DE2754732B2 - Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens - Google Patents
Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Vorrichtung zur Durchführung dieses VerfahrensInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1
bzw. 2.
Es sind schon verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Messen des Außendurchmessers, des
Innendurchmessers, der Länge usw. eines Werkstückes vorgeschlagen worden. So wird lediglich des Beispiels
halber eine in der US-PS 38 40 994 der Anmelderin beschriebene automatische Meßvorrichtung im folgenden anhand von F i g. 11 kurz erläutert
Am Querschlitten 1 einer numerisch gesteuerten Revolverdrehbank ist ein Meßkopf 2 vorgesehen, der
dann, wenn eine Bearbeitung durchgeführt werden soll, seitlich verstellt werden kann, indem er aus einer
Meßstellung A in eine Wartestellung B verdreht wird.
Der Querschlitten 1 wird durch Impulsmotoren 4, 5 bewegt, die in Abhängigkeit von einer numerischen
Information angetrieben werden, wobei diese numerisehe Information in eine numerische Steuervorrichtung
3 eingegeben wird, so daß zwei Sensoren 6, 7 des
Differentialtransformertyps, die an dem in der Meßstellung A befindlichen Meßkopf 2 vorgesehen sind,
wechselweise mit zwei Punkten P\, P2 in Berührung
kommen können. Diese beiden Punkte Ph Pi liegen
einander gegenüber, und zwar an einem zu mess enden Durchmesser eines Werkstückes 9, das am Ence der
Hauptspindel der Drehbank durch ein Spannfutter 8 gehalten ist. Auf diese Weise können die Abweichungen
des Werkstückes 9 gegenüber den gewünschten Endabmessungen gemessen werden. Diese Abweichungen
werden über einen Analog-Digitalkonverter 10 in eine Recheneinheit 11 eingegeben, um dadurch die
Summe der Abweichungen und den Mittelwert der Abweichungen zu erhalten, worauf dann diese Daten in
Werkzeuglageverstelldaten für die Spitze des am Revolverkopf 12 befestigten Werkzeuges 13 umgewandelt
und der numerischen Steuervorrichtung 3 zugeleitet werden.
Aus der oben beschriebenen automatischen Meßvorrichtung wird deutlich, daß die beiden Taststifte, d. h. die
Sensoren 6, 7 des Differentialtransfoi mertyps, wechselweise
mit den am einschlägigen Durchmesser des Werkstückes 9 einander gegenüberliegenden beiden
Punkten P\, P2 in Berührung gebracht werden, wobei der
Mittelwert der Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem durch dir Taststifte 6, 7 erhaltenen Istwert als
Ausgangsbasis zur Ermittlung der Werkzeuglageverstelldaten verwendet wird.
Es kann daher mit der beschriebenen automatischen Meßvorrichtung die Messung unabhängig von der sich
aufgrund einer thermischen Ausdehnung der Werkzeugmaschine ergebenden Verstellung oder Verschiebung
der Hauptspindel erhalten werden, wobei auch eine Nichtkoinzidenz der Maschine mit den Programmkoordinaten
in Übereinstimmung gebracht wird.
Die automatische Meßvorrichtung der beschriebenen Art weist jedoch noch die folgenden Nachteile auf:
Da die Positioniergenauigkeit bei der numerischen Steuerung des Quersupportes 1 bei der Messung als
Bezug genommen wird, ist die Positioniergenauigkeit, d. h. auch die Meßgenauigkeit dem Einfluß der Wärme,
die durch die zum Bewegen des Querschlittens 1 vorgesehenen Impulsmotoren 4, 5 erzeugt wird, sowie
der Zickzackbewegung des Querschlittens 1 unterworfen. Da weiterhin beim Meßkopf 2 die Sensoren 6, 7 des
Differentialtransformertyps zur Anwendung gelangen,
wird dieser Meßkopf 2 durch seinen Berühmngsdruck,
der auf das Werkstück 9 aufgebracht wird, elastisch verformt Darüber hinaus ist es unmöglich, mit der
beschriebenen automatischen Meßvorrichtung den Durclimesser einer relativ kleinen Bohrung zu messen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, zur Beseitigung der geschilderten Nachteile ein automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte
Werkzeugmaschine zu schaffen, bei der die Messung unbeeinflußt von der Positioniergenauigkeit der Werkzeugmaschine und von der Verschiebung eines zu
messenden Teils des Werkstückes erfolgt, so daß die jeweiligen Istabmessungen jeweils mit hoher Genauig
keit gemessen werden können und sich die Bearbeitung mit hoher Präzision durchführen läßt Bei der zu
schaffenden automatischen Meßvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens soll die Messung durch die
Positioniergenauigkeit des Taststiftkopfes und durch dessen Zickzackbewegung nicht beeinflußt werden, so
daß sich die Messung mit hoher Genauigkeit durchfüh ren läßt
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem Kennzeichen
der Ansprüche 1 bzw. 2.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Messung nicht mehr durch die Positioniergenauigkeit
der numerisch gesteueten Werkzeugmaschine und durch die Verschiebung irgendeines zu messenden Teils
des Werkstückes beeinflußt. Das bedeutet, daß die jewe'ügen Istabmessungen mit hoher Genauigkeit
gemessen werden können und daß die Bearbeitung mit hoher Präzision durchgeführt werden kann.
Da bei der zur Durchführung dieses Verfahrens vorgesehenen automatischen Meßvorrichtung gemäß
der Erfindung das Ausmaß der Bewegung des Taststiftkopfes dadurch gemessen wird, daß die durch
die Meßvorrichtung des Digitaltyps erzeugten Meßimpulse gezählt werden, wird die Messung nicht durch die
Positioniergenauigkeit des Taststiftkopfes und durch dessen Zickzackbewegung beeinflußt, was bedeutet, daß
die Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt und erzielt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die numerische Information, die vorher eingegeben bzw.
programmiert ist, mit Hilfe der gemessenen Abweichung automatisch korrigiert. Es ist daher nicht
erforderlich, das Programm bei jeder Messung zu ändern und die aufgrund der Messung erhaltene
Abweichung manuell einzugeben, was insgesamt zu einer entscheidenden Verbesserung der Arbeitsleistung
bzw. des Wirkungsgrades führt.
Bei der Durchführung der Messung wird der Taststift in Berührung mit einem ersten Punkt des Werkstückes
gebracht und sodann hiervon gelöst, worauf dann der Taststift in Berührung mit einem in bezug auf den ersten
Punkt diametral gegenüberliegenden zweiten Punkt des Werkstückes gebracht und daraufhin wieder von diesem
zweiten Punkt gelöst wird, so daß die Strecke, die von dem Taststiftkopf während dts Zeitraumes vom
Zeitpunkt, zu dem der Taststift den ersten Punkt verläßt, bis zum Zeitraum, zu dem der Taststift den zweiten
Punkt verläßt, überdeckt wird, gemessen wird. Der durch diese Messung erhaltene Wert, die Abmessung
des Taststiftes und die erwünschten Sollabmessungen werden einer Berechnung unterworfen. Demgemäß
wird die Messung durch die Positioniergenauigkeit und durch die Zickzackbewegung des sich bewegenden
Tisches, an dem der Taststiftkopf befestigt ist, nicht
beeinflußt; das bedeutet, daß die Messung mit hoher Genauigkeit erhalten werden kann. Darüber hinaus
kann aus dem gleichen Grund die Messung auch mit hoher Genauigkeit durchgeführt werden, und zwar
selbst dann, wenn der Mittelpunkt des Werkstückes etwas aus der Achse der Hauptspindel der Werkzeugmaschine
ausgelenkt ist. Weiterhin kann die Messung auch dadurch erhalten werden, daß der Augenblick, in
dem der Taststift den Berührungspunkt mit dem Werkstück verläßt, gemessen wird. Es wird daher die
Meßgenauigkeit nicht verringert, und zwar selbst dann nicht, wenn der Taststift durch die Schwingungen der
Werkzeugmaschine selbst etwas geringfügig in Schwingungen versetzt wird.
Weiterhin ist es für den Taststift lediglich erforderlich, in Berührung mit dem Werkstück zu kommen und dieses
sodann wieder zu verlassen. Es ist daher die Ausbildung des Taststiftes nicht auf eine spezielle Ausbildung oder
Konstruktion beschränkt. Dies bedeutet mit anderen Worten, daß die Form des Taststiftes sehr einfach
gehalten werden kann und daß daher der Taststift leicht mit geringen Kosten gefertigt werden kann. Weiterhin
kann auch die Messung an Teilen, die in ihrer Ausbildung kompliziert sind, wie beispielsweise Bohrungen
kleinen Durchmessers, Nuten in Bohrungen, Nuten in Wänden und sonstigen Durchmessern, leicht durchgeführt
werden.
Aufgrund der Ausbildung des verwendeten Taststiftkopfes ergibt sich schließlich der Vorteil, daß die
Messung durch das Schneidöl oder durch Späne, die der Oberfläche des Werkstückes anhaften können, nicht
nachteilig beeinflußt wird, so daß auch aus diesem Grund die Messung mit hoher Genauigkeit durchgeführt
werden kann.
Darüber hinaus ist der Taststiftkopf derart ausgebildet, daß der Kontakt in Abhängigkeit von den
Tätigkeiten, bei denen der Taststift in Berührung mit dem Werkstück kommt und dieses wieder verläßt,
geöffnet und geschlossen wird, weswegen die Messung selbst dann durchgeführt werden kann, wenn das
Werkstück aus elektrisch nichtleichtendem Material
besteht; darüber hinaus wird die Meßgenauigkeit auch nicht durch Kühlmittel oder auf der Werkstückoberfläche
befindliche Späne und dgl. beeinträchtigt. Da weiterhin der Taststiftkopf durch das Gehäuse abgedeckt
ist, ist der Kontakt gegen Kühlmittel oder Staub geschützt, was ebenfalls zu einer Meßgenauigkeit führt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
F i g. 1 im Blockdiagramm eine Ausführungsform der Erfindung in Anwendung bei einer numerisch gesteuerten
Revolverdrehbank,
F i g. 2 im Blockdiagramm einen Meßsignalerzeugerkreis,
F i g. 3 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
der Meßbewegung eines Taststiftkopfes gegenüber einem Werkstück,
F i g. 4 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Messung für den Fall, bei dem ein Positionierfehler
einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine vorliegt,
Fig.5 eine Ausfühungsform des Taststiftkopfes in
horizontalem Schnitt,
F i g. 6 in vertikalem Schnitt und
Fig.7 im Querschnitt gemäß Linie VII-VH nach Fig. 5,
Fig.8(a)—(e) eine schematische Darstellung zur
Tätigkeit des Taststiftkopfes gemäß Fig.5 in der ΛΓ-Z-Ebene,
Fig.9 ein Blockdiagramm eines abgewandelter Meßsignalerzeugerkreises,
Fig. 10 im Diagramm die Zeitablauffolge zui
Erläuterung der Signalübertragung im Meßsignaler zeugerkreis gemäß F i g. 9 und
Fig. 11 schematisch ein Ausführungsbeispiel einet
bei einer numerisch gesteuerten Revolverdrehbank zur Anwendung gelangenden bekannten automatischer
ίο Meßvorrichtung.
Bei der in F i g. 1 schematisch dargestellten numerisch gesteuerten Revolverdrehbank ist an einer Seite eines
Bettes 21 ein Reitstock 22 vorgesehen, durch den eine Hauptspindel 23 drehbar gelagert ist. Am vorderer
ιί Ende dieser Hauptspindel 23 ist ein Spannfutter 24
befestigt. Dieses dreht sich zusammen mit der Hauptspindel 23 und weist mehrere Spannbacken 25
auf, die ein Werkstück W halten. Das Bett 21 ist mit einer Führung 26 versehen, die parallel zur Achse der
Hauptspindel 23 verläuft und in einer zur Achse der Hauptspindel 23 parallelen Richtung (im folgenden als
»Z- Richtung« bezeichnet) verschieblich einen sattelartigen Support 27 führt, der beweglich auf der Führung 26
angeordnet ist. Auf der Oberseite des Supportes 27 ist eine Querführung 28 derart vorgesehen, daß sie
senkrecht bzw. quer zur Achse der Hauptspindel 23 verläuft. Die Querführung 28 führt verschieblich in einer
zur Achse der Hauptspindel 23 rechtwinkligen Richtung (im folgenden als »X-Richtung« bezeichnet) einen
jo Querschlitten 29, der beweglich an der Querführung 28
angeordnet ist. Am einen Ende des Bettes 21, d. h. an dessen rechtem Ende gemäß Fig. 1, ist ein Z-achsiger
Impulsmotor 30 vorgesehen. Dieser wird in Abhängigkeit von einem numerischen Steuersignal, das ihm von
j-, einer numerischen Steuervorrichtung 31 zugeleitet wird,
in Tätigkeit versetzt, so daß dadurch auch eine Z-achsige Schraubspindel 32 in den Support 27
eingeschraubt und letzterer daher in Z-Richtung bewegt werden kann. Am oberen Ende des Supportes 27 gemäß
F i g. 1 ist ein ΑΓ-achsiger Impulsmotor 33 vorgesehen. Dieser wird in ähnlicher Weise wie der Z-achsige
Impulsmotor 30 in Abhängigkeit von einem numerischen Steuersignal, das ihm von der numerischen
Steuervorrichtung 31 zugeleitet wird, in Tätigkeit 5 versetzt, um dadurch eine X-achsige Schraubspindel 34
in den Querschlitten 29 hineinzuverschrauben und letzteren damit in X- Richtung zu bewegen. Am
Querschlitten 29 ist weiterhin an einer vorbestimmten Stelle ein Revolverkopf 35 vorgesehen, der jeweils
öo dadurch in Abhängigkeit von einem Steuersignal der
numerischen Steuervorrichtung 31 schrittweise weitergeschaltet wird, daß er um eine nicht dargestellte Welle,
die quer zur Oberseite des Querschlittens 29 verläuft, weitergedreht wird. Der Revolverkopf 35 weist an
seiner Umfangsfläche eine Vielzahl von Werkzeughaltern 36,37 auf, um jeweils ein Schneidwerkzeug 38 bzw.
39 usw. zu haltern bzw. zu lagern.
Außer den Werkzeughaltern 36, 37 ist an einer geeigneten Stelle der Umfangsfläche des Revolverkopfes
35 ein Taststiftkopf 40 vorgesehen, an dessen Ende unter Zwischenschaltung eines elektrischen Isolators 41
ein Taststift 42 befestigt ist Der Taststift 42 besteht aus einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Material,
beispielsweise einem geeigneten rostfreien Material.
Der Taststift 42 weist die Form einer Wendel bzw. einer Schraubenfeder auf, die frei von Berührung ist oder
keinen Reibmechanismus besitzt Das eine Teil des Taststiftes 42 kann durch eine äußere Kraft mehrere
Millimeter in ^-Richtung, in Z-Richtung und in einer
senkrecht zur A"-Z-Ebene verlaufenden Richtung (im folgenden als »Y-Richtung« bezeichnet) elastisch
verformt oder ausgebogen werden. Wenn diese äußere Kraft nicht mehr ausgeübt wird, kann der Taststift 42
schnell in seine Ausgangsstellung zurückkehren.
An der mittigen Drehwelle des Revolverkopfes 35 ist ein Schleifring 43 vorgesehen, um ein vom Taststiftkopf
40 kommendes elektrisches Signal nach außen zu übertragen. Der nicht dargestellte Drehquerschnitt des
Schleifringes 43 ist elektrisch mit demjenigen Ende P des Taststiftes 42 verbunden, an dem letzterer am
elektrischen Isolator 41 befestigt ist. Der nicht dargestellte stationäre Teil des Schleifrings 43 ist mit
einem Meßsignalerzeugerkreis 49 verbunden, und zwar über einen stationären Block 45, der mittels eines über
dem Revolverkopf 35 vorgesehenen stationären Rohres 44 an einer vorbestimmten Stelle des Querschlittens 29
befestigt ist.
Am Support 27 ist eine digital arbeitende Linearskala 46 derart befestigt, daß dann, wenn der Taststift 42
weitergeschaltet und derart in einer vorbestimmten Stellung positioniert wird, daß die Achse des Taststiftkopfes
40 parallel zur Z-Richtung verläuft, die Skala 46 sich auf einer Linie befindet, die vom Ende des
Taststiftes 42 in ΑΓ-Richtung verlängert ist. Am
Querschlitten 29 ist ein Skalenlesekopf 47 befestigt, der sich zum Ablesen der Skala 46 entlang dieser
Linearskala 46 bewegen kann, um hierdurch entsprechend dem Ausmaß der in XRichtung erfolgenden
Bewegung des Querschlittens 29, d. h. des Taststiftkopfes 40, eine Impuiskette zu erzeugen. Es ist daher aus der
Linearskala 46 und dem Skalenlesekopf 47 eine Digitalmeßvorrichtung gebildet
Im folgenden wird ein Zählsteuerkreis 48 näher erläutert In F i g. 1 ist ein Meßsignalerzeugerkreis 49
dargestellt, der im einzelnen aus F i g. 2 ersichtlich ist. Hierbei ist ein Schalter 50 mit seinem einen Kontakt 51
an das Bett 21 und mit seinem anderen Kontakt 52 über den Schleifring 43 an den Taststift 42 angeschlossen.
Weiterhin sind in der aus Fig.2 im einzelnen
ersichtlichen Weise eine Spannungsquelle 43 sowie Widerstände 54, 55 geschaltet Wenn demgemäß der
Taststift 42 das Werkstück W, das mit dem Bett 21 elektrisch leitend verbunden ist, nicht berührt, ist die
Verbindungs- bzw. Abgreifstelle 56 zwischen den Widerständen 54,55 auf einer vorbestimmten Spannung
gehalten, die durch Aufteilen der Spannung der Spannungsquelle 53 mit dem durch die Widerstände 54,
55 gebildeten Spannungsteiler erhalten wurde. Wenn jedoch der Taststift 42 das Werkstück W berührt,
entspricht das Potential an der Abgreifstelle 56 dem Potential des Bettes 21. Eine vorgesehene Logikschaltung
57 ist derart ausgebildet, daß sie eine derartige Potentialänderung mißt und hierdurch in demjenigen
Augenblick, in dem der Taststift 42 das Werkstück W verläßt, ein Signal erzeugt Wie aus Fig. 1 ersichtlich,
empfängt eine vorgesehene Steuerschaltung 58 das Signal vom Meßsignalerzeugerkreis 49, das Steuersignal
von der numerischen Steuervorrichtung 31, die Impulskette vom A'-achsigen Impulsmotor 33 und die
Impulskette vom Skalenlesekopf 47, führt die Auswahl der zu zählenden Impulskette durch sowie die
Bestimmung hinsichtlich der Start- und Endzählung und leitet schließlich die zu zählende Impulskette zu einem
mit ihr verbundenen Zähler 59. Dieser Zähler 59 arbeitet derart, daß er die ihm zugeleiteten Impulse zählt und mit
Hilfe eines AuSensignals einen beliebigen Wert einstellt,
der durch einen Digitalschalter 60 eingestellt ist. Der Zähler 59 ist, um den jeweiligen Zählerstand erkennen
zu können, mit einer Anzeigeeinheit 61 verbunden und außerdem an eine die jeweilige Werkzeuglage verstel-■j
lende Korrigierschaltung 62 angeschlossen, die ihrerseits ein Teil der numerischen Steuervorrichtung 31 ist,
so daß der jeweilige Zählerstand zu der die Werkzeuglage verstellenden Korrigierschaltung 62 geleitet wird.
Es wird daher die Zählsteuerschaltung 48 durch die
ι (ι Meßsignalerzeufjerschaltung 49, die Steuerschaltung 58,
den Zähler 59 einschließlich des Digitalschalters 60 durch die Anzeigeeinheit 61 gebildet
Die numerische Steuervorrichtung 31 verteilt an den X-achsigen Impulsmotor 33 und den Z-achsigen
ι r, Impulsmotor 30 Impulse, um den Revolverkopf 35 in
Abhängigkeit von einer numerischen Information zu bewegen, die beispielsweise mittels eines Lochstreifens
von außen eingeigeben ist; die numerische Steuervorrichtung 31 weist weiterhin die Funktion auf, die
Impulsverteilung gemäß der der Korrigierschaltung 62 zugeleiteten Information zu kompensieren und das
Steuersignal, mittels dem im Zähler 59 ein im Digitalschalter 60 eingestellter numerischer Anfangswert eingestellt wird, sowie das Steuersignal für den
2j Start und Stop des Zählens der dem A"-achsigen
Impulsmotor 33 zugeleiteten Impulse auszugeben.
Die beschriebene Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:
Zuerst sei anha rid von F i g. 3 die Tätigkeit für den Fall
Zuerst sei anha rid von F i g. 3 die Tätigkeit für den Fall
jo erläutert, bei dem, beispielsweie bei der Endbearbeitung
eines Innendurchmessers des Werkstückes W, der Istwert unmittelbar vor der Durchführung des abschließenden
spanabhebenden Vorgangs gemessen wird und bei dem die Abweichungen der Istwerte gegenüber den
Sollwerten als der Werkzeugverstellung dienende Korrigierdaten verwendet werden.
Bei der Messung ist die Bewegung des Revolverkopfes 35, d. h. des Taststiftkopfes 40, ähnlich derjenigen der
Werkzeuge 38, 39. Zu einem vorherigen Zeitpunkt wurde mit dem Außendurchmesser Ds des Taststiftes 42
und mit der Endbearbeitungsgröße bzw. -abmessung als Ziel- d. h. Sollgröße Di ein Programm einprogrammiert,
und es wurden diese Daten als numerische Information mittels beispielsweise eines Lochstreifens der numerisehen
Steuervorrichtung 31 zugeleitet, wobei die Impulsverteilung zu dem X-achsigen Impulsmotor 33
und zu dem Z-achsigen Impulsmotor 30 mittels der numerischen Steuervorrichtung 31 derart durchgeführt
wird, daß diese Motoren 33, 30 in Tätigkeit versetzt werden und über die jeweiligen Schraubspindeln 34,32
die Bewegungssteuerung bewirken. In diesem Zusammenhang ist es von Vorteil, daß der Außendurchmesser
Ds des Taststiftes 42 derart bestimmt wird, daß er sich zur Bildung des erwähnten Programms eignet Wenn
angenommen wird, daß der Unterschied zwischen dem
festgelegten Außendurchmesser des Taststiftes 42 und dessen tatsächlichem Außendurchmesser Δ Ds beträgt,
dann wird durch den Digitalschalter 60 oder dgl. im Zähler 59 +Δ Ds eingestellt, wenn der tatsächliche
Außendurchmesser kleiner ist als der bestimmte bzw. festgelegte Außendurchmesser, während dann, wenn
der tatsächliche Außendurchmesser größer isti -ADs
eingestellt wird.
Im folgenden sei nun der Meßvorgang in der Reihenfolge der durchgeführten Schritte beschrieben.
Zuerst wird der Revolverkopf 35 mit Hilfe des Steuersignals der numerischen Steuervorrichtung 31
gedreht, so daß der Taststift 42 derart weitereedreht
und an einer vorbestimmten Stelle stillgesetzt wird, daß seine Achse parallel zur Z-Richtung verläuft, wie aus
F i g. 1 ersichtlich. Dann wird die Steuerschaltung 58 derart instruiert, daß der Korrigierwert Δ Ds und das
Vorzeichen des Außendurchmessers Ds des Taststiftes 42 im Zähler 59 eingestellt werden. In diesem Fall ist der
Zählerstand des Zählers 59+4 Ds (unter der Annahme, daß der tatsächliche Außendurchmesser des Taststiftes
42 kleiner ist als dessen festgelegter bzw. bestimmter Außendurchmesser). Sodann wird die Impulsverteilung
zum .Y-achsigen Impulsmotor 33 und zum Z-achsigen Impulsmotor 30 mittels der numerischen Steuervorrichtung
31 derart bewirkt, daß diese Motoren 33, 30 betätigt werden und der Revolverkopf 35 derart
gedreht wird, daß der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles s (siehe F i g. 3) bewegt wird, so daß dessen ivliüeipunkt
O zum Punkt C auf der Achse 5 der Hauptspindel 23
gelangt. Daraufhin wird der Taststift 42 weiter in Richtung des Pfeiles b bewegt, so daß sein Mittelpunkt
O sich am Punkt D in der Bohrung des zu messenden Werkstückes W befindet, wie aus F i g. 3 ersichtlich.
Dann gibt die numerische Steuervorrichtung 31 das Steuersignal an die Steuerschaltung 58 aus, so daß die
yjf-achsigen Impulse, d. h. die mittels der numerischen
Steuervorrichtung 31 zum X-achsigen Impulsmotor 33 verteilten Impulse, gezählt werden. Danach wird der
Mittelpunkt Odes Taststiftes 42 zum Punkt foder der
X-Koordinate (D2-Ds)Il bewegt, so daß die Außenwand
des Taststiftes 42 in Berührung mit der Innenwand der zu messenden Bohrung (Sollinnendurchmesser D 2)
kommt. Bei diesem Vorgang wird das Endteil des Taststiftes 42 im Ausmaß des Spielraums der abschließenden
spanabhebenden Bearbeitung elastisch verformt und im Ruhezustand gehalten.
Im allgemeinen wird ein Durchmesserwertinstruiersystem
für die Bewegung in X- Richtung der numerisch gesteuerten Drehbank verwendet, wobei der kleinste
Bewegungszuwachs in ^-Richtung '/2 des kleinsten Bewegungszuwachses in Z-Richtung beträgt. Wenn die
Instruierung derart erfolgt, daß beispielsweise eine Bewegung über die Strecke Dx erfolgen soll, beträgt das
■j Ausmaß der Bewegung DxIl, wobei jedoch die Anzahl
der gelieferten Impulse Dx beträgt. Wenn demgemäß der Taststift 42 am Punkt E angeordnet ist, beträgt der
Stand des Zählers 59 Δ Ds+(D2-Ds), wodurch ein dem Sollwert D2 entsprechender Wert im Zähler 59
eingestellt ist. Nunmehr erfolgt eine Instruktion derart, daß der Vorgang des Zählens der ,Y-achsigen Impulse
beendet wird. Sodann wird der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles d zum Punkt F, der dem Punkt E diametral
gegenüberliegt, oder zur X-Koordinate — (D 2 — Ds)Il
j bewegt. Wenn der Taststift 42 — unter der Annahme, daß der tatsächliche Innendurchmesser unmittelbar vor
der abschließenden spanabhebenden Bearbeitung D1
beträgt und der abschließende Radiusspielraum der spanabhebenden Bearbeitung Δ X1 beträgt — nach
dem Beginn seiner Bewegung in Richtung des Pfeils d über eine Strecke von (ΔΧί-Δ DsH) bewegt ist,
verläßt der Außendurchmesserberührungspunkt des Taststiftes 42 den Innendurchmesserberührungspunkt
des Werkstückes W, wobei gleichzeitig die Meßsignal-
2> erzeugerschaltung 49 ein Signal erzeugt, das der
Steuerschaltung 58 angelegt wird. Daraufhin bewirkt die Steuerschaltung 58, daß der Zähler 59 die vom
Skaleniesekopf 47 kommenden Impulse zählt. Die Anzahl der zu zählenden Impulse, die durch den
jo Skaleniesekopf 47 vorgesehen sind, bevor der Mittelpunkt
O des Taststiftes 42 den Punkt F erreicht, entspricht
\(D 2 - Ds)- (Δ Xi - Δ Os/2)].
Demgemäß beträgt der Stand des Zählers 59 zu diesem Zeitpunkt
Ds + [Dl - Ds)) - \[D1 - Ds) - ( I X 1 - I D.s-/2)| =
< I A'l + I DsIl).
Sodann wird der Taststift 42 vom Punkt F aus in Richtung des Pfeils e bewegt, um ihn zum Punkt D auf
der Achse der Hauptspindel 23 zurückzuverbringen, worauf der Taststift 42 dort angeordnet wird. Wenn sich
der Taststift 42 nach Beginn seiner Bewegung in Richtung des Pfeiles e über eine Strecke von
(Δ X1 - DsIl) bewegt hat, verläßt der Außendurchmesserberührungspunkt
des Taststiftes 42 den Innendurchmesserberührungspunkt des Werkstückes W, der dem
vorerwähnten Innendurchmesserberührungspunkt gegenüberliegt In diesem Augenblick erzeugt die
Meßsignalerzengerschaltung 49 das zweite Signal, worauf mit Hilfe Jieses derart erzeugten zweiten
Signals die Steuerschaltung 58 bewirkt, daß der Zähler
59 mit dem Zählen der vom Skaleniesekopf 47 kommenden Impulse aufhört Demgemäß beträgt in
diesem Augenblick der Zählerstand des Zählers 59
{Δ Xi+Δ Ds/2)+(A Xt-ADsl2)=l ■ Δ Xi.
Es wird daher der Korrigierwert oder der Spielraum der abschließenden spanabhebenden Bearbeitung erhalten.
Sodann wird der Revolverdrehkopf 35 in eine vorbestimmte Lage zurückverbracht und der derart
berechnete und gezählte Korrigierwert in die Korrigierschaltung 62 eingegeben. Hierauf wird dann das
betreffende Endbearbeitungswerkzeug, beispielsweise das Werkzeug 38, durch entsprechendes Weiterdrehen
des Revolverdrehkopfes 35 in die Bearbeitungsstellung verbracht und der abschließende Dreh- bzw. Schneidvorgang
durchgeführt. In diesem Fall wird die Lage der Spitze des Werkzeuges 38 vor der Tätigkeit um den
Betrag von 2 -4X1 verstellt, weswegen die Sollabmessung
D 2 mit Genauigkeit erhalten werden kann.
Das Positionieren des Taststiftcs 42 an beispielsweise
den Punkten E und F wird nicht immer ganz genau durchgeführt, und zwar hauptsächlich deswegen, weil
sich die X-achsige Schraubspindel 34 aufgrund von erzeugter Wärme ausdehnt. Darüber hinaus wird auch
aufgrund von durch den Reitstock 22 erzeugter Wärme der Mittelpunkt des Werkstückes XV&us der Achse Sder
Hauptspindel 23 ausgelenkt. Bei der beschriebenen Vorrichtung bzw. bei der Durchführung des beschriebenen
Verfahrens wird jedoch der Meßwert (der abschließende Endbearbeitungsspielraum) durch diese
thermischen Verschiebungen bzw. Dehnungen nicht beeinflußt, was bedeutet, daß der Meßwert mit
Genauigkeit erhalten werden kann. Dies wird im folgenden anhand von Fig.4 näher erläutert. Aus
Gründen der Einfachheit wird hierbei der Wert Δ Ds zu Null angenommen.
Wie aus Fig.4 ersichtlich, wird in ähnlicher Weise
wie bei dem zuvor beschriebenen Vorgang der Taststiftkopf 40 derart bewegt, daß der Mittelpunkt O
des Taststiftes 42 sich am Punkt D auf der Achse S der Hauptspindel 23 befindet Zu diesem Zeitpunkt ist im
Zähler 59 der Wert Δ Ds= 0 eingestellt worden, und die
numerische Steuervorrichtung 31 leitet der Steuerschaltung 58 das Steuersignal zu, so daß die X-achsigen
Impulse oder die mittels der numerischen Steuervorrichtung 3t zum X-achsigen Impulsmotor 33 verteilten
Impulse gezählt werden. Sodann wird der Mittelpunkt O des Tatstiftes 42 in Richtung des Pfeiles c zum Punkt E
oder zur X-Koordinate (D2-Ds)l2 bewegt, so daß die
Außenseite des Taststiftes 42 in Berührung mit der Innenseite der zu messenden Bohrung (erwünschter
Innendurchmesser bzw. Solldurchmesser D 2) steht. In diesem Fall beträgt der Zählerstand des Zählers 59
unabhängig von der Positioniergenauigkeit (D 2 —Ds)-,
es wird jedoch angenommen, daß der Mittelpunkt Odes Taststiftes 42 am Punkt E\ aufgrund von Wärmedehnungen
oder dgL um die Strecke Δ MX vom Punkt E ausgeienkt ist Daraufhin wird die Steuerschaltung 58
derart instruiert, daß mit dem Zählen der Xachsigen Impulse aufgehört wird. Danach wird der Taststift 42 in
Richtung des Pfeiles d zum Punkt F, der dem Punkt E
diametral gegenüberliegt, oder zur X-Koordinate —(D2 — Ds)l2 bewegt und dort positioniert Wenn sich
der Taststift 42 nach dem Beginn seiner Bewegung über die Strecke (ΔΧΙ+Α Ml) bewegt hat, verläßt der
Taststift 42 das Werkstück W. In diesem Augenblick erzeugt die Meßsignalerzeugerschaltung 49 das Signal,
das der Steuerschaltung 58 angelegt wird. Demgemäß bewirkt die Steuerschaltung 58, daß der Zähler 59 im
gleichen Augenblick die vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse zählt Wenn das Positionieren des
Taststiftes 42 am Punkt F beendet ist, sollte sich der
iü Mittelpunkt O des Taststiftes 42 am Punkt F1 befinden,
der um die Strecke Δ M\ vom Punkt F entfernt ist. Es wird jedoch angenommen, daß sich der Mittelpunkt O
des Taststiftes 42 aufgrund von thermischen Dehnungen und dgl. am Punkt F2 befindet, der vom Punkt Fum die
Strecke Δ M2 entfernt ist, wobei in diesem Fall die
Anzahl der vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse dem Wert
[{(D2-Ds)-(A ΧΧ+Δ Mt)} + A Μ,+Δ M2]
entspricht, während der Zählerstand des Zählers 59 den
Wert
(Dl - Ds) - [j(D2 - Dx) -(1.Vl
IMl+ I M2] = ( I ΑΊ - I M2)
aufweist.
Sodann wird der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles e bewegt, so daß er zum Punkt D auf der Achse 5 der
Hauptspindel 23 zurückverbracht und dort positioniert wird. Wenn der Taststift 42 nach dem Beginn seiner
Bewegung über eine Strecke von (Δ X1 +AM2) bewegt
worden ist, verläßt er den Berührungspunkt des Werkstückes W, worauf die Meßsignalerzeugerschaltung
49 erneut das Signal erzeugt und die Steuerschaltung 58 bewirkt, daß der Zähler 59 mit dem Zählen der
vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse aufhört. Wenn demgemäß der Mittelpunkt O des Taststiftes 42
den Punkt D erreicht, weist der Zählerstand des Zählers 59 den Wert
(ΔΧί-Δ Μ2)+(Δ Χ\ +Δ Μ2) = 2 ■ AXX
auf, so daß dadurch die Korrigierdaten oder der abschließende Endbearbeitungsspielraum der spanabhebenden
Bearbeitung gegeben sind.
Im folgenden werden anhand von Fig.5 —10
abgewandelte Ausführungsformen des Taststiftkopfes 40' und der Meßsigiialerzeugerschaltung 49' beschrieben.
Wie aus F i g. 5 und 6 ersichtlich, ist im Endteil eines Gehäuses 70, das die Form eines Hohlzylinders aufweist,
eine Stange 71 derart vorgesehen, daß sie innerhalb eines kleinen Winkelbereichs um einen im Gehäusemitteiteii
vorgesehenen reibungslosen Zapfen 72 schwingen kann. Am Endteil der Stange 71 ist mittels einer
Schraube 74 ein Taststift 73 befestigt Die Endteile des Taststiftes 73 sind sphärisch ausgebildet und können an
einem zu messenden Gegenstand anschlagen. Am anderen Endteil der Stange 71 ist ein Berührungszapfen
75 befestigt, wobei der Berührungszapfen 75 und der Taststift 73 jeweils weitgehend denselben Abstand /zum
Zapfen 72 aufweisen, wie aus F i g. 5 ersichtlich. In der Nähe des Berührungszapfens 75 sind im Gehäuse 70
zwei Halteglieder 76, die beispielsweise aus Schraubenfedern gebildet sind, derart angeordnet, daß sie beide
Seiten der Stange 71 elastisch halten. Die von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte können
mittels in das Gehäuse 70 eingeschraubter Stellschrauben 76' jeweils derart eingestellt werden, daß die Achse
S' der Stange 71 mit der Achse m des Gehäuses 70
zusammenfällt. Am Endteil des Gehäuses 70 ist ein Deckel 78, der an seiner Endöffnung eine Kappe 77
aufweist, befestigt so daß sich Metallspäne oder dgl. nicht direkt um die Stange 71 wickeln können. Der
Taststift 73 ragt durch im Endteil des Deckels 78 vorgesehene kleine öffnungen 79 nach außen. Der
Durchmesser jeder kleinen öffnung 79 ist derart genahen, daß der Taststift 73 dann, wenn er verschoben
wird, nicht in Berührung mit der Bohrungswand 79 kommt An der Stange 71 ist in der Nähe des
Schwenkzapfens 72 für die Stange 71 ein weiches Dichtglied 80 vorgesehen, so daß Kühlmittel oder Staub
nicht in das Gehäuse 70 eindringen können. Die oben beschriebene Ausbildung bildet den ersten Taststiftabschnitt
81.
Es ist hierbei berücksichtigt, daß das oben beschriebene
weiche Dichtungsglied 80 die Stabilität des Berührungszapfens 75 beeinträchtigen kann; dabei ist
jedoch festzustellen, daß die Stabilität des Berührungszapfens 75 beträchtlich nieder sein kann, wie im
folgenden noch beschrieben. Das Ausmaß des Verschiebens des Taststiftes 73 in ΛΓ-Richtung beträgt nicht mehr
als ± 1 mm von der Achse m des Gehäuses 70, wobei in diesem Fall das Ausmaß der Verschiebung der Stange
71 in A"-Richtung nicht mehr als 0,15 mm an demjenigen
Punkt beträgt, an dem das weiche Dichtungsglied 80 angeordnet ist. Es wird daher die Anordnung des
weichen Dichtungsgliedes 80 die Stabilität des Berührungszapfens 75 nicht nennenswert beeinträchtigen,
weswegen auch die Meßgenauigkeit nicht nachteilig beeinflußt wird.
Andererseits ist aber auch in das hintere Endteil des Gehäuses 70 eine Isolierungsbüchse 82 eingepaßt, an
deren Endteil ein elastisches Element 83, beispielsweise eine Schraubenfeder, die keinerlei Berührungsteile und
Reibungsmechanismen aufweist, vorgesehen ist Das freie Endteil des elastischen Elementes 83 kann durch
eine aufgebrachte äußere Kraft bis zu einem Ausmaß von mehreren Millimetern in einer beliebigen der drei
Richtungen X, Z oder Y (senkrecht zur X-Z-Ebene)
elastisch verformt werden. Wenn diese äußere Kraft dann nicht mehr aufgebracht ist, kehrt das elastische
Element 83 schnell in seine Ausgangsstellung zurück. In der Stirnfläche des freien Endteils des elastischen
Elementes 83 ist, wie aus Fig. 7 ersichtlich, eine Eingriffsnut 85 vorgesehen, deren Breite etwa um einen
Millimeter größer ist als der Durchmesser D3 des
Berührungszapfens 75. Aus diesem Grand ist der Berührungszapfen 75 mit Spiel in die Eingrif.'snut 85
eingeführt Das bedeutet mit anderen Worten, daß dann, wenn die Stange 71 mit an ihren beiden Seiten
vorgesehenen Haltegliedern 76 elastisch in der neutralen Stellung gehalten ist, der Berührungszapfen 75 sich
in einer Zwischenstellung zwischen den Nutwänden 85a, 856 der Eingriffsnut 85 befindet und nicht in Berührung
mit der Eingriffsnut 85 steht
Die zuvor beschriebene Ausbildung bildet den zweiten Taststiftabschnitt 86.
Die Isolierungsbüchse 82 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Kunstharz oder dgl. gefertigt, während
die verbleibenden Elemente aus elektrisch leitenden Metallen bestehen. Es ist daher der erste Taststiftabschnitt
81 gegenüber dem zweiten Taststiftabschnitt 86 elektrisch isolier, sofern der Berührungszapfen 75 des
ersten Taststiftabschnitts 81 nicht durch eine Drehung der Stange 71 in Berührung mit der Eingriffsnut 85 des
zweiten Taststiftabschnittes 86 gebracht worden ist
Das Gehäuse 87 und ein Spannbolzen 84 sind über Leitungen 87 bzw. 88 mit der Meßsignalerzeugerschaltung
49' verbunden, wie aus F i g. 9 ersichtlich.
Diese Meßsignalerzeugerschaltung 49' wird im folgenden anhand von F i g. 9 und 10 näher erläutert.
Zwischen die Leitungen 87,88 sind ein Widerstand 89 und eine Spannungsquelle 90 in Reihe geschaltet Die
Verbindungsstelle H zwischen dem Widerstand 89 und der Leitung 88 liegt an 0 Volt (Null Volt), wenn der
Beriihrungszapfen 75 in Berührung mit der Eingriffsnut
75 gebracht worden ist, was bedeutet, daß die Leitungen
87,88 kurzgeschaltet sind, während diese Verbindungsstelle
H an Spannung liegt, d. h. also die Spannung der Spannungsquelle 90 — beispielsweise 5 V — aufweist,
wenn der Beriihrungszapfen 75 im Abstand zu den Wänden 85a, 856 der Eingriffsnut 85 liegt, d. h.
gegenüber diesen isoliert ist Die jeweils beobachtete Signalübertragung, wenn der Beriihrungszapfen 75 in
Berührung mit der Eingriffsnut 85 gebracht bzw. von dieser freikommt, wird unter Bezugnahme auf die
Zeitdiagramme gemäß Fig. 10 näher erläutert, wobei jeweils angenommen wird, daß zu den Zeitpunkten ii
und ft der Beriihrungszapfen 75 in Berührung mit der Eingriffsnut 85 gebracht wird, während zu den
Zeitpunkten fe und U der Beriihrungszapfen 75 von der Nut 85 freikommt, d. h. deren Wände 85a, 856 nicht
berührt. Hierbei findet an der Verbindungsstelle H während eines Zeitraums von einigen Zehnerwerten
von Millisekunden unmittelbar nach den Ein- bzw. Ausschaltvorgängen zu den Zeitpunkten fi, f2, f3 und U
ein Kontaktratterphänomen statt, und zwar in ähnlicher Weise wie im Fall der gewöhnlichen elektrischen
Kontakteinrichtungen (siehe den Zeitablauf 92). Danach beträgt jeweils die Spannung einer Verbindungsstelle H
0 Volt, wenn der Beriihrungszapfen 75 die Eingriffsnut 85 berührt, und 5 Volt, wenn der Berührungszapfen 75
außer Eingriff mit den Nutwänden 85a, 856 steht. Das in der Zeitkurve 92 gezeigte Signal einschließlich des
Ratterns wird einer Rattereliminierschaltung 93 zugeleitet.die
ihrerseits das Signal in ein Rechteckwellensignal gemäß der Zeitkurve 94 umformt, das einer Gattersignalschaltung
95 (siehe Fig.9) zugeführt wird. Diese
Gattersignalschaltung 95 arbeitet derart, daß sie ihr Ausgangssignal jedesmal dann umkehrt bzw. ändert,
wenn sich der Wert des Rechteckwellenausgangssignals
der Ratterehminierschaltung 93 von 0 Volt auf 5 Voll
ändert, so daß dadurch ein Signal gemäß der Zeitkurve 96 ausgegeben wird. Bei diesem Signal wird unmittelbai
nach dem Augenblick t2 der Wert von 5 Volt erreicht
wobei dieser Zustand bis zum nächsten Zeitpunkt t unverändert beibehalten wird und sich schließlich dieser
Signalwert unmittelbar nach dem Zeitpunkt £» zum Wen
von 0 Volt ändert
An dieser Stelle könnte in Betracht gezogen werden daß die Berührungsflächen zwischen Beriihrungszapfen
75 und Eingriffsnut 85 beschädigt werden könnten, und zwar durch eine sich aufgrund eines dielektrischer
Spannungsdurchschlages ergebende elektrische Entladung, die unmittelbar vor dem Inberührungbringer
dieser Elemente erzeugt wird, was zur Folge hätte, daC
die Meßgenauigkeit verringert würde. Der erforderliche
Strom ist jedoch durch die Spannungsquelle 90 und der Widerstand 89 bestimmt, wobei ein Strom von einigen
Zehnerwerten Milliampere zu diesem Zweck ausreichend ist Hierbei ist bekannt, daß ein Strom, der kleiner
als 40OmA ist, den Berührungsflächen keinerlei
aufgrund von Entladungseffekten herrührende Beschädigung zufügt und demgemäß auch die Meßgenauigkeil
nicht absenkt
Die Arbeitsweise des Taststiftkopfes 40' wird im folgenden anhand von F i g. 8 beschrieben.
In ähnlicher Weise wie beim konventionellen Taststiftkopf ist auch der Taststiftkopf 40' an der
Werkzeughaltefläche des Revolverdrehkopfes festgelegt,
und es kann der Taststift 73 an zwei Punkte P3 und
Λ innerhalb einer zu messenden Bohrung des Werkstückes W anschlagen, wobei diese beiden Punkte P3, Pa
diametral in X- Richtung einander gegenüberliegen.
Wie aus F i g. 8(a) ersichtlich, schlägt der Taststift 73
zuerst nicht an den Meßpunkt des zu messenden Werkstückes W an, und es steht auch der Beriihrungszapfen
75 nicht in Berührung mit der Eingriffsnut 85. Sodann wird der Taststift 73 zuerst veranlaßt, den Punkt
P3 der Bohrung im Werkstück W zu berühren. Das hat
zur Folge, daß die Stange 71 gegen die Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte
geringfügig im Uhrzeigergegensinn um den Zapfen 72 verschwenkt wird, wodurch der Beriihrungszapfen 75 in
Berührung mit der einen Nutwand 85a der Eingriffsnut
85 gebracht wird. Es ist daher der erste Taststiftabschnitt 81 mit dem zweiten Taststiftabschnitt 86
elektrisch verbunden, so daß das Potential an der Verbindungsstelle H in der Meßsignalerzeugerschaltung
49' den Wert =0 Volt erhält und der Augenblick, in dem der Beriihrungszapfen 75 in Berührung mit der
Nutwand 85a kommt, gemessen wird (dies ist der Zeitpunkt fi auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10).
Sodann wird der Taststift 73 von dem Punkt P3 des
Werkstückes W wegbewegt und in Berührung mit dem anderen Werkstückpunkt P4 gebracht, wie aus F i g. 8(c)
ersichtlich. Das hat zur Folge, daß die Stange 71 gegen die Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten
elastischen Kräfte geringfügig im Uhrzeigersinn um den Zapfen 72 verschwenkt und daher der Beriihrungszapfen
75 in Berührung mit der anderen Nutwand 85έ gebracht wird. Demgemäß wird der erste Taststiftabschnitt
81 elektrisch mit dem zweiten Taststiftabschnitt
86 verbunden, und es erhält das Potential an der Verbindungsgelle Hin der Meßsignalerzeugerschaltung
49' den Wert = 0 Volt. Aus diesem Grund wird der Augenblick, in dem der Berührungszapfen 75 in
Berührung mit der anderen Nutwand 856 kommt (das ist der Zeitpunkt h auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10),
gemessen. Danach wird der Taststift 73 vom anderen
Punkt Pt des Werkstückes W wegbewegt, so daß er sich
wieder im Anfangsstadiuin gemäß F i g. 8(a) befindet
Wenn der Zustand des Tast :dftes 73 aus demjenigen
gemäß F i g. 8(b) in denjenigen gemäß F i g. 8(c), d. h. in
den Zustand gemäß F i g. 8(d), verbracht wird, wird der
Taststift 73 mit Hilfe der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte gegen den einen Punkt P3
des Werkstückes W angeschlagen, wobei in diesem Fall der Taststift 73 gegen diesen Punkt P3 eine Anschlagkraft von etwa 100-20Og ausübt Wenn der Taststift 73
in diesem Zustand den Punkt P3 des Werkstückes W
wieder verläßt, wird die im Uhrzeigergegensinn verschwenkte Stange 71 um den Zapfen 72 verschwenkt
und kehrt unter der Wirkung der von den Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte in ihre neutrale
Stellung zurück, weswegen auch der Berührungszapfen 75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt Das hat zur
Folge, daß die elektrische Verbindung zwischen dem ersten Taststiftabschnitt 81 und dem zweiten Taststiftabschnitt 86 unterbrochen und das Potential an der
Verbindungsstelle H in der Meßsignalerzeugerschaltung 49' auf den Wert von 5 Volt angehoben wird. Es
wird daher derjenige Augenblick gemessen, zu dem der Kontaktstift 75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt
(das ist der Zeitpunkt f2 auf der Zeitachse 91 gemäß
Fig. 10).
Wenn sich der Zustand des Taststiftes 73 aus demjenigen gemäß Fig.8(c) in denjenigen gemäß
F i g. 8(a) oder in den Zsutand gemäß F i g. 8(e) ändert, wird der Taststift 73 unter der Wirkung der von den
Haltegliedern 76 ausgeübten elastischen Kräfte gegen den anderen Punkt Pa des Werkstückes W angeschlagen, wobei in diesem Fall der Taststift 73 ebenfalls
dieselbe Anschlagkraft von etwa 100-200 ρ gegen den
Punkt Pi ausübt Wenn der in diesem Zustand befindliche Taststift 73 von dem Punkt P4 des
Werkstückes W freikommt, wird die im Uhrzeigersinn
verdrehte Stange 71 um den Zapfen 72 verschwenkt und kehrt unter der Wirkung der von den Haltegliedern 76
ausgeübten elastischen Kräfte in ihre neutrale Stellung zurück, weswegen auch der Kontaktstift 75 von der
anderen Wand 856 der Nut 85 freikommt Das hat zur Folge, daß die elektrische Verbindung zwischen dem
ersten Taststiftabschnitt 81 und dem zwiten Taststiftabschnitt 86 unterbrochen und das Potential an der
Verbindungsstelle H in der Meßsignalerzeugerschaltung 49' auf den Wert von 5 Volt angehoben wird. Es
wird daher derjenige Augenblick gemessen, zu dem der Kontaktstift 75 von der anderen Wand 856 der Nut 85
freikommt (das ist der Zeitpunkt ti auf der Zeitachse 91
gemäß F ig. 10}
Wie erläutert, wird der Taststift 73 abwechselnd gegen die diametral in X-Richtung einander gegenüberliegenden beiden Punkte P3, Pa innerhalb der zu
messenden Bohrung des Werkstückes W angeschlagen. Es kann daher durch die Meßsignalerzeugerschaltung
49' der Augenblick, indem der Kontaktstift 75 die Eingriffsnut 85 verläßt bzw. von deren einer Wand
freikommt, gemessen werden, und es kann außerdem
ι ο der Zeitraum vom Zeitpunkt fe. zu dem der Kontaktstift
75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt bis zum Zeitpunkt t«, an dem der Kontaktstift 75 die andeie
Wand 856 der Nut 85 freiläßt, anhand der Ausgangssignale der in der Meßsignalerzeugerschaltung 49'
is vorgesehenen Gattersignalschaltung 95 gemessen werden. Das Ausmaß der Bewegung des Querschlittens
oder des Taststiftkopfes 40' während dieses Zeitraums wird ständig durch die Linearskala 46 überwacht; dies
bedeutet, daß das Ausmaß der Bewegung des
Querschlittens oder des Taststiftkopfes 40' während des
Zeitraumes vom Zeitpunkt, zu dem der Taststift 73 den Punkt P3 des Werkstückes Wverläßt, bis zum Zeitpunkt
an dem der Taststift 73 den Punkt P4 verläßt, durch die
Linearskala 46 gezählt wird.
Sowohl die Stange 71 des ersten Taststiftabschnittes 81 als auch das elastische Element 83 des zweiten
Taststiftabschnittes 86 weisen ihre eigene Stabilität auf, so daß sie in der erläuterten Weise selbst in die neutrale
Stellung zurückkehren. Im folgenden wird die Genauig
keit dieser Stabilität näher erläutert Hinsichtlich der
Stange 71 kann nur schwer eine hohe Stabilitätsgenauigkeit erwartet werden, da der Zapfen 72 der Stange 71
einen gewissen Reibungswiderstand ausübt und das weiche Dichtungsmaterial 80 einen weiteren, die
Stabilität beeinträchtigenden Faktor darstellt Die Stabilitätsgenauigkeit der Stange 71 kann jedoch gering,
beispielsweise 03 mm oder weniger sein, da in diesem
Zusammenhang lediglich gefordert wird, daß dann, wenn die Stange 71 in ihre neutrale Stellung
zurückkehrt, der Kontaktstift 75 sich nicht in Berührung mit den beiden Wänden 85a, 856 der Eingriffsnut 85
befindet und daß der Unterschied (L- D3) zwischen der
Breite L der Eingriffsnut 85 und dem Durchmesser D3
des Kontaktstiftes 75 konstant ist Andererseits ist die
Stabilitätsgenauigkeit des elastischen Elementes 83
außerordentlich hoch, und zwar weniger als 1 μ, da es die Form einer Schraubenfeder, das keinerlei Reibungsmechanismen besitzt, aufweist Es ist daher die
Stabilitätsgenauigkeit des elastischen Elementes 83 im
allgemeinen ausreichend.
Claims (8)
1. Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine, bei dem nach
der Eingabe der Abmessungen eines Meßkopfes und der Sollabmessung eines zu bearbeitenden Werkstückes
in eine numerische Steuereinrichtung der Meßkopf unter numerischer Steuerung abwechselnd
in Berührung mit zwei gegenüberliegenden Punkten an einem zu messenden Werkstück gebracht, das
Ausmaß der Abweichung des Werkstückes in einer Vergleichseinrichtung mit einem Sollwert verglichen
und in einer Recheneinheit die erforderliche Wegstellgröße berechnet wird, die dann der
numerischen Steuereinrichtung zugeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßkopf
ein Taststiftkopf verwendet wird und daß das Ausmaß der Bewegung des Taststiftkopfes während
des Zeitraumes von dem Zeitpunkt, in dem der Taststift den einen der beiden Punkte des Werkstükkes
verläßt, bis zum Zeitpunkt, in dem der Taststift den anderen Punkt des Werkstückes verläßt,
gemessen wird, indem durch eine digitale Meßeinrichtung eine Meßimpulskette gezählt wird, die als
Istwert in die Vergleichseinrichtung eingegeben wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer numerischen Steuereinrichtung
für einen an einem Schlitten der Werkzeugmaschine angeordneten Meßkopf und einer Vergleichseinrichtung
zum Vergleich der vom Meßkopf gemessenen Werkzeuglageistwerte mit in der Steuereinrichtung vorgesehenen Istwerten, gekennzeichnet
durch einen als Meßkopf dienenden Taststiftkopf (40,40'), der einen mit dem Werkstück
(W) in Berührung bringbaren sowie hiervon weg bewegbaren Taststift (42, 73) aufweist, eine digitale
Meßeinrichtung (46, 47) zum Erzeugen einer Meßimpulskette in Abhängigkeit vom Ausmaß der
Bewegung des Taststiftes, eine Meßsignalerzeugerschaliung (49, 49') zum wahlweise Erzeugen eines
Meßstartsignals und eines Meßstopsignals beim Verlassen des Taststiftes vom Werkstück, eine
Steuerschatung (58), die mit der digitalen Meßeinrichtung (46, 47) verbunden ist und auf diese derart
einwirkt, daß die Meßeinrichtung beim Empfang des Meßstartsignals mit der Ausgabe der Meßimpulskette
beginnt und beim Empfang des Meßstopsignals mit der Ausgabe der Meßimpulskette aufhört, und
einen Zähler (59), in den mittels der Steuerschaltung (58) die Abmessungen des Taststiftes (42,73) und die
Sollabmessung des Werkstückes (W) eingebbar sind und der derart betätigbar ist, daß er zum Erzielen
eines Zählwertes die von der Steuerschaltung (58) -,5
ausgegebene Meßimpulskette zählt und aus diesem Zählwert, den Abmessungen des Taststiftes (42, 73)
und den Sollabmessungen des Werkstückes (W) einen der Werkzeugve; stellung dienenden Korrigierwert
berechnet. wi
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (59) mit einer die
Werkzeuglage verstellenden Korrigierschaltung (62) verbunden ist, die in der numerischen Steuereinrichtung
(31) vorgesehen ist, und daß in der e>> numerischen Steuereinrichtung (31) einerseits der
Unterschied zwischen der durch den Zähler (59) erhaltenen Istabmessung des Werkstückes (W) und
dessen Sollabmessung in die Korrigierschaltung (62) eingebbar ist, um die für das Ausmaß der Bewegung
des betreffenden Werkzeuges (38 bzw. 39) repräsentative, vorab programmierte numerische Information
zu kompensieren, und andererseits beim abschließenden Bearbeitungsprozeß des Werkstükkes
(W) die Lage des vorderen Endes des Werkzeuges (38 bzw. 39) automatisch im Ausmaß
des Unterschiedes verstellbar ist
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststiftkopf (40) mit einem
Taststift (42) aus elektrisch leitendem, unmagnetischem Material in Form einer keine reibungserzeugenden
Teile aufweisenden Schraubenfeder versehen ist
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taststiftkopf (40') zwei Taststiftabschnitte
(81, 86) aufweist, von denen der erste Taststiftabschnitt (81) mit einer am vorderen Ende
den Taststift (73) und am hinteren Ende einen Kontaktzapfen (75) tragenden Stange (71) versehen
ist, die an ihrem Mittelteil gegenüber einem Gehäuse (70) drehbar gelagert und in ihrer neutralen Stellung
durch Halteglieder (76) gehalten ist, während der zweite Taststiftabschnitt (86) ein am Gehäuse (70)
insbesondere mitteis einer Isolierungsbüchse (82) befestigtes elastisches Element (83) aufweist, das
eine Eingriffsnut (85) zum unter Spiel erfolgenden Eingriff mit dem Kontaktzapfen (75) besitzt, wobei
beim Anschlagen des Taststiftes (73) an das Werkstück (W) die Stange (71) gegen die von den
Haltegliedern (76) ausgeübte Kraft drehbar und der Kontaktzapfen (75) in Berührung mit der Eingriffsnut (85) bringbar ist, um den ersten Taststiftabschnitt
(81) elektrisch mit dem zweiten Taststiftabschnitt (86) zu verbinden, während beim Entfernen des
Taststiftes (73) vom Werstück (W^die Stange (71) in
ihre neutrale Stellung zurückbringbar und der Kontal'.tzapfen (75) außer Eingriff mit der Eingriffsnut (85) bringbar ist, um die elektrische Verbindung
zwischen den beiden Taststiftabschnitten zu unterbrechen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Taststiftabschnitte (81, 86)
durch das Gehäuse (70) überdeckt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignalerzeugeischaltung (49)
eine Schalteinrichtung (50, 51, 52), die beim Inberührungbringen des Taststiftes (42, 73) mit dem
Werkstück (W) sowie beim Wegbewegen hiervon betätigbar ist, und eine Logikschaltung (57) aufweist,
um wahlweise das Meßstartsignal und das Meßstopsignal in Abhängigkeit von der beim Wegbewegen
des Taststiftes (42, 73) vom Werkstück (W) durchgeführten Tätigkeit der Schalteinrichtung (50,
51,52) zu erzeugen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Logikschaltung (57) eine Ratter-Eliminierschaltung
(93), um das durch die Tätigkeit der Schalteinrichtung (50, 51, 52) erzeugte Rattern
zu beseitigen und eine Wellenform auszubilden, sowie eine Gatter-Signalschaltung (95) aufweist, die
ein Signal von der Ratter-Eliminierschaltung (93) erhält und mit Hilfe eines dem Wegbewegen des
Taststiftes (42, 73) vom Werkstück (W)entsprechenden Signals ihr eigenes Ausgangssignal ändert.
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