DE3534951A1

DE3534951A1 - Vorrichtung zum detektieren und anzeigen des gleichgewichtszustandes eines drehkoerpers bei einer werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE3534951A1
Application number: DE19853534951
Authority: DE
Inventors: Noboru Nagase; Noritaka Gifu Noguchi; Masao Yamaguchi
Original assignee: Nagase Iron Works Co Ltd
Current assignee: Nagase Iron Works Co Ltd
Priority date: 1984-10-09
Filing date: 1985-10-01
Publication date: 1986-04-10
Also published as: US4817003A

Description

Beschreibung

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers, wie einer Schleifscheibe, einer Spindel oder dergleichen, in einer Werkzeugmaschine, wie einer Schleifmaschine, wobei die Größe der Außer-Mitten-Deviation des Drehkörpers detektiert und angezeigt wird.

Einige Werkzeugmaschinen zum Bearbeiten von Werkstücken haben Spindeln, die Drehwerkzeuge zur Bearbeitung der Werkstücke tragen. Wenn das an der Spindel angebrachte Drehwerkzeug im Ungleichgewichtszustand sein sollte oder die Riemenscheibe und die Zahnräder der Werkzeugmaschine zum Antreiben der Spindel im Ungleichgewicht sein sollten, so dreht sieh die Spindel exzentrisch oder ungenau und das Werkstück wird nicht in seiner Bohrung oder seinem Außenumfang mit Genauigkeit bearbeitet. Wenn die Werkzeugmaschine dieser Bauart verwendet wird, um ein Werkstück mit hoher Genauigkeit zu bearbeiten, ist es notwendig, die Größe einer Exzenterdeviation der Spindel zu detektieren und diese zu einem Gleichgewichtszustand zu korrigieren. Insbesondere bei Schleifmaschinen ist es erforderlich, daß das Drehwerkzeug oder die Schleifscheibe für eine genaue Schleifbearbeitung sich im Gleichgewichtszustand befindet.

Zur Einstellung des Drehgleichgewichtszustandes einer Schleifscheibe ist es üblich, die Schleifscheibe an einer einzigen Welle anzubringen, die über zwei horizontalen Gliedern liegt, die Richtung und die Geschwindigkeit der Rollbewegung der Schleifscheibe, wenn sie in Übereinstimmung umläuft, zur Bestimmung der Position und der Größe der Exzentrizität der Schleifscheibe zu detektieren und die Schleifscheibe so zu korrigieren, daß sie auf entsprechende Weise basierend auf der bestimmten Exzenterposition und -größe in den Gleichge-

wichtszustand gebracht wird. Eine solche Gleichgewichtskorrekturweise hängt jedoch von der Erfahrung und dem Wissen des Arbeiters ab und ist daher nicht ausreichend effizient. Die übliche Gleichgewichtskorrekturweise befaßt sich nicht mit der Korrektur irgendeines- Ungleichgewichtszustandes der Welle, von der die Schleifscheibe getragen wird. Selbst wenn daher die Schleifscheibe in entsprechender Weise abgegleichen ist bzw. sich im Gleichgewichtszustand befindet, so kann sie sich im Ungleichgewichtszustand drehen, wenn sie an einer unausgeglichenen Welle angebracht ist.

Die Erfindung zielt darauf ab, eine Vorrichtung zum Detektieren und genauen Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers zu schaffen, wenn dieser in einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist.

Insbesondere soll nach der Erfindung eine Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers in einer Werkzeugmaschine geschaffen werden, die derart ausgebildet ist, daß sie einen Detektor und eine Anzeigeeinrichtung hat, die mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, um zu ermöglichen, daß eine Bedienungsperson den Gleichgewichtszustand des Drehkörpers jederzeit überwachen kann.

Ferner soll nach der Erfindung die Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers in einer Werkzeugmaschine so ausgelegt sein/ daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die ermöglicht, daß die Bedienungsperson den Gleichgewichtszustand des Drehkörpers mit einem Blick bestätigen kann.

Vorzugsweise soll eine Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine geschaffen werden, bei der nur die Vibration des Drehkörpers von den Vibrationen der gesamten Werkzeugmaschine für das Detektieren der Größe einer Exzen-

terdeviation des Drehkörpers in Abhängigkeit von seiner Drehzahl ausgewählt wird.

Ferner soll nach der Erfindung eine Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine angegeben werden, bei der automatisch nur die Vibration des Drehkörpers aus den verschieden möglichen Vibrationen der Werkzeugmaschine zum Detektieren der Größe einer Exzenterdeviation des Drehkörpers in Abhängigkeit von der Drehzahl gewählt wird.

Ferner soll die Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine vorzugsweise derart ausgelegt sein, daß die Gesamtvibration der Werkzeugmaschine und die Vibration des Drehkörpers, wie einer Spindel, selektiv detektiert und angezeigt wird.

Insbesondere soll nach der Erfindung eine Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine derart ausgelegt sein, daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine angezeigte Ungleichgewichtsposition des Drehkörpers zu einer tatsächlichen Ungleichgewichtsposition basierend auf einer Phasenvariation korrigiert, wenn die angezeigten und tatsächlichen Ungleichgewichtspositionen nicht in genauer Übereinstimmung miteinander sind.

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine dadurch aus, daß eine Ausgangsdetektiereinrichtung zum Detektieren der Ausgangsposition des Drehkörpers, eine Vibrationsdetektiereinrichtung zum Detektieren der Vibration des Drehkörpers aufgrund eines Ungleichgewichtszustandes desselben, eine Recheneinrichtung zum Errechnen von Exzenterdeviationen des Drehkörpers, bezogen auf Indexpositionen mit der Ausgangsposition, basierend auf der de-

tektierten Vibration, wobei die Ausgangsposition als eine Bezugsposition dient, und eine Ungleichgewichtsposition-Anzeigeeinrichtung vorgesehen sind, die die Indexpositionen basierend auf den ermittelten Exzenterdeviationen anzeigt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Figur 1a ein Blockdiagramm einer Vorrichtung nach der Erfindung,

Figur 1b ein Diagramm zur Verdeutlichung des Arbeitsprinzips der Vorrichtung,

Figur 2a eine Seitenansicht einer Oberflächenschleifmaschine,

Figur 2b eine perspektivische Ansicht eines Vibrationsdetektors,

Figur 3 eine Vorderansicht einer Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen eines Gleichgewichtszustandes gemäß einer ersten Ausfuhrungsform nach der Erfindung,

Figur 4 ein Blockdiagramm einer elektrischen Schaltung der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes,

Figur 5 einen Sehältplan einer Filterschaltung,

Figuren 6 und 7 Flußdiagramme zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes,

Figur 8 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise einer Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen eines Gleichgewichtszustandes gemäß einer zweiten Ausführungsform nach der Erfindung, und

Figur 9 einen Schaltplan eines Teils einer Filterschaltung bei der zweiten Ausführungsform.

Unter Bezugnahme auf die Figuren 1a bis 7 wird eine erste bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung nachstehend beschrieben.

Eine Oberflächenschleifmaschine/ für die die Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen eines Gleichgewichtszustandes gemäß der ersten Ausführungsform bestimmt ist, wird vorab kurz unter Bezugnahme auf die Figuren 2a und 2b erläutert. Ein Tisch 2 zum Halten eines Werkstücks W ist beweglich auf einem Gestell 1 angebracht. Eine Spindel 3 ist drehbar über dem Tisch 2 gelagert und eine Schleifscheibe 4 ist an einem Ende der Spindel 3 in gegenüberliegender Zuordnung zum Werkstück W angebracht. Ein Motor 5 treibt die Spindel 3 an und ist mit dem anderen Ende der Spindel 3 verbunden.

Ein Schleifscheibenkopf 6a ist vertikal beweglich frei schwebend an einem Ständer 6 des Gestells 1 angebracht. Am distalen Ende des Schleifscheibenkopfes 6a ist lösbar ein piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer 7 (Figur 2b) angebracht, der als eine Vibrationsdetektiereinrichtung dient. Am Boden des piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers 7 ist ein Distanzstück 47 in Form einer Eisen- oder Aluminiumplatte befestigt. Ein Magnet 46 ist fest mit dem Boden des Distanzstücks verbunden. Der Beschleunigungsaufnehmer 7 zieht daher magnetisch den Schleifscheibenkopf 6a mit Hilfe des Magneten 46 an. Das Distanzstück 47 kann auch weggelassen werden. Der Beschleuni-

gungsaufnehmer 7 kann am Schleifscheibenkopf 6a angeschraubt sein anstelle daß er magnetisch durch den Magneten 46 angezogen wird. Das Gestell 1 enthält alle diese Teile, abgesehen von jenen, die durch den Motor 5 drehangetrieben werden. Der Beschleunigungsaufnehmer 7 kann irgendwo auf dem Gestell 1 angeordnet werden, vorausgesetzt/ daß er die Vibration der Spindel 3 oder des Magneten 4 detektieren kann.

Die Deviation oder die Verschiebung des Gestells erfolgt durch die Gesamtvibration der Oberflächenschleifmaschine, und diese stellt die Summe mehrerer Vibrationen der beweglichen Teile der Oberflächenschleifmaschine, d.h. des Tisches 2, der Spindel 3, der Schleifscheibe 4, des Motors 5 und dergleichen, dar.

Ein lichtreflektierender Körper 8, der als ein Teil zum Detektieren dient, ist an der vorderen Fläche der Schleifscheibe 4 angebracht und dreht sich mit dieser. Ein Ausgangspunkt-Detektionssensor 10, der als eine Ausgangspunkt-Detektionseinrichtung dient, wird von einer Stütze 9 in einer Position getragen, die dem Bereich oder der Ebene gegenüberliegt/ in der sich der lichtreflektierende Körper 8 dreht. Die Ausgangspunkt-Detektionseinrichtung kann auf unterschiedliche Weise ausgelegt sein. Beispielsweise kann der lichtreflektierende Körper 8 weggelassen werden und ein zu detektierendes Teil kann von der Spindel 3 vorstehen und dreht sich mit derselben und ein Photosensor kann als eine Ausgangspunkt-Detektionseinrichtung auf dem Gestell 1 in gegenüberliegender Zuordnung zu dem zu detektierenden Teil vorgesehen sein.

Nachstehend wird die Gleichgewichtszustanddetektier- und Anzeigevorrichtung beschrieben/ die mit der Oberflächenschleifmaschine mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau verbunden ist. Wie in Figur 3 gezeigt, hat eine Anzeigeeinrichtung 12 eine Vorderfläche, die als ein Anzeigeteil 13 dient, auf dem insgesamt 36 Indexpositionen-Anzeigeteile 14 in einem kreisförmigen Muster und in einem Winkelabstand von 10 Grad Intervallen angeordnet sind. Eine Ausgangspunkt-Anzeigeeinrichtung 15 ist ra-

dial der O Grad Indexpositionsanzeigeeinrichtung 14 gegenüberliegend angeordnet. Eine numerische Anzeige 16 ist mittig auf dem Anzeigeteil 13 vorgesehen, um die Exzenterdeviation der Schleifscheibe 4 und die Drehzahl der Spindel 3 numerisch anzuzeigen. Jede Ziffer wird durch eine 7-Segment LED oder Flüssigkristallanzeige angezeigt.

Am unteren Ende des Anzeigeteils 13 sind drei Stellschalter 17 für eine niedrige, eine mittlere und eine hohe Verstärkung angeordnet, mittels denen der Verstärkungsgrad eines Signals eingestellt werden kann, das durch den Beschleunigungsaufnehmer 7, einen Umschalter 18 für die Anzeige der Drehzahl der Spindel 3 auf der numerischen Anzeigeeinrichtung 16 und einem Halteschalter 19 detektiert wird, der die Anzeige der numerischen Anzeige 16 und die Anzeige der Indexpositionsanzeigeeinrichtungen 14 aufrecht erhält. Die Anzeigeeinrichtungen 17a, 18a, 19a befinden sich jeweils oberhalb der Schalter 17, 18, 19 und dienen zur Bestätigung der Arbeitsweise der Schalter 17, 18, 19.

Eine Positionskontrolleinrichtung 21 ist als eine Korrektureinrichtung auf einer Seite des unteren Endes des Anzeigeteils 13 angeordnet. Die Positionskontrolleinrichtung oder die Positionssteuereinrichtung 21 hat ein Paar von numerischen Ringen 23, die durch ein Fenster 22 freiliegen. Jeder numerische Ring 23 bzw. jeder mit Ziffern versehene Ring 23 hat einen integralen Betätigungsteil 23a mit einer aufgerauhten Oberfläche/ um den mit Ziffern versehenen Ring 23 verdrehen zu können. Oberhalb der Positionskontrolleinrichtung 21 befindet sich ein Betriebsartenwählschalter 35/ um einzeln eine Einstellbetriebsart zu wählen, die die Korrektur der angezeigten Position auf den Indexpositionsanzeigeeinrichtungen 14 einschließt und eine Gleichgewichtsmeßbetriebsart zu wählen. Auch ist ein Zustandseinsteilschalter 36 zum Einstellen eines Zustandes vorhanden, der maßgebend dafür ist, ob ein einen Ungleichgewichts-

zustand erzeugendes Gewicht bei der Einstellbetriebsart
angebracht wird oder nicht.

Basierend auf den angezeigten Positionsdaten zur Korrektur bei der Einstellbetriebsart werden die mit Ziffern versehenen Ringe 23 der Positionskontrolleinrichtung 21 um
entsprechende Intervalle verdreht, um die angezeigte Position auf den Indexpositionsanzeigeeinrichtungen 14 in Inkrementen von 10 Grad zu korrigieren. Mit 20 ist in Figur 3 ein Stromversorgungsschalter bezeichnet.

Eine elektrische Schaltung der Gleichgewichtszustandsanzeigevorrichtung gemäß dieser Ausfuhrungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 4 beschrieben. Eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 24, die eine Recheneinrichtung, eine Wähleinrichtung und eine Steuereinrichtung enthält, ist mit einem Festspeicher (ROM) 25 zum Speichern eines Programms, das die Arbeitsweise der Gesamtvorrichtung steuert, und mit einem Randomspeicher (RAM) 26 verbunden, der Datenbereiche zur Datenspeicherung hat. Die CPU 24 ist mit einer Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 27 verbunden, die Eingabeanschlüsse hat, mit denen der piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer 7 über einen A/D-Wandler 28 und eine Filterschaltung 29, den Ausgangspunkt-Detektionssensor 10, den Halteschalter 19 und den Verstärkungseinstellschaltern 17, den
Umschalter 18, die Positionssteuereinrichtung 21, den Betriebsartenwählschalter 35 und den Zustandseinstellschalter 36 verbunden sind. Die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 27 hat Ausgabeanschlüsse, die mit den Anzeigepositionsanzeigeeinrichtungen 14, der Ausgangspunktanzeigeeinrichtung 15, der
numerischen Anzeige 16 und der Bestätigungsanzeigeeinrichtungen 17a, 18a, 19a verbunden sind. Wenn der Umschalter 18 betätigt wird, detektiert die CPU 24 die Drehzahl (Upm) der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 basierend auf dem Intervall von Ausgangspunkt-Impulsen, die von dem Ausgangspunkt-

Detektionssensor 10 ausgegeben werden und es wird hierbei ermöglicht, auf der numerischen Anzeige 16 die detektierte Drehzahl in Upm anzuzeigen.

Die Filterschaltung 29 dient zum Detektieren der Vibration des Schleifscheibenkopfes 6a über den Beschleunigungsaufnehmer 7 und sie detektiert nur die Vibration der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 aus den detektierten Vibrationen des Schleifscheibenkopfes 6a. Wie in Figur 5 gezeigt/ weist die Filterschaltung 29 eine Ladungs verstärkerschaltung 30 zum Umwandeln der Ladung des Beschleunigungsaufnehmers 7 auf die Spannung eines Beschleunigungssignals SG1, eine Spannungsverstärkerschaltung 31 zum Einstellen der Vibrationsempfindlichkeit mit einem Rheostaten (Regelwiderstand) R1, eine Integrierschaltung 32 zum Umwandeln des Beschleunigungssignals SG1 in ein Geschwindigkeitssignal SG2, ein Bandpaßfilter (B.P.F.) 33 zum Auswählen eines erforderlichen Signals und eine Verstärkungsumschaltverstärkerschältung 34 auf, mittels der ein Verstärkungsgrad für das Geschwindigkeitssignal SG2 basierend auf der Arbeitsstellung des Verstärkungseinstellschalters 17 umschaltbar ist. Dem Bandpaßfilter 33 wird ein Einstellsignal SG3 vom CPU 24 über die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 27 zugeführt/ um die Mittelfrequenz des Filters 33 in Übereinstimmung mit der Frequenz entsprechend der Drehzahl der Spindel 3 zu bringen, die in Zusammenwirken mit dem Ausgangspunktsensor 10 von dem CPU 24 detektiert wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der so ausgelegten Gleichgewichtsanzeigeeinrichtungen näher erläutert. Figuren 6 und 7 zeigen ein Flußdiagramm eines mit der CPU 24 ausgeführten Programms.

Wie in Figur 6 gezeigt ist, erfolgt eine Initialisierung in einem Schritt S1, wenn der Stromversorgungsschalter 20 der Anzeigeeinrichtung 12 eingeschaltet wird und dann wird in

einem Schritt S2 nachgeprüft, ob die Einstellbetriebsart durch den Betriebsartenwahlschalter 35 gewählt ist. Wenn die Einstellbetriebsart nicht eingestellt ist, dann wird das Programm über einen Schritt S3 mit einem Schritt S15 (Figur 7) fortgesetzt, um den Gleichgewichtszustand zu messen und anzuzeigen.

Wenn die Einstellbetriebsart im Schritt S2 gewählt wird, dann wird im Programm mit einem Schritt S4 fortgefahren, der bestimmt, in welcher Betriebsstellung sich der Zustandseinstellschalter 36 befindet. Wenn man annimmt, daß die Spindel 3 sich mit keinem an der Schleifscheibe 4 gemäß der Vorgehensweise angebrachten Gewicht dreht und wenn der Zustandseinstellschalter 36 in eine Gewichtsposition umgestellt ist/ dann wird ein Betriebsfehler auf der numerischen Anzeige 16 in einem Schritt S5 angezeigt. Wenn der Zustandseinstellschalter 36 in richtiger Weise auf eine Stellung ohne Gewicht eingestellt ist, dann wird beim Verfahrensablauf mit einem Schritt S6 fortgefahren, der überprüft, ob die Drehung der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 stabil ist oder nicht, indem die Intervalle der Ausgangspunkt-Detektierimpulse, die von dem Ausgangspunktdetektiersensor geliefert werden, gemessen und verglichen werden. Wenn die Drehung der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 stabil wird, dann beginnt das Programm mit einer Meß- und Anzeigeroutine in einem Schritt S7, in der der Schritt S15 und die folgenden Schritte ausgeführt werden, die nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 7 erläutert werden. Bei der Meß- und Anzeigeroutine wird der Maximalwert eines Ungleichgewichtszustandes der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 und die sich aus dem Ungleichgewichtszustand ergebende Position auf der Basis der Vibration detektiert, die durch die Drehung dieser Drehkörper 3,4 ohne ein angebrachtes Gewicht entsteht. Der maximale Ungleichgewichtswert wird auf der numerischen Anzeige 16 ange-

zeigt, während zugleich die Indexpositionsanzeigeeinrichtung 14 entsprechend der Ungleichgewichtsstellung intermittierend erregt wird oder flimmert.

Nachdem sich die Anzeige und die Wiedergabe der Anzeige stabilisiert haben, schaltet die Bedienungsperson den Halteschalter 19 an, der in einem Schritt S8 bestätigt wird und die angezeigten und zur Anzeige gebrachten Daten werden aufrecht erhalten. In einem Schritt S9 werden die Größe und die Position des Ungleichgewichtszustandes ohne ein angebrachtes Gewicht, d.h. die Vektordaten (QA in Figur 1b) des Ungleichgewichtszustandes zeitweise im RAM 26 gespeichert. Unter dieser Bedingung stoppt die Bedienungsperson versuchsweise die Drehung der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 und ein Bezugsgewicht wird an der Schleifscheibe 4 an einer Winkelstellung (bei θο° in Figur 1b) ausgehend vom Ausgangspunkt angebracht. Dann legt die Bedienungsperson den Zustandseinstellschalter 36 auf die Gewichtsposition um und die Spindel 3 beginnt sich wiederum zu drehen.

Anschließend wird in einem Schritt 11 bestätigt, daß die Spindel 3 und die Schleifscheibe 4 in ihrer Rotation stabil sind. Das Programm geht zu einem Schritt 12 über, in dem der Vektor (OB in Figur 1b) eines Ungleichgewichtszustandes der Drehkörper 3, 4 mit angebrachtem Gewicht gemessen und im Schritt S7 angezeigt wird. In einem folgenden Schritt S13 wird der Vektor (OC in Figur 1b) des Ungleichgewichtszustandes mit angebrachtem Gewicht aus den Vektordaten mit dem angebrachten Gewicht und den Vektordaten ohne das angebrachte Gewicht ermittelt und auf der numerischen Anzeige 16 angezeigt, während die Indexpositionsanzeigeeinrichtung 14 entsprechend der Winkelposition (bei 9c° in Figur 1b) des Vektors intermittierend erregt wird. Wenn dann die Einschaltung des Halteschalters 19 in einem Schritt S14 bestätigt wird, werden die wiedergegebenen und angezeigten Daten aufrecht erhalten. Das Programm kehrt nun zum Schritt S2 zurück und es wird hierbei der Verfahrensablauf der Einstellbetriebsart beendet.

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Durch Subtraktion der Position (θο°), an der das Gewicht angebracht ist, von der Position (0c°) der intermittierend erregten Indexpositionsanzeigeeinrichtung 14 kann daher die Bedienungsperson die Positionsdifferenz als eine Phasenveränderung zwischen der angezeigten Ungleichgewichtsposition und der tatsächlichen Ungleichgewichtsposition erkennen. Der mit Ziffern versehene Ring 23 der Positionskontrolleinrichtung 21 sollte dann um ein Winkelintervall verdreht werden, das der Phasenänderung entspricht, um die Phasenabweichung auf der Anzeigeeinrichtung bei dem darauffolgenden Gleichgewichtsmeßablauf zu eliminieren, so daß die durch die Indexpositionsanzeigeeinrichtung 14 angezeigte Ungleichgewichtsposition in genauer Übereinstimmung mit der tatsächlichen Ungleichgewichtsposition gebracht wird. Hieraus resultiert eine Anzeige, die für die Bedienungsperson leichter zu erfassen ist, um zu ermöglichen, daß die Bedienungsperson die Schleif-, scheibe leicht abgleichen kann, d.h. in einen Gleichgewichtszustand bringen kann.

Die Meßbetriebsart wird nachstehend unter Bezugnahme auf Figur 7 erläutert.

Nachdem die angezeigte Position korrigiert worden ist und wenn die Meßbetriebsart durch den Betriebsartenwählschalter 35 gewählt ist, wird mit dem Programm von der Nicht-Seite des Schrittes S2 mit dem Schritt S15 fortgefahren, der das Arbeiten des Umschalters 18 bestätigt. Wenn eine Drehzahlanzeige-Betriebsart in Upm durch den Umschalter 18 gewählt ist, dann detektiert ein Schritt S16 die Drehzahl in Upm der Spindel 3 basierend auf den Intervallen der Ausgangspunkt-Detektierimpulse, die von dem Ausgangspunkt-Detektionssensor 10 geliefert werden. Nachdem die detektierte Drehzahl in Upm auf der numerischen Anzeige 16 in einem Schritt S17 angezeigt ist, erfolgt eine Rückkehr zum Schritt S15 Bei der Steuerung.

Wenn der Umschalter 18 nicht betätigt ist, und daher die Deviationsanzeigebetriebsart im Schritt S15 eingestellt ist, wird einer der Einstellschalter 17 für eine hohe Verstärkung, eine mittlere Verstärkung und eine geringe Verstärkung eingeschaltet, um einen Verstärkungsgrad für das Signal zu wählen, das vom Beschleunigungsaufnehmer 7 abgegeben wird. Die Bestätigungsanzexgeexnrichtung 17a für den entsprechend betätigten Verstärkungseinstellschalter wird in einem Schritt S19 erregt.

Ein Schritt S20 detektiert die Drehzahl der Spindel 3 der Schleifscheibe 4 in Upm, indem die Intervalle der Ausgangspunkt-Detektierimpulse von dem Ausgangspunkt-Detektionssensor 10 gemessen werden. Ein Schritt S21 vergleicht die gemessenen Intervalle der Ausgangspunkt-Detektierimpulse, um zu überprüfen, ob die Drehung der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 stabil ist oder nicht.

In einem Schritt 22 wird die Mittenfrequenz des Bandpaßfilters 33 der Filterschaltung 29 in Übereinstimmung mit der Frequenz entsprechend der Drehzahl der Spindel 3 gebracht, die im Schritt S20 detektiert wurde.

Wenn der Ausgangspunkt auf der Schleifscheibe 4 durch den Ausgangspunkt-Detektionssensor 10 in einem Schritt S23 detektiert wird, dann werden Datenteile detektiert, die durch den A/D-Wandler 28 in einer Umdrehung der Schleifscheibe 4 oder 36 Deviationen verarbeitet werden können, die in ihrer Anzahl der Indexpositionsanzeigeeinrichtungen 14 entsprechen. Die detektierten Datenteile werden im RAM 26 in den Schritten S24 bis S27 gespeichert. Wenn der Ausgangspunkt im Schritt S26 detektiert wird, dann wird im Programm mit einem Schritt S28 fortgefahren, indem die gesamte Anzahl der detektierten Deviationsdatenteile durch die Anzahl der Indexpositionen geteilt wird, die in einem Winkelabstand von 10° angeordnet sind oder indem die gesamte Anzahl durch 36 geteilt wird.

Dann werden die Deviationsdatenteile für die jeweiligen Indexpositionen in einem Schritt S29 zusammengefaßt und die Summe wird durch die Anzahl der Datenteile dividiert, um primäre mittlere Abweichungsdaten zu ermitteln. Die ermittelten primären mittleren Abweichungsdaten für die Indexpositionen werden dann im Datenbereich des RAM 26 in einem Schritt S30 gespeichert.

Ein Schritt S31 überprüft/ ob die Detektion der Deviationsdaten und die Speicherung derselben für eine vorbestimmte Anzahl wiederholt worden ist. Wenn keine Wiederholung erfolgt ist, dann kehrt das Programm über einen Schritt S32 zu dem Schritt S23 zurück und wenn eine Wiederholung erfolgt ist, dann wird im Programm mit einem Schritt S33 fortgefahren, indem die primären mittleren Deviationsdaten für jede Umdrehung aus dem RAM 26 ausgelesen werden, die auslesenen Datenteile zusammengefaßt werden und die Summe durch die vorbestimmte Anzahl dividiert wird, um zweite mittlere Deviationsdaten zu erhalten. Die ermittelten zweiten mittleren Deviationsdaten werden im RAM 26 für jede Indexposition in einem Schritt S34 gespeichert.

Ein Schritt S35 wählt die maximalen Deviationsdaten und die Indexposition, an der die maximalen Deviationsdaten auftreten, indem die zweiten mittleren Deviationsdatenteile verglichen werden. In einem Schritt S36 wird die Indexposition, an der die maximalen Deviationsdaten auftreten, auf der Basis der Daten korrigiert, indem die Positionskontrolleinrichtung 21 zur Korrektur genutzt wird. In einem Schritt S37 werden die maximalen Deviationsdaten in einen numerischen Wert umgewandelt, der auf der numerischen Anzeigeeinrichtung 16 angezeigt werden kann. Ein Schritt S38 bestimmt, ob die maximale Deviation größer als ein Bezugswert ist oder nicht. Wenn die maximale Deviation größer als der Bezugswert ist, wird im

Programm mit einem Schritt S39 fortgefahren, indem die maximale Deviation auf der Deviationsanzeigeeinrichtung 16 angezeigt wird und die Indexpositionsanzeigeeinrichtung 14 entsprechend die Position anzeigt, in der die korrigierte maximale Deviation auftritt. Diese wird hierbei intermittierend erregt. Zu diesem Zeitpunkt werden auch andere Anzeigeeinrichtungen 14 in der Nähe der Anzeigeeinrichtung 14 entsprechend der Position erregt, an der die maximale Deviation auftritt. Da die mittlere Anzeigeeinrichtung 14 flimmert, während die benachbarten Anzeigeeinrichtungen 14 ständig erregt werden, läßt sich die Position leicht feststellen, an der die maximale Deviation auftritt. Wenn dann in einem Schritt S40 detektiert wird, daß der Halteschalter 19 eingeschaltet ist, dann werden die angezeigten und angegebenen Daten aufrecht erhalten und der Haltezustand wird durch die Bestätigungsanzeige 19a angezeigt, die erregt wird. Wenn der Halteschalter 19 nicht eingeschaltet ist, dann kehrt das Programm über einen Schritt S41 zum Schritt S2 zurück, um die vorstehend genannten Schritte wiederholt zu durchlaufen.

Wenn die maximale Deviation nicht größer als der Bezugswert im Schritt S38 ist, d.h. wenn die Spindel 3 und die Schleifscheibe 4 als im Gleichgewicht stehend erscheinen, dann wird bei der Steuerung mit einem Schritt S42 fortgefahren, indem die Buchstaben "GOOD" auf der numerischen Anzeige 16 angezeigt werden, um anzugeben, daß der Ausgleichsvorgang beendet ist. Dann fährt das Programm mit dem Schritt S40 fort.

Die numerische Umwandlung im Schritt S37 kann durch Umwandeln der Daten durchgeführt werden, die im vorangehenden Schritt ermittelt wurden auf Relativwerte, basierend auf m'r (Masse χ Radius), Beschleunigung, Geschwindigkeit, Verschiebung oder Bezugsdeviation.

Bei der Gleichgewichtsanzeigevorrichtung gemäß vorstehend genannten Ausbildungsformen stellt der Vektor OC in Figur 1b nicht nur die aufgrund des Gewichtes mit einem Gewicht W angezeigte Position, sondern auch die Deviation dar, wenn das Gewicht angezeigt wird. Durch die Bestimmung des Verhältnisses der Deviation und des tatsächlichen Gewichtes W kann die Deviation des Drehkörpers auf eine Gewichtsbasis auf dem ermittelten Verhältnis umgewandelt werden. Somit kann auf einfache Weise der Ungleichgewichtszustand des Drehkörpers dadurch eliminiert werden, daß das Gewicht oder ein Ausgleichsgewicht, das das umgewandelte Gewicht hat, an der Winkelposition des Drehkörpers angebracht wird, die der mit der Indexposition-Anzeigeeinrichtung 14 angezeigten Position entspricht.

Wie in Figur 3 gezeigt ist, werden die Winkel der Indexposition-Anzeigeeinrichtung 14 auf der Anzeigeeinrichtung 12 in Uhrzeigerrichtung progressiv größer. Jedoch ändert sich die Drehrichtung der Spindel in der Schleifmaschine von einer Bauart zur anderen. Um dies zu berücksichtigen, kann ein Richtungsumschalter auf der Anzeigeeinrichtung 12 angeordnet werden und er kann wahlweise in Abhängigkeit von der Drehrichtung des Drehkörpers betätigt werden, um zu ermöglichen, daß die zu sammelnden Daten unter denselben Bedingungen erhalten werden. Somit kann die Gleichgewichtszustandsanzeigevorrichtung verwendet werden, um unterschiedliche Drehkörper in den Gleichgewichtszustand zu bringen, deren Drehrichtung sich ändern kann.

Bei der vorstehend genannten ersten Ausfuhrungsform wird die Mittelfrequenz der Frequenzwähleinrichtung automatisch durch die CPU 24 eingestellt. Jedoch kann die Frequenzeinstellung auch manuell über eine Handwählscheibe erfolgen.

Die Gleichgewichtszustandsanzeigevorrichtung nach der Erfindung kann so ausgelegt und beschaffen sein, daß sie wahlweise

die Gesamtvibration der Werkzeugmaschine und die Vibration des Drehkörpers detektiert und anzeigt. Bei einer solchen zweiten Ausführungsform ist ein Umschalter 41 für das Wählen der Gesamtvibration oder der Drehvibration auf dem Anzeigeteil 13 angeordnet und mit einem Eingangsanschluß der Eingabe/ Ausgabeschnittstelle 27 verbunden. Eine Anzeigeeinrichtung für das wahlweise Anzeigen der Gesamtvibration oder der Drehvibration ist auf dem Anzeigeteil 13 angeordnet und mit einem Ausgabeanschluß der Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 27 verbunden. Wie in Figur 9 gezeigt ist, hat die Filterschaltung 2 9 eine Schaltung 43/ die den Bandpaßfilter 33 umgeht, wenn der Umschalter 41 mit der Schaltung 43 verbunden ist. Der Umschalter 41 wird durch ein Umschaltesignal SG4 betätigt, das vom CPU 24 geliefert und über die Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle 27 angelegt wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise der Meßbetriebsart der Gleichgewichtsanzeigevorrichtung gemäß der zweiten bevorzugten Ausfuhrungsform unter Bezugnahme auf Figur 8 näher erläutert. Die Schritte S15 bis S19 in Figur 8 werden auf dieselbe Weise wie die Schritte SI 5 bis S19 in Figur 17 bei der Gleichgewichtsanzeigevorrichtung mit automatischer Einstellung gemäß der vorangehenden Ausführungsform durchgeführt. Ein Schritt S20 überprüft, ob eine Betriebsart zum Detektieren der Vibration des Drehkörpers durch den Umschalter 41 gewählt ist. Wenn diese nicht gewählt ist, d.h., wenn eine Betriebsart zum Detektieren der Gesamtvibration gewählt ist, dann wird die Betriebsart zum Detektieren der Gesamtvibration in einem Schritt S19a verwirklicht, um die Arbeitsweise des Bandpaßfilters 33 der Filterschaltung 29 zu übersteuern bzw. zu umgehen. Dann wird eine Vielzahl von Deviationsdatenteilen, die bei der Gesamtvibration am Kopf 6a erzeugt werden, in einem Schritt S19b detektiert/ basierend auf dem detektierten Signal vom Beschleunigungsaufnehmer 7. Dann werden die maximalen Deviationsdatenwerte unter den Deviationsdatenteilen

jeweils pro Zeiteinheit in einem Schritt S19c ermittelt. Die so ermittelten Datenwerte werden in einen numerischen Wert umgewandelt, der angezeigt werden kann, und der numerische Wert wird auf der numerischen Anzeige 16 in einem Schritt S19d zur Anzeige gebracht. Dann kehrt das Programm zum Schritt S2 zurück. Somit kann die Gesamtsituation der Werkzeugmaschine genau bestimmt werden, um in erleichterter Weise eine abnormale Vibration zu bestimmen.

Wenn die Entscheidung im Schritt S20 mit JA fällt, d.h. wenn die Betriebsart zum Detektieren der Vibration des Drehkörpers gewählt ist, wird die Betriebsart zum Detektieren der Vibration des Drehkörpers in einem Schritt S21 verwirklicht, in dem auf die Frequenzwahl durch den Bandpaßfilter Bezug genommen wird. Ein Schritt S22 überprüft dann, ob die Drehung der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 stabil ist oder nicht, indem die Intervalle der Ausgangspunktdetektierimpulse gemessen und verglichen werden, die vom Ausgangspunkt-Detektionssensor 10 abgegeben werden.

Wenn eine stabile Drehung der Spindel 3 und der Schleifscheibe 4 bestätigt wird, dann detektiert ein Schritt S23 den Ausgangspunkt auf der Schleifscheibe 4 über den Ausgangspunkt-Detektionssensor 10.

Nachdem der Ausgangspunkt detektiert worden ist, werden der Schritt S24 und die folgenden Schritte wie bei der Arbeitsweise der vorangehend beschriebenen Vorrichtung mit automatischer Einstellung ausgeführt.

Während die Betriebsarten zum Detektieren der Gesamtvibration und der Vibration des Drehkörpers manuell bei der zweiten Ausführungsform wählbar sind, können diese Betriebsarten auch auf Time-Sharing-Basis automatisch umgeschaltet werden und die

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beiden Datenteile gleichzeitig angezeigt werden. Bei einer solchen Variante sollte eine Anzeige zum Anzeigen der Gesamtvibration zusätzlich zu der Anzeige für das Anzeigen der Vibration des Drehkörpers vorgesehen sein.

Alternativ können vorbestimmte Bereiche für die überprüfung eingestellt werden, ob die Deviationen infolge der Vibration des Drehkörpers und der Gesamtvibration zulässig sind oder nicht und die Ergebnisse der Vibrationszulässigkeit können auf zugeordneten Anzeigeeinrichtungen angezeigt werden, ohne daß man hierzu eine Umschaltung der Betriebsart benötigt.

Die Erfindung kann auf die nachstehende Weise abgewandelt werden:

(1) Wenn die Anzeige "GOOD" angegeben wird, nachdem der Ausgleichsvorgang beendet ist, kann das Ergebnis der Gleichgewichtszustandsbestimmung (wenn der Ungleichgewichtszustand in einem akzeptablen Bereich ist oder nicht) zu einer externen Schaltung ausgegeben werden. Die Einstellung für die akzeptablen Werte kann variiert werden.

(2) Die Deviation (Geräuschpegel) kann gemessen werden, während dem sich der Drehkörper der Werkzeugmaschine in Ruhe befindet. Der Geräuschpegel hat dieselbe Frequenz, wenn die Drehzahl in Upm des Drehkörpers selbst dann gemessen werden kann, wenn der Geräuschpegel dadurch gemessen wird, daß die Gesamtvibration der Werkzeugmaschine zugrunde gelegt wird. Wenn der gemessene Geräuschpegel einen zulässigen Bereich überschreitet, kann mit einer Alarmeinrichtung angezeigt werden oder es kann an eine externe Schaltung ein Alarmsignal abgegeben werden, um zu überprüfen, ob der Drehkörper für den Gleichgewichtszustand gemessen werden kann.

(3) Die Deviation kann auf einer Analoganzeige, wie einer metrischen Anzeige oder dergleichen anstelle einer digitalen Anzeige angezeigt werden, oder sie kann sowohl digital als auch analog angezeigt werden.

(4) Bei der Gleichgewichtszustandsanzeigevorrichtung, die eine automatische Einstellung der Mittelfrequenz ermöglicht, kann die Mittelfrequenz der Filterschaltung 2 9 durch das Signal von dem Ausgangspunktdetektiersensor ohne Verwendung des CPU 24 variiert werden (wie z.B. durch eine Spannung, die man durch Frequenz/Spannungswandlung erhält). Diese Alternative ist dann von Vorteil, wenn die Drehzahl des Drehkörpers in Upm kontinuierlich sich ändert, das Vermögen der Mittelfrequenz der Drehzahl des Drehkörpers zu folgen, größer wird und die Auflösung der Mittelfrequenz verbessert wird.

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Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine/ gekennzeichnet durch:

(a) eine Ausgangspunkt-Detektiereinrichtung (10) zum Detektieren eines Ausgangspunktes auf dem Drehkörper (3, 4) ,

(b) eine Vibrationsdetektiereinrichtung (7) zum Detektieren der Vibration, die durch einen Ungleichgewichtszustand des Drehkörpers (3/ 4) verursacht wird,

(c) eine Recheneinrichtung (24) zum Errechnen einer Deviation des Drehkörpers (3, 4) aus der detektierten Vibration bei jeder einer Mehrzahl von Indexpositionen auf dem Drehkörper, die in Winkelabständen vom Ausgangspunkt als Bezug angeordnet sind, und f

(d) eine Ungleichgewichtspositionsanzeigeeinrichtung (13, 14, 16), die eine der Indexpositionen basierend auf den ermittelten Deviationen anzeigt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzeigeeinrichtung (13) vorgesehen ist, die den Maximalwert der Deviationen für die jeweiligen Indexpositionen anzeigt, und daß die Ungleichgewichtspositionsanzeigeeinrichtung (13, 14, 16) die Indexposition entsprechend dem Maximalwert anzeigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehzahldetektionseinrichtung (7) zum Detektieren der Drehzahl des Drehkörpers (3, 4) vorgesehen ist, und daß eine Frequenzwähleinrichtung (17) automatisch die Mittelfrequenz in Übereinstimmung mit der

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Drehzahl des Drehkörpers (3, 4) basierend auf einem Signal von der Drehzahldetektiereinrichtung (7) einstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsdetektiereinrichtung einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer (7) aufweist, der an einem Gestell (1) der Werkzeugmaschine angebracht ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzwähleinrichtung eine Ladungsverstärkerschaltung (30) zum Umwandeln der Ladung des Beschleunigungsaufnehmers (7) auf eine Spannung eines Beschleunigungssignals, eine Spannungsverstärkerschaltung (31) zum Einstellen der Vibrationsempfindlichkeit, eine Integrierschaltung (32) zum Umwandeln des Beschleunigungssignals in ein Geschwindigkeitssignal und ein Bandpaßfilter (33) aufweist, um ein Signal einer erforderlichen Frequenz aus zuwählen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzwähleinrichtung ferner eine Verstärkerumschaltschaltung (34) enthält, die mit dem Ausgang des Bandpaßfilters (33) verbunden ist, um den Verstärkungsgrad des Geschwindigkeitssignals in Abhängigkeit von der Arbeitsweise eines Verstärkungseinstellschalters

(17) zu ändern.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ungleichgewichtspositions-Anzeigeeinrichtung eine Mehrzahl von Indexpositionsanzeigeeinrichtungen (14) enthält, die auf einem Anzeigeteil (13) einer Anzeigeeinrichtung (12) angeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Indexpositionsanzeigeeinrichtungen (14) in einem kreisförmigen Muster derart angeordnet sind, daß sie den jeweiligen Indexpositionen entsprechen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangspunkt-Detektiereinrichtung (10) ein zu detektierendes Teil (8) aufweist, das an dem Drehkörper (3, 4) angebracht ist und sich mit demselben dreht/ und daß ein Ausgangspunkt-Detektionssensor (10) die Drehung des zu detektierenden Teils (8) erfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Korrektureinrichtung (21) vorgesehen ist, die die Indexposition entsprechend dem Maximalwert basierend auf einer Phasenveränderung korrigiert, und daß eine Steuereinrichtung die Ungleichgewichtspositionsanzeigeeinrichtung (13, 14) entsprechend der korrigierten Indexpositionen erregt.

11. Vorrichtung zum Detektieren und Anzeigen des Gleichgewichtszustandes eines Drehkörpers bei einer Werkzeugmaschine, gekennzeichnet durch:

(a) eine Vibrationsdetektiereinrichtung (7), die die Gesamtvibration der Werkzeugmaschine detektiert,

Cb) eine Frequenzwähleinrichtung (2 9), um die Vibration des Drehkörpers (3, 4) aus der Gesamtvibration der Werkzeugmaschine auszusuchen,

(c) eine Detektionsbetriebsartwähleinrichtung (35), die eine der Betriebsarten zum Detektieren der Gesamtvibration der Werkzeugmaschine wählt, in dem die Fre-

quenzwahleinrichtung (29, 33) umgangen bzw. übersteuert wird/ und mittels der eine Betriebsart zum Detektieren der Vibration des Drehkörpers (3, 4) nur unter Verwendung der Frequenzwählexnrichtung (29, 33) wählt,

(d) eine Recheneinrichtung (24) zum Ermitteln der Gesamtdeviation und der Deviation des Drehkörpers (3_f 4) basierend auf der Gesamtvibration und der Vibration des Drehkörpers (3, 4), die mittels der Detektionsbetriebsartwähleinrichtung (35) wählbar sind, und

(e) eine Anzeigeeinrichtung (14, 15, 16), die die Gesamtdeviation und die Deviation des Drehkörpers (3, 4) anzeigt, die mit der Recheneinrichtung (24) ermittelt wurden.