DE3423099A1

DE3423099A1 - Feinvorschub-system

Info

Publication number: DE3423099A1
Application number: DE19843423099
Authority: DE
Inventors: Sadayuki Kawasaki Kanagawa Matsumiya
Original assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Mitutoyo Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1983-06-24
Filing date: 1984-06-22
Publication date: 1985-01-10
Also published as: GB2146555B; JPH0257245B2; GB8415726D0; GB2146555A; DE3423099C2; US4577142A; JPS606815A

Description

Feinvorschub-System

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Feinvorschub-System, und insbesondere ein Feinvorschub-System, mit dem ein beweglicher Teil eines Meß- oder eines anderen Gerätes fein, also über genau definierte, kurze Strecken, verschoben werden kann.

Um den Gesamt-Meßwirkungsgrad von allgemeinen Meßgeräten, wie beispielsweise Koordinaten-Meßgeräten . oder Projektoren, zu verbessern, muß, je nach Bedarf und/oder Anwendungszweck, ein Halteelement für einen Berührungssignal-Fühler, ein Tisch, auf dem ein zu messendes Werkstück liegt, oder ein ähnliches Element fein verstellt werden. Hierbei gibt es viele Fälle, bei denen zwischen einem Vorschub-System und einem Grobvorschub-System umgeschaltet werden muß.

Feinvorschub-Systeme des hier beschriebenen Typs sind beispielsweise aus dem japanischen Gebrauchsmuster Kokoku (Veröffentlichung nach der Prüfung) Nr. 33439/82 und dem japanischen Gebrauchsmuster Kokai (offengelegt Nr. 32412/83) bekannt, die hier als Beispiele genannt werden sollen und im wesentlichen die Umschaltung vereinfachen sowie das Auftreten von Spiel bzw. totem Gang ausschließen. In dem japanischen Gebrauchsmuster Kokoku (Veröffentlichung nach der Prüfung) Nr. 33439/82 wird ein Feinvorschub-System für ein Koordinaten-Meßgerät beschrieben, wie es insbesondere aus Fig. 1 dieser Druckschrift zu erkennen ist. Das Feinvorschub-System nach dieser Druckschrift hat einen solchen Aufbau, daß das bewegliche Element mit hoher Geschwindigkeit durch manu-

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eile Betätigung zu einer Stelle direkt vor dem Werkstück transportiert wird; eine Halbmutter ist durch die Betätigung eines Hebels in der Nähe des Werkstückes im Gewindeeingriff mit einer Führungsstange; in diesem Zustand läßt sich der Feinvorschub durch Betätigung eines Steuerrades ausführen. Wenn in diesem Fall der Hebel nach der Messung zurückgeführt wird, dann wird der Gewindeeingriff zwischen der Halbmutter und der Führungsstange aufgehoben, so daß der Vorschub wieder mit hoher Geschwindigkeit erfolgen kann.

Damit bei einem herkömmlichen System dieses Typs das bewegliche Element feinverstellt werden kann, und zwar unabhängig davon, wo sich das bewegliche Element gerade befindet, muß ein bestimmter Mechanismus, wie beispielsweise eine Führungsstange, über den gesamten Hub des beweglichen Elementes vorgesehen werden; hierdurch entstehen jedoch Probleme, und zwar einmal in Bezug auf die Genauigkeit dieser Konstruktion und zum anderen in Bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit. Weiterhin sollte bei der Beendigung des Feinvorschubs das Feinvorschub*-System betätigt werden, damit es wieder in seine Ausgangslage zurückgebracht wird und damit bereit für die nachste Messung des Werkstückes ist. Auch hierzu ist ein zusätzlicher Arbeitsgang erforderlich, so daß die Bedienung umständlich und mühsam ist.

Dies gilt insbesondere dann, wenn der Abstand Mitte/Mitte zwischen mehreren Anschlußlöchern gemessen werden muß, die in einer gedruckten Schaltungsplatte oder einem ähnlichen Schaltungselement ausgebildet sind; denn wird in diesem Fall das bewegliche Element nicht in die Ausgangslage zurückgebracht, so ergibt sich während des Feinvorschubs eine Hubbegrenzung, wodurch nach der zeitweiligen Beendigung des Feinvorschubs der erneute Ein-

griff erforderlich ist, so daß bei dieser Konstruktion die vorherige Messung praktisch nicht ausgewertet werden

kann.
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Es ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Feinvorschub-Systern zu schaffen, bei dem die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten. Insbesondere soll ein Feinvorschub-System vorgeschlagen werden, das eine

¹^ kompakte Größe und geringe Fertigungskosten hat; dabei soll der Feinvorschub des beweglichen Elementes sofort durchgeführt werden können, und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle seines Bewegungsbereiches sich das bewegliche Element gerade befindet.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf folgenden Überlegungen: Die wesentlichen Probleme der herkömmlichen Feinvorschub-Systeme werden hauptsächlich durch die Tatsache verursacht, daß der Feinvorschub-Mechanismus zusätzlich dazu dienen muß, die Verbindung bzw. den Eingriff mit einem Gegenstück herzustellen. Abweichend von diesem bisher üblichen Konzept wird nun durch die vorliegende Erfindung ein Aufbau vorgeschlagen, bei der Feinvorschub-Mechanismus unabhängig von der Eingriffeinrichtung ist; dabei ist der Feinvorschubmechanismus mit dem beweglichen Element verbunden, wäh·*· rentl die Eingriffseinrichtung als Klemmeinrichtung ausgebildet ist, um den Feinvorschub-Mechanismus mit einem stationären Element zu koppeln oder von diesem stationären Element freizugeben; der Feinvorschub-Mechanismus

. /ο·

kann selbsttätig in seine Ausgangslage zurückgebracht werden, wenn die Klemmeinrichtung freigegeben wird.

im einzelnen enthält das erfindungsgemäße Feinvorschüb-System einen Feinvorschub-Mechanismus mit einem ersten Element und mit einem zweiten Element, die relativ zueinander bewegbar sind; der Feinvorschub-Mechanismus ist mit dem beweglichen Element qekoppelt, das exakt ver-

stellt werden soll; an dem ersten Element ist eine Angriffseinrichtung vorgesehen, während an dem zweiten Element eine Klemmeinrichtung vorgesehen ist, die das zweite Element mit dem stationären Element kuppelt. Eine Steuereinrichtung dient dazu, die Antriebseinrich-

¹^ tung zu betätigen, wenn ein Bewegungsregeldetektor für die Definition des Bereiches der Relativbewegung zwischen dem ersten und dem zweiten Element nicht betätigt wird, während die Steuereinrichtung die Antriebseinrichtung in der Richtung verstellt, in der das erste und

²^ das zweite Element in ihre ursprünglichen Relativlagen zurückgebracht werden, wenn die Klemmeinrichtung das zweite Element freigibt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zur Erläuterung dienende Ansicht des

allgemeinen Aufbaus einer Ausführungsform eines Feinvorschub-Systems nach der vorliegenden
Erfindung, und

Fig. 2 ein Zeitdiagramm des Bewegungsablaufs dieses Feinvorschub-Systems.
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ι -

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen FeinvorSchub-Systems, die in dem für eine Richtung .zuständigen Bewegungsteil eines Koordinaten-Meßgerätes ^ eingesetzt wird, das mit einem Positionier-Mikroskop versehen ist. In diesem Bewegungsteil für die entsprechende Koordinate ist ein bewegliches Element .2 mit einem Positionier-Mikroskop (nicht dargestellt) verschiebbar gegenüber einem stationären Element 1 vorgesehen. Der Mechanismus, durch den das bewegliche Element 2 glatt und stoßfrei in Bezug auf das stationäre Element

1 verschoben werden kann, wie beispielsweise eine Führungsschiene, ein Luftlager, ein Luftkissen oder ein ähnliches Element, ist nicht dargestellt. Der Bewegungswert bzw. die Bewequngsstrecke des beweglichen Elementes

2 kann mittels eines Verschiebungsdetektors (nicht dargestellt) erfaßt werden.

Ein Feinvorschub-Mechanismus 12 ist durch eine Tragbasis 11 auf einer Oberfläche des beweglichen Elementes 2 angebracht, und zwar gegenüber dem stationären Element 1. Der Feinvorschub-Mechanismus 12 enthält eine Schraubenwelle 13 als erstes Element, die parallel zur Bewegungsrichtung des beweglichen Elementes 2 verläuft und an ihren gegenüberliegenden Wellen drehbar auf der Tragbasis 11 qehalten ist; als zweites Element dient eine Mutter 14, die im Gewindeeingriff mit der Schraubspindel 13 ist.

Die Schraubspindel 13 ist im wesentlichen auf ihrem gesamten äußeren Umfang mit einem Außengewinde 15 versehen und an dem Ende, das von der Traqbasis 11 vorsteht, über eine Drehzahländerungskupplung 16 mit einem Motor 17 verbunden, der als Antriebseinrichtung dient.

An ihrem oberen Ende ist die Schraube 14 einstückig

-JS-

. Al- ■

mit einem einen Schalter betätigenden Vorsprung 18 und an ihrem unteren Ende mit einem Solenoid 19 ausgebildet, das als Klemmeinrichtung dient und im erregten Zustand mit dem Stationärelement 1 gekoppelt werden kann, Öas Solenoid 19 ist so gelagert, daß es sich im nicht-erregten Zustand in einem geringen Abstand von der Gleitoberfläche des stationären Elementes 1 befindet, d.h., daß ein schmaler Spalt zwischen diesen beiden Elementen ausgebildet ist. Zu diesem Zweck kann im nicht-erregten Zustand des Elektromagneten 19, d.h., in dem Zustand, bei dem der Elektromagnet 19 nicht mit dem stationären Element 1 gekoppelt ist, das bewegliche Element 2 manuell oder automatisch relativ zu dem stationären Element 1 in eine gewünschte Lage verschoben werden; beim Antrieb des Motors 1 wird die Schraube 14 längs der Schraubspindel 13 verschoben, und zwar ohne eine Drehung relativ zur Schraubspindel 13. In der axialen Richtung der Schraubspindel 13, d.h., in Bewegungsrichtung der Schraube 14, sind ein erster Schalter 20, zweite Schalter 21A und 2 1B, die als Bewegungsregeldetektoren dienen, sowie dritte Schalter 22A und 22B vorgesehen, die als Positionsdetektoren dienen; alle diese Schalter werden durch den Vorsprung 18 der Schraube 14 betätigt, die in axialer Richtung der Schraubspindel verschoben und in gewünschten Lagen fixiert werden kann.

Der erste Schalter 20 ist in axialer Richtung der Schraubspindel 13 in einer zentralen Lage angeordnet, um die neutrale bzw. Ruhelage der Mutter 14 festzustellen. Die zweiten Schalter 21A und 21B sind an den gegenüberliegenden Endbereichen der Schraubspindel 13 angebracht, um den Bewegungsbereich der Mutter 14 zu erfassen. Die dritten Schalter 22A und 22B befinden sich schließlich an Stellen etwas innerhalb der zweiten Schalter 21A und 21B, um die Präsenz der Schraube 14

festzustellen und zwar innerhalb des Bewegungsbereiches der Schraube 14. Zusätzlich sind die Abstände zwischen den zweiten Schaltern 21A,21B und den dritten Schaltern 22A und 22B so eingestellt, daß sie kleiner als die Länge des Schalterbetätigungsvorsprungs 18 sind. Mit anderen Worten qilt also folgendes: Sogar, wenn die zweiten Schalter eingeschaltet sind, werden die dritten Schalter eingeschaltet gehalten. Außerdem werden die Fühlsignale dieser Schalter 20, 21A, 21B, 22A und 22B an eine Steuereinrichtung 31 angelegt.

Die Steuereinrichtung 31 enthält eine Signalidentifikationsschaltung 32, die als Eingangssignale die Fühlsigna-Ie von den Schaltern 20, 21A, 21B, 22A, 22B empfängt, einen Betätigungsbereich 33 für den Feinvorschub mit einem Betäticjungsschalter 33A für den Feinvorschub in Plusrichtung und mit einem Betätigungsschalter 33B für den Feinvorschub in Minusrichtung, einen Solenoid-Antriebsbetätigungsschalter 34, der als Treiberschaltung für die Klemmeinrichtung dient, eine Solenoidtreiberschaltung 35, die als Treiberschaltung für die Klemmeinrichtung dient, eine erste Steuerschaltung 36, eine zweite Steuerschaltung 37 und eine Antriebsschaltung 38 für den Motor. Wenn ein Fühlsignal von dem ersten Schalter 20 geliefert wird, gibt die Signalidentifikationsschaltung 32 ein Rückführbeendigungssignal RFS ( = Restauration Completion Sigrial) zu der zweiten Steuerschaltung 37; werden Fühlsignaie von den zweiten Schal-

QQ tern 2lA und 21B eingegeben, gibt sie ein Stopbefehlsignal SCS (= Stop Command Signal) zu der ersten Steuerschaltung 36; werden schließlich Fühlsignale von den dritten Schaltern 22A und 22B eingegeben, schaltet sie in Abhängigkeit von diesem Signal, d.h., der Vorschubrichtung des beweglichen Elementes 2, eine von zwei . Warnlampen 32A oder 32B ein oder aus und gibt ein Rückführbefehlssignal RCS (= Restauration Command Signal)

ι .

zu der zweiten Steuerschaltung 37. Beim Einschalten des Solenoidantriebs-Betätigungsschalters 34 erregt die Solenoidantriebsschaltung 35 den Elektromagneten 19 und invertiert das Zustandsidentif ikationssigital CIS (=Condition Identification Signal) für die erste und zweite steuerschaltung 36 und 37 von dem niedrigen Pegel L auf den hohen Pegel H. Wenn der ersten Steuerschaltung 36 kein Stopbefehlssignal SCS von der Signalidentifikatinsschaltung 32 zugeführt wird und sich das Zustandsidentifikationssignal CIS von der Solenoidantriebsschaltung 35 auf dem hohen Pegel H befindet, d.h., der Elektromagnet 19 integral mit dem Stationärelement 1 gekuppelt ist, wenn der Betätiqunqsschalter 33A für den Feinvorschub in Plusrichtung eingeschaltet ist, treibt die erste Steuerschaltung 36 über die Motorantriebsschaltung 38 den Motor 17 in der Plusdrehrichtung (d.h., in der Richtung, in der die Schraubspindel 13 die Schraube 14 beispielsweise qemäß der Darstellung in Fig. 1 nach rechts verschiebt); wird der Betätigungsschalter 33B für den Feinvorschub in Minusrichtung betätigt, so treibt die erste Steuerschaltung 36 über die Motorantriebsschaltung 38 den Motor 17 in der umgekehrten Richtung.
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Wenn das Zustandsidentif ikationssignal CIS von der Solenoidantriebsschaltung 35 von dem hohen Pegel H auf den niedriqen Pegel L umqekehrt wird, ermittelt die zweite Steuerschaltung 37 das Vorhandensein oder das Fehlen des Rückführbefehlssignals RCS von der Signalidentifikationsschaltung 32; ist das Rückführbefehlssignal RCS vorhanden, stellt sie die Drehzahländerungskupplung 16 über ein Wechselgetriebe von niedrigen Drehzahlen auf hohe Drehzahlen um; anschließend treibt sie über die Motorantriebsschaltunq 38 den Motor in der umqekehrten Richtung, bis das Rückführbeendigungssignal RCS von der Siqnalidentifikationsschaltung 32 zugeführt wird.

Die Funktionsweise dieser Ausführungsform soll im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben werden. Bei der Durchführung einer Messung wird das bewegliche Element 2 manuell oder automatisch relativ zu dem stationären Element 1 verschoben und in der Nähe des zu messenden Teils des Werkstückes angeordnet. Wenn der Betätigungsschalter 34 für den Elektromagnetantrieb eingeschaltet wird, erregt die Solenoidantriebsschaltung 35 den Elektromagneten 19, um die Mutter 14 an dem stationären Element 1 integral bzw. einstückig zu fixieren und das Zustandsidentifikationssignal CIS mit dem hohen Pegel H der ersten und zweiten Steuerschaltung 36 und 37 zuzuführen.

15. ·

Es soll zunächst von dem Zustand ausgegangen werden, bei dem sich die Mutter 14 im wesentlichen an einer zentralen Stelle der Schraubspindel 13 befindet, d.h., der Schalterbetätigungsvorsprung 18 der Mutter 14 befindet sich in seiner neutralen bzw. Ruhelage, um den ersten Schalter 20 einzuschalten; wenn nun einer der Betätigungsschalter 33A und 33B, beispielsweise der Betätigungsschalter 33A für den Feinvorschub in Plusrichtung, gedrückt wird, dann beurteilt die erste Steuerschaltung 36 das Vorhandensein oder das Fehlen des Stopbefehlssignals SCS von der Signalidentifikationsschaltung 32 bzw. überprüft, ob sich das Zustandsidentifikationssignal CIS auf dem hohen Pegel H befindet oder nicht. In diesem Fall ist kein Stopbefehlssignal SCS vorhanden und das Zustandsidentifikationssignal ClS befindet sich auf dem hohen Pegel H, wodurch die erste Steuerschaltung 36 den Motor 17 über die Motorantriebsschaltung 38 in der Plus-Drehrichtung antreibt. Wenn dann die Drehung des Motors 17 über die Drehzahländerungskupplung 16

3g auf die Schraubspindel 13 übertragen wird, wird die Schraubspindel 13 gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach rechts relativ zu der Mutter 14 fein verstellt, weil

-Abate Mutter 14, die mit der Schraubspindel 13 im Gewindeeingriff ist, integral an dem stationären Element 1 angebracht ist. Mit anderen Worten wird das bewegliche Element 2 relativ zu dem stationären Element 1 fein verschoben.

Auf diese Weise wird also das bewegliche Element 2 durch diesen Feinvorschub verstellt; wenn nun der zu messende Punkt des Werkstücks, beispielsweise die Mitte eines Anschlußloches einer gedruckten Schaltungsplatte oder eine ähnliche Stelle, durch das Positioniermikroskop
bestätigt wird, das sich an dem beweglichen Element 2 befindet, wird der Betätigungsschalter 33A für den Feinvorschub in Plusrichtung abgeschaltet. Dann wird der Betrieb des Motors 17 beendet, wodurch das bewegliche Element 2 in dieser Lage angehalten wird. Wie bereits oben angedeutet wurde, erfaßt der Verschiebungsdetektor den Bewegungswert bzw.. die Bewegungsstrecke des beweglichen Elementes 2; wenn nun ein von dem Verschiebungsdetektor angezeigter Wert durch einen Fußschalter oder ein ähnliches Element ausgelesen wird, dann läßt sich auf diese Weise die Lage des beweglichen Elementes 2 gewinnen.

Die Messunqen an den anschließenden, zu messenden Punkten werden nacheinander durchgeführt, indem das bewegliche Element 2 fein verstellt wurde, wie es oben beschrieben wird.

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Wenn der Abstand zum nächsten, zu messenden Punkt größer als der Hub des Feinvorschubs des beweglichen Elementes 2 ist, dann wird der Elektromagnet 19 durch Ausschalten des Betätiqungsschalters 34 für den Solenoidantrieb entregt, wodurch die Kupplung zwischen der Mutter 14 und dem stationären Element 1 zeitweilig aufgehoben

wird; anschließend wird das bewegliche Element 2 manuell oder automatisch in eine Lage in der Nähe des nächsten zu messenden Punktes bewegt, und zwar auf die gleiche Weise, wie sie oben beschrieben wurde. Anschließend wird die Messung ausgeführt.

Während dieser Zeitspanne, d.h., bei ausgeschaltetem Elektromagneten 19, ist das bewegliche Element 2 relativ zu dem stationären Element 1 frei verschiebbar, und zwar sogar . dann, wenn die Betätigungsschalter33A und 33B eingeschaltet werden; der Motor 17 wird nicht angetrieben, weil das Zustandsidentifikationssignal mit niedrigem Pegel L von der Solenoidantriebsschaltung 35 der ersten Steuerschaltung 36 zugeführt wird.

Wenn andererseits einer der beiden dritten Schalter 22A oder 22B, beispielsweise der dritte Schalter 22A, durch den Vorsprung 18 der Mutter 14 beim Feinvorschub des beweglichen Elementes 2 eingeschaltet wird, wird ein Fühlsignal von dem dritten Schalter 22A an die Signalidentifikationsschaltung 32 der Steuereinrichtung 31 angelegt. Dann schaltet die Signalidentifikationsschaltung 32 die Warnlampe 32A ein/aus, um eine Information darüber zu geben, daß nur wenig Spiel im Hub des beweglichen Elementes 2 bei seiner Bewegung gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach rechts bleibt; außerdem wird das Rückführbefehlssignal RCS an die zweite Steuerschal-

- tung 37 angelegt. Zu diesem Zeitpunkt kann der Feinvorschub des beweglichen Elementes! 2 nach rechts solange durchgeführt werden, bis der zweite Schalter 21A eingeschaltet wird.

Wenn nun das bewegliche Element 2 weiter in der gleichen Richtung aus der Lage feinverschoben wird, in der der dritte Schalter 22A eingeschaltet worden ist, dann wird der zweite Schalter 21A'durch den Vorsprung 18 der Mutter 14 eingeschaltet, so daß ein Fühlsignal von dem zweiten Schalter 21A an die Signalidentifikationsschal-

- γι -

• /I?·

der zweite Schalter 21A durch den Vorsprung 18 der Mutter 14 eingeschaltet, so daß ein Fühlsignal Von dem zweiten Schalter 21A an die Signalidentifikationsschaltung 32 angelegt wird. Dann führt die Signalidentifika~ tionsschaltung 32 das Stopbefehlsignal SCS der ersten Steuerschaltung 36 zu, wodurch die erste Steuerschaltung 36 den Betrieb des Rotors über die Motorantriebsschaltung 38 unterbricht, so daß eine Beschädigung des Feinvorschubmechanismus 12 vermieden werden kann.

Wenn nun das bewegliche Element 2 zu einer Lage, in der der dritte Schalter 22A eingeschaltet wird, oder zu einer Lage verschoben wird, in der sowohl der zweite als auch der dritte Schalter 21A und 22A eingeschaltet werden, und wenn der Betätigungsschalter 34 für den Antrieb des Elektromagneten in dieser Stoplage ausgeschaltet wird, dann entregt die Antriebsschaltung 35 den Elektromagneten 19, um die Kupplung zwischen der Mutter 14 und dem stationären Element 1 aufzuheben und das Zustandsidentifikationssignal CIS mit dem niedrigen Pegel L an die erste und zweite steuerschaltung 36 und *3fi anzulegen. Wenn das Zustandsidentifikationssignal CIS mit dem niedrigen Pegel L von der Antriebsschaltung 35 für den Elektromagneten eintrifft, stellt die zweite Steuerschaltung 37 das Vorhandensein oder das Fehlen des Rückführbefehlssignals RCS von der Signalidentifikationsschaltung 32 fest.

I_n diesem Fall wird der dritte Schalter 22A durch den Vors pm ng 18 der Mutter 14 eingeschaltet; die zweite Steuerschaltung 37, die von der Signalidentifikationsschaltung 32 das Rückführbefehlssignal RCS empfangen hat, ändert mittels der Drehzahlwechselkupplung 16 die Drehzahl von niedrigen Werten zu hohen Werten; anschließend treibt der Motor 17 die Spindel 15 über die An-

triebsschaltung 38 in der umgekehrten Richtung an.

Da zu diesem Zeitpunkt die Kupplung zwischen der Mutter 14 und dem stationären Element 1 aufgehoben ist, wird

die Mutter mit hoher Geschwindigkeit gemäß der Darstellung in Fig. 1 nach rechts verstellt. Wenn die Mutter

14 die zentrale Lage der Schraubspindel 13 erreicht, wird der erste Schalter 20 durch den Vorsprung 18 der Mutter 14 eingeschaltet, wodurch ein Fühlsignal von dem ersten Schalter 20 an die Signalidentifikationsschaltung 32 angelegt wird. Dann hält die Signalidentifikationsschaltung 32 den Ein/Aus-Betrieb der beiden Warnlampen 32A oder 32B an und führt der zweiten Steuerschaltung 37 das Rückführbeendigungssignal RFS zu. Die zweite Steuerschaltung 37 unterbricht den Betrieb des Motors 17 über die Motorantriebsschaltung 38; außerdem wird die Drehzahl mittels der Drehzahländerungskupplung. 16 von hohen Werten auf niedrige Werte verändert, wodurch

2Q die Mutter 14 automatisch zur zentralen Stelle der Schraubspindel 13 zurückgebracht wird; wenn das bewegliche Teil 2 über die gewünschte Strecke in die nächste, zu messende Lage gebracht worden ist, kann der sofortige Feinvorschub des beweglichen Elementes 2 beginnen.

Bei dieser Ausführungsform enthält also der Feinvorschub-Mechanismus die Schraubspindel 13 und die. Mutter 14, die miteinander im Gewindeeingriff sind; dieser Feinvorschub-Mechanismus ist an dem beweglichen Element

_on 2 befestigt, während der Motor mit der Schraubspindel ου

13 qekuppelt und der mit dem stationären Element 1 verbundene Elektromagnet 19 an der Mutter 14 angebracht ist; der Motor 17 wird unter der Bedingung angetrieben, daß sich die Schraubspindel 13 und die Mutter 14 innerhalb

__ ihres Bewegungsbereiches befinden, während bei entregtem oo

bzw. entmagnetisiertem Solenoid 19 der Motor 17 in der

~ &O-

Richtung angetrieben wird, in der die. Schraubspindel 13 und die Mutter 14 in ihre neutralen bzw. Ruhelagen zurückgebracht werden; dadurch kann bei entregtem Elektromagneten 19 das bewegliche Element 2 in gewünschtem Maße relativ zu dem stationären Element 1 verschoben werden; wenn der Elektromagnet 19 auf dem gesamten Hub des beweglichen Elementes 2 an der qewünschten Stelle erregt bzw. betätigt wird, dann kann das bewegliche Element 2 von dieser Stelle aus feinverschoben werden, so daß sich ein verbesserter Meßwirkungsgrad ergibt.

Weiterhin überstreicht dieser Aufbau nicht die Gesamtlänge des Meßbereiches, so daß die Konstruktion eine kompakte Größe, ein geringes Gewicht und niedrige Herstellungskosten hat. Diese Tatsachen, nämlich die kompakte Größe und das geringe Gewicht, stellen einen wesentlichen, vorteilhaften Beitrag für die Gewährleistung einer extrem hohen Genauigkeit dar, wie sie für Präzisions-Meßgeräte wichtig ist.

Zusätzlich wird bei dieser Ausführungsform des Feinmechanismus 12 auf der Schraubspindel 13 und der Mutter 14 die Kupplung zwischen der Mutter 14 und dem stationären Element 1 durch den an der Mutter 14 vorgesehenen Elektromagneten 19 durchgeführt, wodurch die Schraubspindel 13 und die Mutter 14 ständig im Gewindeeingriff miteinander sind, und zwar unabhängig von der Umschaltung zwischen Grobvorschub und Feinvorschub, so daß Totgang vermieden werden kann; der Vorschub des beweglichen Elementes erfolgt also mit extrem hoher Genauigkeit.

Die zweiten Schalter 21A und 21B sind an den gegenüberliegenden Endbereichen der Schraubspindel 13 vorgesehen; wenn diese Schalter 21A und 21B eingeschaltet werden, wird der Betrieb des Motors 17 unterbrochen, um die Relativbewegung zwischen der Schraubspindel 13 und der

Mutter 14 zu beenden, so daß eine Beschädigung des empfindlichen Feinvorschub-Mechanismus 12 verhindert werden kann. Die dritten Schalter 22A und 22B befinden sich vor den zweiten Schaltern 21A und 21B; wenn diese Schalter 22A und 22B eingeschaltet werden, wird eine der beiden Warnlampen 32A oder 32B ein/ausgeschaltet, wodurch die verbleibende, geringe Hubstrecke beim Feinvorschub durch die Warnlampe 32A oder 32B angezeigt werden 2Q kann. Außerdem macht es der Ein/Aus-Betrieb der Warnlampen 32A oder 32B möglich, zu unterscheiden, in welche Richtung die verbleibende, geringe Vorschubstrecke noch zur Verfugung steht.

Wenn die zweiten Schalter 22A und 22B eingeschaltet und der Elektromagnet 19 entregt werden, wird die Mutter 14 automatisch zu der zentralen Stelle der Schraubspindel 13 zurückgebracht, d.h., zu der Ruhelage, in der der erste Schalter 20 eingeschaltet wird, wodurch der

2Q Elektromagnet 19 entregt und der Feinvorschub-Mechanismus 12 automatisch in die neutrale Ruhelage· zurückgebracht werden, während das bewegliche Element 2 mit Grobvorschub zu dem nächsten, zu messenden Punkt gebracht wird.· die Bearbeitung muß also nicht unterbrochen werden, um eine manuelle Rückführung vorzunehmen. Dies bedeutet, daß unabhängig von der Lage des beweglichen Elementes 2 über den gesamten Hub der Feinvorschub sofort von dieser Lage; aus gestartet werden kann, so daß sich eine relevante Verringerung des Feinvorschub-Hubes

_on ergibt, da das System, wie erwähnt, eine extrem kompakte Größe hat. Weiterhin wird zum Zeitpunkt der Rückführung in die neutrale Ruhelage die Drehzahländerungskupplung 16, die den Motor 17 mit der Schraubspindel 13 verbindet, von niedrigen Drehzahlen auf hohe Drehzahlen umge-

_o_ stellt, so daß die Rückführung sehr rasch ausgeführt

werden kann.

Der erste, zweite und dritte Schalter 20, 21A, 21B, 22A und 22B können in axialer Richtung der Schraubspindel 13 verschoben werden, so daß die neutrale Ruhelage, der Bereich des Hubes für den Feinvorschub und die Lage für die Anzeige des verbleibenden, noch zur Verfüqung stehendes Hubes je nach Wunsch eingestellt werden können.

Der Feinvorschub-Mechanismus 12 kann zusätzlich oder als Alternative zu der Kombination aus der Schraubspindel 13 und der Mutter 14, wie sie oben beschrieben wurde, beispielsweise eine Kombination aus einem Ritzel und einer Zahnstange oder eine Kombination aus einem Zylinder und einem Kolben enthalten. Bei der Kombination aus Ritzel/Zahnstanqe sollte eine Klemmeinrichtung vorgesehen werden, wobei das Ritzel durch den Motor oder eine ähnliche Antriebseinrichtung gedreht wird. Bei der Kombination aus dem Zylinder und dem Kolben sollte eine Klemmeinrichtung vorgesehen werden, während eine Quelle für ein fluides Medium, wie beispielsweise eine pneumatische oder hydraulische Quelle, mit dem Zylinder über ein Umschaltventil verbunden ist.

Als Antriebseinrichtunq ist der Motor 17, insbesondere ein Elektromotor, dann besonders geeignet, wenn der Feinvorschub-Mechanismus 12 durch die Kombination aus der Schraubspindel 13 und der Mutter 14 gebildet wird, wie es bei der beschriebenen Ausführungsform der Fall ist. Selbstverständlich kann jedoch die für den jeweiligen Anwendungszweck optimale Antriebsquelle in Abhängigkeit von den einzelnen Bauteilen des Feinvorschub-Mechanismus 12 ausgewählt werden.

Auch für die Klemmeinrichtung können neben der beschriebenen, elektromagnetischen Klemmeinrichtung mit dem

Elektromagneten 19 andere Ausführungsformen eingesetzt werden, wie beispielsweise eine pneumatisch anziehende Einrichtung, eine mechanisch verriegelnde Einrichtung und eine ähnliche Aüsführungsform, die, kurz ausgedrückt, selektiv mit dem stationären Element verbunden oder von ihm getrennt werden kann.

Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform sind drei Arten von Schaltern 20, 21A, 21B, 22A und 22B vorgesesehen. Beispielsweise kann jedoch auf die dritten Schalter 22A und 22B verzichtet werden; der Ausbau kann dann so ausgelegt werden, daß beim Einschalten der zweiten Schalter 21A und 21B die Antriebsdrehung des Motors 17 umgekehrt wird, um die Mutter 14 automatisch in die Neutrale Ruhelage zurückzuführen. Außerdem kann die Mutter 14 automatisch jedes Mal dann in die neutrale Ruhelage zurückqebracht werden, wenn der Elektromagnet

19 entregt wird, und zwar unabhängig von dem Ein/Aus-Betrieb der zweiten Schalter 21A, 21B und der dritten Schalter 22A, 22B. Zusätzlich kann es sich bei diesen Schaltern um Grenz- oder photoelektrische Schalter handeln.

Bei. der obigen Ausführungsform sind nur die Warnlampen 32A und 32B vorgesehen, die ein/aus-geschaltet werden, wenn die dritten Schalter 22A und 22B eingeschaltet werden; wird jedoch, über diese Schalter hinaus, eine Lichtquelle vorgesehen, die ein/aus-geschaltet oder insbesondere eingeschaltet wird, wenn der erste Schalter

20 eingeschaltet wird, sowie eine Lichtquelle, die ein/ aus-geschaltet oder insbesondere eingeschaltet wird, wenn die zweiten Schalter 21A und 21B eingeschaltet werden, dann wird es möglich, eine Anzeige dafür zu liefern, ob sich die Mutter 14 in der zentralen Lage der Schraubspindel 13 befindet oder nicht oder ob sie die

beweqliche Grenzlaqe erreicht hat oder nicht. Zusätzlich können diese Lichtquellen aus üblichen Glühbirnen, Leuchtdioden oder ähnlichen Lichtquellen bestehen. In diesem Fall können die Warnsignafe gleichzeitig mit dent Einschalten und Ausschalten der Warnlampen oder allgemeiner der Warneinrichtungen gegeben werden.

Die Steuereinrichtung 31 kann direkt auf dem beweglichen Element 2 ausgebildet oder an einer von dem beweglichen Element 2 getrennten Stelle über ein Kabel oder ein ähnliches Verbindungselement vorgesehen werden. In diesem Zusammenhang darf noch darauf hingewiesen werden, daß die direkte Anordnung der Steuereinrichtung 31 auf ¹^ dem beweglichen Element 2 insofern Vorteile bietet, als Arbeiten durchgeführt werden können, während die

X '■-Bestätigungen in 'd#^Nähe der zu messenden Werkstücks

vorgenommen werden, 'iijj^ ._ ,^*M?

Das besprochene Grundprinzip der vorliegenden Erfindung läßt sich nicht nur bei dem oben beschriebenen Meßinstrument, sondern auch, bei Maschinen einsetzen, die sowohl einen Feinvorschub als auch einen Grobvorschub benöti-

gen, wie beispielsweise bei Werkzeugmaschinen. " _t .

Die vorliegende Erfindung schafft also ein Feinvorschub-System, das eine kompakte Größe, ein niedriges Gewicht und geringe Herstellungskosten hat; der Feinvorschub des beweglichen Elementes kann sofort erfolgen und zwar unabhängig davon, an welcher Stelle seines Bewegungsbereiches das bewegliche Element sich befindet.

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Leerseite -

Claims

GRÜNE^KER. KINKELDEY. STGCSXMALRdk

PATENTANWÄLTE

AN PATENT ATTORNEYS

A. GRÜNECKER, oft.-ing.

DR. H..KINKELDEY. opl-img

DR W. STOCKMAIR. üipl iNG..ae ε :<im

DR K. SCHUMANN, aa+ws

P. H. JAKOB, dir.-ing DR G. BEZOLD. ophheu

W. MEISTER. Dipu ing

H. HILGERS. qpl-imb.

DR. H. MEYER-PLATH, opling

HETUiDOYO M¹G. CO., I/ED. 33-7, Shiba 5-chome, Minato-ku Tokyo, Japan

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P 18 909-dg

NACMGEFiEiCHT

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Feinvorschub-System

Patentansprüche

Γ

^s= 1.) FeinvorSchub-System zur Feinverschiebung eines beweg-

• J

vljrchen Elementes relativ zu einem stationären Elementt
dadurch gekenzeichnet, daß ein

Feinvorschub-Mechanismus (12) aus einem ersten Element 35 und einem zweiten Element, die relativ zueinan-

der bewegbar sind, an dem beweglichen Element (1) angebracht ist, daß an dem ersten Element ein Antriebselement vorgesehen ist, da ß an dem zweiten Element eine Klemmeinrichtung für die Kupplung des zweiten Elementes mit dem stationären Element (1) vorgesehen ist, und daß eine Steuereinrichtung (31) für die Betätigung der \ Antriebseinrichtung (J7) unter der Bedingung vorgesehen ist, daß ein Bewegun^sregeldetektor für die Definition eines relativen Bewegungsbereiches zwischen dem ersten und dem zweiten Element nicht betätigt ist, während die Antriebseinrichtung (17) bei freigegebener Klemmeinrichtung in der Richtung betätigt wird, daß das erste und zweite Element in ihre relativen Ausgangslagen zurückgebracht werden.
2. Feinvorschub-System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element eine Schraubspindel (13), das zweite Element eine Mutter (14) und die Antriebseinrichtung ein Motor (17) sind.
3. Feinvorschub-System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß während der Rückführung der Schraubspindel (13) und der Mutter (14) in ihre relativen Ausgangslagen die Schraubspindel (13) und der Motor (17) durch eine Drehzahländerungskupplung miteinander verbunden sind, die von der Steuereinrichtung (31) auf hohe Drehzahlen umgestellt worden ist.
g₀ 4. Feinvorschub-System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung eine elektromagnetische Kupplang (19) enthält.
5. Feinvorschub-System nach einem der Ansprüche 1 bis

gg 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsdetektor für die Feststellung der relativen Lagen des ersten

und zweiten Elementes (13, 14) lageverstellbar in Richtung der Relativbewegung vorgesehen ist.
6. Feinvorschub-System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Positionsdetektor mit zwei Schaltern für die Feststellung der relativen Lagen der Schraubspindel (13) und der Mutter (14) lage- ^ verstellbar in axialer Richtung der Schraubspindel (13) vorgesehen ist.
7. Feinvorschub-System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsdetektor zusammen mit dem Bewegungsregeldetektor nacheinander längs der Schraubspindel (13) vorgesehen ist, und daß die Detektoren durch die Bewegung der Mutter (14) betätigbar sind.
8. Feinvorschub-System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Betätigungsbereich für die Klemmeinrichtung, einen Betätigungsbereich für den Feinvorschub, eine Betätigungsschaltung für. die Klemmeinrichtung, wenn der Betätigungsbereich der Klemmeinrichtung betätigt wird, eine erste Steuerschaltung, die die Antriebseinrichtung (17) in Betrieb setzt, wenn der Bewegungsregeldetektor nicht betätigt wird und die Klemmeinrichtung in Betrieb ist, sobald der Betätigungsbereich für den Feinvorschub betätigt wird, und eine zweite Steuerschaltung aufweist, die die Antriebseinrichtung in der Richtung betätigt,

gg in der das erste und zweite Element (13, 14) in ihre relativen Ausgangslagen zurückgebracht werden, wenn die Klemmeinrichtung freigegeben wird.
9. Feinvorschub-System nach einem der Ansprüche 5 bis _Qg 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung

(31) einen Betätigungsbereich für die Klemmeinrichtung,

einen Betätigungsbereich für den Feinvorschub, eine Antriebsschaltung für die Betätigung der Klemmeinrichtung, wenn der Betätigungsbereich für die Klemmeinrich- ® tung betätigt wird, eine Signalidentifikationsschaltung (32) für den Ein/Aus-Betrieb oder das Einschalten einer Warneinrichtung, insbesondere einer Warnlampe, wenn der Positionsdetektor betätigt wird, eine erste Steuerschaltung für die Betätigung der Antriebseinrichtung unter der Bedingung, daß der Bewegungsregeldetektor nicht betätigt wird und die Klemmeinrichtung in Betrieb ist, wenn der Betätigungsbereich für den Peinvorschub betätigt wird, und eine zweite Steuerschaltung aufweist, die die Antriebseinrichtung in der Richtung betätigt, in der die Schraubspindel (13) und die Mutter (14) unter der Bedingung in ihre relativen Ausgangslagen zurückgebracht werden, daß der Positionsdetektor nicht betätigt wird, wenn die Klemmeinrichtung freigegeben wird.
10. Feinvorschub-System für die Feinverschiebung eines beweglichen Elementes längs eines stationären Elementes relativ zu diesem über einen Feinvorschubmechanismus mit zwei Elementen, die relativ zueinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Feinvorschub-Mechanismus (12) eine Schraubspindel (13) und eine Mutter (14) enthält, die im Gewindeeingriff mit der Schraubspindel (13) und an dem beweglichen Element (2) vorgesehen ist, daß ein Motor (17) für den Antrieb der Schraubspindel über eine Drehzahländerungskupplung mit der Schraubspindel (13) verbunden ist, daß die Mutter (14) mit einer elektromagnetischen Einrichtung (19) gekuppelt isip, um die Mutter (14) in geeigneter Weise mit dem stationären Element zu kuppeln, und daß eine Steuereinrichtung (31) für den Antrieb der Antriebseinrichtung mit niedriger Drehzahl unter der Bedingung, daß ein aus zwei Schaltern bestehender Bewegungsregeldetektor

für die Regelung des relativen Bewegungsbereiches zwischen der Schraubspindel (13) und der Mutter (14) nicht betätigt wird, während die Kupplung auf hohe Drehzahl umgeschaltet wird, so daß die Antriebseinrichtung (17) die Schraubspindel (13) und die Mutter (14) unter der Bedingung in ihre relativen Ausgangslagen zurückbringt, daß die elektromagnetische Kupplung nicht mit dem stationären Element (1) gekoppelt ist.
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11. Feinvorschub-System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsdetektor zwei Schalter für die Feststellung der relativen Lagen der Schraubspindel (13 J und der Mutter (14) aufweist und lageverstellbar

¹^ in Richtung der Relativbewegung angeordnet ist.
12. Feinvorschub-System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Positionsdetektor zusammen mit dem Bewegungsregeldetektor hintereinander längs der Schraubspindel (13) vorgesehen ist und daß daß die Detektoren durch die Bewegung der Mutter (14) betätigt werden.
13. Feinvorschub-System nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (31) einen Betätigungsbereich für die Klemmeinrichtung, einen Betätigungsbereich für den Feinvorschub, eine Klemmeinrichtung-Antriebsschaltung für die Betätigung der elektromagnetischen Kupplung, wenn der Betätigungsbereich für die Klemmeinrichtung betätigt wird, eine erste Steuerschaltung, die die Antriebseinrichtung unter der Bedingung betätigt, daß der Bewegungsregeldetektor nicht betätigt und die elektromagnetische Kupplung in Betrieb ist, wenn der Betätigungsbereich für den Feinvorschub betätigt wird, und eine zweite Steuerschaltung aufweist,. die die Antriebseinrichtung in der Richtung betätigt, in der die Schraubspindel (13) und die Mutter (14) in ihre relativen Ausgangslagen zurück-

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gebracht werden, wenn die Klemmeinrichtung freigegeben ist.

S 14, Feinvorschub-System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (31) eine Signalidetltifikationsschaltung für den Ein/Aus-Betrieb oder das Einschalten einer Alarmeinrichtung, insbesondere einer Alarmlampe, aufweist, wenn der Positionsdetektor betä-10 tigt wird.