DEV0005489MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

. Tag der Anmeldung: 19. Februar 1953 Bekanntgemacht am 3. November 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

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.

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.

Zur Beseitigung dieser für die Beobachtung nachteiligen Erscheinung ist es bekannt, Teile des optischen Systems so mit dem Schleifscheibenträger 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.

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.

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

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dieser Teile infolge seiner Hin- und Herbewegung auf der Heobaditungsilüche 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 Beobaehtungsfläche abgebildet sind.

Diese bekannten Vorrichtungen sind aber nicht in den !'"allen brauchbar, in denen, durch den Arbeitsgang bedingt, das Werkzeug oder das Werkstück nicht

ίο 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 Kingriffsortes nicht mehr möglich ist.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Einrichtung an spanabheb; ndeii Werkzeugmaschinen, deren Werkzeug im Eingrilfsort mit dem Werkstück durch Projektion optisch vergrößert dargestellt wird, wobei das Werkzeug infolge einer periodischen Bcwe-

ao guiig zeitweilig unscharf abgebildet wird und bei einer nicht parallel zum Projektionsstrahlengang verlaufenden Bewegung des Werkzeugs die Projektionen von Werkzeug UiI(I Werkstück sich teilweise überschneiden, so auszubilden, daß trotz der auftretenden Konturas Überschneidungen auf dem Bildschirm ständig der !eingriff zwischen Werkstück und Werkzeug scharf erkennbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, dal.! ein Phantom des Werkzeugs, von dem ein ständig scharfes zweites Mild entworfen wird, mit dem nur zeitweilig scharfen Hauptbild des Werkzeugs ständig in Deckung gebracht ist. Dieses Phantom 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 Kingriffs überlagert, wobei Vorrichtungen vorgesehen sind, die das Phantoinbild bzw. das Phantom selbsttätig mit der Koordinatcn-BeWcgung des Werkzeugs mitführen. Darunter sei die Bewegung des Werkzeugs innerhalb der abgebildeten Werkstückebcne verstanden, also die Zustellung und der senkrecht dazu gerichtete Arbeitsvorschub.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird als 'Phantom ein dem arbeitenden Werkzeug gleiches, alter nicht im Eingriff befindliches Werkzeug benutzt, bei umlaufenden Werkzeugen, beispielsweise Schleifscheiben, bevorzugt eine solche Stelle der arbeitenden Schleifscheibe, die sich nicht im Eingriff mit dem Werkstück befindet.

ICs sind mehrere Ausführungsformon des Erfindungsgedankeiis möglich.

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

Co Schablone unmittelbar ohne zusätzliche abbildende Mittel einzuspiegeln gestattet. In Kig.l ist ein Beispie! dieser Art schematise!) wiedergegeben. In Fig. 1 wird das Werkstück 1, 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 bc- 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 dem 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 Maschincnsockel 19 bewegt werden kann. Der Schlitten 9 trägt eine zweite Lichtquelle 11 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 19 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.

In Fig. 2 ist ein Beispiel für das Gesichtsfeld wiedergegeben, das die Einrichtung auf der Bildfläche 5 bietet. Die Linie 21 stellt die vergrößerte Kontur des Werkstücks 1 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 1 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 1 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.

Das zeitweilige Verschwinden der Kontur 21 des Werkstücks 1 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. 1) benutzt werden, indem man ihm eine Lichtquelle 17 und eine Kondensorlinse 18 zuordnet. Es sind aber auch andere Anordnungen der Auflicht-

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beleuchtung 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 Unscharfen 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.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Schablone 13 aus spiegelndem Material bestehen, so daß sie durch die Lichtquelle 17 im Auflicht beleuchtet wird und die Teile 11 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 bebearbeiten 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.

.35 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 11 und dem Kondensor 12 durchleuchtet. Der Spiegel 51 wirft den Strahlengang dieser Teile über

•45 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,

.50 56 sind fest mit dem Grundgestell 19 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 Kon-

.55 densor 3 eingeführt werden.

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.

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 in 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 Pendebewegung der Schleifscheibe 6 mit.

Die Lichtquelle 61 kann gleichzeitig für die Durchlichtbeleuchtung des Werkstücks 1 benutzt werden, doch ist es zweckmäßiger, hierfür eine getrennte Lichtquelle anzuordnen, um unabhängiger hinsichtlich der Bemessung des Hinterschleif winkeis α zu sein. Die arbeitende Kante 64 der Schleifscheibe 6 und das Werkstück 1 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 61 kommende und das Objektiv 63 durchlaufende Strahlengang nach der Reflexion an dem Spiegel 70 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 105, der im Werkstück 1 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 no Bilder beider Schleifscheibenkanten zur Deckung bringen zu können, ist der Spiegel 70 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.

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 70 und dem Prisma 67 muß also um den doppelten Winkel geschwenkt werden, der durch das

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   Verhältnis von Zustellung zur Brennweite der Objektive 4 und (>3 gegeben ist. Dieser doppelte Winkellietrag wird herbeigeführt durch eine Schwenkung des Spiegels 70 um den einfachen Betrag "Zustellung zu Brennweite.., die durch die Anordnung des Hebels 71 herbeigeführt wird.

   Diese beschriebene Anordnung setzt voraus, daß die Ebene der Schleifscheibe (> mit der Reflexionsebene des Prismas (17 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 () stets im Unendlichen abbildet. Iu 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 1 und 4. Die Schleifscheibe b ist um einen beträchtlichen Winkel ausdei'in Fig. (> dargestellten Ebene herausgeschwenkt; die Figur 7 zeigt von oben gesehen die Schleifscheibe 6, das Objektiv (>_j, den Spiegel 70 mit dem Hebel 71 und die beiden den Strahlengang knickenden Spiegel 74 und 75.

   Auch hier ist es zweckmäßig, in den Hilfsstrahlengang ein Farbfilter i(> einzuführen. Das auf der Fläche 5 wahrzunehmende Projektionsbild ist bei einer Anordnung gemäß Fig. (> und 7 in Fig. 8 dargestellt. Bei Beleuchtung des Werkstücks 1 mit Durehlicht erscheint die dem Werkstück 1 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 Schleifscheibe 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.

   Wird das Werkstück mit Auflicht beleuchtet, so

   zeigt sich das Bild der Flg. <). Das farbig umleuchtete Schattenbild 264 der Schleifscheibe ist ständig und deutlich vor der Kontur 21 des hell erscheinenden Werkstücks zu sehen.

   PAT!· NTANSPHUCHK:

   I. 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 6n zum Projektionsstrahleiigang verlaufenden Bewegung des Werkzeuges die Projektionen von Werkzeug und Werkstück sich teilweise überschneiden, gekennzeichnet durch ein Phantom des Werkzeugs, von dem ein ständig scharfes zweites Bild entworfen wird und mit dem nur zeitweilig scharfen Hauptbild des Werkzeugs ständig in Deckung gebracht ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Phantom durch ein Objektiv abgebildet wird, das dem das Werkstück abbildenden Objektiv gleich ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstück, Werkzeug und Phantom vom gleichen Objektiv mittels teildurchlässiger Spiegel abgebildet werden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß Werkstück, Werkzeug und Phantom von der gleichen Lichtquelle im Auf licht beleuchtet werden.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Phantom eine nicht im Arbeitseingriff befindliche Stelle des Werkzeuges selbst benutzt wird.
6. G. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv, welches die als Phantom dienende Stelle des Werkzeugs abbildet, sich in konstantem Abstand von diesem befindet.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei runden Werkzeugen die als Pliantom dienende und im Arbeitseingriff bcfindliche Stelle auf den beiden Enden eines Durchmessers liegen und daß die Bilder von beiden durch seitenvertauschende Mittel lagerichtig aufeinandergelegt werden.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 und 6, gekennzeichnet durch eine durch die Zustellung gesteuerte schwenkbare reflektierende Fläche, die das Phantombild mit dem Bild der arbeitenden Stelle des Werkzeugs ständig in Deckung hält.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1, 4 und 7, gekennzeichnet durch zwei in gleicher Ebene knickende Spiegelflächen, die den in der Drehebenc des Werkzeugs verlaufenden Strahlengang zur Abbildung des Phantoms in die Projektionsrichtung des Hauptstrahlenganges werfen.
10. 10. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Abbildung des Phantoms in den Hauptstrahlengang einspiegelnde Fläche gleichzeitig zur Auflichtbclcuchtung des Werkstückes und des Phantoms dient.
11. 11. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Spiegelflächen, die den Strahlengang zur Abbildung des Phantoms knicken, auf ihrer Rückseite gleichzeitig zur Durclüichtbeleuchtung des Werkstücks dient.
12. 12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem das Phantom abbildenden Strahlengang ein Farbfilter angebracht ist.

    Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 865 423, 895 115; britische Patentschrift Nr. 510 979.

    Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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