DE2505391B2 - Vorrichtung zum Nachführen bewegter, unter Bearbeitungskräften und/oder Eigengewicht von einer vorgegebenen Soll-Lage abweichender Werkzeugmaschinenteile in die Soll-Lage - Google Patents
Vorrichtung zum Nachführen bewegter, unter Bearbeitungskräften und/oder Eigengewicht von einer vorgegebenen Soll-Lage abweichender Werkzeugmaschinenteile in die Soll-LageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachführen bewegter, unter Bearbeitungskräften und/oder
Eigengewicht von einer vorgegebenen Soll-Lage abweichender Werkzeugmaschinenteile in die Soll-Lage
mit einem an einem der Abweichung nicht unterworfenen Maschinenteil angeordneten, einen
scharf gebündelten, auf das nachzuführende Maschinenteil gerichteten Laserstrahl aussenden Laserstrahlgeber
und mit einem am nachzuführenden Maschinenteil angeordneten Detektor, der bei Abweichung des
nachzuführenden Maschinenteils von der Achse des Laserstrahls in positiver oder negativer Richtung
elektrische Steuersignale gegensinniger Polarität abgibt, die unter Zwischenschaltung eines Verstärkers auf
eine Nachlaufsteuerung zur Soll-Ist-Korrektur des nachzuführenden Maschinenteils einwirken.
Man ist neuerdings bestrebt, auch auf großen und schweren Werkzeugmaschinen, zum Beispiel Fräsmaschinen,
Arbeitsgenauigkeiten zu erreichen, die bisher nur bei kleinen Präzisionsmaschinen erreicht worden
sind. Trotz genauester Bearbeitung der Führungen kann jedoch nicht verhindert werden, daß die das Werkzeug,
zum Beispiel den Fräser, tragenden Maschinenteile, zum Beispiel Stößel, Winkelfräsköpfe usw, durch Eigengewicht
und/oder unter den Bearbeitungskräften eine Abweichung von ihrer vorgegebenen Soll-Lage erfahren,
die bei voller Ausfahrlänge bis zu 200μπι und mehr betragen kann.
Um jedoch die gewünschte Arbeitsgenauigkeit zu
ίο
erreichen, dürfen die das Werkzeug tragenden Maschinenteile maximal nur 30μΐτι von ihrer Soll-Lage
abweichen. Zum Nachführen des von seiner vorgegebenen Soll-Lage abweichenden Maschinenteils in die
Soll-Lage sind daher Nachführvorrichtungen erforderlich.
Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs erwähnten Gattung (DE-OS 21 18 612) ist ein Laserstrahlgeber
am Ende eines der Abweichung nicht unterworfenen Maschinenteils, nämlich des Maschinenbetts
angeordnet, während der Detektor an dem nachzuführenden Maschinenteil, nämlich an dem Maschinentisch
vorgesehen ist. Durch den Detektor sollen bei der bekannten Vorrichtung Lageveränderungen des
Maschinentisches von der Achse des Laserstrahls festgestellt und in elektrische Steuersignale gegensinniger
Polarität umgewandelt werden. Wie dies jedoch im einzelnen erfolgt, ist in der bekannten Druckschrift nicht
näher beschrieben.
Es ist ferner bekannt, zu einer genauen Längenmessung bei Werkzeugmaschinen Laserstrahlen einzusetzen
(vgl. DE-OS 17 63 379, DE-Zeitschrift »Elektronik«, 1965, Heft 2, Seite 46 und CH-Zeitschrift »Technische
Rundschau«, Nr. 9 vom 7.7.1967, Seite 25, 27). Zu einer genauen Längenmessung sind jeweils am ortsfesten Teil
der Maschine der Laserstrahlgeber, die Optik und auch der Detektor angeordnet. An dem in Richtung des
ausgesandten Laserstrahls verschiebbaren Maschinenteil ist ein Reflektor vorgesehen. Die durch die
Bewegung des Reflektors hervorgerufenen Interferenzstreifen werden in einem lichtempfindlichen Fotodetektor
eingefangen und mit einem Vorwärts- Rückwärtszähler digital ausgewertet. Da jedoch die Meßgenauigkeit
dieser Laser-Interferometers sehr von den Umweltfaktoren abhängt, müssen in einem atmosphärischen
Druckumformer die Umweltbedingungen, zum Beispiel Luftdruck und Temperatur, berücksichtigt und anschließend
das gesamte Ergebnis in einem Computer ausgewertet werden. Der Einsatz eines Druckumformers
und eines Computers sowie des Spezialreflektors sind jedoch verhältnismäßig aufwendig.
Ausgehend von einer Vorrichtung zum Nachführen bewegter, unter Bearbeitungskräften und/oder Eigengewicht
von einer vorgegebenen Soll-Lage abweichender Werkzeugmaschinenteile in die Soll-Lage der
eingangs erwähnten Gattung, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachführgenauigkeit einer
derartigen Vorrichtung bei einfachem Aufbau zu erhöhen.
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung dadurch gelöst, daß an dem nachzuführenden Maschinenteil im Bereich
des Laserstrahls ein in einer Richtung gekrümmter Konvexspiegel, dessen Achse quer zur Laserstrahlachse
verläuft, so angeordnet ist, daß der Einfallswinkel des Laserstrahls in bezug auf die Oberfläche des Konvexspiegels
etwa 45° beträgt und daß als Detektor im Bereich des vom Konvexspiegel reflektierten und durch
diesen divergierten Laserstrahls in einer parallel zum ausgesandten Laserstrahl verlaufenden Abbildungsebene
mehrere, in einer Brückenschaltung angeordnete Fotoelemente oder Fototransistoren vorgesehen sind.
Die durch die Erfindung erreichte Wirkung besteht im wesentlichen darin, den vom Laserstrahlgeber ausgesandten,
scharf gebündelten Laserstrahl mittels des am nachzuführenden Maschinenteil angeordneten Konvexspiegels,
der nur in einer Richtung gekrümmt ist, zu divergieren oder zu spreizen. Anstelle eines kreisrunden
Punktes von 1-1,5 mm entsteht durch diese Spreizung
auf der Abbildungsebene ein langgezogener Strich, der eigentlich eine sehr flache Ellipse ist. Dieser Strich, der
ja nach Radius des Konvexspiegels eine Länge von 50-200 mm haben kann, trifft auf eine Vielzahl von in der
Abbildungsebene angeordneten Fotoelementen oder Fototransistoren auf. Durch die Spreizurg des Lichtstrahles
können außerordentlich kleine Abweichungen des nachzufahrenden Maschinenteils von der Ideallinie
festgestellt und dann in Steuersignale umgewandeltwer den. Der Effekt der Anordnung ist vergleichbar mit
einem Verstärker oder Wegübersetzer, bei denen kleine Abweichungen quantifizierbar sind. Bewegt sich das
nachzuführende Maschinenteil und somit der Träger des Konvexspiegels um einen sehr geringen Betrag
gegenüber der vom Laserstrahl gebildeten Soll-Linie, so bewegt sich auf der Abbildungsebene der gespreizte
Strahl um ein wesentlich größeres Stück, so daß es möglich ist, mit den heutigen technischen Mitteln diese
Bewegung mit Fototransistoren und einer einfachen Brückenschaltung auszuwerten. Der Detektor weist
damit einen sehr einfachen Aufbau auf und die Nachführgenauigkeit ist unabhängig von irgendwelchen
Druck- und Temperaturschwankungen.
Zweckmäßigerweise weist der Konvexspiegel eine Kreiszylinderform auf, wodurch er einfach herstellbar
ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Es
zeigt
F i g. 1 die schemtaische Darstellung einer Fräsmaschine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig.2 Einzelheiten der Vorrichtung in einem Blockschaltbild.
In Fig. 1 ist mit 1 das Portal einer großen Fräsmaschine angedeutet, die einen Querbalken 2
aufweist, welcher seinerseits den Stößel 3 zur Aufnahme eines Fräsers 5 trägt. Der Querbalken 2 läßt sich in
bezug auf das Portal 1 nach oben und unten bewegen, wohingegen der Stößel 3 auf dem Querbalken 2 nach
links und rechts verschoben werden kann. Am Stößel 3 befindet sich im gezeichneten Fall ein Winkelfräskopf 4,
welcher den Fräser 5 trägt.
Im vorliegenden Beispiel sei der Stößel hydrostatisch
gelagert, wobei die Lager mit dem Bezugszeichen 6 angedeutet sind. An dem Stößel 3 befindet sich ein stark
gedämpftes Tragteil 7 nach Art eines Lotes, in welchem ein Laserstrahlgeber 8 untergebracht ist. Der vom
Laserstrahlgeber 8 ausgesandte, scharf gebündelte Laserstrahl 11 von z.B. 1 mm Durchmesser, trifft nun
seinerseits auf einen Konvexspiegel 12, der in einem staubdichten Detektorgehäuse 10 untergebracht ist.
Zum weiteren Verständnis des Ausführungsbeispiels wird an Hand der Fi g. 2 der Detektor und die weitere
elektrische Funktion beschrieben:
Der Laserstrahl 11 trifft auf den zweckmäßigerweise die Form eines Kreiszylinders aufweisenden Konvexspiegel
12 auf, wobei dafür Sorge getragen wird, daß der Einfallwinkel in Bezug auf die Oberfläche des
Konvexspiegels etwa 45° beträgt, so daß der Laserstrahl 11a praktisch in einem Winkel von 90° zur
Einfallrichtung auf eine Abbildungsebene 13 projiziert wird. Da der Konvexspiegel 12 nur in einer Richtung
gekrümmt ist und seine Achse quer zur Laserstrahlacltise
verläuft, erscheint auf der Abbildungssbene 13 ein langgezogener Strich, der bei genauer Betrachtung eine
sehr flache Ellipse darstellt, welche durch die Reflektion des einfallenden, kreisförmigen Laserstrahles entsteht.
In der Abbildungsebene 13 befinden sich eine große Anzahl von Fotozellen oder Fototransistoren 14, die im
vorliegenden Beispiel mit Wechselstrom beschickt werden, so daß an dem mit 15 gekennzeichneten
ίο Querwiderstand der zu einer Meßbrücke vereinten
Elemente immer dann eine Wechselspannung entsteht, wenn der divergierte und projizierte Laserstrahl Wa
von einem gedachten Mittelpunkt aus nach oben oder unten eine unterschiedliche Anzahl von Fototransistoren
14 belichtet. Zwei Brückenzweige der genannten Brückenschaltung werden durch Induktivitäten !6
dargestellt, die ihrerseits über die Primärwicklung 17 aus einem Niederfrequenzgenerator 18 gespeist werden.
2» Bei korrekter Lage des projizierten Laserstrahls 11a
entsteht am Querwiderstanci 15 der Brücke keine Spannung, da gleichviele Fototransistoren 14 nach dem
oberen und unteren Ende des projizierten Strahles I la hin ausgeleuchtet werden.
2r> Tritt allerdings durch den Druck des Fräsers 5 eine
Verschiebung des Stößels 3 und somit des Winkelfräskopfes 4 mit dem Konvexspiegel 12 auf, d. h. erfolgt —
bezogen auf eine ideale Senkrechte — eine Ablenkung, so bleibt die Richtung des Laserstrahles 11 zwar gleich,
in es erfolgt jedoch ein gewisser Versatz des Laserstrahlauftreffpunktes
auf den Konvexspiegel 12, so daß der projizierte Strahl lla auf der Abbildungsebene 13 nach
unten oder oben wandert und somit in der Meßrichtung, also in der Senkrechten, eine verschieden große Anzahl
ι1» von Fototransistoren 14 — gerechnet von dem
gedachten Mittelpunkt aus — bedeckt. Dieses führt zu einer Verstimmung der Meßbrücke, so daß an dem
Querwiderstand 15 eine Wechselspannung ensteht, die eine endliche Größe aufweist. Unter der Voraussetzung,
'" daß die gewonnene kleine Spannung in einem
Selektivverstärker 19a verstärkt wird und anschließend mit Hilfe einer sogenannten gesteuerten Gleichrichtung
19 gleichgerichtet wird, erhält man am Ausgang der gesteuerten Gleichrichtung ein positives oder negatives
^ Signal unter der Voraussetzung, daß als Steuerspannung
eine Wechselspannung verwendet wird, die dem Wechselstromgenerator 18 entnommen wird und stets
eine starre Phasenlage aufweist. Aus der gesteuerten Gleichrichtung 19 gelangt die nunmehr richtungsorien-
w tierte Gleichspannung in einen Impedanzwandler 20,
von welchem die Regelspannung zur Nachführung des betreffenden Maschinenteils — hier des Stößels 3 —
abgenommen wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch zum
">">
Ausgleich der Führungen von Schlitten mit pneumatischen Lagern oder hydrostatischen Lagern verwendet
werden. Das gleiche gilt für Schlitten, welche elektromechanisch angetrieben werden und eine normale, jedoch
regelbare mechanische Lagerung besitzen. Darüber
M) hinaus kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für
Schlitten vorgesehen sein, welche eine magnetische Kissenhalterung besitzen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Vorrichtung zum Nachführen bewegter, unter Bearbeitungskräften und/oder Eigengewicht von
einer vorgegebenen Soll-Lage abweichender Werkzeugmaschinenteile in die Soll-Lage mit einem an
einem der Abweichung nicht unterworfenen Maschinenteil angeordneten, einen scharf gebündelten, auf
das nachzuführende Maschinenteil gerichteten Laserstrahl aussendenden Laserstrahlgeber und mit
einem am nachzuführenden Maschinenteil angeordneten Detektor, der bei Abweichung des nachzuführenden
Maschinenteils von der Achse des Laserstrahls in positiver oder negativer Richtung elektrische
Steuersignale gegensinniger Polarität abgibt, die unter Zwischenschaltung eines Verstärkers auf
eine Nachlaufsteuerung zur Soll-Ist-Korrektur des
nachzuführenden Maschinenteils einwirken, dadurch
gekennzeichnet, daß an dem nachzuführenden Maschinenteil (4) im Bereich des Laserstrahls
(11) ein in einer Richtung gekrümmter Konvexspiegel (12), dessen Achse quer zur Laserstrahllachse
verläuft, so angeordnet ist, daß der Einfallswinkel des Laserstrahls (11) in bezug auf die
Oberfläche des Konvexspiegels (12) etwa 45° beträgt und daß als Detektor im Bereich des vom
Konvexspiegel reflektierten und durch diesen divergierten Laserstrahls (Ha) in einer parallel zum
ausgesandten Laserstrahl (U) verlaufenden Abbildungsebene (13) mehrere, in einer Brückenschaltung
(14, 15, 16) angeordnete Fotoelemente oder Fototransistoren (14) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvexspiegel (12) eine Kreiszylinderform
aufweist.
Priority Applications (1)
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DE2505391A1 DE2505391A1 (de) | 1976-12-23 |
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DE2505391C3 DE2505391C3 (de) | 1978-12-21 |
Family
ID=5938450
Family Applications (1)
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DE (1) | DE2505391C3 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3601523C1 (de) * | 1986-01-20 | 1987-07-16 | Manfred Richter | Verfahren zur Positionierung und Vermessung von Werkstuecken auf Bearbeitungsstrassen |
Families Citing this family (4)
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JPS609635A (ja) * | 1983-06-29 | 1985-01-18 | Toshiba Mach Co Ltd | 工作機械における変位補正装置 |
DE3336920C1 (de) * | 1983-10-11 | 1984-12-13 | Werkzeugmaschinenfabrik Adolf Waldrich Coburg Gmbh & Co, 8630 Coburg | Vorrichtung zur Kompensation von durch Bearbeitungskräfte und/oder Eigengewicht bedingten Verlagerungen eines bewegten, auskragenden Werkzeugmaschinenteils |
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-
1975
- 1975-02-08 DE DE19752505391 patent/DE2505391C3/de not_active Expired
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DE3601523C1 (de) * | 1986-01-20 | 1987-07-16 | Manfred Richter | Verfahren zur Positionierung und Vermessung von Werkstuecken auf Bearbeitungsstrassen |
Also Published As
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