittel zur Überwachung eines Rotationswinkels (eg β) in besagter Rotationsrichtung;

Mittel (20) zur Korrektur, basierend auf dem besagten Rotationswinkel (eg β), den axialen Versetzungen (eg εX, εZ) entlang zweier Achsen (eg X, Z), die die Kopierregelebene bilden; und

Mittel zur Ausführung der Kopierregelung unter Verwendung einer jeden der axialen Versetzungen (eg εX, εZ), die durch die Korrektur erhalten wurden; dadurch gekennzeichnet, daß die besagten rotierenden Mittel (MTB) als eine Rotationsachse eine Achse einnehmen, die parallel zu einer Achse (eg Y) ist, die nicht die besagte Kopierregelebene bildet, und daß das geregelte Kopiergerät Neigungsdetektionsmittel (DDR aufweist, zur Steuerung der besagten relativen Rotation des Kopierkopfes (TC) und des Modelles (MDL) auf die Detektion hin, daß eine Veränderung in dem Abstand zu der Modell (MDL)-Oberfläche einen festgelegten Wert übersteigt.

2. Geregeltes Kopiergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Versetzungskorrekturmittel (20) korrigierte Versetzungen εX', εZ' entlang entsprechender Achsen nach Maßgabe der folgenden Gleichungen berechnet:

εX' = εZ.sinβ + εX.cosß

εX' = εZ.cosβ - εX.sinβ

worin β den besagten Rotationswinkel darstellt, zwei die Kopierregelebene bildende Achsen die X und Z-Achsen sind, und εX, εZ Versetzungen entlang der X und der Z-Achsen darstellen.

3. Geregeltes Kopiergerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es ein ßedienfeld aufweist, das funktionsfähig ist zur Steuerung der besagten relativen Rotation des Kopierkopfes (TC) und des Modelles (MDL).

4. Geregeltes Kopiergerät nach einem der vorausgehenden Ansprüche, worin die besagten rotierenden Mittel (MTB) eine Rotation des Kopierkopfes (TC) erzeugen.