DE1552533C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Kopiersteuerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer bekannten Kopiersteuerungsvorrichtung dieser Gattung (GB-PS 10 28 279) ist der Taststift in einem Tastkopf angeordnet, der Spannungen erzeugt, deren Amplitude proportional der Taststiftauslenkung in Richtung der Vorschub- und Abtastauhsen ist, bei denen es dch um die Y- und A"-Achsen handeln kann. Beim Bekannten sind die Y- und AT-Auslenkspannungen zunächst in Phase. Dann wird die eine von beiden um 90° phasenverschoben und der anderen überlagert, so daß eine Wechselspannung entsteht, deren Amplitude proportional dem Betrag der Taststiftauslenkung ist und deren Phase der Richtung entspricht, in der die Auslenkung erfolgt.

Die Taststiftauslenkung ist stets senkrecht zur Schablone bzw. zum Modell gerichtet, und da der Taststift tangential zur Modelloberfläche geführt werden soll, muß der Geschwindigkeitsvektor stets senkrecht zur Richtung der Auslenkung gerichtet sein. Um diese Richtungen zu berechnen, muß der Taststift stets geringfügig ausgelenkt sein. Diese geringfügige Anfangsauslenkung wird als Sollwert oder Nennwert der Auslenkung bezeichnet. Da aber die Lageregelabweichung (die Abweichung der Lage des Taststiftes von der Sollauslenkung) wie bei jeder Regelung zu null gemacht wird oder werden sollte, überschreitet die Taststiftauslenkung auch nicht den vorgewählten Sollwert, oder sie sollte ihn zumindest nicht überschreiten. Wenn die Phasenlage des den Sollwert der Auslenkung bestimmenden Signals bekannt ist, läßt sich die Richtung des Geschwindigkeitssollwertsignals, das den Sollwert der Vorschubgeschwindigkeit tangential zur Oberfläche des Modells bzw. Werkzeugs bestimmt, durch eine 90°-Verschiebung des den Sollwert der Taststiftauslenkung darstellenden Signals ermitteln. Die Amplitude des Geschwindigkeitssollwertsignals läßt sich dann durch entsprechende Einstellung des Betrags des den Sollwert der Taststiftauslenkung darstallenden Signals wählen.

Da die Lageregelabweichung im Idealfalle null ist, muß das Modell in bezug auf den Taststift so verschoben werden, daß die Taststiftauslenkung dem eingestellten Sollwert entspricht. Dazu ist eine Relativbewegung zwischen dem Taststift und dem Modell entgegengesetzt zu derjenigen Richtung erforderlich, die von dem der Lageregelabweichung entsprechenden Signal bestimmt wird, so daß das für diesen Zweck erforderliche

Lagestellsignai durch Umkehren der Phasen der der Lageregelabweichung entsprechenden Spannungen gebildet wird.

Beim Bekannten werden die Lageregelabweichungsund Geschwindigkeitssollwertsignale zu einer resultierenden Spannung überlagert, deren Amplitude und Phasenlage dem Betrag und der Richtung entspricht, um den bzw. in die die Verschiebung erfolgen muß. Durch Phasendemodulierung dieser resultierenden Spannung werden die erforderlichen X- und y-Sollwertspannungen gebildet, die das Modell in bezug auf den Taststift derart verschieben, daß die Lageregelabweichung null wird un'¹ der Geschwindigkeitsvektor in tangentialer Richtung zum Modeil konstant bleibt Da jedoch das Geschwindigkeitssollwertsignal sehr viel größer als das die Lageregelabweichung darstellende Signal ist, das möglichst gering gehalten wird, müssen die Regeleinrichtungen in einem der Kanäle mitunter sehr große Geschwindigkeitssollwertsignale sperren, aber auch auf Lageregelabweichungssignale mit niedriger Amplitude ansprechen, in der Praxis ist dies schwierig, und da bekannte Einrichtungen nicht in der Lage sind, die unerwünschten Geschwindigkeitssollwertspannungen hinreichend zu sperren, ist die mit diesen Einrichtungen erzielbare Regelgenauigkeit ungenügend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kopiersteuerungsvorrichtung der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, die eine höhere Regelgenauigkeit aufweist

Nach der Erfindung ist diese Aufgabe durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dieser Kopiersteuerungsvorrichtung brauchen mit Hilfe eines Rechners lediglich die Lageregelabweichungssignale ermittelt zu werden, während die Geschwindigkeitssollwertsignale unmittelbar von den elektrischen Umformern geliefert werden. Sobald die Lageregelabweichungen in X- und Y- Richtung ausgeregelt sind, entspricht die vektorielle Summe der Istwerte der Taststiftauslenkungen in X- und V-Richtung dem Sollwert der Taststiftauslenkung senkrecht zur Modelloberfläche. Da dieser Sollwert konstant ist, gilt dies auch für die vektorielle Summe der X- und V-Komponenten der Taststiftauslenkung. Da ferner diese X- und V-Auslenkungskomponenten als Geschwindigkeitssollwerte für die jeweilige andere Richtung benutzt werden, ist die resultierende Geschwindigkeit nicht nur konstant, sondern auch senkrecht zu der ihrerseits senkrecht zur Modelloberfläche gerichteten Taststiftauslenkung und mithin tangential zur Oberfläche gerichtet. Bei dieser Ausbildung kann der Übertragungsbeiwert der Geschwindigkeitssollwertsignale und mithin die Tangentialgeschwindigkeit unabhängig von der Größe der Lageregelabweichungssignale beliebig gewählt werden, so daß auch die Regelgenauigkeit entsprechend größei ist.

Ausgestaltungen im Rahmen der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt

Fig. IA ein Blockschaltbild, das die: Anwendung des Grundgedankens der Erfindung auf eine zweidimensional Kopiersteuerungsvon -'.Jr.ia: _b zeigt,

F i g. 1B ein Vektordiagramm zur Erläuterung der Erfindung,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer dreidimensionalen Kopiersteuerungsvorrichtung, in der ebenfalls der der F i g. 1 zugrundeliegende Erfindungsgedanke verwirklicht ist.

Fig.2A eine Darstellung zur Erläuterung einer Weiterbildung der Erfindung,

F i g. 3A, 3B, 3C, 3D und 3E schematische Schaltbilder der dreidimensionalen Kopiersteuerungsvorrichtung nach F i g. 2.

Fig. IA zeigt auf einem Maschinentisch 10 eine Schablone 12 und ein Werkstück 13. Ein Taststift 14, der in einem Tastkopf 15 angeordnet ist, wird an der Schablone 12 entlanggeführt und erzeugt die Signale, die ein Werkzeug 16 so steuern, daß es aus dem Werkstück 13 einen der Schablone 12 gleichenden Gegenstand herausarbeitet

Der Taststift 14 und die Schablone 12 werden von reversiblen Motoren 18a: und 18y„ die den Tisch 10 über Leitspindeln 2Ox und 2Oy und X- und V-Richtung verstellen, relativ zueinander bewegt Im folgenden werden die Buchstaben χ und y zur Bezeichnung von Bauteilen verwendet die den X- und V-Achsen oder -Richtungen zugeordnet sind.

Die Erfindung betrifft die Vorrichtung zur Lageregelung des Werkstücks relativ zum Werkzeug nach Maßgabe der Abtasteinrichtung und ist unabhängig davon, weiche Art Werkzeugmaschine tatsächlich verwendet wird. Aus diesem Grunde sind die Werkzeugmaschine, die Motoren, Leitspindeln usw. nur schematisch dargestellt Außerdem ist auch die in Fig. IA schematisch dargestellte Anordnung, bei der Werkzeug und Tastkopf relativ zur Erde stationär sind und bei der der Tisch mit Werkstück und Schablone in Richtung der beiden Achsen bewegbar ist, nicht unbedingt zur Ausführung der Erfindung erforderlich. So könnte beispielsweise der Tisch 10 in Richtung der einen Achse und der Taststift 14 und das Werkzeug 16 in Richtung der zweiten Achse bewegt werden. Oder der Taststift 14 und das Werkzeug 16 allein könnten in beiden Richtungen bewegt werden. Die Erfindung ist auch gleichermaßen für eine Einrichtung verwendbar, bei der der Tisch relativ zum Taststift 14 gedreht wird, und eine lineare Bewegung in radialer Richtung zum Tisch erfolgt. Es soll lediglich die Relativbewegung zwischen Werkstück 13 und Werkzeug 16 von der Relativbewegung zwischen Taststift 14 und Schablone 12 gesteuert werden.

Der Tastkopf 15, dem ein Wechselspannungs-Referenzsignal mit einer Frequenz von beispielsweise 1000 Hz aus einer nicht dargestellten Quelle zugeführt wird, liefert Signale über eine Leitung 22, die ein Maß für die Auslenkung des Taststiftes 14 in X- und K-Richtung sind. Diese Signale werden einem Eichbaustein 24 zugeführt, der sie in Signale in Form von Spannungen umsetzt, die auf Leitungen 26* und 26y erscheinen. Die Spannungen auf den Leitungen 26x und 26y sind gleichphasige Wechselspannungen, deren jeweilige Größe der Auslenkung des Taststiftes 14 in Richtung der zugehörigen Achse proportional ist. Im Idealfalle entspricht die Vektorsumme dieser Spannungen (wenn sie entsprechend in geeigneter Weise phasenverschoben werden) der Nenn- oder Sollauslenkung.

Diese Signale werden dann einem Rechner 28 zugeführt, der, wie noch erklärt wird, (beispielsweise) eine Gleichspannung auf der Leitung 3Oy erzeugt, die proportional der Lageregelabweichung des Taststiftes 14 in V-Richtung ist, und eine Gleichspannung auf der Leitung 30a·, die proportional der Lageregelabweichung des Taststiftes 14 in X-Richtung ist. Die Leitungen 3Ox und 3Oy sind jeweils mit einem Eingang eines Motorreglers 32xund 32y verbunden.

Bei der bekannten Vorrichtung CGB-PS 10 28 2791

liefert der (von Funktionsgebern gebildete) Rechnerden resultierenden Vektor der Lageregelabweichung und der Taststift-Geschwindigkeit, wobei dessen X- und V-Komponenten nacheinander zur Regelung des jeweiligen Motors verwendet werden.

Im vorliegenden Falle errechnet der Rechner 28 die Lageregelabweichung in X- und V-Richtung, während die Geschwindigkeitssollwertsignale direkt vom Eichbaustein 24 geliefert werden. Wie man aus Fig. IA sieht, ist also das Signal auf der Leitung 2%x das Geschwindigkeitüsollwertsignal des y-Motorreglers 32y und das Signal auf der Leitung 26_v das Geschwindigkeitüsollwertsignal des X-Motorreglers 32*.

Die Motorre^er 32.* und 32 y regeln Jeweils die Motoren 18xund 18yüber Leitungen 34xund 34y, wobei Rückführleitungen 36x und 36j' die erforderlichen Vergleichsgrößen zum Regeln der Motoren liefern.

Die Theorie der Arbeits- oder Wirkungsweise sei nun an Hand der Vektordarstellung von Fig. IB näher erläutert In Fig. IB sind die X- und V-Achsen zusammen mit der Schablone 12 und dem Taststift 14 in einer willkürlichen Lage dargestellt^ Die Auslenkung des Taststiftes 14 ist als Vektor P dargestellt, der senkrecht zur Berührungsfläche von Modell bzw. Schablone 12 und Taststift_ 14 gerichtet ist Gefordert wird, daß der Vektor V der Geschwindigkeit des Taststiftes 14 relativ zum Modell 12 tangential zur Berührungsfläche gerichtet ist_und konstanten Betrag hat. Ferner muß der Vektor ~P, wie an sich bei jeder Regelung, zu null gemacht werden. Deshalb müssen die_ Regler den Taststift 14 in Richtung des Vektors — P relativ zum Modell 12 verschieben.

Sowohl bei bekannten Kopiersteuerungsvorrichtungen als auch beim Erfindungsgegenstand wird_ der Taststift in Abhängigkeit von den die Vektoren V und — P darstellenden Spannungen oder Signalen relativ zum Modell bewegt Beim Bekannten werden die erforderlichen Sollwertsignale (oder Führungssignale) für die Χ-υηά V-Richtung durch Zusammensetzung von

V und — P zu einem resultierenden Vektor R gebildet. Die resultierenden X- und V-Komponenten von R (die nicht dargestellt sind) werden von einem Phasenmeßgerät gebildet, und die Komponentenspannungen werden den Reglern bzw. Steilgliedern, die — zu einer Einheit zusammengefaßt — auch als »Servos« bezeichnet werden, zugeführt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen hat es sich als schwierig herausgestellt, die erfordern^ chen Sollwertsignale zu bilden, weil die Spannungen V und — P stark unterschiedliche Amplituden haben. Denn die Regeleinrichtung ist bestrebt. P sehr klein zu halten. Nur dann ist der Vektor V auch tangential zur Modelloberfläche gerichtet

Gemäß der Erfindung wird diese Schwierigkeit dadurch beseitigt daß aus den Kompenentenspannungen der Soll-Auslenkung, die bei Lageregelabweichung Null direkt vom Tastkopf geliefert werden, die Geschwindigkeitssollwertsignale abgeleitet we£den. Dazu denkt mansich denGeschwindigkeitsvektor Vaus zwei Vektoren Vx und Vy zusammengesetzt_Wenn der Betrag von Ύχ proportional zum Betrag von Py und der Betrag von !^proportional vom Betrag von Px ist steht^

V genau senkrecht auf P. Wenn der Betrag von P konstant bleibt bleibt auch jier Betrag von V konstant Bildet man daher eine zu Px proportionale Spannung und führt sie 32y zu, und bildet man außerdem eine Py proportionale Spannung und führt sie 32x zu, dann ergibt sich eine Relativgeschwindigkeit zwischen Modell und Taststift, deren Betrag konstant ist und die tangential zur Berührungsfläche zwischen Modell und Taststift gerichtet ist. Gleichzeitig verschieben die Lagefehlersignale (falls welche vorhanden sind) auf den Leitungen 3Oy und 3Ox jeweils den Taststift so, daß die Lagefehlerspannung null wird.

F i g. 2 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäß ausgebildeten dreidimensionalen Kopiersteuerungsvorrichtung. Gleiche Bauteile von F i g. 2 sind mit

ίο denselben Bezugszeichen wie in Fig. IA bezeichnet. Die drei Achsen sind mit X, Vund Zbezeichnet, und die Bezugszeichen derjenigen Bauteile, die nur den einzelnen Achsen zugeordnet sind, enthalten die entsprechenden kleinen Buchstaben x, y oder ζ als Index

is neben Bezugszahlen. Es sei angenommen, daß Werkzeug und Abtastkopf relativ zur Erde stationär sind, während das Werkstück und das Modell in Richtung der drei Achsen bewegbar sind.

Die Ausgangssignale des Tastkopfes 15 werden über Leitungen 22x, 22y und 22z dem Eichbaustein 24 zugeführt. Alle Eingangssignale des Bausteins 24 sind Wechselspannungen mit einer der Auslenkung des Taststiftes relativ zu einem dreidimensionalen Modell 12' in Richtung der zugehörigen Achse proportionalen Amplitude. Der Eichbaustein 24 entfernt bestimmte, unerwünschte Spannungen aus jedem Steuersignal, und dann werden diese drei Signale einem Koordinatenwählschalter 40a zugeführt.

Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung erfolgt das dreidimensionale Abtasten folgendermaßen: Zunächst wird in Richtung zweier Achsen (allgemeine oc- und ß-Achsen genannt) in der an Hand von Fig. IA beschriebenen Weise abgetastet dann wird der Tastslift relativ zum Modell in Richtung der anderen Achse (weiterhin Schrittvorschubachse genannt) nach jeder Abtastung in einer aJ?-Ebene um einen Schritt verschoben oder »verfahren«, und dann wird in der neuen «J3-Ebene in entgegengesetzter Richtung abgetastet Auf diese Weise fährt der Taststift ständig auf der Oberfläche des Modells 12' hin und her, bis sie vollständig abgetastet ist. Die Bedienungsperson kann zv/ei beliebige Achsen von Hand für die stetige zweidimensional Abtastung vorwählen. Die dritte Achse wird dann selbsttätig als Schrittvorschubachse verwendet Zu diesem Zwecke sind vier in Fig.2 schematisch dargestellten Schalter 40a, 406,40cund 4Qd vorgesehen.

Die Kontakte der vier Schalter werden gleichzeitig betätigt um die jeweiligen Stellsignale in die richtige Richtung zu leiten.

Der Schalter 40a hat zwei Ausgänge 41 und 42, die mit dem Rechner 28 verbunden sind und an denen Taststiftauslenkungen in Richtung der gewählten oc- und /3-Achsen entsprechende Spannungen erscheinen. Mit anderen Worten, wenn man in Richtung der X- und y-Achsen abtasten würde, dann würden die Signale auf den Leitungen 41 und 42 den Spannungen auf den Leitungen 26x und 26y entsprechen. Die Spannungen auf den Leitungen 41 und 42 werden vom Rechner 28 vektoriell zusammengesetzt Seine Ausgangsspannungen auf den Leitungen 43a und 436 haben dann der jeweiligen Komponente der Taststiftauslenkung in Richtung der α- und ß-Abtastachsen entsprechende Amplituden und Phasen. Die Leitungen 43a und 43£> sind jeweils mit Λ- und 0-Phasendemodulatoren 44 und 45 verbunden, deren Ausgangssignale ein Maß für die Lageregelabweichung in Richtung der gewählten α- und 0-Adhsen sind. Bei diesen Ausgangssignalen kann es sich

um Gleichspannungen handeln, die dann jeweils einem der X- und Y-Servos (Regler und Steller) 46a- und 46y über den Schalter 406 zugeführt werden. Der Schalter AOb dient zur Rüclctransformation der gewählten «.- und ^-Achsen in die gewünschten X-, Y- und Z-Koordinaten. Wenn also a. und β jeweils den X- und Y-Achsen entsprechen, werden die Ausgangssignale der Phasendemodulatoren 44 und 45 jeweils den Servos 46* und 46/zugeführt.

Die Geschwindigkeitssollwertsignale werden direkt vom Ausgang des Schalters 40a über Auslenkpotentiometer Dl, D2 und Geschwindigkeits-Potentiometer V1. V2 abgegriffen. Die Schleifer oder Abgriffe 52 und 54 der Geschwindigkeits-Polentiometer werden ebenfalls über den Schalter 40c den entsprechenden Servos zugeführt, so daß das a-Geschwindigkeitssoiiwertsignai den vom /?-Regelsignal gesteuerten Servo — und umgekehrt - steuert. Der Schalter 40c leitet ebenfalls entsprechend zeitlich gesteuerte Signale von einem Schrittvorschubgenerator 47 zum dritten Servo, um dreidimensional abzutasten.

Wenn beispielsweise in X Y- Ebene (d. h. α und β entsprechen den X- und Y-Achsen) abgetastet werden soll, sind die Schalter 40a. 406 und 40cso geschaltet, daß der Schrittvorschubgenerator 47 mit dem Servo 46z verbunden ist, die X-Lage-Regelabweichung dem Servo 46y und die Y-Lageregelabweichung dem Servo 46* zugeführt wird, um die gewünschten Geschwindigkeitssollwertsignale zu erzeugen. Die den Servos 46* und 46y zugeführten Lageregelabweichungen werden von den öl- und /?-Phasendemodulatoren 44 und 45 geliefert. Wenn die Abtastung in einer Ebene beendet ist, werden Endschalter 55 oder 57 betätigt, die den Schrittvorschub-Steuergenerator 47 veranlassen, den Taststift relativ zum Modell in Richtung der Schrittvorschubachse um einen Schritt zu verschieben und den Abtastvorgang in der neuen a/?-Ebene zu beginnen, jedoch in entgegengesetzter Richtung. Dies wird noch ausführlicher beschrieben.

Bisher wurde angenommen, daß der Taststift bei Lageregelabweichung null nicht ausgelenkt ist. In Wirklichkeit muß jedoch immer eine geringfügige Auslenkung des Taststiftes relativ zum Modell vorhanden sein, um den Regelvorgang einzuleiten und die maßgebende Information zu liefern. Die Soll- oder Nennauslenkung ist deshalb ein wichtiger Parameter und aus an sich bekannten Gründen vorzugsweise niedrig und in einem verhältnismäßig großen Bereich veränderbar. Erfindungsgemäß sind deshalb nicht in F i g. 2 gezeigte Vorrichtungen vorgesehen, die die Taststiftauslenkung anzeigen. Außerdem sind Einstellvorrichtunger. auf dem Bedienungspult vorgeseher., an denen die Bedienungsperson die Sollauslenkung in einem großen Bereich einstellen kann. Derartige Einstellvorrichtungen 56 sind schematisch in Fig.2 oben dargestellt.

An diesen Einstellvorrichtungen 56 kann der Rechner 28 auf die gewünschte Sollauslenkung eingestellt werden.

Wenn die Vorrichtung in Betrieb gesetzt werden soll, wird das Modell 12' von Hand an den Taststift 14 herangeführt. Sobald der Taststift 14 ausgelenkt wird, erscheinen Spannungen in den gewählten <x- und jJ-Abtastrichtungen, die den Leitungen 41 und 42 zugeführt werden. Wenn diese Spannungen einen vorbestimmten Wert erreichen, der von der vorgewählten Sollauslenkung abhängt, beginnt der selbsttätige Betrieb der Anlage.

Da die Geschwindigkeitssollwerlsignale der gewählten Servos 46*, 46/ und 46z direkt von den <x- und /3-Leitungen 41 und 42 geliefert werden, müssen die Spannungen auf den Leitungen 41 und 42 in Abhängigkeit von der Sollauslenkung verstärkt oder gedämpft werden. Wenn dies nicht der Fall wäre, würde eine Änderung der Sollauslenkung auch eine Änderung der Geschwindigkeit hervorrufen, was unerwünscht ist. Deshalb sind die Einstellvorrichtungen 56 mechanisch

ίο mit den Schleifern 48 und 50 der Auslenkpotentiometer Dl und D 2 gekoppelt. Diese Potentiometer sind so geeicht, daß, wenn die Sollauslenkung erhöht wird, die Spannungen an den Geschwindigkeitspotentiometern Vl und V2 trotz steigender Spannung auf den Leitungen 41 und 42 im wesentlichen konstant bleiben.

Um den Betrag des Geschwindigkeitsvektors zu ändern, braucht lediglich die Stellung der Schleifer 52 und 54 der Geschwindigkeitspotentiometer, die mechanisch miteinander gekoppelt sind, verändert zu werden, wodurch die Größe der Geschwindigkeitssollwertspannungen verändert wird, die den jeweiligen Servos 46*. 46/und 46zzugeführt werden.

Wenn in drei Dimensionen abgetastet wird, ist es nicht möglich, die Taststiftauslenkung in Richtung der Schrittvorschubachse zu vernachlässigen, da die Sollauslenkung des Taststiftes die Werkzeuglage analog wiedergibt. Wenn die Lage des Taststiftes von der Sollauslenkung abweicht, hebt das Werkzeug mehr Material ab, als es darf, und die Sollauslenkung im vorliegenden Falle ist eine Kombination der Taststiftauslenkung in Richtung der X-, Y- und Z-Achsen. Deshalb sollte diese kombinierte Gesamtsumme konstant gehalten werden.
Bei der soweit an Hand von F i g. 2 beschriebenen Einrichtung können Fälle auftreten, in denen diese ^oliauslenkungsbedingung nicht erfüllt werden kann. 'Dies sei an Hand von Fi g. 2A näher erläutert. Dort ist ein Modell 300 mit einer stark abgeschrägten Oberfläche 302 gezeigt. Nimmt man an, daß in der KZ-Ebene abgetastet werden soll und sich der Taststift 14 in der dargestellten Lage an der abgeschrägten Oberfläche 302 befindet, dann ist der Taststift ziemlich weit in ^-Richtung ausgelenkt. Da die Fläche 302 parallel zur Y-Achse verläuft, ist der Taststift in Y-Richtung nicht ausgelenkt; mithin muß die geforderte Sollauslenkung in Z-Richtung erzielt werden. Würde das Modell 300 jedoch nach oben zur Erzielung der Sollauslenkung in Z-Richtung bewegt, dann würde gleichzeitig eine erhebliche Auslenkung in AT-Richtung hervorgerufen werden. Wenn beispielsweise eine Z-Auslenkung von 25/100 mm gewünscht würde, ergäbe sich unter Umständer, eine Auslenkung vor. 36/100 mir. in X-Richtung. Dies ist unzulässig, weil die Sollauslenkung senkrecht zur Oberfläche 302 nur 25/100 mm betragen sollte, während sie diese Zahl tatsächlich weit überschreitet

Um dies zu vermeiden, ist nach Fig.2 eine mit Kompensator 304 bezeichnete Schaltung an die Ausgangsleitungen 26* und 26y am Ausgang des Eichbausteins 24 angeschlossen. Der Kompensator 304 wählt eines der beiden Eingangssignale aus, das der gewählten Schrittvorschubachse entspricht Wenn also bei dem in Fig.2A gezeigten Beispiel in der YZ-Ebene abgetastet wird, würde der Kompensator 304 das auf der Leitung 26* erscheinende Auslenksignal überprüfen und auf der Ausgangsleitung 306 ein Signal erzeugen, das der Größe der Auslenkung unabhängig von der Richtung entspricht Die Leitung 306 ist auf die

Taststiftausgangsleitung 22z zurückgekoppelt, wo ihr Signal der Istauslenkung in Z-Richtung hinzuaddiert wird. So erscheint die Auslenkung in Richtung der Schrittvorschubachse als Auslenkung in Richtung Z, wodurch die gewünschte Sollauslenkung senkrecht zur Oberfläche des Modells erreicht wird.

Außerdem gibt es Fälle, in denen die Kombination der Schrittvorschubachsenauslenkung und der Z-Achsenauslenkung einen regenerativen Fehler hervorrufen würde, die die Wirkungsweise der Einrichtung beeinträchtigen würde. Deshalb sei nochmals auf das in Fig.2 gezeigte Modell 12' Bezug genommen und angenommen, daß der Taststitt 14 in der VZ-Ebene auf der durch die gestrichelte Linie 310 dargestellten Bahn abtasten soll. Das Modell 12' hat eine Ausbauchung 312, die den Taststift 14 weit in λ-Richtung auslenkt, wenn er diese Ausbauchung erreicht. Wenn diese A"-Auslenkung in eine Auslenkung in Z-Richtung transformiert wird, wird das y-Geschwindigkeitssollwertsignal erhöht, wie zuvor erläutert wurde. Eine Steigerung der Geschwindigkeit in ^-Richtung hat jedoch eine weitere Auslenkung in .Y-Richtung zur Folge, die (in eine Z-Auslenkung transformiert) eine weitere Steigerung der Geschwindigkeit in V-Richtung zur Folge hat. Dieses regenerative System würde möglicherweise eine Überauslenkungsspannung hervorrufen, was noch an Hand der Schaltbilder der F i g. 3A bis 3E erläutert wird und wodurch die Wirkungsweise der Einrichtung beeinträchtigt würde.

Um dies zu vermeiden, erzeugt der Kompensator 304 ein Abbremssignal auf der Leitung 316, die mit einem vierten Schaltnetzwerk 4OtY verbunden ist. Der Schalter 4Qd leitet das Abbremssignal auf der Leitung 316 über die Leitungen 318 oder 320 jeweils zu den Geschwindigkeitspotentiometern Vl oder V 2, die die Bewegung des Modells (im vorliegenden Falle) solange in y-Richtung abbremsen oder anhalten, bis diese Überauslenkung in X-Richtung verringert ist.

In den Fig.3A bis 3E sind etwas ausführlichere Blockschaltbilder der in Fig.2 dargestellten Ausführung der Erfindung gezeigt. Wo es möglich ist, sind die gleichen Bezugszeichen für gleiche Bauelemente oder Bauteile verwendet worden. Die Blöcke von F i g. 2 sind durch gestrichelte Linien angedeutet.

F i g. 3A zeigt den in F i g. 2 dargestellten Eichbsustein 24. Der Hauptzweck des Eichbausteins besteht darin, die im Ausgangssignal der Umformer des Tastkopfes 15 infolge der verteilten Kapazität der jeweiligen Umformerwicklungen um 90° phasenverschobene Spannungen zu beseitigen. Da erfindungsgemäß die Phasen der Umformerausgangsspannungen um 90° verschoben werden und die Spannungen dann mit einer Referenzphi.se kombiniert werden sollen, ruft das Erscheinen von um 90° phasenverschobenen Spannungen Fehler in sich anschließenden Schaltungen hervor, wenn diese Spannungen nicht beseitigt werden.

In Fig.3A ist gezeigt, daß X-, Y- und Z-Umformer 60x, 6Oyund 60z jeweils mechanisch mit dem Taststift 14 gekuppelt sind. Das Ausgangssignal eines jeden Umformers ist eine Wechselspannung mit einer der Taststiftauslenkung in der entsprechenden Richtung proportionalen Amplitude. Theoretisch sind alle drei Ausgangssignale der Umformer in Phase. Wie jedoch schon gesagt wurde, treten in der Praxis kleine um 90° verschobene Spannungen auf. Die Frequenz der Umformerspannung kann beispielsweise 1000 Hz betragen und von irgendeinem geeigneten Generator (der nicht dargestellt ist) erzeugt werden.

Da die Eichbausteinschaltungen in allen drei Kanälen weitgehend gleich sind, wird nur die Wirkungsweise des X-Kanals beschrieben. Die mit gleichen Bezugszahlen versehenen Bauteile in den Y- und Z-Kanälen arbeiten in gleicher Weise. Die speziellen Bauteile des Z-Kanals werden gesondert beschrieben.

An zahlreichen Stellen in der Zeichnung erscheinen positive und negative Vorzeichen, obwohl in der Schaltung Wechselspannungen verwendet werden.

ίο Diese Vorzeichen dienen zur Anzeige von Phasenlagen. Ein Pluszeichen zeigt die Phasenlage einer willkürlichen Referenzspannung an, und ein Minuszeichen zeigt eine frequenzgleiche Spannung an, die um 180° phasenverschoben ist. Im Idealfalle sind die Ausgangssignale der Umformer 6Ox, 6Oy und 60z mit der Referenzspannung in Phase.

Die Ausgangswechselspannung des Umformers 6Ox wird einem veränderbaren Widerstand 61 χ und über einen Verstärker, z. B. einen Emitterfolger 62x, einem Summierverstärker 64* zugeführt. Der Verstärker 64x enthält einen veränderbaren Rückkopplungswiderstand 65x und einen Spannungsteiler 66x für um 90° phasenverschobene Spannungen, an dem eine Wechselspannung mit gleicher Frequenz wie am Ausgang des Umformers 6Ox, jedoch um 90° phasenverschoben erscheint. Die um 90° phasenverschobene Spannung wird von der Referenzspannungsquelle unter Zwischenschaltung einer phasenverschiebenden Schaltung geliefert.

Der Zweck des Spannungsteilers 66* besteht darin, jede um 90° phasenverschobene Spannung, die am Ausgang des Umformers 6Ox erscheint, zu unterdrükken. So wird zum Zeitpunkt der Herstellung der Abgriff 67a- so eingestellt, daß, wenn das Ausgangssignal des Emitterfolgers 62x zur um 90° phasenverschobenen Spannung am Spannungsteiler 66x addiert wird, die unerwünschte, um 90° phasenverschobene Spannung vollständig unterdrückt wird. Der veränderbare Widerstand 61x ist in ähnlicher Weise so eingestellt, daß das Ausgangssignal des Umformers 6Ox genau in Phase mit der gewählten Referenzspannung ist In der Praxis ergibt sich eine geringfügige Phasenverschiebung zwischen Umformerausgangsspannung und Referenzspannung, die durch eine Änderung des Widerstandswertes der Schaltung berücksichtigt werden kann.

Der Rückkopplungswiderstand 65x bestimmt die Amplitude der Ausgangsspannung auf der Leitung 68x und 7Ox bei vorgegebener Auslenkung. Beispielsweise kann der Betrag der auf den Leitungen 68x und 7Ox erscheinenden Ausgangsspannungen auf 21L Volt von Spitze zu Spitze pro 25/1000 mm Taststiftauslenkung in

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s* IVi^ItIUiIg νιιι^ν.οΐΐ.ιιι rr\.iu\.ii, »» wltw ι-, viiv. LiUllgx. UW Taststiftes ist. Bei richtiger Einstellung des Spannungsteilers 66* und des Widerstandes 61 χ ist die Ausgangsspannung genau mit der 1000 Hz Referenzspannung in Phase und enthält keine um 90° phasenverschobenen Komponenten. Der V-Kanal von F i g. 3A arbeitet in der gleichen Weise wie der A"-Kanal.

Die prinzipielle Wirkungsweise des Z-Kanals ist weitgehend die gleiche wie die beschriebene, jedoch gibt es geringfügige Unterschiede, da der Umformer 60z (bei der bevorzugten Ausführung) anders als die Umformer 6Ox und 6Oy arbeitet Aus diesem Grunde ist ein veränderbarer Widerstand 71 vor dem Eingang des Emitterfolgers 62z und ein Kondensator 72 vom Eingang nach Masse geschaltet Jedoch ist die Wirkungsweise dieser Schaltung insofern die gleiche, als auch hier der Widerstand 71 so eingestellt wird, daß die

Eingangsspannung des Emitterfolgers 62z genau in Phase mit der Referenzspannung ist.

Die um 90° phasenverschobene Spannung wird auf die gleiche Weise, wie beschrieben wurde, vom Potentiometer 66z beseitigt, dagegen wird ein zweiter Spannungsteiler 73 verwendet, um die Z-Achse abzugleichen. Dies ist insofern erforderlich, als die Schwerkraft den Z-Umformer beeinflußt, und wenn ein bestimmter Taststift in den Tastkopf eingeschoben wird, muß der Spannungsteiler 73 so eingestellt werden, daß ι ο d'e Ausgangsspannung des Verstärkers 64z Null ist, wenn der Taststift nicht vom Modell ausgelenkt wird. Dieses Z-Achsenabgleichpotentiometer 73 ist vorne auf dem Bedienungspult angebracht, um die Einstellung während des Betriebs leicht vornehmen zu können.

Ein veränderbarer Widersland 74, der ebenfalls am Bedienungspult zugänglich ist, dient zur Anpassung an verschiedene Taststiftlängen. Der Widerstand 74 ändert die Verstärkung des Verstärkers 64z, so daß die Ausgangsspannung auf den Leitungen 68z und 70z auf 2IL Volt von Spitze zu Spitze pro 25/1000 mm Auslenkung unabhängig von der Taststiftlänge L eingestellt bleibt. Wie noch näher erläutert wird, sind die Ausgangsspannungen der Umformer 6Ox und 6Oy direkt abhängig von der Länge L des Taststiftes, während die Ausgangsspannung des Umformers 60z von der Taststiftlänge unabhängig ist. Mithin kann die Ausgangsspannung des Umformers 60z durch Vergrößern des Widerstandes 74 bei größerer Taststiftlänge in der gleichen Größenordnung wie die Ausgangsspannungen der Umformer 6Ox und 6Oy gehalten werden.

Zur Sicherheit ist an die Leitungen 68x, 68y und 68z eine Zündschaltung 75 angeschlossen, die, wenn irgendeines der Signale auf diesen drei Leitungen einen vorbestimmten Wert überschreitet, durch einen Ausgangsimpuls einen steuerbaren Siliciumgleichrichter 74 zündet, um ein Oberauslenkungssignal auf der Leitung 76 zu erzeugen, das zum Anhalten oder Abschalten der Anlage verwendet werden kann.

Die Schalter 40a, 406 und 40c nach F i g. 2, die die Abtastebene auswählen, werden von Relaisschaltungen gebildet.

Die Relais sind mit großen Buchstaben A. Sund Cund ihre zugehörigen Kontakte mit a, b und c und einer Indexzahl bezeichnet Jedes Relais steuert 16 Arbeitskontakte von al — al6, b 1 — b 16 usw. Wie in Fig.3E gezeigt ist, kann jeweils eines der Relais A, B bzw. C durch Umschalten eines Schalthebels Sauf entsprechende stationäre Anschlüsse a, b bzw. c zur Auswahl der gewünschten Abtastebenen erregt werden.

Zur Erläuterung sei als Beispiel die Abtastung in der YZ- Ebene bei Schrittvorschub in Λ'-Richtung beschrieben. Dann ist der Schalthebel 5 auf den Anschluß b gelegt, und das Relais B in Fig.3E ist angezogen. Deshalb sind alle Kontakte des Relais B in den F i g. 3B bis 3D geschlossen und die Kontakte der Relais A und C geöffnet dargestellt Die bezifferten Leitungen in den F i g. 3B und 3C entsprechen den mit gleichen Ziffern versehenen Leitungen von F i g. 3A, wobei die Phasenlage die gleiche wie die oben angegebene ist

Im dargestellten Zustand (der Fig.3B) wird die 1000-Hz-Umformerspannung auf der Leitung 68z vom Ausgang des Verstärkers 64z (in Fig.3A) über den Kontakt b 3 und ein 90° phasenverzögerndes RC-Netzwerk 80 einem Eingang eines Summierverstärkers 84 zugeführt. Dem anderen Eingang des Verstärkers 84 wird das Eingangssignal von der Leitung 6Sy über den Kontakt 64 und einen Spannungsteiler 82 vom Verstärker 64y zugeführt.

Die Aufgabe des 90° phasenverzögernden Netzwerks 80 besteht darin, das «-Umformersignal von 60z so zu verschieben, daß seine Phase der Auslenkung in Richtung der α-Achse entspricht, unter der Annahme, daß die Phasenreferenzspannung in Richtung der /9-Achse ist. Mithin gibt es am Eingang des Verstärkers 84 zwei Spannungen, deren Amplituden und Phasen der Richtung der Taststiftauslenkung in Richtung der gewählten «- und ß-Achsen entspricht. Um das Verständnis zu erleichtern, sind Zeiger (Pfeile) der an verschiedenen Punkten im Rechner 28 erscheinenden Spannungen dargestellt Diese Zeiger stellen keine Spannungen dar, die normalerweise in der Praxis auftreten, sondern sollen nur zusammen mit der folgenden Beschreibung das Verständnis der Vorrichtung erleichtern.

Wenn die beiden Eingangsspannungen des Verstärkers 84 summiert werden, hat die resultierende Spannung eine der Taststiftauslenkung in der <xß (hier ZVV-Ebene proportionale Amplitude und eine der Richtung der Auslenkung entsprechende Phasenlage. Diese Auslenkspannung erscheint auf der Leitung 85, wobei auch eine entsprechende Spannung vom Verstärker 84 erzeugt wird, die gegenüber der Auslenkspannung um 180° phasenverschoben ist, gleiche Amplitude wie diese hat und auf der Leitung 86 erscheint Die Spannung auf der Leitung 86 wird durch einen herkömmlichen Begrenzer 88 geschickt, der die Wechselspannung auf die Sollauslenkung begrenzt. Die Spannung auf der Leitung 86 wird außerdem einem Auslenkmeßgerät 90 über einen Verstärker 92 und einen Spannungsteiler 94 zugeführt. Ein verstellbarer 'Rückkopplungswiderstand 93 wird zur Eichung des Auslenkmeßgeräts 90 verwendet. Das Auslenkmeßgerät mißt die Spannung auf dei Leitung 86 und zeigt der Bedienungsperson optisch an, wie weit der Taststift ausgelenkt ist. Wenn man die Taststiftlänge ändern will, wird der Spannungsteiler 94 so eingestellt, daß die Anzeige des Meßgeräts 90 proportional zur Auslenkung bleibt.

Der Begrenzer 88 bestimmt die Sollauslenkung, die immer vorhanden sein muß. Seine Ausgangsspannung gleicht auf Grund des Begrenzungsvorgangs etwa einer Rechteckschwingung. Die Begrenzerspannung wird über einen veränderbaren Widerstand einer Filterschaltung % zugeführt, die ein LC-Glied 98 enthält das auf die 1000 Hz der Referenzspannung abgestimmt ist, so daß die Ausgangsspannung des Verstärkers % wieder eine reine Sinusschwingung ist.

Ein Summierverstärker 100 kombiniert die Ausgangsspannungen des Filters 96 und die auf der Leitung S3 ■erscheinende Auslenkspannung. Die Auslenkspannung wird von einem dritten Auslenkpotentiometer D 3 und einem Strombegrenzungswiderstand 102 gedämpft Ein viertes Auslenkpotentiometer D 4 liegt im Rückkopplungskreis des Summierverstärkers 100. Die Auslenkpotentiometer D3 und D4 sind mit den in der Fig.2 gezeigten Auslenkpotentiometern Di und D 2 mechanisch gekuppelt Das Potentiometer D 3 erzeugt die Iständerung der Sollauslenkung, während die Potentiometer D1, D 2 und D 4 Änderungen der Sollauslenkung kompensieren, wo sich das Auftreten dieser Änderung störend auswirken würde.

Die Ausgangsspannung des Filters 96 und die Spannung auf der Leitung 85 sind um 180° phasenverschoben, deshalb subtrahiert der Summierverstärker 100 das der Sollauslenkung, die vom Begrenzer 88

bestimmt wird, entsprechende Signal von dem der Istauslenkung entsprechenden Signal, das auf der Leitung 85 erscheint. Da es auf den Betrag ankommt, um den die Istauslenkur-j die Sollauslenkung überschreitet und dieser Betrag den Regelvorgang steuert, erscheint die kritische information auf der Leitung 103 und 104 mit der dargestellten Phasenlage.

Die Ausgangsspannungen der Umformer 60x, (Wyund 60z hängen von der vorgewählten Sollauslenkung ab. Wenn die Sollauslenkung geändert werden soll (für Abtastzwecke), müssen die Eingangsspannungen des Summierverstärkers 100 so gesteuert werden, daß seine Ausgangsspannung nach wie vor ein Maß für das Fehlersignal (die Lageregelabweichung) bleibt So werden die Potentiometer D 3 und D 4 zum Auswählen der gewünschten Auslenkung durch geeignete Steuerung der Eingangsspannungen, die dem Verstärker 100 zugeführt werden, verwendet. Wenn also beispielsweise die Sollauslenkung von 0,05 mm auf 0,1 mm erhöht wird, werden auch die Widerstandswerte der Potentiometer D 3 und D 4 so weit erhöht, daß, wenn die Istauslenkung des Taststiftes 0,1 mm erreicht (was ein verhältnismäßig großes Fehlersignal bei einer Sollauslenkung von 0,05 mm bedeuten würde), die Ausgangsspannung des Verstärkers 100 Null ist.

Die Spannung auf der Leitung 103 wird dem «-Phasendemodulator 44 (Fi g. 3D) zugeführt, der eine Gleichspannung erzeugt, die der Z-Regelabweichung proportional ist, die vom Summierverstärker 100 (F i g. 3B) festgestellt wird. Die Phase des Signals auf der Leitung 104 wird vom /?C-Netzwerk 106 um 90° vorverschoben und dann vom Verstärker 108 so verstärkt, daß das dem ^-Phasendemodulator 45 (Fig.3D) zugeführte Signal gleich dem Betrag des auf der Leitung 103 erscheinenden Signals ist. Somit ist das Ausgangssignal des j3-Phasendemodulators 45 in vorliegendem Beispiel eine Gleichspannung, deren Betrag gleich der Lageregelabweichung des Taststiftes in K-Richtung ist.

Die Regelung setzt ein, wenn die gesamte Istauslenkung einen vorbestimmten Betrag überschreitet. Deshalb wird die Spannung am Verbindungspunkt von Potentiometer D3 und Widerstand 102 (Fig. 3B) über einen Verstärker 110 einer Zündvorrichtung 112 zugeführt, die einen steuerbaren Siliciumgleichrichter 114 zündet, um ein Relais Γ zu erregen, wenn dieser vorbestimmte Spannungswert erreicht ist. Das Relais T kann beispielsweise erregt werden, wenn die Istauslenkung etwa 90% der Sollauslenkung erreicht. Das Relais That fünf Kontakte ί 1 -15 (F i g. 3C), die in ihn.r Ruhelage gezeigt sind.

Die Geschwindigkeitssollwertsignale werden so gebildet, wie es an Hand von Fig.2 beschrieben wurde. Sieben Sätze Relaiskontakte (a 3, b 3, c 3 bis a 9, ft 9, c 9) sind erforderlich, um die Signale zu den richtigen Servos zu leiten. Wie das in F i g. 3 dargestellte Beispiel zeigt, ist die Leitung 68c über einen kontakt ft 3, einen Relaiskontakt rl, das Auslenkpotentiometer Di, das Geschwindigkeitspotentiometer Vi und einen Kontakt ft 8 mit einem Ende eines Widerstands 1 i%y verbunden, von dem das Ausgangssignal bei 118/abgegriffen wird. Die Leitung 68/ist in entsprechender Weise über einen Kontakt ft 5, Relaiskontakt r3, die Potentiometer D 2 und V2 und den Kontakt ft 9 mit einem Ende eines Widerstandes 116z verbunden, an dem die Ausgangsspannung bei 118z abgegriffen wird. Die Relaiskontakte i4 und f 5 schließen die Geschwindigkeitssollwertsignale über die Ausgangswiderstände 116 nach Masse kurz, aber wenn das Relais T erregt ist, öffnen sich die Kontakte f4 und i5, so daß an dem jeweiligen Ausgangswiderstand eine Spannung erscheinen kann.

Das Schrittvorschub-Steuersignal (im dargestellten Falle in X-Richtung) wird vom Kontakt b 10 geliefert, der mit einem Impulsgenerator 120 verbunden ist Der Generator 120 erzeugt einen einzigen in seiner Breite veränderbaren Impuls, und zwar jedesmal, wenn ein Endschalter 55 oder 57 (Fi g. 2) betätigt wird, und wird von einem Spannungsteiler 122, der durch einen Kontakt 124 mit beiden Polen der Referenzspannungsquelle verbunden ist, gespeist Durch Verstellung des Spannungsteilers 122 kann die Größe des Generatorausgangsimpulses und dadurch die Geschwindigkeit, mit der der Impulsgenerator 120 den zugehörigen Servo in Richtung der Schrittvorschubachse schrittweise steuert, verändert werden; die Impulsbreite steuert die Schrittweite.

Um den Regelvorgang auszulösen, muß der Taststift mit dem Modell in Berührung gebracht werden. Dies läßt sich in jeder der drei Dimensionen durch Betätigung eines oder mehrerer von drei Schaltern erreichen, von denen jeder zwei mechanisch miteinander gekuppelte Kontakte 126 und 127 (x, y und z) enthält, die zu Widerständen 128 und 130 parallelgeschaltet sind, an denen jeweils Referenz- und phasenverschobene Spannungen von der Referenzquelle erscheinen. So wird durch die Aufwärtsbewegung des Kontaktes 126a; die phasengleiche Spannung über den Widerstand 128, den Kontakt 126*. den Ruhekontakt 11 und den Widerstand 117x der Ausgangsleitung 118x zugeführt. Wenn der Kontakt 127x nach unten geschaltet ist wird die phasenverschobene Referenzspannung am Widerstand 130 über den Kontakt 127a.

den Relaiskontakt rl und 117* der Ausgangsleitung 118* zugeführt. In diesem Falle wird der Servo in die entgegengesetzte Richtung angetrieben. In ähnlicher Weise leiten die Kontakte 126y, 127/und 126z, 127z die phasengleichen oder phasenverschobenen Spannungen zu den jeweiligen Ausgangsleitungen 118j'und 118z.

Während des Betriebs schließt die Bedienungsperson einen der Schalter, z. B. 126y, wodurch der Leitung 118/ eine Spannung zugeführt wird, die den Servo so antreibt, daß sich das Modell dem Taststift nähert. Wenn das Modell den Taststift berührt, wird der Taststift ausgelenkt, und die Spannung am Verbindungspunkt von Potentiometer D 3 und Widerstand 102 steigt an, bis die Zündvorrichtung 112 den steuerbaren Siliciumgleichrichter 114 zündet, um das Relais T zu erregen, wodurch die Kontakte 11, /2 und /3 geöffnet werden. Danach können die Servos nicht mehr von Hand gesteuert werden. Sie sprechen nur noch auf die der Regelabweichung entsprechenden Signale der <x- und jS-PhasendemoduIatoren 44 und 45 an. Gleichzeitig

ermöglicht das öffnen der Kontakte i4 und /5 die Zuführung der Geschwindigkeitssollwertsignale zu den jeweiligen Ausgangsleitungen 118χ·, 118/oder 118z.

F i g. 3D zeigt die Ausgangsseite der Einrichtung in schematischer Darstellung, da die dargestellten Bauteile an sich bekannt sein können. Zwei weitere Kontaktsätze a 11, ft 11, eil und a 12, b 12 der Relais A. Bund Csind notwendig, um die Signale von den α- und j3-Phasendemodulatoren 44 und 45 an die richtigen Servos weiterzuleiten, jeder Servo enthält einen Vorverstärker 132, einen Verstärker 134 und einen Motor 136. Der Motor kann ein Elektromotor mit verhältnismäßig kleiner Trägheit sein. Wenn sich die Relaiskontakte in der in Fig.3D dargestellten Lage befinden, wird die

Ausgangsspannung des α-Phasendemodulators 44 dem Vorverstärker 132y und die Ausgangsspannung des 0-Phasendemodulators 45 dem Vorverstärker 132z zugeführt Bei der bevorzugten Ausführung der Erfindung, bei der Gleichstrommotoren verwendet werden, wird die Ankerreannung des Gleichstrommotors (wie schematisch durch die Leitung 138* angedeutet ist), zum Eingang des Vorverstärkers 132x zurückgeführt, um eine Vergleichsgröße für den Servo zu bilden. Wenn man will, kann man auch ein Tachometer zur Rückgewinnung einer der Drehzahl proportionalen Spannung verwenden.

Die Motoren 136*, 136y und 136z sind Gleichstrommotoren mit sehr geringem Trägheitsmoment und in Abhängigkeit von der Polarität der zugeführten Spannung reversierbar. Die Polarität dieser Spannung wird hauptsächlich von der relativen Phasenlage der Geschwindigkeitssollwertsignale bestimmt, die, es sei daran erinnert, sehr viel größer sind als die den Lageregelabweichungen entsprechenden Signale. Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie die über die Leitungen 118x, Hey und 118z zugeführten Wechselspannungen zur Erzeugung des gewünschten bipolaren Sollwertsignals verwendet werden können, um den Taststift und das Modell richtig zu positionieren. So können beispielsweise die Vorverstärker und/oder Verstärker einen Vollweggleichrichter (nicht gezeigt) enthalten, dessen Ausgangsspannung den Gleichstrom durch eine herkömmliche Gleichrichterschaltung aus steuerbaren Siliciumgleichrichtern steuert.

Es ist klar, daß die Art der speziellen Vorverstärker und Verstärker sich nach der speziell verwendeten Motortype richtet. An Stelle der Elektromotoren könnten jedoch auch hydraulische Motoren verwendet werden, wie man sie häufig für Werkzeugmaschinen-Steuerungen oder -regelungen einsetzt.

Das dreidimensionale Abtasten erfordert, daß der gewählte Schrittvorschubmotor den Taststift relativ zum Modell nach jeder Abtastung in einer Ebene in Richtung der Schrittvorschubachse um einen Schritt vorschiebt, und daß dann in entgegengesetzter Richtung in dieser α-, /?-Ebene abgetastet wird. Dazu sind die Endschalter 55 und 57 (F i g. 2) vorgesehen, von denen einer betätigt wird, wenn der Taststift 14 eine Abtastung in der λ, J3-Ebene beendet hat. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Art Steuerung zu verwirklichen. Bei der bevorzugten Ausführung braucht die Bedienungsperson die Schalter lediglich so anzuordnen, daß einer der Schalter betätigt wird, wenn der Taststift das Ende einer Abtastspur erreicht. Aus Gründen der Einfachheit sind nur zwei Endschalter dargestellt, obwohl normalerweise mehrere verwendet werden.

Wenn einer der Schalter 55,57 betätigt wird, zieht ein Relais R an und betätigt Kontakte rl, r2, r3 und r4 (F i g. 3C). Dadurch werden die den Auslenkpotentiometern Di und D 2 zugeführten Spannungen und infolgedessen die aus diesen abgeleiteten Geschwindigkeitssollwertsignale auf der Leitung 118x, 118j/und 118z umgepolt. Durch diese Umpolung kehren die Motoren 136x, i36y oder 136z, je nachdem, in welcher Ebene abgetastet wird, ihre Drehrichtung um, so daß der Taststift relativ zum Modell in entgegengesetzter Richtung in der λ-, /3-Ebene abtastet. Wenn der Taststift anschließend den anderen Endschalter erreicht, wird das Modell wieder in der Schrittvorschubrichtung um einen Schritt verschoben und die Drehrichtung der Motoren wieder umgekehrt, so daß der Abtastvorgang wieder in der entgegengesetzten Richtung verläuft, bis das gesamte Modell abgetastet ist. Während des Schrittvorschubvorganges kann ein (nicht dargestelltes) Relais erregt werden, um Kontakte t/l, dl (Fig.3C) zu schließen und dadurch die Spannungen an den Geschwindigkeitspotentiometern Vl und V 2 kurzzuschließen.

Aus dem zuvor Gesagten ist klar, daß die Endschalter 55 und 57 die Inkrementalbewegung in Richtung der Schrittvorschubachse auslösen müssen. Auch hier gibt es zahlreiche Möglichkeiten, wie dies erreicht werden kann. So kann beispielsweise die Ausgangsgröße des Impulsgenerators 120 durch Betätigung des Endschalters dazu verwendet werden, 1. die der gewählten Abtastebene entsprechenden Vorschubmotoren abzubremsen, 2. den Schrittvorschubmotor nach einer vorbestimmten. Zeitspanne einzuschalten und 3. den Schrittvorschubmotor abzubremsen und die beiden anderen Motoren nach der gewünschten Inkrementalbewegung wieder einzuschalten. Die verschiedenen Verzögerungen und die Einschaltdauer des Schrittvorschubmotors können so steuerbar sein, daß die Schrittweiten in einem verhältnismäßig großen Bereich veränderbar sind.

Ansonsten ist die Wirkungsweise der Schaltung immer die gleiche, unabhängig davon, in welcher Ebene abgetastet und in welcher Richtung der Antrieb schrittweise erfolgt. Wird das Relais A (F i g. 3E) erregt, wird in der XY-Ebene abgetastet, d.h. die X- und Y-Achse werden gleich den «- und ^-Koordinaten, während der schrittweise Antrieb der Z-Achse erfolgt. Wenn das Relais C betätigt wird, wird in der XZ-Ebene abgetastet und in Y-Richtung schrittweise angetrieben.

Obwohl bevorzugt wird, in Richtung der einen Achse schrittweise abzutasten bzw. anzutreiben, kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Ausführung auch in allen drei Koordinaten stetig abgetastet werden. Wenn beispielsweise die X- und Y-Achsen als 360° Absastachsen gewählt werden, kann auch gleichzeitig in Richtung der Z-Achse abgetastet werden, wenn in Richtung der Z-Achse wie bei einer sogenannten Punktsteuerung verfahren wird.

Eine Ausführung dieser Art wäre zum Abtasten konischer oder ähnlicher Körper geeignet.

Ein teilweise schematisches Schaltbild des Kompensators 304 ist unten in F i g. 3A dargestellt. Der Ausgang 68x des Eichbausteins 24 ist über einen geschlossenen Relaiskontakt b 13 mit einem phasenunempfindlichen Demodulator 324 verbunden, der eine Gleichspannung gleichbleibender Polarität mit einer der Eingangsphase proportionalen Größe erzeugt, unabhängig davon, ob es sich um voreilende oder nacheilende Phasenlage handelt. Das Signal wird dann wieder mit dem Umformerreferenzsignal durch einen Modulator 326 moduliert und einem Verstärker 328 zugeführt, der einen »positiven« Ausgang 330 und einen »negativen« Ausgang 332 hat. Die Verstärkerausgänge sind über zwei weitere Relaiskontaktsätze b 14, c 14 und b 15, c 15 und ein oder zwei Umkehrrelaiskontakte r 5 oder r 6 mit der Ausgangsleitung 334 verbunden, die mit den Geschwindigkeitsregelschaltungen nach Fig.3C verbunden ist. Das Rückführsignal zum Eichbaustein 24 wird direkt vom Ausgang 330 des Verstärkers 32£ abgegriffen, der über einen Widerstand 335 mit dem Schleifer oder Abgriff des Abgleichpotentiometers 73 für die Z-Achse verbünden ist, so daß das Rückführsignal als Eingangssignal des Summierverstärkers 64z erscheint. So wird also jede Auslenkung, die auf der Leitung 68a- in Form einer Spannung erscheint, im

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vorliegenden Beispiel vom Verstärker 64z zur 1st-Auslenkung in Z-Richtung addiert, die dem Verstärker 64z über den Emitterfolger 62z zugeführt wird. Für die Praxis kann der Fehler, der dadurch entsteht, daß die Beträge der X- und Z-Auslenkungen und nicht die Vektoren addiert werden, vernachlässigt werden, weil er sehr klein ist.

Da die Geschwindigkeitssollwertsignale positive oder negative Phasenlage in Abhängigkeit von der Richtung, in der abgetastet wird, haben müssen, d. h. positiv in der einen und negativ in der anderen Richtung, ermöglichen die Relaiskontakte b 14, c 14 und b 15 und c 15, daß das Signal mit der richtigen Phasenlage über die Relaiskontakte r5 oder r6 der Leitung 334 zugeführt wird. Es sei daran erinnert, daß die Betätigung des jeweiligen Endschalters 55 oder 57, die in F i g. 2 dargestellt sind, die Betätigung der Kontakte r5 und r6 auslöst, wodurch am Ende einer Abtastbahn die Relaiskontakte umgeschaltet werden, so daß die Spannung mit negativer Polarität auf der Ausgangsleitung 332 der Leitung 334 über die Kontakte b 15 und rß zugeführt wird. „In nahezu, gleicher Weise werden die Y-Auslenküngssignale, wenn in der Ebene XZ stetig abgetastet wird, von der Leitung 7Oy über einen der Kontakte cl4 oder c 15 und einen der Kontakte r5 und r6 zur Ausgangsleitung 334 geleitet

Die Geschwindigkeitskompensstionsschaltung ist im einzelnen in Fig.3C dargestellt Die in der oberen linken Ecke dargestellte Leitung 334 ist im vorliegenden Beispiel über einen geschlossenen Kontakt 616 und einen Widerstand 338 mit dem Geschwindigkeitspotentiometer V 2 verbunden, das auf die der ^-Auslenkung entsprechende Information anspricht und zur Regelung der Z-Geschwindigkeit verwendet wird. Wenn in der Ebene XZ abgetastet würde, wäre die Leitung 334 über den Relaiskontakt c 16 und einen Widerstand 336 mit dem Geschwindigkeitspotentiometer Vl verbunden, das in diesem Falle zur Regelung der Geschwindigkeit in Z-Richtung verwendet würde.

Im allgemeinen braucht keine Kompensation für die Auslenkung in Z-Richtung vorgesehen zu sein, wenn in der Ebene .YYabgetastet wird. Deshalb sind dafür keine Schaltungen dargestellt, obwohl es im Rahmen der Erfindung liegt, eine derartige Schaltung vorzusehen, falls es gewünscht werden sollte.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektrische Kopiersteuerungsvorrichtung für Nachforinwerkzeugir.aschinen, deren Werkzeug der Bahn eines den Konturen einer Schablone mit konstanter Geschwindigkeit nachgeregelten Taststiftes relativ zu einem Werkstück nachführbar ist, mit mindestens zwei Regeleinrichtungen für die Bewegungskomponenten in mindestens zwei Koordinatenrichtungen, wobei der Taststift an elektrische Umformer angeschlossen ist, die jeweils der Taststiftauslenkung durch die Schablone.- in mindestens zwei Koordinatenrichtungen entsprechende Signale erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Regeleinrichtung (32*,) für die Bewegungskomponente in X-Richtung als Geschwindigkeitssollwert das dem Istwert der Komponente der Taststiftauslenkung in V-Richtung entsprechende Signal {26y) sowie ein Signal (3Ox^, das dem Betrag entspricht, um den die Komponente der Taststiftauslenkung in X-Richtung den Sollwert der Taststiftauslenkung in X-Richtung überschreitet, zuführbar sind und daß der Regeleinrichtung (32y) für die Bewegungskomponente in V-Richtung als Geschwindigkeitssollwert das dem Istwert der Taststiftauslenkung in X- Richtung entsprechende Signal (26λ^ sowie ein Signal (3Oj^, das dem Betrag entspricht, um den die Komponente der Taststiftauslenkung in K-Richtung den Sollwert der Taststiftauslenkung in V-Richtung überschreitet, zuführbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (56) zum Ändern des Sollwertes der Taststiftauslenkung vorgesehen ist, die mit einer Geschwindigkeitseinstelleinrichtung (DX, D2) gekoppelt ist, über die die von den elektrischen Umformern kommenden Signale den Regeleinrichtungen zuführbar sind und die ihre Ausgangssignale trotz Änderung des Sollwertes der Taststiftauslenkung weitgehend konstant hält.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Umformer (22z), der ein einer dritten, zu den beiden anderen Richtungen senkrechten Richtung zugehöriges drittes Signal (z) erzeugt, und eine dritte Regeleinrichtung (46z,) vorgesehen sind, die eine Relativbewegung zwischen Taststift und Schablone in der dritten Richtung bewirkt, daß ferner Einrichtungen (40a, 40ύ, 40ς) vorgesehen sind, die zwei der drei Regeleinrichtungen auswählen, von denen jede durch das der Richtung der anderen ausgewählten Regeleinrichtung zugeordnete Umformersignal steuerbar ist, daß Einrichtungen (80, 82, 34) vorgesehen sind, die ein dem Istwert der Taststiftauslenkung entsprechendes Signal als Funktion der Ausgangssignale der Umformer erzeugen, die den Richtungen der beiden ausgewählten Regeleinrichtungen zugeordnet sind, und daß eine Einrichtung (304) vorgesehen ist, die birätigbar ist, wenn die dritte Richtung die den ausg. vihlten Regeleinrichtungen zugeordnete Richtung ist, um das der dritten Richtung zugeordnete Umformersignal mit dem der nicht gewählten Regeleinrichtung zugeordneten Umformersignal zu kombinieren, wodurch das der Sollauslenkung entsprechende Signal eine Funktion der Taststiftauslenkung in allen drei Richtungen ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (304, 40d) vorgesehen

sind, die auf die Taststiftauslenkung in der nicht gewählten Richtung ansprechen und die Geschwindigkeit des Taststiftes relativ zur Schablone in den vorgewählten Richtungen, jedoch nicnt in der dritten Richtung, verringern.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schrittvorschubeinrichtung (47) vorgesehen ist, durch die die dritte Regeleinrichtung jeweils in Endlagen des Taststiftes (14) relativ zur Schablone (12') schrittweise ansteuerbar ist

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (74) vorgesehen ist, durch die Änderungen der Länge (L) des Taststiftes (14) kompensierbar sind.