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Projektionseinrichtung für spanabhebende Werkzeugmaschinen, insbesondere
Schleifmaschinen Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen an spanabhebenden
Werkzeugmaschinen, deren Werkzeug im Eingriffsort mit dem Werkstück durch Projektion
optisch vergrößert dargestellt wird. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art liegen
die miteinander in Eingriff kommenden Teile von Werkzeug und Werkstück in einem
Projektionsstrahlengang, der über geeignete optische Glieder auf einer Mattscheibe
eine vergrößerte Darstellung dieses Eingriffsortes abbildet.
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Beim Arbeitsvorgang führt eines dieser Teile, meist das Werkzeug,
beispielsweise eine Schleifscheibe, eine parallel zum Projektionsstrahlengang verlaufende
Hin- und Herbewegung aus. Es tritt damit periodisch durch die Schärfenebene. des
abbildenden optischen Systems hindurch. Demzufolge wird dieses Teil auf der Mattscheibe
abwechselnd scharf und unscharf abgebildet.
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Zur Beseitigung dieser für die Beobachtung nachteiligen Erscheinung
ist es bekannt, Teile des optischen Systems so mit dem Schleif scheibenträger zu
verbinden, daß sie sich mit der Schleifscheibe hin und her bewegen. Dadurch werden
die Schleifscheibenkante und das Werkstückprofil in jeder Stellung der Schleifscheibe
scharf auf der Mattscheibe abgebildet.
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Bei einer anderen Vorrichtung-dieser Art liegen das Werkstück und
die Schleifscheibe in einem von einer Lampe ausgehenden, parallel gerichteten Strahlenbündel,
das wiederum parallel zur Bewegungsrichtung der Schleifscheibe verläuft. Die auf
eine Mattscheibe geworfenen Schattenbilder von
Werkstück und Schleifscheibe
zeigen dabei ebenfalls stets scharfe Konturen.
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Eine weiter bekannte Vorrichtung enthält eine Drehblende. Sie unterbricht
den das Werkstück und das Werkzeug auf einer Beobachtungsfläche abbildenden Strahlengang
während der Zeit, in der das eine dieser Teile infolge seiner Hin- und Herbewegung
auf der Beobachtungsfläche unscharfe Konturen zeigen würde. Der Eingriff zwischen
Werkstück und Werkzeug ist also nicht ständig, sondern nur immer in den Augenblicken
erkennbar, in denen beide Teile scharf auf der Beobachtungsfläche abgebildet sind.
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Diese bekannten Vorrichtungen sind aber nicht in den Fällen brauchbar,
in denen, durch den Arbeitsgang bedingt, das Werkzeug oder das Werkstück nicht parallel
zum Projektionsstrahlengang hin und her bewegt wird. Bei solchen Unterschnitten
überdecken sich nämlich die abgebildeten Konturen von Werkstück und Werkzeug zeitweilig,
so- daß eine ständige Beobachtung des Eingriffsortes nicht mehr möglich ist.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung an spanabhebenden
Werkzeugmaschinen, deren Werkzeug im Eingriffsort mit dem Werkstück durch Projektion
optisch vergrößert dargestellt wird, wobei das Werkzeug infolge einer periodischen
Bewegung zeitweilig unscharf abgebildet wird und bei einer nicht parallel zum Projektionsstrahlengang
verlaufenden Bewegung des Werkzeugs die Projektionen von Werkzeug und Werkstück
sich teilweise überschneiden, so auszubilden, daß trotz der auftretenden Konturüberschneidungen
auf dem Bildschirm ständig der Eingriff zwischen Werkstück und Werkzeug scharf erkennbar
ist oder annähernd genau angedeutet wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den zur
Projektion von Werkzeug und Werkstück dienenden Strahlengang ein zusätzlicher Strahlengang
eingespiegelt ist, der von einem an sich bekannten, die arbeitende Zone des Werkzeuges
versinnbildlichenden Phantom ein ständig scharfes Abbild erzeugt, das mit dem nur
zeitweilig scharfen Werkzeugbild ständig in Übereinanderlage bringbar ist.
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Hier und im folgenden wird das Wort Phantom im Sinne von »Ersatz«
verwendet; das Phantom ist bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ein Ersatz für
das nicht projizierbare Werkzeug, wie es sich am Arbeitsort darstellen würde. Das
Wort Phantom wird demnach hier als Kurzbezeichnung verwendet für eine als Deuter
der Werkzeugstellung dienende Kontur, die exakt oder angenähert der Werkzeugkontur
in bzw. nahe der Eingriffsebene mit dem Werkstück entspricht.
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Bei einer bekannten Kopierschleifmaschine ist ein mit dem Werkzeug
gekuppeltes Nachführorgan vorgesehen, dessen Form dem Werkzeug nachgebildet ist
und das als ein die arbeitende Werkzeugzone versinnbildlichendes Phantom in vergrößertem
Maßstab auf einen Bildschirm geworfen wird, wobei dessen auf dem Schirm sich zeigendes
Abbild einer Sollkontur des Werkstückes nachgeführt wird, wodurch am Werkstück die
diesem Sollprofil entsprechende Kontur erzeugt wird.
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Diese bekannte Kopierschleifmaschine hat den Nachteil, daß eine Abweichung
der am Werkstück erzeugten Kontur infolge von beispielsweise Verschleiß des Werkzeuges
auf dem Bildschirm nicht beobachtet werden kann. Dieser Nachteil der bekannten Maschine
wird bei der erfindungsgemäßen Maschine beseitigt, bei welcher Werkzeug und Werkstück
auf einen Bildschirm projiziert werden und bei welcher zusätzlich zu dieser Projektionseinrichtung
dies an sich bekannte, die arbeitende Zone des Werkzeuges versinnbildlichende Phantom
zusätzlich angewendet wird.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Abweichung der tatsächlich
am Werkstück erzeugten Kontur gegenüber der Sollkontur jederzeit erkennbar, wodurch
ein erneutes Indeckungbringen des Werkzeuges mit dem Phantom möglich ist, was ein
erneutes Ausrichten des Werkzeuges auf das Werkstück bedeutet.
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Das Phantom an der erfindungsgemäßen Einrichtung kann etwa eine Schablone
sein, die die Form des Werkzeugprofils aufweist und die dem Werkzeug selbst entspricht,
die aber auch die Ergänzung dazu, also ein »Negativ«, darstellen kann. Das Bild
dieses Phantoms wird durch zusätzliche optische Mittel dem Bild des Werkstücks und
des Werkzeugs am Orte des Eingriffs überlagert, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind,
die das Phantombild bzw. das Phantom selbsttätig mit der Koordinatenbewegung des
Werkzeuges mitführen. Darunter sei die Bewegung des Werkzeugs innerhalb der abgebildeten
Werkstückebene verstanden, also die Zustellung und der senkrecht dazu gerichtete
Arbeitsvorschub. Diese und weitere in den Unteransprüchen zum Ausdruck kommenden
Maßnahmen haben jedoch nur Bedeutung in Verbindung mit dem Hauptanspruch.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als Phantom eine nicht
im Eingriff befindliche Werkzeugstelle benutzt.
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Es sind mehrere Ausführungsformen des Erfindungsgedankens möglich.
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So kann bei der Benutzung einer Schablone, die das positive oder negative
Profil einer Schleifscheibe darstellt, zwischen dem Werkstück und dem dieses abbildenden
optischen System eine teildurchlässige spiegelnde Fläche angebracht werden, die
ein Bild der Schablone unmittelbar ohne zusätzliche abbildende Mittel einzuspiegeln
gestattet. In Fig. i ist ein Beispiel dieser Art schematisch wiedergegeben. In Fig.
i wird das Werkstück i, z. B. ein zu hinterschleifender Profildrehstahl, durch die
Lichtquelle :2 und den Kondensor 3 telezentrisch be- bzw. durchleuchtet und durch
das Objektiv 4 sowie weitere nicht be- bzw. gezeichnete abbildende oder den Strahlengang
knickende Glieder auf der Bildfläche 5 wiedergegeben. Die Schleifscheibe 6 ist mit
ihrer Achse in dem Lager 7 drehbar, das in dein Schlitten 8 in einer zur Projektionsachse
geneigten Richtung pendelt. Die hierzu erforderlichen
Antriebsmittel
wurden nicht gezeichnet. Die Führung 8 befindet sich auf einem Träger 9, der senkrecht
zur Zeichenebene im Sinne des Arbeitsvorschubes und seitlich innerhalb der Zeichenebene
im Sinne der Zustellung durch ebenfalls nicht gezeichnete Mittel gegenüber dem Maschinensockel
i9 bewegt werden kann. Der Schlitten 9 trägt eine zweite Lichtquelle i i mit dem
Kondensor 12. Diese Teile durchleuchten eine Schablone 13, deren Form ein Negativ
vom Querschnitt der Schleifscheibe 6 darstellt. Durch nicht näher bezeichnete Mittel
ist diese Schablone um kleine Beträge innerhalb ihrer Ebene verschiebbar, um ihr
Bild mit dem der Schleifscheibe genau zur Deckung bringen zu können. Durch den halbdurchlässigen
Spiegel 14 und den festen Spiegel 15, die beide unbeweglich mit dem Objektiv 4 bzw.
dem Grundgestell i9 der Einrichtung verbunden sind, wird der den Teilen 11, 12,
13 zugeordnete Strahlengang in das Objektiv 4 geworfen. Es ist zweckmäßig, im Strahlengang
ein Farbfilter 16 anzuordnen.
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In Fig. 2 ist ein Beispiel für das Gesichtsfeld wiedergegeben, das
die Einrichtung auf der Bildfläche 5 bietet. Die Linie 2i stellt die vergrößerte
Kontur des Werkstücks i dar; der oberhalb derselben befindliche Raum ist infolge
der Schattenwirkung des Werkstücks dunkel, der darunter befindliche durch die Lichtquelle
2 aufgehellt. Mit 26 ist die unscharfe Abbildung der Schleifscheibe 6 bezeichnet,
die bei der günstigsten Stellung der Scheibe, nämlich am Punkt ihrer oberen Umkehr,
das Werkstück i nicht verdeckt. Dieses Bild 26 wird zum Teil aufgehellt durch das
Schattenbild 213 der Schablone 13, das in Form der Kontur der Schleifscheibe durch
farbiges, beispielsweise rotes Licht, entsprechend der Farbe des Filters 16, erscheint;
Bild 213 ist in Fig. 2 kariert gezeichnet. Das rote Licht überlagert sich bei richtiger
Bemessung dem schwarz-weißen Bild der Kontur 21 so, daß man den Ort der Schleifscheibe
bei ihrem Eingriff ins Werkstück sicher beurteilen kann. Dies erkennt man insbesondere
aus Fig. 3, die den gleichen Sachverhalt, jedoch bei einer ungünstigen Stellung
der Schleifscheibe 6, also beim Eingriff ins Werkstück i oder einer darunterliegenden
Stellung, zeigt. Hierbei ist das Konturenbild 21 durch das Bild der Schleifscheibe
26 vollkommen verdeckt, aber der Ort des Eingriffs der Schleifscheibe wird durch
das farbige Bild 213 der Schablone 13 sichtbar.
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Das zeitweilige Verschwinden der Kontur 21 des Werkstücks i kann vermieden
werden, wenn das Werkstück nicht mit durchfallendem, sondern zusätzlich oder ausschließlich
mit auffallendem Licht beleuchtet- wird. Hierzu kann der teildurchlässige Spiegel
14 (Fig. i) benutzt werden, indem man ihm eine Lichtquelle 17 und eine Kondensorlinse
18 zuordnet. Es sind aber auch andere Anordnungen der Auflichtbeleuchtunb im Rahmen
des beanspruchten Schutzrechts möglich. Wird eine solche Auflichtbeleuchtung durch
die Teile 17 und 18 gegeben, so ergibt sich das Bild der Fig. 4.. Die Kontur 21
ist auf der Seite des Werkstücks hell, während der freie Raum, auch soweit er durch
die Schleifscheibe beansprucht ist, dunkel erscheint. In diesem dunklen Feld steht
jedoch das Bild 213 der Schablone 13 unabhängig von der Pendelbewegung der Schleifscheibe
ständig still; der die Maschine Bedienende kann das Bild und damit die Schleifscheibe
selbst entlang der geforderten Kontur führen und wird weder durch zeitweilige Unschärfen
noch durch das periodische Verdecken des Werkstücks gestört. Der Fortgang der Arbeit
und vor allem die Deckung des Bildes 213 mit dem Bild des Eingriffspunktes der Schleifscheibe
lassen sich ständig leicht überprüfen und notfalls korrigieren, vor allem, wenn
durch Abnutzung der Durchmesser der Schleifscheibe sich verringert.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schablone 13 aus
spiegelndem Material bestehen, so daß sie durch dieLichtquelle 17 imAuflichtbeleuchtet
wird und die Teile i i und 12 entbehrlich sind. Gelegentlich wird die Schleifscheibe
um die die Teile 2, 3, 4 verbindende optische Achse geschwenkt, etwa um parallele
Kanten an Einschliffen des Werkstücks bearbeiten zu können. In diesem Falle muß
auch die Schablone 13 in ihrer Ebene gedreht werden. Dies kann von Hand geschehen,
wenn es sich um einen festen Betrag handelt, der sich während der Arbeit nicht oder
nur selten ändert. Es ist aber möglich, die Drehlage während der Arbeit ebenso wie
Zustellung und Vorschub laufend zu variieren; dann muß diese Drehung auch auf die
Schablone übertragen werden. Es ist dann zweckmäßig, die Schablone in Richtung der
optischen Hauptachse anzubringen, wie in Fig. 5 an einem Beispiel gezeigt ist. Hierbei
ist unterhalb der Schleifscheibe 6 ein Spiegel 51 fest angeordnet. Die Schablone
52 ist, durch nicht dargestellte Mittel fein einstellbar, bei 53 am Hauptgestell
9 gelagert und macht somit Zustellungs- und Vorschubbewegungen der Schleifscheibe
mit. Die Schablone 52 wird von der Lichtquelle i i und dem Kondensor 12 durchleuchtet.
Der Spiegel 51 wirft den Strahlengang dieser Teile über das Dachkantprisma 54 und
das Pentagonprisma 55 auf den halbdurchlässigen Spiegel 14, das optische System
56 bildet die Schablone 52 bei 57 in wahrer Größe ab; dieser Punkt liegt ebenfalls
in der Schärfenebene des Objektivs 4. Die optischen Glieder 54 55, 56 sind fest
mit dem Grundgestell i9 verbunden. Auch hier kann die Auflichtbeleuchtung des Werkstücks
über den Spiegel 14 erfolgen; eine Durchlichtbeleuchtung kann über die ebenfalls
spiegelnde Rückseite des Spiegels 51 von der Lichtquelle 2 und dem Kondensor 3 eingeführt
werden.
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Bei diesen Einrichtungen wird die Schleifscheibenabnutzung aber nicht
berücksichtigt, auch muß die Schablone stets mit der Schleifscheibe ausgewechselt
oder ihrer Form angepaßt werden. Dieser Umstand wird vermieden, wenn an Stelle einer
die Schleifscheibe darstellenden Schablone das Profil der Scheibe selbst benutzt
wird. Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 6 beispielsweise dargestellt.
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Die Abbildung des Werkstücks und der Schleifscheibe am Orte des Eingriffs
geschieht, wie bekannt, in durchfallendem oder auffallendem Licht
oder
auch in beiden Beleuchtungsarten gleichzeitig. Durch einen zweiten Abbildungsstrahlengang
wird ein weiteres Bild des Schleifscheibenprofils von einer nicht im Eingriff befindlichen
Stelle ihres Umfangs entworfen, wobei das diese Schleifscheibenstelle abbildende
Objektiv die gleiche Pendelbewegung wie die Schleifscheibe ausführen muß, so daß
die Scheibe stets in derselben Entfernung, zweckmäßig im Unendlichen, abgebildet
wird. Die hierzu erforderliche Lichtquelle 61 und der Kondensor 62 können sämtliche
Bewegungen der Schleifscheibe 6 mitmachen, also Pendeln, Zustellung und Vorschub.
Es ist aber zweckmäßiger, diese Teile so mit dem Gestell 9 zu verbinden, daß sie
nur an Zustellung und Vorschub teilnehmen. Das Objektiv 63, das den Rand 64 der
Schleifscheibe 6 abbilden soll, befindet sich, in einer Führung 65, die mit dem
festen Grundgestell 19 der Maschine verbunden ist; es macht aber vermittels
des Stößels 66 die Pendelbewegung der Schleifscheibe 6 mit.
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Die Lichtquelle 61 kann gleichzeitig für die Durchlichtbeleuchtung
des Werkstücks i benutzt werden, doch ist es zweckmäßiger, hierfür eine getrennte
Lichtquelle anzuordnen, um unabhängiger hinsichtlich der Bemessung des Hinterschleifwinkels
a zu sein. Die arbeitende Kante der Schleifscheibe 6 und das Werkstück i werden
durch das Objektiv 4 zweckmäßig zunächst im Unendlichen abgebildet; der Strahlengang
wird durch das Pentagonprisma 67 rechtwinklig abgelenkt und über weitere, nicht
gezeichnete abbildende und knickende Elemente der Bildfläche 5 zugeführt. Das Prisma
67 besitzt eine durchlässig verspiegelte Fläche 68, gegen die das Ergänzungsprisma
69 gekittet ist, so daß der von der Lichtquelle 6 1 kommende und das Objektiv
63 durchlaufende Strahlengang nach der Reflexion an dem Spiegel 7o das -Prisma 67
ungebrochen passieren kann. Durch die Seitenverkehrung eines der beiden Strahlengänge
durch das Pentagonprisma 67 deckt sich das Bild der Scheibenkante 64 lagerichtig
mit dem Bild der im Werkstück i eingreifenden Kante hinsichtlich der Zustellung
sowohl als auch des Vorschubes, und die Abnutzung der Schleifscheibe wird automatisch
kompensiert. Um dies vollkommen zu erreichen und um beim Wechsel der Schleifscheibe
einmalig die Bilder beider Schleifscheibenkanten zur Dekkung bringen zu können,
ist der Spiegel 7o. drehbar gelagert; seine Achse trägt einen Hebel 71, dessen Länge
gleich der Brennweite der zweckmäßig identisch gebauten Objektive 4 und 63 ist und
der an einer Flanke 72 des Gestells 9 angreift, gesichert durch die Feder 73. Die
Schraube 76 dient der Feinjustierung.
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Diese Einrichtung arbeitet folgendermaßen: Wird die Scheibe 6 in Pfeilrichtung
zugestellt, also nach rechts verschoben, so weicht die Kante 64 zurück, und ihr
Bild auf dem Schirm 5 würde sich nicht mehr mit dem Werkstück i decken. Es ist offenbar
eine zusätzliche Verschiebung um den doppelten Betrag der Zustellung erforderlich.
Der Strahl zwischen dem Spiegel 7o und dem Prisma 67 muß also um den doppelten Winkel
geschwenkt werden, , der durch das Verhältnis von Zustellung zur Brennweite der
Objektive ¢ und 63 gegeben ist. Dieser doppelte Winkelbetrag wird herbeigeführt
durch eine Schwenkung des Spiegels 70 um den einfachen Betrag »Zustellung zu Brennweite«,
die durch die Anordnung des Hebels 71 herbeigeführt wird.
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Diese beschriebene Anordnung setzt voraus, daß die Ebene der Schleifscheibe
6 mit der Reflexionsebene des Prismas 67 zusammenfällt. Um von dieser Bindung frei
zu sein und die Schleifscheibe nach Belieben um die optische Achse des Objektivs
4 schwenken zu können, wird der Strahlengang zwischen dem Spiegel 70 und
dem Prisma 67 durch zwei weitere Planspiegel 74, 75 in einer zum Werkstück parallelen
Ebene geknickt, ohne daß eine Bilddrehung stattfindet. Die Verlängerung des Lichtweges
gegenüber dem das Werkstück abbildenden Strahlengang ist in erster Ordnung ohne
Belang, da das Objektiv 63 die Schleifscheibe 6 stets im Unendlichen abbildet.
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In Fig. 7 ist ein Aufriß der Einrichtung im Falle dieser Verdrehung
der Schleifscheibe wiedergegeben. Das von oben gesehene Pentagonprisma 67 verdeckt
hierbei die darunter befindlichen Teile i und 4. Die Schleifscheibe 6 ist um einen
beträchtlichen Winkel aus der in Fig. 6 dargestellten Ebene herausgeschwenkt; die
Fig. 7 zeigt, von oben gesehen, die Schleifscheibe 6, das Objektiv 63, den Spiegel
70 mit dem Hebel 71 und die beiden den Strahlengang knickenden Spiegel 74 und 75.
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Auch hier ist es zweckmäßig, in den Hilfsstrahlengang ein Farbfilter
16 einzuführen. Das auf der Fläche 5 wahrzunehmende Projektionsbild ist bei einer
Anordnung gemäß Fig. 6 und 7 in Fig. 8 dargestellt. Bei Beleuchtung des Werkstücks
i mit Durchlicht erscheint die dem Werkstück i entsprechende Fläche dunkel, abgesetzt
durch die Kontur 21 gegen die freie, hell erscheinende Fläche, die von dem unmittelbaren
Bild 26 der Schleifscheibe 6 wechselnd bedeckt wird. Über dem Bild des Arbeitsplatzes
liegt das ständig scharfe Bild 264 der Schleifscheibenkante als Schatten über dem
wechselnden Schatten 26 der Schleifscheibe. Das farbige Umfeld des Bildes 264 läßt
bei richtiger Abstimmung der Beleuchtungsstärken die Kontur 21 des Werkstücks nach
wie vor gut erkennen.
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Wird das Werkstück mit Auflicht beleuchtet, so zeigt sich das Bild
der Fig. 9. Das farbig umleuchtete Schattenbild 264 der Schleifscheibenkante ist
ständig und deutlich vor der Kontur 2i des hell erscheinenden Werkstücks zu sehen.