DD157277B1 - Schaltungsanordnung fuer automatisch arbeitende werkzeugmaschinen zum erfassen der werkstueckposition - Google Patents

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung fur automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen zum Erfassen der Werkstuckposition eines zu bearbeitenden Werkstuckes über eine Tasteinheit Die Tasteinheit ist innerhalb des Programmablaufes der Werkstuckbearbeitung auf der Werkzeugmaschine selbsttätig in die Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine einwechselbar Die Tasteinheit besteht aus einem Taster mit Schaltkontakten sowie einem Signalubertragungsteil, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthalt, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule in Wirkverbindung steht, wobei außerdem eine Lichtquelle und ein lichtelektrischer Wandler Verwendung finden

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

An automatisch arbeitenden Werkzeugmaschinen ist das Unterbrechen des Programmes zum manuellen Messen oder Prüfen der Lage des Werkstuckes bzw Messen nach erfolgter Bearbeitung nicht mehr praktikabel Es werden deshalb bereits die erforderlichen Meß- und Prufoperationen in den automatischen Arbeitsabiauf einbezogen, so daß durch Vermessen der Lage des Werkstuckes oder der Palette eine Korrektur der Bearbeitungskoordinaten bereits vor Beginn der Bearbeitung selbsttätig erfolgen kann Dadurch ist von vornherein ein optimales Arbeitsergebnis gesichert Fur die hierfür erforderlichen Meß- und Prufoperationen bedient man sich der von Meßmaschinen her bekannten Technik Das zu vermessende Werkstuck wird entlang einer Maschinenkoordinate verschoben, bis es am Tastfinger eines in der Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine wie ein Bearbeitungswerkzeug gespannten Tasters anstoßt, der dadurch ein Signal abgibt, welches zur Positionsubernahme aus dem jeweiligen Koordinatenmeßsystem dient Auf diese Weise können auch mehrere Punkte an Werkstuck oder Palette bestimmt und mit den Bearbeitungskoordinaten verrechnet werden Der Vergleich zwischen Soll- und Istwerten ergibt die Korrekturwerte, mit denen die Bearbeitung begonnen bzw fortgesetzt werden muß, um qualitätsgerecht fertigen zu können Es sind bereits Tasteinheiten zum automatischen Einwechseln in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine bekannt, die ihre Meßergebnisse an die Werkzeugmaschinensteuerung zur Verrechnung übertragen Zur Übertragung der Meßergebnisse bedient man sich vorzugsweise der bekannten drahtlosen Übertragungstechniken, wie ζ Β induktiv gekoppelten Spulen, Funksender und -empfangern Wahrend der Aufwand bei der Funkübertragung und insbesondere bei Werkzeugmaschinensteuerungen auch die Anfälligkeit durch Storfelder hoch sind, hat sich die induktive Meßwertubertragung mit vertretbarem Aufwand als sicher und zuverlässig erwiesen

So ist in dem USA-PS 4145816 eine automatisch in die Arbeitsspindel einer Werkzeugmaschine einwechselbare Tasteinheit beschrieben, in welcher ein schaltender Tastkopf benutzt wird, der axial an einer Zwischenhulse befestigt ist, die mit ihrem freien Ende vom Kegel der Arbeitsspindel aufgenommen und gespannt wird In der Zwischenhulse befinden sich eine Batterie und elektronische Bauelemente fur einen Oszillator Als Übertragungselemente der Meßwerte von der Tasteinheit zum Steuerungstell der Werkzeugmaschine dienen zwei Induktionsspulen, wobei die primäre Spule der Tasteinheit in einem an der Zwischenhulse befestigten Arm aufgenommen wird und die sekundäre Spule gegenüberliegend der primären Spule am Spindelstock der Werkzeugmaschine angeordnet ist

Beim Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel wird durch einen Schaltkontakt, der am Arm befestigt ist und auf den ein an der Arbeitsspindel angeordneter Mitnehmer stoßt, selbsttätig der Oszillator an die Batterie geschaltet und damit in Funktion gesetzt Kommt der Tastfinger beim Meßvorgang mit dem Werkstuck oder der Palette in Berührung, öffnet ein Schaltkontakt im Taster und der Oszillator wird verstimmt Diese Signalanderung wird durch die Induktionsspulen an das Steuerungsteil übertragen und zur Positionsbestimmung bzw -korrektur herangezogen

Nachteilig ist bei dieser Losung, daß die Energieversorgung fur den Taster und die in die Tasteinheit eingebaute Elektronik von einer ebenfalls in der Tasteinheit eingebauten Batterie erfolgt, welche standig zuwarten ist, um die Funktionsfahigkeit der Tasteinheit zu gewährleisten Außerdem nimmt die Ringspule am Spindelstock zur Abnahme des Tastersignals relativ viel Platz in Anspruch Dieser Platz ist bei den meisten Maschinen nicht vorhanden

Andererseits ist die Einspeisung der erforderlichen elektrischen Energie in die Tasteinheit über beim Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel miteinander in Verbindung tretende Kontaktstellen unzuverlässig Em anderer aus der DE-PS 2927525 bekannter Meßkopf sieht eine induktive Meßsignalubertragung vor, ohne daß eine Batteriestromversorgung notwendig ist Hierzu besitzt die meßkopfseitige Auswerteschaltung einen oszillatorgespeisten Schwingkreis und die tasteinrichtungsseitige Schaltung einen über einen Luftspalt reaktiv gekoppelten passiven elektrischen Schwingkreis Die fur eine sichere Kontaktgabe der Tasterkontakte erforderliche elektrische Energie wird dabei über die

Induktionsspulen fur die Meßsignalubertragung mit eingespeist Nachteilig ist die schon bei geringer Luftspaltanderung starke Änderung des induktiven Koppelfaktors, wodurch die zu übertragende elektrische Energie großen Schwankungen unterworfen ist Zur sicheren Kontaktgabe benotigt dieser Meßkopf relativ hohe Spannungen, welche eine zusätzliche Belastung der Tasterkontakte hinsichtlich Verschleiß, Genauigkeitsverlusten und Lebensdauerminderung nach sich ziehen

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, den konstruktiven Aufwand fur die Tasteinheit zu reduzieren und möglichst handelsübliche bzw standardisierte Bauteile einzusetzen, wobei die Tasteinheit wartungsfrei und der Platzbedarf fur die Signalabnahme klein sein soll

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine selbsttätig in die Arbeitsspindel einer automatischen Werkzeugmaschine einwechselbare Tasteinheit, bestehend aus einem Taster mit Schaltkontakten zum Erfassen der Werkstuckposition eines zu bearbeiteten Werkstuckes gegenüber der das Werkzeug aufnehmenden Arbeitsspindel zu schaffen, deren Schaltkontakte geringster Strombelastung ausgesetzt werden sollen, wobei die fur die Schaltfunktion erforderliche elektrische Energie konstant bleiben und als Gleichspannung bzw Gleichstrom ohne mechanisch elektrische Kontakte und ohne Batteriestromversorgung im Taster zur Verfugung stehen soll

Erfindungsgemaß wird die Aufgabe dadurch gelost, daß die Lichtquelle am Spindelstock und der lichtelektrische Wandler an der Tasteinheit angeordnet und derart verschaltet sind, daß der lichtelektrische Wandler mit seinen Ausgangen als Stromversorgung über einen Widerstand an die in Reihe liegenden Schaltkontakte unter Parallelschaltung eines Kondensators angeschlossen ist, und weiter zu den Schaltkontakten die Induktionsspule über einen Koppelkondensalor parallel geschaltet ist, wobei die Koppelinduktionsspule mit einem Oszillatorkreis verbunden ist

Ausfuhrungsbeispiel

In der Zeichnung ist ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung dargestellt Dabei zeigen

Fig 1 Eine Tasteinheit mit Signal-und Energieubertragungsteil und

Fig 2 eine Schaltungsanordnung fur die Signalgewinnung in der Tasteinheit

Die Tasteinheit (Fig 1) besteht im wesentlichen aus einem Grundkorper 1, fur den ein standardisierter Werkzeugspanner verwendet wird, und einem Tastkopf 2, der stirnseitig am Grundkorper 1 befestigt ist Der Grundkorper 1 ist mit seinem freien Ende im Kegel einer Arbeitsspindel 3 aufgenommen, die in einem Spindelstock 4 gelagert ist In dem Grundkorper 1 ist seitlich ein Arm 5 fest eingesetzt, in welchem ein Halter 6 eingelassen und befestigt ist Im Halter 6 sind die zur Tasteinheit gehörigen Übertragungselemente aufgenommen, die am Spindelstock4 angeordneten Übertragungselementen gegenüberstehen Dazu ist im Spindelstock 4 ein Gehäuse 7 eingelassen, welches einen Naherungsinitiator 8 und eine Glühlampe 9 nebeneinanderlegend enthalt Dem Naherungsinitiator steht eine im Halter 6 befestigte Spule 10 gegenüber, wahrend der Glühlampe 9 ebenfalls im Halter 6 angeordnete Fotoelemente 11 gegenüber stehen Der Halter 6 ist in Längsrichtung im Arm 5 verschieb- und festklemmbar, so daß im gespannten Zustand der Tasteinheit in der Arbeitsspindel 3 die Übertragungselemente Naherungsinitiator (Spule und Glühlampe) Fotoelemente mit einem geringen Luftspalt aneinander zu liegen kommen Im Arm 5 sind außerdem meinem Baustein 12 die Schaltelemente untergebracht, welche mit den im Ruhezustand geschlossenen Tasterkontakten und der Spule 10 sowie den Fotoelementen 11 in Verbindung stehen

Die Schaltungsanordnung (Fig 2) zeigt die am Bordnetz der Werkzeugmaschine angeschlossene Glühlampe 9 deren Licht von den Fotoelementen 11 aufgenommen wird Die Ausgange der Fotoelemente 11 sind über einen Widerstand 13 an einem Kondensator 14 angeschlossen Der Kondensator 14 wird von in Reihe liegenden Tasterkontakten 15 überbrückt Zum Kondensator 14 ist außerdem parallel die Spule 10 über einen Entkopplungskondensator 16 angeschlossen Eine zum Naherungsinitiator 8 gehörende Koppelinduktionsspule 17 liegt in einem Oszillatorkreis, der durch einen parallel zur Koppelinduktionsspule 17 geschalteten Kondensator 18 angedeutet ist Die Wirkungsweise der erfindungsgemaßen Tasteinheit ist folgende

Vor oder auch zwischen den einzelnen Bearbeitungsoperationen fur die Bearbeitung von Werkstucken auf programmgesteuerten Werkzeugmaschinen ist es erforderlich, die Lage des Werkstuckes gegenüber der Arbeitsspindel zu erfassen, um die richtige Ausgangsposition fur das Bearbeitungswerkzeug vorgeben zu können Dazu wird über die an der Werkzeugmaschine vorhandene automatische Werkzeugwechseleinrichtung die Tasteinheit in die Arbeitsspindel eingewechselt und bei stillstehender Arbeitsspindel das zu positionierende Werkstuck entlang einer Maschinenkoordinate durch den Tischoder Supportantrieb verschoben, bis es am Taster der Tasteinheit anstoßt und durch Offnen mindestens eines seiner Tasterkontakte 15 diese Berührung mit dem Werkstuck signalisiert Das Signalisieren besteht darin, daß das in der zugehörigen Koordinate liegende Meßsystem seinen bei der Signalgabe durch die Tasteinheit anzeigenden Positionswert in einem Speicher eingibt Dieser Positionswert wird als Istwert mit dem im Programm stehenden Sollwert verglichen und daraus ein Korrekturwert gebildet, mit dem die Bearbeitung begonnen bzw fortgesetzt werden muß

Da das Einwechseln der Werkzeuge und somit auch derTasteinheit bei lagegerichteter Arbeitsspindel erfolgt, um die Mitnehmer an der Arbeitsspindel mit den Aussparungen im Werkzeugschaft in Übereinstimmung zu bringen, stehen sich nach dem Einwechseln der Tasteinheit in die Arbeitsspindel die Übertragungselemente von Tasteinheit und Spindelstock gegenüber Die Glühlampe 9 liefert ihre Lichtenergie zu den Fotoelementen 11, deren Fotostrom über den Widerstand 13 und die im Ruhezustand geschlossenen in Reihe liegenden Tasterkontakten 15 fließt

Beim Öffnen eines der Tasterkontakte 15 wird der Kurzschluß der Spule 10 aufgehoben und damit die Dämpfung des Oszillatorkreises des Näherungsindikators 8 beseitigt, woraus ein Signal zur Bewegungsrichtungsumkehr abgeleitet wird. Beim darauffolgenden Schließen der Tasterkontakte 15 wird über die dadurch kurzgeschlossene Spule 10 der Oszillatorkreis des Näherungsindikators 8 wieder bedämpft, woraus das Signal zur Positionsübernahme abgeleitet wird. Die sichere Kontaktgabe ohne zu großen Übergangswiderstand in jedem der Tasterkontakte beim Schließen jedes dieser Tasterkontakte wird durch die beim Schließvorgang zusätzlich zur Verfügung stehende elektrische Energie aus dem Fotostrom erreicht. Diese Energie wird aus den während jeder Öffnungsphase eines der Tasterkontakte 15 auf den Spitzenwert der Fotospannung aufgeladenen Kondensatoren 14; 16 entnommen, die bei jedem Schließvorgang der in Reihe geschalteten Tasterkontakte 15 eine für die sichere Kontaktgabe erforderliche Durchschlagefeldstärke an den sich berührenden Kontaktflächen erzeugt. Der Entkopplungskondensator 16 trennt die Spule 10 vom energiezuführenden Gleichstromkreis. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung die über die Lichtquelle und die Tastelemente übertragene Energie zum Betreiben eines in der Tasteinheit eingebauten Meßsystems zu verwenden.

Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, die Induktionsspule 10 parallel zum Kondensator 14 anzuschließen und der Koppelinduktionsspuie 17 eine Impulsauswerteschaltung nachzuschalten. Hierdurch wird bewirkt, daß beim Öffnen eines der Tasterkontakte 15 der durch die Induktionsspule lOfließende Fotostrom plötzlich unterbrochen wird, so daß ein Spannungsabfall entsteht, der von der Koppelinduktionsspule 17 aufgenommen und über die Impulsauswerteschaltung ebenfalls als Signal zur Speicherung des augenblicklichen Positionswertes herangezogen wird.

Claims (1)

1. Erfindungsanspruch.

   Schaltungsanordnung fur automatisch arbeitende Werkzeugmaschinen zum Erfassen der Werkstuckposition eines zu bearbeitenden Werkstuckes über eine Tasteinheit, wobei die Tasteinheit innerhalb des Programmablaufes selbsttätig in die Arbeitsspindel einwechselbar ist und aus einem Taster mit Schaltkontakten sowie einem Signalubertragungsteil besteht, welches eine das Signal aufnehmende Induktionsspule enthalt, die mit einer am Spindelstock angeordneten Koppelinduktionsspule zur Signalabnahme in Wirkverbindung steht, unter Verwendung einer Lichtquelle und eines lichtelektrischen Wandlers, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (9) am Spindelstock (4) und der lichtelektrische Wandler (11) an der Tasteinheit (1,2) angeordnet und derart verschaltet sind, daß der lichtelektrische Wandler (11) mit seinen Ausgangen als Stromversorgung über einen Widerstand (13) an die in Reihe liegenden Schaltkontakte (15) unter Parallelschaltung eines Kondensators (14) angeschlossen ist, und weiter zu den Schaltkontakten (15) die Induktionsspule (10) über einen Koppelkondensator (16) parallel geschaltet ist, wobei die Koppelinduktionsspule (17) mit einem Oszillatorkreis verbunden ist