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Verfahren und Anordnung zur Regelung des Nach-
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stellantriebs von materialbearbeitenden Scheiben von Schleif-, Bürst-
und Poliermaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Nachstellantriebs
von materialbearbeitenden Scheiben von Schleif-, Bürst- und Poliermaschinen mit
elektrischen Scheibenantriebsmotoren unter Erfassung der Stromaufnahme des Scheibenantriebsmotors.
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Bei einem Teil der bisher bekannten Maschinen der vorstehend genannten
Art werden die Scheiben zur Kompensation ihrer Abnutzung manuell nachgestellt, was
mit Hilfe visueller, subjektiver Beurteilung geschieht. Die hierbei erzielten Ergebnisse
sind entsprechend unterschiedlich und unzuverlässig, da sie im wesentlichen von
der Erfahrung der Bedienungsperson abhängen.
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Es ist aber auch bei einem weiteren Teil der genannten Maschinen bekannt,
die Scheibennachstellung in Abhängigkeit von der Stromaufnahme zu regeln. Bei einer
Verringerung der Stromaufnahme werden die Scheiben in der Weise nachgestellt, daß
der Stromaufnahmeverlauf im wesentlichen beibehalten wird. Hierbei ist zu berücksichtigen,
daß die Stromaufnahme bei der Bearbeitung eines oder mehrerer Werkstücke im allgemeinen
periodischen Anderungen unterliegt, die zwischen Maxima und Minima schwanken, je
nach dem, ob sich die Scheibe auf oder neben dem Werkstück befindet.
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Nun unterliegen die Schleif-, Bürst- und Polierscheiben je nach dem
Scheibentyp einer mehr oder weniger starken Abnutzung, durch welche der Scheibendurchmesser
merklich abnimmt. Die Scheiben müssen also nicht nur nach Maßgabe der Werkstückbearbeitung,
sondern auch nach Maßgabe ihrer Abnutzung nachgestellt werden, was im allgemeinen
schrittweise geschieht. Eine Konstanthaltung der Strommaxima führt bei im wesentlichen
gleichbleibender Drehzahl zu einem gleichbleibenden Drehmoment. Dies hat bei abnehmendem
Scheibendurchmesser notwendigerweise zur Folge, daß die Umfangskraft an der Scheibenoberfläche
zunimmt. Hinzu kommt, daß trotz kleiner gewordener Scheibenoberfläche die gleiche
Energie wie vorher vernichtet wird. Dies führt zu einer zunehmenden Scheibenerwärmung,
deren Folgen eine Scheibenstandzeitverkürzung und ungünstige Einflüsse auf das Werkstück
sind. Außerdem ergeben sich nachteilige Auswirkungen auf ggf. eingesetzte Polierhilfsmittel.
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Bei den bekannten Regelanordnungen mit Scheibennachstellung in Abhängigkeit
von der Stromaufnahme des Scheibenantriebsmotors erfolgt eine Nachstellung immer
dann, wenn die Stromaufnahme bzw. deren Maximum einen vorgegebenen Sollwert unterschreitet.
Dies kann aber sowohl auf eine Abnutzung der Scheibe als auch auf eine Verringerung
der Werkstückabmessungen durch den Bearbeitungsvorgang zurückzuführen sein. Dies
bedeutet mit anderen Worten, die bekannten Nachstellregelungen können nicht zwischen
einer Verringerung der Abmessungen der Scheibe oder des Werkstücks unterscheiden,
was zu den beschriebenen Beeinträchtigungen führt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Regelverfahren
der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem die für den Bearbeitungsvorgang
überaus wichtige Umfangskraft bzw. deren Maximum bei abnehmendem Scheibendurchmesser
weitgehend konstant gehalten wird.
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Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen
Verfahren erfindungsgemäß dadurch, daß außer einem der Stromaufnahme entsprechenden
ersten Meßsignal Si auch ein dem Scheibendurchmesser entsprechendes zweites Meßsignal
Sd gebildet wird, daß das erste und zweite Meßsignal in der Weise zur Bildung eines
ersten Regelsignals 5r1 aufeinandergeschaltet werden, daß das erste Regelsignal
bei Verringerung des Scheibendurchmessers vergrößert wird, daß die beim Bearbeitungsvorgang
auftretenden Maxima des ersten Regelsignals mit einem Sollwert verglichen werden,
und daß beim Unterschreiten des Sollwerts innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne
ein zweites Regelsignal 5r2 gebildet wird, welches den Nachstellantrieb in Richtung
~Nachstellen" einschaltet.
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Durch die Einschaltung des Scheibendurchmessers als zusätzliche Störgröße
mit entsprechendem Vorzeichen des Meßsignals wird das erste Regelsignal mit abnehmendem
Scheibendurchmesser entsprechend vergrößert, d.h. es wird eine größere Stromaufnahme
bzw. ein größerer Anpreßdruck der Scheibe an das Werkstück ~vorgetäuscht", was durch
die angegebene Verarbeitung des Regelsignals dazu führt, daß die Scheibennachstellung
entweder in zunehmend kleineren Schritten und/oder in zunehmend größe-
ren
Zeitabständen erfolgt. Mit anderen Worten, durch die Einbeziehung eines dem Scheibendurchmesser
entsprechenden Meßsignals als Störgröße kann die Regelanordnung zwischen einer Abnahme
des Scheibendurchmessers und der Werkstückabmessungen unterscheiden, und zwar wird
bei abnehmendem Scheibendurchmesser der Anpreßdruck allmählich verringert. Dies
führt zu einer Art Kennlinie" mit fallender Charakteristik für den Anpreßdruck,
wobei die Abhängigkeit des Meßsignals Sd vom Scheibendurchmesser durch eine entsprechende
Fühler und Reglerauslegung so getroffen ist, daß die Umfangskraft an der Scheibe
vom größten bis zum kleinsten Scheibendurchmesser im wesentlichen konstant gehalten
wird. Mit kleiner werdendem Scheibendurchmesser wird infolgedessen auch das Antriebsdrehmoment
proportional dem Scheibendurchmesser kleiner, d.h. die Stromaufnahme des Scheibenantriebsmotors
nimmt ab.
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Mit dem Erfindungsgegenstand ist eine vollautomatische Scheibennachstellung
möglich, so daß über die gesamte Standzeit der Scheibe nur so viel Energie verbraucht
wird, wie für den Bearbeitungsvorgang benötigt wird. Auf diese Weise tritt weder
eine zunehmende Erwärmung der Scheiben noch eine solche der Werkstücke auf, so daß
eine durch Wärmeeinflüsse bedingte Verschlechterung der Oberflächenqualität des
Werkstücks sicher verhindert wird.
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Ober die gesamte Standzeit der Scheibe kann somit eine konstante Arbeitstemperatur
eingehalten werden, die insbesondere bei einem Poliervorgang von Bedeutung ist.
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Eine weitere Automatisierung des Vorgangs kann dadurch erreicht werden,
daß der Regelvorgang während des Anlaufs
des Scheibenantriebsmotors
gesperrt wird, da der hohe Anlaufstrom des Motors ein zu hohes Drehmoment und damit
einen zu hohen Anpreßdruck vortäuschen würde. Weiterhin ist es von besonderem Vorteil,
den Regelvorgang bei fehlendem Werkstück zu sperren, um zu verhindern, daß die Scheibe
automatisch bis auf die Aufspannvorrichtung für das Werkstück nachgestellt wird.
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Die Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Anordnung zur Regelung
des Antriebs von materialbearbeitenden Scheiben von Schleif-, Bürst- und Poliermaschinen
mit elektrischem Scheibenantriebsmotor und mit einem ersten Meßfühler für die Stromaufnahme
des Scheibenantriebsmotors.
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Eine derartige Anordnung ist gemäß der weiteren Erfindung dadurch
gekennzeichnet, daß der Maschine ein zweiter Meßfühler für den Scheibendurchmesser
zugeordnet ist, daß die Ausgänge des ersten und des zweiten Meßfühlers einem Additionsverstärker
aufgeschaltet sind, dessen Ausgang ggf. über einen Speicher einem Komparator aufgeschaltet
ist, der mit einem Sollwertgeber verbunden ist, und daß der Ausgang des Komparators
sowie ein Zeitgeber einem UND-Glied in der Weise aufgeschaltet sind, daß bei Sollwertunterschreitung
innerhalb einer durch den-Zeitgeber vorgegebenen Zeitdauer ein Stellimpuls zum Nachstellantrieb
durchschaltbar ist.
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Mit einer solchen Anordnung läßt sich die gestellte Aufgabe vorrichtungsseitig
in besonders einfacher und zuverlässiger Weise lösen. Durch den Vergleich des ersten
Regelsignals mit dem Sollwert über eine längere, durch den Zeitgeber vorgegebene
Zeitdauer von beispielsweise drei Minuten wird erreicht, daß der Regelvorgang langsam
ab-
läuft, so daß Schwingungen unterdrückt werden. Solange das
aus den Meßsignalen für die Stromaufnahme und den Scheibendurchmesser gebildete
erste Regelsignal größer ist als der vorgegebene Sollwert (es handelt sich hierbei
stets um die Maximalwerte), erfolgt keine Nachstellung, da der Anpreßdruck der gewünschten
"Kennlinie" entspricht. Solange das erste Regelsignal den Sollwert innerhalb der
vorgegebenen Zeitdauer mindestens einmal erreicht oder überschreitet, erfolgt keine
Nachstellung.
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Erst wenn sämtliche Maximalwerte des ersten Regelsignals kleiner sind
als der vorgegebene Sollwert, erfolgt eine Nachstellung über einen bestimmten Weg,
der vom Scheibentyp abhängig ist, im allgemeinen aber maximal einen Millimeter nicht
überschreitet. Die Nachstellung erfolgt aufgrund eines Taktgebers und Taktspeichers
zweckmäßig in gleichlangen Schritten, was durch Ansteuerung eines Servomotors mit
Spindelantrieb über jeweils konstante Zeitspannen leicht erreicht werden kann, wobei
die betreffenden Zeitspannen zweckmäßig einstellbar sind. Es ist dabei weiterhin
von Vorteil, wenn dem Additionsverstärker zusätzlich der Ausgang eines Sollwertgebers
für den Scheibentyp aufgeschaltet ist, um die Maschine auf den jeweils verwendeten
Scheibentyp besonders einstellen zu können. Die Größe der Ausgangssignale wird hierbei
am besten empirisch aufgrund von Versuchen mit den einzelnen Scheibentypen festgelegt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben
sich aus den übrigen Unteransprüchen.
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes sowie dessen Wirkungsweise
werden nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher beschrieben. Darin zeigt:
Fig.
1 eine Seitenansicht einer Poliermaschine in schematischer Darstellung und Fig.
2 ein Blockschaltbild einer Regelanordnung für den Gegenstand nach Fig. 1.
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In Fig. 1 ist an einer Standsäule 1 ein Führungskörper 2 senkrecht
verfahrbar angeordnet, wobei die Verstellung mittels eines Nachstellantriebs 3 erfolgt,
der aus einem Stellmotor 4, einem Getriebe 5 und einer Hubspindel 6 besteht, die
in eine nicht gezeigte im Führungskörper 2 angeordnete Spindelmutter eingreift.
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Am Führungskörper 2 ist ein Scheibenantriebsmotor 7 befestigt, der
eine Welle 8 besitzt, auf der eine Scheibe 9, im vorliegenden Fall eine Polierscheibe,
befestigt ist.
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Unterhalb der Scheibe 9 befindet sich eine Werkstückaufnahme 10 mit
einem Werkstück 11, wobei mittels eines nicht dargestellten Antriebsmechanismus
eine horizontale Relativbewegung zwischen dem Werkstück 11 und der Scheibe 9 herbeigeführt
wird. Neben dem Werkstück 11 befindet sich ein Werkstückfühler 12, durch den die
An- oder Abwesenheit eines Werkstücks erfaßt wird.
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Am Führungskörper 2 ist außerdem ein Meßfühler 13 für den Durchmesser
der Scheibe 9 angeordnet. Dieser besitzt einen senkrecht verschiebbaren Fühlerstift
14, der auf einer Fühlernocke 15 aufliegt. Bei gegebenen Werkstückabmessungen und
bei einer Berührung von Werkstück 11 und Scheibe 9 ist der Abstand der Scheibenachse
ein Maß für den Scheibendurchmesser bzw. -radius. Sofern der Scheiben-
durchmesser
abnimmt, wird der Führungskörper 2 mittels des Nachstellantriebs 3 entsprechend
abgesenkt, wobei der Pühlerstift 14 in den Meßfühler 13 hineingeschoben wird. Bei
entsprechender Voreinstellung der Fühlernokke 15 ist somit die relative Lage des
Fühlerstifts 14 zum Meßfühler 13 ein Maß für den Scheibendurchmesser.
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Der Meßfühler 13 besitzt in seinem Inneren eine an sich bekannte Meßeinrichtung
für die Umsetzung des Stellungssignals in ein proportionales elektrisches Signal.
Am Führungskörper 2 ist außerdem ein Reglergehäuse 16 angeordnet, dessen innerer
Aufbau im Zusammenhang mit Fig. 2 noch näher erläutert wird.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß der Scheibenantriebsmotor 7 ein Drehstrommotor
ist, der von einem Netz RST mit Strom versorgt wird. Ein Netzteil 17 dient zu Versorgung
der einzelnen Blöcke der nachfolgend näher beschriebenen Anordnung. Die elektrischen
Verbindungsleitungen sind der Einfachheit halber fortgelassen. Einer Phase der Stromzuleitung
ist ein Meßfühler 18 für den in dieser Phase fließenden Strom zugeordnet. Der Ausgang
dieses Meßfühlers ist über eine Leitung 19 einem Additionsverstärker 20 aufgeschaltet,
dem über eine weitere Leitung 21 der Ausgang des Meßfühlers 13 für die Erfassung
des Scheibendurchmessers aufgeschaltet ist. Dem Additionsverstärker 20 ist außerdem
noch über den Meßfühler 13 ein Sollwertgeber 22 aufgeschaltet. Es ist jedoch auch
möglich, den Ausgang des Sollwertgebers 22 unmittelbar dem Additionsverstärker aufzuschalten,
wie dies durch die gestrichelte Leitung 23 angedeutet ist. Der Sollwertgeber 22
ist auf eine dem Scheibentyp entsprechende Größe einstellbar.
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Im Additionsverstärker 20 werden das Meßsignal Si des Meßfühlers 18
für die Stromaufnahme, das Meßsignal Sd des Meßfühlers 13 für den Scheibendurchmesser
und der Sollwert des Sollwertgebers 22 für den Scheibentyp in der Weise überlagert,
daß bei abnehmendem Scheibendurchmesser eine fallende Kennlinie für den Anpreßdruck
der Scheibe an das Werkstück entsteht, die nach Maßgabe einer verringerten Scheibennachstellung
zu einer konstanten Umfangskraft an der Scheibe während ihrer gesamten Standzeit
führt, konstante Drehzahl vorausgesetzt.
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Der Ausgang des Additionsverstärkers 20 ist über eine Leitung 24 einem
Speicher 25 zugeführt, der als Analogspeicher ausgebildet ist. Der Ausgang des Speichers
25 ist über eine Leitung 26 einem Analog-Digital-Wandler 27 aufgeschaltet, von dem
eine Leitung 28 zu einer digitalen Anzeigeeinrichtung 29 und zu einem Komparator
30 führt. Am Ausgang des Additionsverstärkers 20 steht das erste Regelsignal 5r1
an, welches im Analogspeicher 25 gespeichert und im Analog-Digital-Wandler 27 in
ein entsprechendes digitales erstes Regelsignal umgesetzt wird.
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Dem Komparator 30 ist außerdem ein Sollwertgeber 31 zugeordnet, in
dem ein Sollwert für das erste Regelsignal 5r1 einstellbar vorgegeben wird. Der
Ausgang des Komparators 30 ist über eine Leitung 32 mit einem UND-Glied 33 verbunden.
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Zur Regelanordnung gehört außerdem ein Zeitgeber 34 mit drei Ausgängen
34a, 34b und 34c. Der Zeitgeber 34 erzeugt am Ausgang 34a nach Ablauf einer Zeit
von beispielsweise 180 Sekunden einen Impuls, welcher über eine Leitung 35 dem UND-Glied
33 aufgeschaltet ist. Der Zeitgeber 34 er-
zeugt beim Einschalten
der Poliermaschine am Ausgang 34b einen Rückstellimpuls nach beispielsweise 10 Sekunden,
um über die Leitung 36 den Anlaufstrom des Scheibenantriebsmotors 7 zu löschen.
Außerdem erzeugt der Zeitgeber 34 an seinem Ausgang 34c einen Zeitimpuls nach beispielsweise
200 Sekunden, der über eine Leitung 37 dem Analog-Speicher 25 zugeführt wird und
diesen zurückstellt.
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Die Ausgänge 34b und 34c sind über Leitungen 38 und 39 einem Taktspeicher
40 in Form eines Flip-Flops aufgeschaltet, dem der Werkstückfühler 12 zugeordnet
ist. Der Ausgang des Takt speichers 40 ist über eine Leitung 42 gleichfalls mit
dem UND-Glied 33 verbunden.
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Der Ausgang des UND-Gliedes 33 ist über eine Leitung 43 einem einstellbaren
Zeitgeber 44 aufgeschaltet, der die Dauer des Nachstellvorganges und damit bei gegebener
t3bersetzung des Stellantriebs den Nachstellhub bestimmt.
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Die Wirkungsweise von Vorrichtung und Anordnung ist folgende: Sobald
sich ein Werkstück auf der Werkstückaufnahme befindet, wird die elektrische Versorgung
der Regelanordnung zusammen mit dem Scheibenantriebsmotor 7 eingeschaltet. Der Reglerausgang
bleibt 10 Sekunden lang gesperrt, um eine Fehlfunktion durch den hohen Anlaufstrom
zu vermeiden. Nach Ablauf dieser 10 Sekunden wird der Speicher 25 über die Leitung
36 gelöscht und zur Speicherung des ersten Regelsignals freigegeben. Dieses wird
während einer Dauer von 180 Sekunden gemessen und der daß bei auftretende maximale
Wert im Speicher 25 gespeichert.
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Nach der Analog-Digital-Umsetzung wird das nunmehr digitale erste
Regelsignal im Komparator 30 mit dem im Sollwertgeber 31 vorgegebenen Sollwert verglichen.
Ist der
Maximalwert des ersten Regelsignals größer als der Sollwert,
so ist der Anpreßdruck der Scheibe noch ausreichend und es erfolgt keine Nachstellung.
Umterschreitet jedoch der Maximalwert des ersten Regelsignals den vorgegebenen Sollwert,
so ist dies ein Signal dafür, daß der Anpreßdruck nicht mehr ausreicht und die Scheibe
nachgestellt werden muß. Sobald gleichzeitig folgende Bedingungen erfüllt sind a)
der Anpreßdruck ist nicht ausreichend (Signal auf der Leitung 32), b) der Werkstückfühler
12 hat die Anwesenheit eines Werkstücks 11 gemeldet (Signal auf der Leitung 42),
und c) die Meßdauer von 180 Sekunden ist beendet (Signal auf der Leitung 35) erfolgt
eine Durchschaltung des UND-Gliedes 33 und damit ein zweites Regelsignal, durch
welches der Stellmotor 4 die Scheibe nach Maßgabe der vom Zeitgeber 44 vorgegebenen
Zeitdauer nachstellt. Der sich hierbei ergebende Nachstellweg wird von einer Meßeinrichtung
registriert.
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Ist die Polierscheibe verbraucht, so wird die Abwärtsbewegung des
Stellmotors begrenzt, eine Funktion, die gleichfalls vom Meßfühler 13 ausgeübt wird.
Nach weiteren 20 Sekunden, d.h. nach insgesamt 200 Sekunden, bewirkt der Zeitgeber
34 über die Leitungen 37 und 38 eine Rückstellung der Speicher 25 und 40 auf Anfangsbedingungen,
so daß sich der Zyklus wiederholen kann.