DE2754732C3

DE2754732C3 - Automatisches Meßverfahren für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2754732C3
Application number: DE2754732A
Authority: DE
Inventors: Tamotsu Sagamihara Kanagawa Yamamoto
Original assignee: Ikegai Corp
Current assignee: Ikegai Corp
Priority date: 1976-12-08
Filing date: 1977-12-08
Publication date: 1986-04-17
Also published as: DE2754732B2; US4195250A; DE2754732A1

Description

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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. Dieser in der US-PS 38 40 994 der Anmelderin beschriebene Stand der Technik wird im folgenden anhand von F i g. 11 kurz erläutert.

Am Querschlitten 1 einer numerisch gesteuerten Revolverdrehbank ist ein Taststift-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 Querschiiiiefi 1 wird uürcn impUisrnGiorcn -*, -» uS-wegt, die in Abhängigkeit von einer numerischen Information angetrieben werden, wobei diese numerische Information in eine numerische Steuervorrichtung 3 eingegeben wird, so daß zwei Sensoren 6, 7 des Different!- altransformertyps, die an dem in der Meßstellung A befindlichen Meßkopf 2 vorgesehen sind, wechselweise mit zwei Punkten P₁, P₂ in Berührung kommen können. Diese beiden Punkte P₁, P₂ liegen einander gegenüber, und zwar an einem zu messenden Durchmesser eines Werkstückes 9, das am Ende der Hauptspindel der Drehbank durch ein Spannfutter 8 gehalten ist. Auf diese Weise können die Abweichungen des Werkstückes 9 gegenüber den gewünschten Endabmessungep, 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.

Anstelle analoger Differentialtransformatoren können auch digital arbeitende Meßwertumformer und Digitalrechner verwendet wenden wodurch der A/D-Wandler entfallen kann (Sp. 5, Z. 5-10 der US-PS 38 40 994).

Ferner ist aus der DE-AS 14 77 726 bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen ein rein digital arbeitendes Meßverfahren bekannt, das mit Meßtastern, wegabhängigen Impulsketten und Zählern arbeitet.

Aus der oben beschriebenen automatischen Meßvorrichtung wird deutlich, daß die beiden Taststifte, d. h. die

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55 Sensoren 6, 7 des Differentialtransformertyps, wechselweise mit den am einschlägigen Durchmesser des Werkstückes 9 einander gegenüberliegenden beiden Punkten Pi, P₂ in Berührung gebracht werden, wobei der Mittelwert der Abweichungen zwischen dem Sollwert und dem durch die 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.

Eine 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 Pos^; «jniergenauigkeit, d. h. auch die Meßgerräuigkeii, dem Ει,ιΡο'-Q der Wärme, die durch die zum Bewtgen des Querschlittens 1 vorgesehenen Impulsmotoren 4, 5 erzeugt wird, sowie der Zickzackbewegung des Querschlittens 1 unterworren.

Da weiterhin beim Meßkopf 2 die Sensoren 6, 7 des Differentialtransformertyps zur Anwendung gelangen, wird dieser Meßkopf 2 durch seinen Berührungsdruck, der auf das Werkstück 9 aufgebracht wird, elastisch verformt. Darüber hinaus ist es unmöglich, mit der beschriebenen automatischen Meßvorrichtung den Durchmesser 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 Genauigkeit gemessen werden können und sich die Bearbeitung mit hohvr Präzision durchführen läßt. Bei der zu schaffenden automatischen Meßvorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sol! die Messung durch die Positioniergenauigkeit des Taststiftkopfes und durch dessen Bewegungsungenauigkeiten, insbesondere aufgrund von Wärmedehnungen nicht beeinflußt werden, so daß sich die Messung mit hoher Genauigkeit durchführen läßt.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem Kennzeichen der Ansprüche 1 bzw. 2.

Bei dem erfindungsgsmäßen Verfahren wird die J/ess.iif nicht mehr durch die Positioniergenauigkeit der numerisch gesteueten Werkzeugmaschine und durch die Verschiebung irgendeines zu messenden Teils des Werkstückes beeinflußt. Das bedeutet, daß die jeweiligen Istab.nessungen mit hoher Genauigkeit gemessen werden können und daß die Bearbeitung mit hoher Präzision durchgeführt werden kann.

Da bei eier 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 des Zeitraumes vom Zeitpunkt, zu dem der Taststifi 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, "snissscn wird. Es wird Hahpr 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 kompiliert 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 Voneil, 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 den« Werkstück kommt und dieses wieder verläßt, geöffnet und geschlossen wird, weswegen die Messung selbst dann durchgeführt werden kann, wenn das Werkstück aus elektrisch nichtleitendem 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 IS 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 nuiTiSrisch **ssteuerteji ^^ericzeu^QfiiiESch'ⁿ'^:* vnr. liegt,

F i g. 5 eine Ausfühungsform des Taststiftkopfes in horizontalem Schnitt

F i g. 6 in vertikalem Schnitt und Fig.7 im Querschnitt gemäß Linie VII-VII nach Fig.5.

Fig.8(a)—(e) eine schematische Darstellung zur Tätigkeit des Taststiftkopfes gemäß Fig.5 in der

Fig.9 ein Blockdiagramm eines abgewandelten Meßsignalerzeugerkreises,

Fig. 10 im Diagramm die Zeitablauffolge zur Erläuterung der Signalübertragung im Meßsignalerzeugerkreis gemäß F i g. 9 und

F i g. 11 schematisch ein Ausführungsbeispiel einer bei einer numerisch gesteuerten Revolverdrehbank zur Anwendung gelangenden bekannten automatischen MeBvorrichtung.

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 vorderen 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 Führuns,26 angeordnet ist Auf der Oberseite des Supportes 2/ 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 »AT-Richtung« bezeichnet) einen 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 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-R;chtung bewegt werden kann. Am oberen Ende des Supportes 27 gemäß F i g. 1 ist ein X-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 versetzt, um dadurch eine Ä"-achsige Schraubspindel 34 ;in den Querschlitten 29 hineinzuverschrauben und [letzteren damit in ^Richtung zu bewegen. Am Querschlitten 29 ist weiterhin an einer vorbestimmten .-Stelle oin Revolverkopf 35 vorgesehen, der jeweils Ijdadurch' in Abhängigkeit von einem Steuersignal der "!numerischen Steuervorrichtung 31 schrittweise weiter-' geschaltet 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 Revolverkopr*»c ^i **"R Tsststiftko"f 40 vorgesehen an dessen Hnde 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 X-Richtung, in Z-Richtung und in einer senkrecht zur Af-Z-Ebene verlaufenden Richtung (im folgenden als » V-Richtung« bezeichnet) elastisch verfcrmt 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 ΛΓ-Richtung verlängert ist Am Querschlitten 29 ist ein Skaleniesekopf 47 befestigt, der sich zum Ablesen der Skala 46 entlang dieser Linearskala 46 bewegen kann, um hierdurch entsprechend dem Ausmaß der in .^-Richtung erfolgenden Bewegung des Querschlittens 29, & h. des Taststiftkopfes 40, eine Impulskette zu erzeugen. Es ist daher aus der Linearskala 46 und dem Skaleniesekopf 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 Verbindumgs- 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 F i g. 1 ersichtlich, empfängt eine vorgesehene Steuerschaltung 58 das Signal vom Meßsignalerzeugerkreis 49, das Steuersignal von der numerischen. Steuervorrichtung 31, die Impulskette vom X-achsigen Impulsmotor 33 und die Impulskeilte vom Skaleniesekopf 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 Außensignals 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 verstellende 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 Meßsignalerzeugerschaltung 49. die Steuerschaltung 58, den Zähler 59 einschließlich des Digitalschalters 60 durch die Anzeigeeinheit 61 gebildet

Die numerische Steuervorrichtung 31 verteilt an den .ΛΓ-achsigen Impulsmotor 33 und den Z-achsigen Impulsmotor 30 Impulse, um den Revolverkopf 35 in Abhängigkeit von einer numerischen Information zu bewegen, die beispielsweise mittels eines Lochstreifens von außen eingegeben 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 Start und Stop des Zählens der dem X-achsigen Impulsmotor 33 zugeleiteten Impulse auszugeben.

Die beschriebene Vorrichtung funktioniert folgendermaßen:

Zuerst sei anhand von F i g. 3 die Tätigkeit für den Fall 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 Werkzeugverstelhmg dienende Korrigierdlaten 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 D₂ ein Programm einprogrammiert, und es wurden diese Daten als numerische Information ' mittels beispielsweise eines Lochstreifens der numerischen Steuervorrichtung 31 zugeleitet, wobei die 'Impulsverteilung zu dem X-achsigen Impulsmotor 33 und zu dem Z-cchsigen 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 J'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

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festgelegte Außendurchmesser, während dann, wenn der tatsächliche Außendurchmesser größer ist, -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 weitergedreht 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 +id Ds(unter der Annahme, daß der tatsächliche Außendurchmesser des Taststiftes 42 kleiner ist als dessen festgelegter bzw. bestimmter Aijßendurchmesser). Sodann wird die Imnulxverteilung zum X-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 a (siehe F i g. 3) bewegt wird, so daß dessen Mittelpunkt O zum Punkt C auf der Achse S 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 X-achsigen Impulse, d. h. die mittels der numerischen Steuervorrichtung 31 zum X"-achsigen Impulsmotor 33 verteilten Impulse, gezählt werden. Danach wird der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 zum Punkt £oder der Λ-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 abschlie-

ID ßenden spanabhebenden Bearbeitung elastisch verformt und im Ruhezustand gehalten.

Im allgemeinen wird ein Durchmesserwertinstruiorsystem für die Bewegung in X-Richtung der numerisch gesteuerten Drehbank verwendet, wobei der kleinste Bewegungszuwachs in X-Richtung V2 des kleinsten Bewegungszuwachses in Z-Richtung beträgt Wenn die Instruierung derart erfolgt, daß beispielsweise eine Bewegung über die Strecke Dx erfolgen soll, beträgt das Ausmaß der Bewegung Dx/2, 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+(D 2 -Ds), wodurch ein dem Sollwert D 2 entsprechender Wert im Zähler 59 eingestellt ist Nunmehr erfolgt eine Instruktion derart daß der Vorgang des Zählens der X-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 -(D2-Ds)l2 bewegt. Wenn der Taststift 42 — unter der Annahme, daß der tatsächliche Innendurchmesser unmittelbar vor der abschließenden spanabhebenden Bearbeitung Di beträgt und der abschließende Radiusspielraum der spanabhebenden Bearbeitung Δ Xi beträgt — nach dem Beginn seiner Bewegung in Richtung des Pfeils d über eine Strecke von (Δ Xi-Δ Ds/2) bewegt ist, verläßt der Außendurchmesserberührungspunkt des Taststiftes 42 den Innendurchmesserberührungsnunkt des Werkstückes W, wobei gleichzeitig die Meßsignalerzeugerschaltung 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 Skaleniesekopf 47 vorgesehen sind, bevor der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 den Punkt F erreicht, entspricht

{{D2- Ds)-[A Xi-Δ Ds/2)}.

Demgemäß beträgt der Stand des Zählers 59 zu diesem Zeitpunkt

i Δ Ds+ [Dl- Ds)) - {(D2 - Dj) - (A Xl - ,1 Dsß)} = (J Xl + Δ Dsf2).

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 - Ds/2) bewegt hat, verläßt der Außendurchmesserberührungspunkt des Taststiftes 42 den Innendurchmesserberührungspunkt des Werkstückes W, der dem vorerwähnten Innendurchmesserberührungspunkt gegenüberliegt. In diesem Augenblick erzeugt die Meßsignalerzeugerschaltung 49 das zweite Signal, worauf mit Hilfe dieses derart erzeugten zweiten Signals die Steuerschaltung 58 bewirkt, daß der Zähler 59 mit dem Zählen der vom Skalenlesekopf 47 kommenden Impulse aufhört Demgemäß beträgt in diesem Augenblick der Zählerstand des Zählers 59

(Δ Xi+Δ Ds/2)+(A Xi-ADs/2)=2 - 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 Tipitze des Werkzeuges 38 vor der Tätigkeit um den Betrag von 2 · Δ X1 verstellt, weswegen die Sollabmessung D 2 mit Genauigkeit erhalten werden kann.

Das Positionieren des Taststiftes 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 JVaus der Achse S der Hauptspindel 23 ausgelenkt. Bei der beschriebenen Vorrichtung bz'V. 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 F i g. 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 5 der Hauptspindel 23 befindet Zu diesem Zeitpunkt ist im Zähler 59 der Wert Δ Ds=O 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 31 zum AT-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)/2 bewegt so daß die

ίο

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 (D2-Ds); es wird jedoch angenommen, daß der Mittelpunkt Odes Taststiftes 42 am Punkt E\ aufgrund von Wärmedehnungen oder dgl. um die Strecke Δ Mi vom Punkt E ausgelenkt 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 A"-Koordinate + ■(D2 — Ds)/2 bewegt und dort positioniert Wenn sich der Taststift 42 nach dem Beginn seiner Bewegung über die Strecke (ΔΧ t+Δ MI.) bewegt hat, verläßt dei 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 Skaleniesekopf 47 kommenden Impulse zählt Wenn das Positionieren des Taststiftes 42 am Punkt F beendet ist, sollte sich der Mittelpunkt O des Taststiftes 42 am Punkt Fi 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 F um die Strecke Δ Ai₂ entfernt ist, wobei in diesem Fall die Anzahl der vom Skaleniesekopf 47 kommenden Impulse dem Wert

[\{D2-Ds)-[A Χ\+Δ

Mi+Δ M₂]

entspricht während der Zählerstand des Zählers 59 den Wert

(D2 - Dx) - [\{D2 - Ds) - (1 ΛΊ + .1Ml)I + 1 Ml + 1 M 2] = (J ΛΊ - 1 /W2)

aufweist

Sodann wird der Taststift 42 in Richtung des Pfeiles e bewegt so daß er zum Punkt D auf der Achse S der Hauptspindel 23 zurückverbracht und dort positioniert wird. Wenn der Taststift 42 nach dem Beginn seiner Bewegung über eine Strecke von (Δ X\ +ΔΜ2) 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 Skaleniesekopf 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 Xx +Δ M₂)=2 ■ ΔΧί

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 Meßsignalerzeugerschaltung 49' beschrieben.

Wie aus F i g. 5 und 6 ersichtlich, äst 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 Gehäusemittelteil vorgesehener, 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 BerührungsTi-pfen 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 ■? 5' 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 MetaUspäne 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 gehalten, 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 Hen prstpn TsctctiftoK..

schnitt 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 Berühnings-Zapfens 75 beträchtlich nieder sein kann, wie im folgenden noch beschrieben. Das Ausmaß des Verschiebens des Taststiftes 73 in ^-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 X- 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 Isoüerungsbüchse 82 eingepaßt, an deren Endteil ein elastisches Element 83, beispielsweise eine Schraubenfeder, die keinerlei Berührungsiefle 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 ΛΓ-Z-Ebene) elastisch verformt werden. Wenn diese äußere Kraft d^nn 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 Grund ist der Berührungszapfen 75 mit Spiel in die Eingriffsnut 85 eingeführt. Das bedeutet nut 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, 85b 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 üer 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 Berührungszapfen 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 Berührungszapfen 75 im Abstand zu den Wänden 85a, SSb der Eingriffsnut 85 liegt d.h. gegenüber diesen isoliert ist Die jeweils beobachtete Signalübertragung, wenn der Berührungszapfen 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 fi und f3 der Berührungszapfen 75 in Berührung mit der Eingriffsnut 85 gebracht wird, wählend zu den Zeitpunkten fz und U der Berührungszapfen 75 von der Nut 85 freikommt d.h. deren Wände 85a, &5b 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, fi i3 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 Berührungszapfen 75 die Eingriffsnut 85 berührt, und 5 Volt, wenn der Berührur.gszapfen 75 außer Eingriff mit den Nutwänden 85a, 85ö steht Das in der Zeitkurve 92 gezeigte Signal einschließlich des Ratterns wird einer Rattereliminierschaltung 93 zugeleitetdie ihrerseits das Signal in ein Rechteckwellensignal gemäß der Zeitkurve 94 umformt das einer Gattersignalschaltung 95 (siehe Fig.9) zugeführt wird. Diese Gattersignalschakung 95 arbeitet derart, daß sie ihr Ausgangssignal jedesmal dann umkehrt bzw. ändert wenn sich der Wert des Rechteckwellenausgangssignals der Rattereliminierschaltung 93 von 0 Volt auf 5 Volt ändert, so daß dadurch ein Signal gemäß der Zeitkurve Ö6 ausgegeben wird. Bei diesem Signa! wird unmittelbar nach dem Augenblick h der Wert von 5 Volt erreicht wobei dieser Zustand bis zum nächsten Zeitpunkt U unverändert beibehalten wird und sich schließlich dieser Signalwert unmittelbar nach dem Zeitpunkt U zum Wert von 0 Volt ändert

An dieser Stelle könnte in Betracht gezogen werden, daß die Berührungsflächen zwischen Berührungszapfen 75 und Eingriffsnut 85 beschädigt werden könnten, und zwar durch eine sich aufgrund eines dielektrischen Spannungsdurchschlages ergebende elektrische Entladung, die unmittelbar vor dem Inberührungbringen dieser Elemente erzeugt wird, was zur Folge hätte, daß die Meßgenauigkeit verringert würde. Der erforderliche Strom ist jedoch durch die Spannungsquelle 90 und den 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 Meßgenauigkeit 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 festge-

6n legt, und es kann der Taststift 73 an zwei Punkte Pj und P* innerhalb einer zu messenden Bohrung des Werkstückes W anschlagen, wobei diese beiden Punkte ft, Pa diametral in ^-Richtung einander gegenüberliegen.
Wie aus F i g. 8(a) ersichtlich, schlägt der Taststift 73

i»5 zuerst nicht an den Meßpunkt des zu messenden Werkstückes W an, und es steht auch der Berührungszapfen 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 Berührungszapfen 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 Meßsignaierzeugerschalhing 49' den Wert = 0 Volt erhält und der Augenblick, in dem der Berührungszapfen 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 P, 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 Berührungszapfen 75 in Berührung mit der anderen Nutwand 856 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 Meßsignaierzcugerschaltung 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 I₃ auf der Zeitachse 91 gemäß Fig. 10), gemessen. Danach wird der Taststift 73 vom anderen Punkt Λ des Werkstückes Wwegbewegt, so daß er sich wieder im Anfangsstadium gemäß F i g. 8(a) befindet

Wenn der Zustand des Taststiftes 73 aus demjenigen gemäß F i g. 8(b) in denjenigen gemäß F i g. 8(c), d. h. in den Zustand gemäß Fig.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 t₂ 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 Hwird der Taststift 73 unter der Wirkung der von den jfHaltegliedera 76 ,ausgeübteraelastischen Kräfte gegen ^clen anderen Punkt Pi, 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 P_A des Werkstückes H'freikommt, wird die im Uhrzeigersinn

35

40

45

50

55

60 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 U 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 Wangeschlagen. 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 der Zeitraum vom Zeitpunkt t_lt zu dem der Kontaktstift 75 von der Wand 85a der Nut 85 freikommt bis zum Zeitpunkt U, an dem der Kontaktstift 75 die andere Wand 856 der Nut 85 freiläßt anhand der Ausgangssignale der in der Meßsignalerzeugerschaltung 49' vorgesehenen Gattersignalschaltung 95 gemessen werden. Das Ausmaß der Bewegung des Querschlittens oder des Taststiftkopfes 40' während dieses Zeitraums wird ständig durch die Linearskala 48 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 W verläßt bis zum Zeitpunkt an dem der Taststift 73 den Punkt Pe, 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 Genauigkeit 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 iedoch 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 Stabilitätsgenäuigkeit ,des elastischen Elementes 83 im allgemeinen'ausreichend.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

U Automatisches Meßverfahren zur Maßüberwachung von auf einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine zu bearbeitenden Werkstücken mitteis eines Taststift-Meßkopfes, bei dem

— nach der Eingabe der Abmessungen des Meßkopfes und der Sollabmessung des zu bearbeitenden Werkstückes in eine numerische Steuereinrichtung der Werkzeugmaschine

— diese Steuereinrichtung den Meßkopf numerisch entsprechend diesen Eingaben abwechselnd in Berührung mit zwei gegenüberliegenden Punkten des Werkstücks steuert (erste bzw. is zweite Sollstellung),

— das Ausmaß der Maßabweichung des Werkstückes digital gemessen,

— in einer digitalen Vergleichseinrichtung mit dem Sollwert verglichen,

— in einer Recheneinheit die für die weitere Werkstückbearbeitung erforderliche Wegstellgröße berechnet

— und als Istwert der numerischen Steuereinrichtung zur Korrektur der Werkzeugverstellung zugeleitet wird,

dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Bewegung des Taststiftkopfes dadurch gemessen wird, daß Impulse von dem Zeitpunkt, in dem der Taststift den einen der beiden Punkte des Werkstükkes verläßt, bis zum Zeitpunki in dem der Taststift den gegenüberliegendem Punkt des Werkstückes verläßt, gezählt werden, die als f "eßimpulskette zur Korrektur der Werkzeugverstellung in die Vergieichseinrichtung eingegeben werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit

— einem an einem Schlitten der Werkzeugmaschine angeordneten Taststift-Meßkopf, der einen mit dem Werkstück in Berührung bringbaren sowie hiervon wegbewegbaren Taststift aufweist,

— einer digitalen Meßeinrichtung zum Erzeugen einer vom Ausmaß der Bewegung des Taststift-Meßkopfes und der Abweichung des Werkstückmaßes von seinem Sollmaß abhängigen Meßimpulskette als Wegmeßimpulse,

— einer digitalen Vergleichseinrichtung, die das Ausmaß der Abweichung des Werkstückmaßes von seinem Sollwert ermittelt,

— einer digitalen Recheneinheit, die die für die Werkstückbearbeitung erforderliche Wegstellgröße berechnet und

— über eine Korrigierschaltung einer numerischen Steuereinrichtung für die Werkstückbearbeitung zuführt,

gekennzeichnet durch

— einen Zähler (59), in den die Wegmeßimpulse eingegeben werden,

— eine Meßsignalerzeugerschaltung (49, 49') zum wahlweisen Erzeugen eines Meßstartsignals und eines Meßstoppsignals beim jeweiligen Verlassen des Taststiftes (42, 73) vom Werkstück (W),

— eine der Meßeinrichtung (46,47) und der Meßsignalerzeugerschaltung (49,49') nachgeschaltete sowie dem Zähler (59) vorgeschaltete Steuerschaltung (58),

— über die die Abmessungen des Taststiftes (42, 73) und die Sollabmessungen des Werkstückes (W) in den Zähler (59) eingegeben werden,

— die bewirkt, da·* ab Empfang des Meßstartsignals die Wegmeßimpulse der digitalen Meßeinrichtung (46,47) in den Zähler (59) eingezählt werden und die Einzahlung ab Empfang des Meßstoppsignals aufhört,

— wobei aus dem nach Ausgabe der Wegmeßimpulse im Zähler (59) erhaltenen Zählerstand ein Korrekturwert für den noch auszuführenden Arbeitsgang berechnet wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zähler (59) mit der die Werkzeuglage verstellenden Korrigierschaltung (62) verbunden ist, die in der numerischen Steuereinrichtung (31) vorgesehen ist, und daß in der 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 korrigieren, und andererseits beim abschließenden Bearbeitungsprozeß des Werkstückes (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 Tastsiift (42) aus elektrisch leitendem, urüTiagr.etischem Material in Form einer keine reibungserzeugenden Teile aufweisenden Schraubenfeder versehen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch ^, 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 mittels einer Isolierbüchse (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 Werkstück (W) die Stange (71) in ihre neutrale Stellung zurückbringbar und der Kontaktzapfen (75) außer Eingriff mit der Eingriffsnut (85) bringbar ist, um die elektrische Verbindung zwischen den beiden Taststiftabschnitten zu unterbrechen (Fi g. 5,6).
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 gekenn-

zeichnet, daß die Meßsignalerzeugerschaltung (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 Meßstartsignai und daß Meßstopsignal in Abhängigkeit von der beim Wegbewegen des Taststiftes (42,73) vom Werkstück (W) durchgeführten Tätigkeit der Schalteinrichtung (50, 51, 52) zu erzeugen (F i g. 2).
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 Kontaktprellen zu beseitigen und eine Gatter-Signalschaltung (95) aufweist, die ein Signal von der Ratter-Eliminierschaltung (93) erhält und beim Wegbewegen des Taststiftes (42, 73) vom Werkstück (W) jeweils ihr Ausgangssignal ändert (F i g. 9,10).

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