DE69022844T2

DE69022844T2 - Vorrichtung zum abtasten drehender körper.

Info

Publication number: DE69022844T2
Application number: DE69022844T
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Fanuc Dai- Vir Aramaki; Tetsuji Fanuc Dai- Vir Okamoto
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1989-12-11
Filing date: 1990-12-07
Publication date: 1996-03-14
Anticipated expiration: 2010-12-08
Also published as: EP0458972A4; EP0458972B1; JPH03184749A; WO1991008862A1; EP0458972A1; DE69022844D1; US5193282A

Description

Die Erfindung betrifft eine Nachführsteuerung eines rotierenden Körpers zum Ausführen eines Nachführvorgangs, während ein Modell oder ein Werkstück rotiert und insbesondere eine Nachführsteuerung für einen rotierenden Körper, bei der ein Verfahren zum Einstellen einer potentiellen Linie zum Bestimmen eines Nachführbereichs verbessert wird.
Eine solche Einrichtung ist aus US-A-4,870,337 bekannt.
Eine Nachführ-Steuervorrichtung für einen rotierenden Körper wird beispielsweise beim Bearbeiten eines zylindrischen Nockens benötigt und dabei rotieren ein Modell und ein Werkstück mit der gleichen Geschwindigkeit, mit der auch die Modell-Oberfläche von einem Nachführkopf abgetastet wird, wobei die Zustellgeschwindigkeit bezüglich der Z- Achsen-Richtung in Übereinstimmung ein Erfassungssignal erhält, wodurch die Bewegung des Abtastkopfes und eines Schneidkopfes gesteuert wird.
In Fig. 3 ist das Verhältnis zwischen einer Tastspitze und einem zylindrischen Nockenmodell dargestellt, das von einer Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers abgetastet wird.
In Fig. 3 liegt die Tastspitze 5 am entfernten Ende des Abtastkopfes, der in der Z-Achsen-Richtung beweglich ist. Die Tastspitze erfaßt den Abstand zwischen der Mittelachse der Drehung (X-Achse) des Modells 6 und den Kontaktpunkt der Tastspitze 5 am Modell, indem man die Verschiebung der Tastspitze 5 bestimmt. Die Abtastrichtung des Tastkopfes entspricht der X-Achsen-Richtung und eine Zustellwechselrichtung entspricht einer A-Achsen-Richtung.
Software-Grenzschalter, wie sie an den gestrichelten Linien LXN und LXP dargestellt sind, können eingestellt werden, indem man Punkte XN und XP auf einer sich in Abtastrichtung (X-Achsen-Richtung) erstreckenden Linie zugeordnet und ein Abtastbereich wird unter Verwendung dieser Software-Grenzschalter bestimmt.
Somit führt der Abtastkopf ein Abtasten in Bezug auf die X- Achsen-Richtung aus und dessen Bewegung wird in der X-Achsen-Richtung angehalten, wenn der Kontaktpunkt der Tastspitze 5 in Berührung mit den Software-Grenzschaltern LXN und LXP gerät. Dann wird in der A-Achsen-Richtung ein Zustellwechsel ausgeführt und die X-Achse wird nun in entgegengesetzter Richtung abgetastet. Diese Vorgänge werden wiederholt ausgeführt.
Beim Abtasten des Modells 6 wie eines Zylindernockens mit einer längs der X-Achse gekrüinmten Nut soll der Abtastkopf nur den Nutbereich des Zylindernockens abtasten, nicht aber die äußere Umfangsfläche des Modells 6 wie die Bereiche F1 und F2.
Konventionell ist aber ein Punkt auf der Mitteldrehachse (X-Achse in Fig. 3) dazu bestimmt, die Software-Grenzschalter einzustellen, so dar diese unvermeidlich gesetzt werden, indem man die Punkte XN und XP zuordnet, auch dann, wenn das Zylindernocken-Modell 6 abgetastet wird. Wenn deshalb ein Zylindernocken ähnlich dem Modell 6 abgetastet wird, so tastet der Abtastkopf den gesamten Bereich der Umfangsfläche des Zylinders ab, einschließlich der Punkte XN und XP und damit ist beim Stand der Technik der abzutastende Bereich so groß, daß die Abtastung lange Zeit dauert.
Die Erfindung hat sich im Hinblick auf diese Nachteile ergeben und eine Aufgabe liegt darin, eine Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers zu schaffen, die in der Lage ist, jeden gewünschten Bereich eines Modells, wie einer Nut eines Zylindernockens abzutasten, wobei die Nut eine Form aufweist, die sich längs der Mittelachse des rotierenden Körpers verändert.
Erfindungsgemäß wird das vorgenannte Problem bei einer Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Punktkoordinaten am Außenumf ang des Modells werden entsprechend der Position der Mittelachse der Rotation und dem Winkel der rotierenden Achse der Rotation zugeordnet. Es werden nämlich mehrere solcher Punktkoordinaten an der Außenumfangsfläche des Modells gesetzt und die diese Punkte verbindende Linie wird als potentielle Linie benutzt. Somit kann jeder gewünschte Bereich an der äußeren Umfangsfläche des Modells als Arbeitsbereich abgetastet werden und nur der an der potentiellen Linie eingestellte Nutbereich wird abgetastet, auch wenn ein Modell abgetastet wird, bei dem eine Nut an einem Zylindernocken eine Form aufweist, die sich längs der Mittelachse des drehenden Körpers verändert. Deshalb kann die Abtastzeit verkürzt werden und allein die Nut wird mit hoher Genauigkeit abgetastet.
Die Zeichnung zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Tastspitze und eines Zylindernocken-Modells, das mit einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung abgetastet wird;
Fig. 2 ein Blockschaltbild in einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Steuervorrichtung und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Tastspitze und eines Zylindernocken-Modells, das mit einer Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers abgetastet wird.
Ein bestmögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der Zeichnung erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Tastspitze und ein Zylindernocken-Modell, das von einer erfindungsgemäßen Steuervorrichtung abgetastet wird. In Fig. 1 bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Komponenten wie in Fig. 3 und damit entfällt die Beschreibung dieser Bauteile.
Erfindungsgemäß kann eine potentielle Linie auf der Basis einer Koordinate (x-θ) erstellt werden, die von der Koordinate x einer Position auf der Mittelachse X des rotierenden Körpers und dem Rotationswinkel θ abhängig ist, zusätzlich zu den konventionellen Software-Grenzschaltern. Genauer gesagt, bezeichnet in Fig. 1 eine Punktkoordinate (x1, θ1) einen Punkt P1 an der äußeren Umfangsf läche eines Modells 6, dessen X-Achsen-Position auf einen Punkt x1 und dessen A-Achsen-Position einen Winkel θ1 besitzt. In entsprechender Weise werden die Punkte P2, P3, P4 usw. von ihren diesbezüglichen Koordinaten dargestellt.
Wenn so die Punkte P1 und P2 zugeordnet sind, dann kann eine potentielle Linie gezogen werden, die die Punkte P1 und P2 an der Außenumfangsfläche des Modells 6 verbindet und wenn diese Punkte in der Reihenfolge der Punkte P1, P2, P3, P4 und P5 längs einer Nut des Zylindernockens zugeteilt werden, kann eine potentielle positive Linie LP erstellt werden, die diese Punkte an der Außenumfangsfläche des Modells 6 miteinander verbindet. In gleicher Weise wird eine negative potentielle Linie LN durch Verbinden der Punkte P6, P7, P8, P9 und P10 erstellt. So tastet der Abtastkopf die Nut des Zylindernockens nur in Übereinstimmung mit diesen potentiellen Linien ab.
Die Steuervorrichtung überwacht nämlich die positive potentielle Linie LP, während die Tastspitze 5 die X-Achse in der positiven Richtung abtastet und wenn die Tastspitze 5 über die positive potentielle Linie LP hinausgeht, wird an diesem Punkt ein Zustellwechsel in der A-Achsen-Richtung ausgeführt. Wenn dann die Tastspitze 5 die negative potentielle Linie LN überschreitet, wenn die X-Achse in der entgegengesetzten oder negativen Richtung abgetastet wird, so wird wiederum ein Zustellwechsel in der A-Achsen-Richtung ausgeführt.
Da also in dieser Ausführungsform nur die Nut des Zylindernockens abgetastet wird, lädt sich die zum Abtasten erforderliche Zeit erheblich verkürzen.
Fig. 2 ist ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 2 steuert ein Prozessor (CPU) 11 den allgemeinen Betrieb der Steuervorrichtung 1. Ein ROM 12 enthält ein Systemprogramm und in einem RAM 13 sind zeitweise verschiedene Daten abgespeichert. Der Prozessor 11 liest das Systemprogramm im ROM 12 über einen Bus 10 aus und speichert damit zeitweise die Daten im RAM 13.
Ein nicht flüchtiger Speicher 14, der battergestützt ist (nicht dargestellt) speichert verschiedene Parameter, wie die Abtastrichtung und Geschwindigkeit sowie Eingaben von einem Steuerfeld 2 über eine Schnittstelle 15.
Der Abtastkopf 4 in einer Nachführmaschine 3 erfaßt Verschiebungen &epsi;x, &epsi;a und &epsi;z der Tastspitze 5 an deren entfernten Ende in den X-, A- und Z-Achsen-Richtungen, wie sie von Seiten der Tastspitze 5 beim Berühren des Modells erfolgen, wandelt die Verschiebungen in Digitalwerte um und speist diese Werte in den Prozessor 11.
Basierend auf den Verschiebungen &epsi;x, &epsi;a und &epsi;z und die angewiesene Abtastrichtung und Geschwindigkeit erzeugt der Prozessor 11 einen Befehl Vx für die X-Achsen-Geschwindigkeit, einen Befehl Va für die A-Achsen-Geschwindigkeit und einen Befehl Vz für die Z-Achsen-Geschwindigkeit gemäß konventioneller Technik. Diese Geschwindigkeitsbefehle werden dann in Analogwerte von D/A-Wandlern 16X, 16A und 16Z umgewandelt und einzeln den Servoverstärkern 17X, 17A und 17Z zugeführt. Somit werden die nicht dargestellten Servomotoren zum Antrieb der Achsen der Maschine 3 von den Servoverstärkern 17X, 17A und 17Z angetrieben, so dar das Verhältnis bezüglich der Lage zwischen dem Abtastkopf 4 und dem Modell 4 fest eingehalten wird. Bewegt sich der Abtastkopf 4 in der Z-Achsen-Richtung, so verschiebt sich ein Tisch 9 in der Z-Achsen-Richtung und so bearbeitet ein Schneidkopf 8 ein Werkstück 7, das die gleiche Form wie das Modell 6 erhält.
Die Servomotoren zum Steuern der einzelnen Achsen sind jeweils mit Impulscode-Geräten (nicht gezeigt) versehen, die Detektorimpulse (FPX, FPA und FPZ) jedesmal dann erzeugen, wenn die Servomotoren um einen vorbestimmten Betrag rotieren. Register 18X, 18A und 18Z in der Steuervorrichtung für die laufende Position zählen die Detektorpulse FPX, FPA und FPZ aufwärts bzw. abwärts, die abhängig von der Drehrichtung und den ausgegebenen laufenden Positionsdaten, XA, AA und ZA für den Abtastkopf 4. Diese laufenden Positionsdaten XA, AA und ZA werden vom Prozessor 11 gelesen und dann in bestimmter Weise verarbeitet.
Obwohl die Abtastrichtung des Abtastkopfes für die X-Achsen-Richtung in dem vorbeschriebenen Ausführungsbeispiei erläutert wurde, kann alternativ die Abtastrichtung auch die A-Achsen-Richtung sein. In diesem Fall kann die Tastspitze 5 in der Lage sein, eine Linie parallel zu einer potentiellen Linie auf einer Zick-Zack-Linie zu berechnen, die mehrere Punkte verbindet, so daß eine einbahnige Abtastung längs der parallelen Linie ausgeführt werden kann. Dementsprechend tastet die Tastspitze eine Linie längs der Nut ab und damit kann in Übereinstimmung mit der Form des Modells die Nut sauber gefräst werden.
Wie vorbeschrieben, kann erfindungsgemäß jede gewünschte potentielle Linie am Umfang eines rotierenden Körpers eingestellt werden, so daß nur ein bestimmter gewünschter Bereich abgetastet wird, auch wenn ein rotierender Körper abgetastet wird und damit lädt sich die Bearbeitungszeit verkürzen und die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern.

Claims

1. Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers, wobei die Steuervorrichtung eine Abtastung ausführt, während ein Modell und ein Werkstück rotieren, und die Steuervorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Anzahl von Punktkoordinaten auf der äußeren Umfangsfläche des Modells gesetzt wird, die Punkte von einer Position der Mittelachse der Rotation und dem Winkel der Rotationsachse der Rotation abhängig sind und eine Abtastung durchgeführt wird, bei der man eine diese Anzahl der Punkte verbindende Linie als eine potentielle Linie benutzt.

2. Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers nach Anspruch 1, bei der die Richtungen der Mittelachse und der Rotationsachse einer Abtastrichtung und einer Zustellwechselrichtung entsprechen.

3. Steuervorrichtung zum Abtasten eines rotierenden Körpers nach Anspruch 1, bei der die Richtungen der Rotationsachse und der Mittelachse einer Abtastrichtung und einer Zustellwechselrichtung entsprechen und ein Pfad längs einer zu der potentiellen Linie parallelen Linie abgetastet wird.