DE1943558C3 - Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einer Aufnahmestation für ein zu bearbeitendes Werkstück und einer von dieser entfernten Bearbeitungsstalion nach dem Oberbegriff <,-, des Anspruchs 1. Eine solche Maschine ist in der US-PS 80 659 beschrieben.

Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen erfolgt die Werkstückbearbeitung derart, daß das Werkzeug relativ zum Werkstück sukzessive entsprechend der geforderten Kontur schrittweise bewegt wird. Der Ablauf dieser Bewegung wird über ein Programm gesteuert.

Es sind Werkzeugmaschinensteuerungen bekannt, die voraussetzen, daß sich das Werkstück in einer genau vorgeschriebenen Position in einer passenden Werkstückhalterung befindet Das Einspannen oder Ausrichten des Werkstücks, welches manuell oder automatisch vorgenommen werden kann, erfordert sehr viel Zeit und bedingt dadurch geringere Produktionsziffern.

In der französischen Patentschrift 12 42 438 ist eine getrennte Belade- und Bearbeitungsstation beschrieben. Jedoch wird hier in der Beladestation das Werkstück in vorbestimmter Lage in bezug auf den Werkzeugschlitten nur festgeklemmt Es erfolgt keine automatische Vermessung des Werkstücks.

In der eingangs genannten US-PS 32 80 659 ist ein Werkzeugmaschinensystem beschrieben, bei dem mehrere Werkstückhalter nacheinander an verschiedene hintereinanderliegende Bearbeitungsstationen vorbeigeführt werden.

Jeder Werkstückhalter weist Ausrichtmittel zur Bearbeitungsstation sowie gespeicherte Daten auf, die an der jeweiligen Bearbeitungsstation abgefühlt werden.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit getrennter Werkstückaufnahme- und Werkstückbearbeitungsstation vorzusehen, bei der das Werkstück in der Werkstückaufnahmestation mit relativ großen zulässigen Abweichungen gegenüber einer Standardanlage eingebracht werden kann und Mittel zur Erfassung und Berücksichtigung dieser Abweichungen anzugeben.

Diese Aufgabe der Erfindung wird in vorteilhafter Weise durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind dem Unteranspruch zu entnehmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnungen näher erklärt. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines Werkzeugmaschinensystems,

Fig.2 eine perspektivische Darstellung einer typischen in 5 Achsen arbeitenden Werkzeugmaschine,

F i g. 3 eine schematische Schnittansicht der in F i g. 1 gezeigten Meßstation,

Fig.4 eine stark vergrößerte Schnittansicht einer Form eines Meßfühlers, der in der in F i g. 3 gezeigten Meßstation verwendet werden kann,

Fig.5 eine perspektivische Darstellung eines Werkstücks mit den 4 Bewegungsrichtungen, in denen der in Fig.4 gezeigte Fühler über die Werkstückoberfläche laufen kann,

F i g. 6 die Beziehung zwischen den zwei Koordinatensystemen U, V, Wund U', V, W, die zur Analyse der Lage des Werkstücks benutzt werden,

F i g. 7 die Beziehungen zwischen einem Koordinatensatz X", Y", Z", der in bezug auf die in F i g. 2 gezeigte Werkzeugmaschine festliegt, und einem Koordinatensatz X, Y, Z₁ der in bezug auf die das Werkstück tragende Halterung festliegt,

F i g. 8 die Beziehung zwischen den beiden Koordinaten X" und Y" der Werkzeugmaschine und den beiden Kompensationskoordinaten A"'und Y',

Fig.9 in Verbindung mit Fig. 8 die Beziehung

zwischen den Kompensationskoordinaten X', Z' und den Koordinaten X", Z"der Werkzeugmaschine,

Fig. 10 die Winkel, deren Cosini als Richtungscosini bei der Festlegung der Richtung der Konturendaten benutzt werden,

F i g. 11 den Mittelpunkt zweier in zwei Ebenen verlaufender, aufeinander senkrecht stehender und sich nicht schneidender Linien, der als Bezugspunkt für die Lokalisierung bestimmter Werkstücke benutzt wird,

F i g. 12 die Lage der F i g. 12A und 12B zueinander,

F i g. 12A und 12B einen Teil der Schaltungen in dem in F i g. 1 ais ein Block gezeigten M-S.-Steuerelement,

Fig. 13 die Lage der F ig. 13Aund 13B zueinander,

Fig. 13A bis 14 weitere Schaltungen des erwähnten Steuerlements,

F j g. 15 die Lage der F i g. 15A und 15B zueinander,

F i g. 15A bis 16 weitere Schaltkreise des M.S.-Steuerelements,

Fig. 17 in Form eines Blockdiagramms die verschiedenen im M.S.-SteuereIement verwendefen Schrittfolgen,

Fig. 18 die Beziehung zwischen Rotations- und Schwenkwinkeln in der Fertigungsstation und ihre Beziehung zu den Achsen X₁Y₁Z,

Fig. 19 die Beziehung des Rotationswinkels zu den Achsen Y", Z"in der Fertigungsstation,

F i g. 20 die Beziehung zwischen dem Schwenkwinkel und den Achsen Y", Z"'m der Fertigungsstation und

Fig.21 in perspektivischer Darstellung ähnlich der Fig.5 ein anderes Verfahren zur Anordnung der Konturendaten auf einem Werkstück.

F i g. 1 und 2

F i g. 1 zeigt in Form eines Blockdiagramms die Hauptelemente eines die Erfindung enthaltenden Gerätes. Das Gerät umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Aufnahme- und Meßstation, eine mit 2 bezeichnete Bearbeitungsstation und einen mit 3 bezeichneten Speicher, der entweder an einer der beiden Stationen 1 oder 2 oder getrennt von diesen aufgestellt werden kann.

Fig.2 ist eine perspektivische Darstellung einer Werkzeugmaschine, die die Hauptelemente an der Bearbeitungsstation 2 umfaßt. Ein Transportband 4 liefert an die Meßstation 1 eine Reihe von Halterungen 5, auf denen jeweils ein zu bearbeitendes Werkstück 6 befestigt ist. Jede Halterung 5 trägt eine Kennzeichnung (Identifizierungsmerkmal) 7, deren Daten entweder von der Maschine oder vom Menschen lesbar sind. Das Identifizierungsmerkmal 7 auf jeder Halterung 5 kennzeichnet die einzelne Halterung unverwechselbar gegenüber anderen Werkstückhalterungen.

Entweder das Bedienungspersonal oder ein herkömmlicher Umsetzmechanismus, der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, bewegt jede Halterung 5 vom Transportband 4 auf den Tisch 10 in der Meßstation 1. Auf dem Tisch 10 greifen Justagestifte 70 (F i g. 3) oder andere geeignete Ausrichtvorrichtungen in Bohrungen oder andere genau festgelegte Punkte auf der Oberfläche der Halterung 5 und befestigen diese dadurch in einer genauen Lage auf dem Tisch 10. Der Tisch 10 ist von einem Motor 11 in der ^-Richtung entlang geeigneter Führungen beweglich. Die den Tisch 10 tragenden Führungen sind auf einem anderen Tisch 8 befestigt, der von einem Motor 9 entlang der feststehenden Schienen 72 in der in der Zeichnung angegebenen V-Richtung getrieben wird. Ein Taster 12, der genauer in Verbindung mit den F i g. 3 und 4 beschrieben wird, ist in der Z-Rieb tung (rechtwinklig zur Papierebene) mittels eines Motors 13 beweglich.

Der Motor 9 wird durch einen y-Antrieb 14 eingeschaltet, der Motor 11 durch einen .Y-Antrieb 15 und der Motor 13 durch einen Z-Antrieb 16. Die 3 Antriebsmechanismen 14, 15 und 16 können numerisch gesteuert werden, (Lk, jeder Motor wird durch Versorgung mit einer Reihe von elektrischen Erregungsimpulsen so gesteuert, daß jedsr Impuls einen Bewegungsschritt des Motors und somit einen Bewegungsschritt des Werkstücks oder des Tasters auslöst. Die Impulsfrequenz und die Schrittgröße der Bewegung könnon so gewählt werden, daß der Fehler innerhalb gewünschter Genauigkeitsgrenzen gehalten wird.

Die Lieferung von Erregungsimpulsen an die Motoren 9,11 und 13 durch die Antriebe 14,15 bzw. 16 wird durch ein mit der 17 allgemein bezeichnetes Steuerelement in der Meßstation gesteuert, das genauer in den F i g. 12 bis 17 dargestellt und beschrieben ist

Die Meßstation 1 umfaßt außerdem eine Halterungs-Identifiziereinrichtung 20, die das Identifizierungsmerkmal 7 auf dem Werkstück an der Meßstation liest und die die Halterung kennzeichnenden Daten auf den Speicher 3 überträgt Möglichkeiten einer geeigneten Datenspeicherung an der Halterung sind bekannt und z. B. im US-Patent 32 80 659 beschrieben. Die Meßstation umfaßt außerdem eine Startsteuerung 21, die entweder aus einem Druckknopf bestehen kann oder automatisch auf die Ankunft einer Halterung 5 in ihrer mit dem Taster 12 ausgerichteten Betriebsstellung, die durch die Justierstifte 70 bestimmt wird, ansprechen kann. Ein M.S.-Programmeiement 22 hat eine Anzahl von Programmen zur Steuerung der Bewegung des Meßfühlers 12 gespeichert Jedes der gesteuerten Programme entspricht einem bestimmten Werkstücktyp, der in der Meßstation vermessen werden soll. Das jeweilige zu benutzende gespeicherte Programm wird durch eine mit 23 bezeichnete Steuerung gewählt, die aus einem vom Bedienungspersonal manuell betätigten Wahlmechanismus bestehen kann. Nach der Wahl eines solchen Programms wird dieses auf das M.S.-Steuerelement 17 übertragen, welches die Antriebe 14,15 und 16 so steuert, daß der Taster 12 bestimmte Wege entlang des Werkstücks 6 verfolgt, um so seine genaue Lage auf der Halterung 5 zu bestimmen.

Gemäß der nachfolgenden genaueren Erklärung werden mit dem vom Steuerelement 17 ausgeführten Programm bestimmte Konturen am Werkstück 6 genau festgelegt Diese Konturen werden vorzugsweise von Kanten oder Oberflächen gebildet, die früher bereits einmal am Werkstück 6 durch manuell gesteuerte Werkzeugmaschinenoperationen hergestellt wurden. Diese Konturendaten dienen als Bezugsmaße zur Bestimmung der Stellen am Werkstück, an denen weitere Fertigungsgänge automatisch ausgeführt werden sollen. Wenn der Meßfühler 12 eine Stelle an der Kontur des Werkstücks 6 abtastet, werden die diese Lage des Meßfühlers und damit den Punkt in der Kontur definierenden Daten auf das Steuerelement 17 und von dort auf ein M.S.-Rechenelement 24 zurückgekoppelt. Aus den mindestens 4 derartige Punkte definierenden Daten errechnet das Rechenelement 24 Daten, welche die tatsächliche Lage eines Werkstücks auf der Halterung 5 definieren. Diese als Lagedaten bezeichneten Daten sind für jedes Werkstück und somit auch für jede Halterung verschieden und werden durch das Rechenelement 24 im Speicher 3 zusammen mit den Identifizierungsdaten für die Halterung aus der

Identifizierungseinrichtung 20 gespeichert.

Nach dem Speichern dieser beiden Datengruppen im Speicher 3 werden die Halterung 5 und das darauf befestigte Werkstück 6 durch ein schematisch dargestelltes und mit 25 bezeichnetes Transportband in die Fertigungsstation 2 transportiert.

Die Bearbeitun_t'sstation (FS2) enthält eine allgemein mit 26 bezeichnete Werkzeugmaschine mit 5 Arbeitsachsen. Die Werkzeugmaschine 26 umfaßt einen Tisch 27, der die Halterung 5 in einer genau festgelegten Lage aufnimmt, welche durch Führungsstifte od. dgl. bestimmt ist. Der Tisch 27 ist um eine in F i g. 2 gezeigte Achse 54 durch einen Motor 35 drehbar, der von einem Drehachsantrieb 42 gesteuert wird. Der Tisch 27 und der Motor 35 sind auf einem weiteren Tisch 38 gelagert, der um eine Achse 39 von einem Motor 40 schwenkbar ist, welcher durch einen Schwenkachsantrieb 41 gesteuert wird. Der Tisch 38 und der Motor 40 sind wiederum auf einem weiteren Tisch 30 gelagert, der auf Schienen in der Richtung Z" durch einen Motor 31 beweglich ist, welcher von einem Z"-Antrieb 32 gesteuert wird.

Ein Werkzeughalter 51 dreht sich um eine horizontale Achse und ist auf einem Schlitten 52 befestigt (siehe Fig.2), der sich vertikal in einer nachfolgend mit Y" bezeichneten Richtung bewegt Dieser Schlitten 52 wird von einem Motor 34 bewegt, der von einem mit 43 bezeichneten y"-Antrieb gesteuert wird. Der Werkzeughalterschlitten 52 und der Motor 34 sind auf einer Säule 53 gelagert, die in der X Richtung durch einen vom A""-Antrieb 29 gesteuerten Motor 28 bewegt werden kann.

Die verschiedenen Antriebe 29, 32, 41, 42 und 43 werden von einem FS-Steuerelement 44 gesteuert, das seinerseits wiederum durch die Recheneinheit 45 programmiert wird, welches Eingangsdaten aus dem Speicher 3 und von einem FS-Programmelement 46 empfängt Das Programmelement 46 empfängt Eingangsinformationen von der Identifizierungseinrichtung für die Halterungen 47, die die Identifizierungsdaten liest und sie an das Programmelement 146 liefert um eines der Programme auszuwählen, die im Programmelement gespeichert sein können. Die Identifizierungseinrichtung 47 liefert außerdem dieselben Identifizierungsdaten an den Speicher 3 und fordert ihn auf, die die Werkstücke definierenden Daten auszulesen, welche von der Meßstation 1 für die spezielle Halterung und das Werkstück gespeichert wurden. Diese Daten werden an die Recheneinheit 45 geliefert, welches das vom Programmelement 46 gelieferte Programm modifiziert und das Steuerelement 44 entsprechend dem modifizierter. Programm so verändert, daß die geforderte Kontur des Werkstücks 6 erzeugt wird.

Für die Bearbeitungsstation besteht somit die Möglichkeit die Werkzeugmaschine 26 mit einem numerisch gesteuerten Programm so zu betätigen, daß der jeweils geforderte Fertigungsschritt ausgeführt wird. Das in der Fertigungsstation 2 gespeicherte Programm kann für eine Standardlage des Werkstücks 6 auf der Halterung 5 geschrieben sein. Wenn die Halterung 5 die Bearbeitungsstation erreicht braucht sich das Werkstück 6 nicht in der Standardlage zu befinden, sondern kann in der Lage liegen, die an der Meßstation 1 gemessen wurde. Das Programm für die Fertigungsstation 2 wird entsprechend der Differenz zwischen der Standardlage des Werkstücks und der tatsächlichen Lage so korrigiert, daß die von der Werkzeugmaschine 26 tatsächlich ausgeführten Fertigungsschritte genau innerhalb des gewünschten Genauigkeitsgrades liegen. Die Bearbeitungsstation kann natürlich mehrere Operationen an jedem Werkstück ausführen, indem sie eine entsprechende Vielzahl von gespeicherten Programmen verfolgt.

Während das Gerät theoretisch jede bestimmte Größe von Querbewegung oder Drehung um eine Achse zwischen der Standardlage des Werkstücks 6 und seiner tatsächlichen Lage kompensieren kann, ist es natürlich unpraktisch und zeitvergeudend für die Maschine, grobe Lagefehler oder Ausrichtungsfehler des Werkstücks 6 kompensieren zu lassen. Es ist daher erwünscht, das Werkstück 6 auf der Halterung 5 in eine Lage zu setzen, die z. B. innerhalb von 6 mm der Standardlage entspricht Das Werkstück 6 kann vom Bedienungspersonal leicht innerhalb dieser Grenzen auf die Halterung 5 gesetzt werden. Die vom Bedienungspersonal einzuhaltenden geforderten Genauigkeitsgrenzen brauchen nur zwischen 3 und 6 mm zu liegen, wogegen die erwünschten Fertigungstoleranzen an der Fertigungsstation in der Größenordnung von 25/1000 mm liegen.

Fig.2 zeigt eine typische in 5 Achsen arbeitende Fräsmaschine, die an der in F i g. 1 gezeigten Station verwendet werden kann, sowie die Beziehung der Koordinatenachsen X", Y", Z" zur Struktur dieser Maschine.

Die Achse Y" verläuft darstellungsgemäß vertikal und somit parallel zur Bewegungsrichtung des Schlittens 52, der vom Y"-Antrieb 43 der F i g. 1 gesteuert wird.

Der Tisch 27, auf welchem die Halterung 5 zu befestigen ist ist auf einem komplexen, nicht im einzelnen gezeigten Mechanismus gelagert der seinerseits wiederum auf zwei Achsstummeln 53 ruht (vgl. mehrfache Verwendung der Nr. 53 in F i g. 1 FS und Fig.2), so daß er um die Schwenkachse 39 gedreht werden kann. Die Achsstummel 53 werden um die Achse 39 über einen Hebelarm 50 von einem Flüssigkeitsdruckzylinder 40 gedreht

Die Achsen X" und Z" verlaufen horizontal und rechtwinklig zueinander und zur Achse Y". Wenn der Schwenkwinkel gemäß der dargestellten Lage Null ist läuft die Achse Z" durch die Mitte des Tisches 27, der um die Achse 54 drehbar ist welche beim Schwenkwinkel Null senkrecht steht Somit liegen in dem gezeigten Koordinatensystem die Achsen X", Y" und Z"Test Die Schwenkachse 39 kann in der Richtung Z" verschoben sein, d. h. rechtwinklig zur K-Achse. Die Drehachse 54 kann ihre Lage bezüglich der festliegenden Achsen ändern, wenn der Tisch 27 durch Betätigung des Drackkolbens 40 um die Achse 39 geschwenkt wird.

Bei einer in 5 Achsrichtungen arbeitenden Maschine sind die 5 Achsen die Koordinatenachsen X", Y", Z", die Schwenkachse 39 und die Rotationsachse 54.

Bei der in Fig.5 gezeigten in 5 Achsen arbeitenden Werkzeugmaschine sind die Bewegungen um die Rotationsachse 54 und die Schwenkachse 39 Bewegungen des Werkstücks. Die Bewegungen in Richtung der Achsen A"und Y" sind Bewegungen des Arbeitskopfes der Werkzeugmaschine. Die Bewegung in Richtung der Achse Z" kann entweder eine Bewegung des Werkstücks oder des Arbeitskopfes der Maschine sein. Diese Bewegung in Richtung Achse Z"ist im allgemeinen eine Werkzeug-Zufuhrbewegung.

Die Werkzeugmaschine kann alternativ auch an andere Anordnungen der 5 Achsen ausgelegt werden, wobei sich in einem Extremfall das Werkstück in bezug

auf alle 5 Achsen bewegt, während der Werkzeugkopf stehenbleibt und im anderen Extremfall der Werkzeugkopf in allen 5 Achsen bewegt wird und das Werkstück stehenbleibt.

F i g. 3 urtd 4

Diese Figuren zeigen etwas schematisch einige der mechanischen Strukturen, die mit der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Meßfühlers 12 zusammenhängen. In F i g. 3 sind die Hauptteile der Meßstation 1 gezeigt, zu der eine Basis 60 mit einer an ihrer einen Seite nach oben aufragenden Säule 61 gehören. Der Meßfühler 12 ist auf einem Schlitten 62 befestigt, welcher vertikal entlang der Z-Achse auf Führungen läuft, die am Ende eines Armes 63 an der Oberseite der Säule 61 ausgebildet sind. Der Schlitten 62, die Führungen und der Antriebsmechanismus für den Schlitten können herkömmlicher Art sein und sind nicht im einzelnen dargestellt. Der nach unten hervorragende Stab 64 ist an der Unterseite des Schlittens 62 starr befestigt. An der unteren Fläche des unteren Endes des Stabes 64 ist ein Ende einer gemäß der Darstellung in F i g. 4 halbkreisförmig gebogenen Blattfeder 65 angeschweißt. An ihrem unteren Ende trägt diese Blattfeder einen allgemein konisch ausgebildeten Berührungspunkt 66. Auf der Blattfeder 65 ist ein Widerstands-Biegungsmeßelement 67 mit den entsprechenden Anschlußleitungen 68 festgeklebt.

Die Struktur des Punktes 66 und seine Lagerung begrenzen die Winkelbeziehung zur Horizontalen von Flächen, die von diesem Kontaktpunkt verfolgt werden können. In der gezeigten Struktur liegt die maximal nutzbare Winkelbeziehung innerhalb eines Bereiches von etwa 45° zur Horizontalen. Wenn größere Winkelbeziehungen zur Horizontalen erforderlich sind, kann der Kontaktpunkt anders gelagert werden.

Die Halterung 5 liegt auf dem Tisch 10 durch die Führungsstifte 70 (siehe F i g. 3) fest. Der Tisch 10 kann entlang der X-Achse, bei Betrachtung der F i g. 3 heißt das von links nach rechts oder umgekehrt, auf Führungen 71 durch den schematisch mit 11 in F i g. 1 bezeichneten Motor bewegt werden. Die Führungen 71 wiederum sind auf dem Tisch 8 gelagert, der in Richtung der Y-Achse, d. h. rechtwinklig zur Blattebene in F i g. 3, durch einen schematisch in F i g. 1 dargestellten Motor 9 getrieben werden.

F i g. 5 bis 9

Diese Figuren ?eigen 3 oder 5 Koordinatensätze, die bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden. Die beiden Koordinatensätze X, Y, Zund X", Y", Z"wurden bereits oben beschrieben.

Fig.5 zeigt den Koordinatensatz U', V, W. der nachfolgend als Satz der Koordinaten für die tatsächliche Lage bezeichnet wird, in welchem die Koordinaten bezüglich des Werkstücks in seiner tatsächlichen Lage auf der Halterung festgelegt sind- Fig.6 zeigt die Koordinaten U', V, W der F i g. 5 und einen weiteren Koordinatensatz U, V, W, in welchem die Koordinaten festgelegt sind bezüglich eines auf der Halterung 5 in der Standardlage befestigten Werkstücks, 4 h. in einer Standardlage und mit einer Standardausrichtung. Somit stehen die Koordinaten U, V, W in einer festen Beziehung zu den Halterungskoordinaten X, Y, Z.

F i g. 7 zeigt die Beziehung zwischen den Koordinaten X", Y", Z" für die Werkzeugmaschine und den Halterungskoordinaten X, Y, Z, wenn die Halterung auf dem Tisch 27 der Werkzeugmaschine befestigt ist.

Die F i g. 8 und 9 zeigen die Beziehung zwischen den Koordinaten X", Y" und Z" und dem Koordinatensatz X', Y', Z'. der bei der Einstellung des Werkstücks auf der Werkzeugmaschine vor der Fertigung benutzt wird.

In F i g. 5 ist das Werkstück als eine vertikal hochstehende Stange mit sechseckigem Querschnitt

ίο dargestellt, deren obere Fläche bezüglich der Vertikalachse der Stange abgeschrägt ist. Zwei Kanten dieser abgeschrägten Oberfläche, nämlich die Kanten QR und 57; liefern die Konturendaten für das Werkstück. Die Achse U' wird entlang der Kante QR gelegt, und die Achse W läuft durch den Schnittpunkt P der Kanten QR und 57*und rechtwinklig zu einer Ebene, die durch diese beiden Kanten definiert ist. Die Wahl dieser Beziehungen vereinfacht die zugehörige Mathematik, ist jedoch anderweitig ohne Bedeutung.

Wenn sich die Kanten QR und ST nicht schneiden, wie im Falle der Linien Q"R"und S'T'in F i g. 11, läßt man die Achse IV' durch die auf diesen beiden Linien senkrecht stehende Linie P_tP₂ und die Achse U' durch den Punkt ^parallel zur Linie Q'7?"fallen. Die Achse V wird dann rechtwinklig zu den beiden Achsen t/'und W gewählt.

Aus F i g. 6 ist zu ersehen, daß der Ursprung der Koordinaten U, Vund IVgegenüber dem Koordinatenursprung von U', V und W um eine Strecke u; in der

jo Richtung W, eine Strecke y_in der Richtung Vund eine Strecke win der Richtung Wverschoben ist. Außerdem ist der Koordinatensatz U, V, W bezüglich seiner Gegenstücke U', Vund IVverdreht.

Die Koordinaten U, V und W dienen dazu, die Standardlage des Werkstücks zu definieren, wobei das Werkstück so genau wie möglich in dieser Lage auf die Halterung gesetzt werden soll. Die tatsächliche Lage wird in allen drei Richtungen linear aus der Standardlage verschoben sein und kann außerdem um mindestens eine, eventuell auch alle Achsen bezüglich der Standardlage verdreht sein.

Aus F i g. 7 ist zu ersehen, daß die Halterungskoordinaten X, Y und Z vom Rotationsmittelpunkt der Tischfläche 27 um eine Strecke K_x in der X- Richtung, eine Strecke K_y in der V-Richtung und eine Strecke K_z in der Z-Richtung versetzt sind. Wenn der Schwenkwinkel 0 ist, befindet sich der Tisch 27 in der in F i g. 7 gestrichelt dargestellten Lage, und die Schwenkachse 54 liegt dann parallel zur Achse Y". Wenn die Tischfläche

so in die vollausgezogen in F i g. 7 dargestellte gekippte Position bewegt wurde, steht die Rotationsachse 54 in einem Schwenkwinkel A bezüglich einer parallel zur Achse Y" verlaufenden Linie. Der Schwenkwinkel des Tisches 27 um die Rotationsachse 54 ist bei B gezeigt und bezüglich einer willkürlich gewählten 0°-Stellung gemessen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß der Rotationswinkel 0° ist, wenn die X-Achse parallel liegt zur Ebene Y"X".

Aus F i g. 9 geht hervor, daß die Achse Z' parallel verläuft zur Achse Z" und der Ursprung des Koordinatensystems aus X', >"und Z'aus der durch Z" und Y" definierten Ebene um eine Strecke E_x und aus der durch X""und Y"definierten Ebene um eine Strecke Ez versetzt ist Fig.8 zeigt, daß der Ursprung des Koordinatensystems aus X', Y', Z'aus der durch X", Z" definierten Ebene um eine Strecke E_y versetzt ist und daß die Achsen X"'und Vbezüglich der Achsen X"und Y"um einen Winkel Cgedreht sind

Arbeitsweise der Meßstation

Die Meßstation ermittelt die genaue Stellung in Lage und Ausrichtung eines jeden Werkstücks 6 bezüglich der Halterung 5. Zu diesem Zweck muß jedes ■-, Werkstück vor dem Erreichen der Meßstation mit bestimmten Konturendaten versehen werden, die zur Lokalisierung aller nachfolgenden am Werkstück auszuführenden Maschinenoperationen verwendet werden. Diese Konturendaten beschreiben vorzugsweise zwei gerade, nicht parallele Linien. Im Ausführungsbeispiel der Erfindung sind diese beiden geraden Linien die am Werkstück 6 ausgebildeten Kanten QR und ST (Fig. 5). In einem anderen, nachfolgend im Zusammenhang mit Fig.21 beschriebenen Ausführungsbeispiel r, der Erfindung können diese geraden Linien die Schnittlinien von drei oder vier Ebenen sein, in einem solchen Fall brauchen nur Teile der Ebenen am Werkstück ausgebildet zu sein, und die geraden Schnittlinien können imaginäre Linien sein, die entweder außerhalb oder innerhalb des Werkstücks liegen.

Obwohl darstellungsgemäß die geraden Linien QR und Srdurch den Schnitt zweier planer Ebenen gebildet werden, kann eine oder auch beide der sich schneidenden Ebenen kurvenförmig ausgebildet sein, solange die Schnittlinie gerade ist. Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Tasterstruktur ist es erwünscht, daß das Werkstück beim Eintritt in die Meßstation Konturendaten aufweist, die die folgenden Bedingungen erfüllen:

(1) Eine zu jeder der geraden Linien senkrechte Ebene muß das Werkstück so schneiden, daß die Tangenten an den zur Kante hinlaufenden Werkstückoberflächen einen Winkel von höchstens 135° einschließen;

(2) wenn das Werkstück auf der Halterung befestigt ist, muß mindestens eine der mit jeder der Bezugskanten verbundenen Werkstückoberflächen sichtbar sein, wenn man auf das Werkstück blickt. Jede derartige Oberfläche sollte vorzugsweise nicht stärker als 45° zur Horizontalen hin geneigt sein.

Während die in Fig.3 gezeigte Meßstation auf 3 Achsen (X, Y, Z) arbeitet, kann eine Alternativausführung der Meßstation auch die Bewegung um zwei weitere Achsen vorsehen, die vergleichbar sind mit der Rotationsachse 54 und der Schwenkachse 39 der in F i g. 2 gezeigten Werkzeugmaschine.

Laut Programm bewegt die in F i g. 3 gezeigte Meßstation den Taster entlang der Werkstückoberfläche entweder in der X- oder in der V-Richtung. Andere Ausführungen der Meßstation für komplexere Werkstücke können mit mehreren Tastern arbeiten und sie entweder der Reihe nach oder gleichzeitig in verschiedenen Richtungen bewegen, von denen einige in einem bestimmten Winkel zu den Achsen X und Y verlaufen können.

Wenn eine Halterung 5 mit einem darauf befestigten Werkstück 6 an einer Stelle auf dem Tisch 5 der Meßstation 1 befestigt ist, wird von dem mit der Zahl 21 in F i g. 1 bezeichneten Gerät ein Startsignal entweder manuell oder automatisch erzeugt Gleichzeitig wird das die Art des Werkstücks angebende Gerät 23 betätigt und informiert das M-S.-Programmelement 22 über die spezielle Art des zu messenden Werkstücks. Das Programmelement 22 speichert Informationsdaten für zahlreiche Werkstückarten. Nachdem das Steuerelement 17 das Startsignal empfangen hat, fordert es vom Programmelement 22 die entsprechende Dateninformation ab, die gemäß der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Fig. 12 bis 17 an das Steuerelement 17 geliefert wird. Durch diese Dateninformation läuft der Taster 12 der Reihe nach über 4 Bahnen, die z. B. in F i g. 5 mit 75, 76, 77 und 78 bezeichnet sind. Für jede dieser 4 Bahnen besteht die die Bahn definierende Information aus den folgenden 6 Feldern:

AOder Y 1 Bit

Vorzeichen 1 Bit

λ" Anfang 18 oder mehr Bits

KAnfang 18 oder mehr Bits

XEnde 18 oder mehr Bits

KEnde 18 oder mehr Bits

Da in der folgenden Erklärung der Einfachheit halber angenommen wird, daß jede Bahn nur in der λ'-Richtung oder in der Y'-Richtung verläuft, enthält diese Information einige Redundanz, d. h., die Werte für X Anfang und XEnde oder für KAnfang und Y Ende sind dieselben.

Die Arbeitsweise des Steuerelements 17 ist genauer nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 12 bis 17 beschrieben. Sie wird hier nur kurz aufgezeigt, um einen allgemeinen Überblick über die Arbeitsweise des ganzen Gerätes zu geben.

Die Bewegung des Tasters entlang einer der 4 Bahnen auf einer Oberfläche des Werkstücks wird so lange fortgesetzt, bis eine Diskontinuität, d. h. eine Kante auf der Oberfläche, abgefühlt wird. Die Querbewegung des Tasters wird dann angehalten, und die Daten werden gespeichert, die die Lage des Punktes definieren, an welchem die Kante abgefühlt wurde. Nachdem somit alle 4 Bahnen vom Taster quer durchlaufen wurden, sind 4 Diskontinuitätspunkte QR, Sund 7"in F i g. 5 abgefühlt. Die Koordinaienwerle dieser 4 Punkte im Koordinatensystem X, Yund Z sind somit bestimmt und werden auf die Recheneinheit 24 gegeben. Diese Positionen werden

vorzugsweise mit einer Genauigkeit von ±

25
1000

oder einem noch besseren Wert gemessen.

Das Rechenelement 24 benutzt bekannte algebraische Formeln.um aus den Koordinaten der 4 in den vom Steuerelement 17 empfangenen Daten gekennzeichneten Punkten einen weiteren Datensatz abzuleiten, der Richtungen und Lagen der Linien QR und ST beschreibt, auf denen die 4 Punkte liegen.

Die Lagendefinitionsdaten umfassen die Richtungscosini der Linien QR und STund die Koordinaten (X& Y₀ und Zo) eines Bezugspunktes. Wenn sich die Konturlinien schneiden, wie es die Linien QR und STam Punkt P in F i g. 5 tun, dann ist der Bezugspunkt dieser Punkt P. Wenn die Konturlinien sich jedoch nicht schneiden, wie es bei den Linien Q"R"und S"T"m F i g. 11 der Fall ist, dann ist der Bezugspunkt der Mittelpunkt P₀ der auf den beiden Linien Q"R" und S"T" senkrecht stehenden Linie P\Pi. Wenn dieser Mittelpunkt Po benutzt wird, müssen auch die Richtungscosini Lo, Mo und Λ/ο der Linie Pi P2 berechnet werden.

Genauer gesagt, enthalten die Lagedaten die folgenden Punkte:

Tabelle I

Lqr = Richtungscosinus der Linie QR zur X-Achse

M_qr = Richtungscosinus der Linie QR zur Y-Achse

N_qr = Richtungscosinus der Linie QR zur Z-Achse

Lj, = Richtungscosinus der Linie STzur X-Achse

Mn = Richtungscosinus der Linie STzur V-Achse

N₅I — Richtungscosinus der Linie STzur Z-Achse

Xo = X-Koordinate des Bezugspunktes
Ko = V-Koordinate des Bezugspunktes
Zo = Z-Kooridnate des Bezugspunktes
Lu = Richtungscosinus der Verbindungsstrecke zur X-Achse

Mo — Richtungscosinus der Verbindungsstrecke zur y-Achse

N₀ = Richtungscosinus der Verbindungsstrecke zur X-Achse

10

Der Ausdruck »Richtungscosinus« wird im Zusammenhang mit Fig. 10 unter Bezug auf die Linie QR erklärt. Eine Linie Q'R' parallel zu QR läuft durch den Ursprung des rechtwinkligen Koordinatensystems X, V, Z. Der Richtungscosinus L_qr ist der Cosinus des Winkels ι j χ zwischen der Linie Q'R' und der X-Achse. Der Richtungscosinus M_qr ist der Cosinus des Winkels β zwischen der Linie Q'R' und der K-Achse, der Richtungscosinus N_qr ist der Cosinus des Winkels γ zwischen der Linie Q'R'und der Z-Achse.

Die vom Rechenelement 24 bestimmten Positions-Definitionsdaten werden zusammen mit den eine spezielle Halterung 5 kennzeichnenden Daten im Speicher 3 gespeichert

Die Daten zur Kennzeichnung der Halterung werden vom Halterungs-Kennzeichnungsgerät 20 auf den Speicher 3 geliefert.

Arbeitsweise des Meßstation-Steuerelements

(Fig. 12 bis 17) ^3(l

Das Meßstation-Steuerelement 17 (M.S.-Steuerelement) steuert aufgrund eines vom Programmelement 22 empfangenen Programms den Taster-Antriebsmotor 13 und die Halterungs-Antriebsmotoren 9 und 11 so, daß der Taster 66 auf bestimmten Bahnen, wie z. B. die Bahnen 75, 76, 77 und 78 in Fig.5, am Werkstück entlangläuft. Die Operationsfolge im Steuerelement 17 wird durch einen mit der Zahl 81 in Fig. 12B bezeichneten 21 stufigen Ringzähler gesteuert. Die verschiedenen Schaltungen im Steuerelement 17 werden in Verbindung mit dem Durchlauf des Ringzählers 81 durch seine 21 Stufen beschrieben.

Die 21 Stufen des Ringzählers 81 können in 6 verschiedene Programmpiiasen unterteilt werden, die schematisch in Fig. 17 dargestellt und nachfolgend beschrieben sind.

(1) Eine Programm-Leerlaufphase, bestehend aus dem Schritt 0.

(2) Eine Programm-Einleitungsphase, bestehend aus 5« dem Schritt 1.

(3) Eine Programmphase »Neue Suche beginnen«. bestehend aus den Schritten 2 bis 5.

(4) Eine Programmphase »Suchen«, bestehend aus den Schritten 6 bis 13.

(5) Eine Programmphase »Datenübertrag auf Rechenelement«, bestehend aus den Schritten 14 bis 19.

(6) Eine Programmphase »Fehler«, bestehend nur aus dem Schritt 20.

Der in den Fig. 12, 13, 15A und 16 erscheinende t,o Taktgeber 82 erzeugt eine kontinuierliche Reihe von Impulsen in einer mit der Schrittzeit der Motoren 9, 11 und 13 konsistenten Geschwindigkeit Eine typische Taktgeschwindigkeit sind z. B. 200 Impulse pro Sekunde. Der Ringzähler verfügt über 21 Ausgangsleitungen mit den Bezeichnungen Schritt 1, Schritt 2... Schritt 20. Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann nur eine dieser Audgangsleitungen eine binäre »1« führen, alle anderen Ausgangsleitungen zeigen eine binäre »0«. Der Ringzähler 81 startet, wenn die Ausgangsleitung für den Schritt »0« auf »1« steht, und diese Einerstellung wird auf die Ausgangsleitung mit der nächsthöheren Nummer übertragen, sobald ein Schritt-Ringimpuls auf den Zähler 81 über die nach dem ODER-Prinzip geschaltete monostabile Kippschaltung 83 gegeben wird. Der Ringzähler 81 kam: außerdem in jeden der mit den Nummern 0, 2, 6, 14, 20 bezeichneten Schritte gezwungen werden, indem Signale auf eine Ring-Taktschaltung 84 (F i g. 12B) gegeben werden, die über eine Setzleitung 85 mit einem Setzeingang des Ringzählers 81 verbunden ist.

Schritt 0

Es wird angenommen, daß der Taster 12 an seinem oberen Anschlag steht, der Z-Fühler 85 für den oberen Anschlag (Fig. 13B) daher auf »1« steht und ein Signal über die Leitungen 86 und 87 auf die in Fig. 12A gezeigte UND-Schaltung 88 überträgt. Der Normal-Endanzeiger 89 (Fig. 12B) wird durch ein Ausgangssignal vom Ringzähler 81 erregt, welches anzeigt, daß der Ringzähler auf Schritt 0 steht.

Es wird weiter angenommen, daß eine das Werkstück 6 tragende Halterung 5 die Meßstation erreicht und dort in einer durch die Führungsstifte 70 festgelegten genauen Stellung fixiert wird. Jetzt wird der Stabschalter 21 entweder manuell oder automatisch betätigt und dadurch ein Signal auf einen Eingang einer UND-Schaltung 90 (Fig. 12A) gegeben. Der andere Eingang der UND-Schaltung 90 empfängt zu diesem Zeitpunkt ein Signal von einer Leitung 91, die an den Ausgang für Schritt 0 des Ringzählers angeschlossen ist, so daß die UND-Schaltung 90 ein Ausgangssignal auf der Leitung 92 erzeugt und dadurch die monostabile Kippschaltung 83 so anstößt, daß diese ein Signal auf den Schrittringzähler 81 gibt und diesen auf Schritt 1 weiterschaltet.

Schritt 1

Das Ausgangssignal für Schritt 1 des Ringzählers 81 wird auf eine in Fig. 14 gezeigte Leitung 93 gegeben. wo es den Eingang »Rückstellung auf 1« eines Querzählers 94, der aus einem 4-Schrkt-Ringzähler besteht, erregt. Der Querzähler 94 stellt fest, welche der 4 Bahnen 75, 76, 77 und 78 in einem bestimmten Zyklus des Zählers 81 zu verfolgen ist Es wird angenommen. daß im betrachteten Zyklus die Bahn 75 zu verfolgen ist. Das Ausgangssignal Schritt 1 wird außerdem über eine in F i g. 12A gezeigte Leitung 100 auf einen Eingang der monostabilen Kippschaltung 83 so gegeben, daß der nächste Taktimpuls den Ringzähler 81 auf Schritt 2 weiterschaltet

Schritt 2

Das Ausgangssignal für Schritt 2 wird bei einer Leitung 98 (Fig. 14) zum Setzeingang eines Verriegelungs-Flip-Flops 95 gegeben und dadurch das Flip-Flop auf die Stellung 1 geschaltet so daß es ein Ausgangssignal auf der Leitung 96 auf einen Eingang einer ODER-Scha!tung 97 gibt In der Stellung 1 stellt das Flip-Flop 95 sicher, daß kein Ausgangssignal auf die Recheneinheit 24 gegeben werden kann und verhindert so fehlerhafte Ausgänge während der Anfangsphasen bei der Verfoglung einer Bahn.

Das Ausgangssignal für den Schritt 2 wird außerdem über eine in Fig. 13B gezeigte Leitung 101 auf einen Eingang einer ODER-Schaltung 102 gegeben, deren

Ausgang mit einem Eingang einer UND-Schaltung 103 verbunden ist. Zwei weitere Ausgänge der UND-Schaltung 103 sind mit dem Taktgeber 82 bzw. dem Ausgang eines Inverters 104 verbunden. Der Inverter 104 steht jetzt auf binär »0«, da er ein Signal vom Z-Fühler 85 empfängt Somit erzeugt die UND-Schaltung 103 unter den betrachteten Umständen kein Ausgangssignal. Wenn der Taster nicht an seinem oberen Anschlag steht, überträgt die UND-Schaltung 103 einen Impuls auf der Leitung 105 mit jedem Taktimpuls. Diese Impulse werden auf ein Z-Positionsregister 109 (Fig. 15B) übertragen und dort gesammelt Jeder über die UND-Schaltung 103 gegebene Taktimpuls führt zu einem Vergleich des Inhaltes des Z-Positionsregisters 109 mit den Daten auf der Z-Positions-Ausieseleitung. Der Vergleicher 116 erzeugt jetzt Signale auf der Leitung 157, die mit dem Z-Treiber 16 verbunden ist und den Taster vertikal bis zum Erreichen des oberen Anschlags anhebt, woraufhin der Z-Fühler 85 (F i g. 13B) ein Signal auf der Leiti .ig 87 abgibt Diese Operation kann im Schritt 2 erforderlich sein, da der Eintritt in diesem Schritt manchmal vom Schritt 19 aus erfolgt ohne daß zuerst die Schritte 0 und 1 durchlaufen werden.

Sobald die UND-Schaltung 88 (Fig. 12) einen Eingangsimpuls sowohl auf der Ausgangsleitung des Ringzählers für den zweiten Schritt als auch auf der Z-Anschlagsleitung 87 empfängt gibt sie ein Signal auf die monostabile Kippschaltung 83 und schaltet dadurch den Ringzähler 81 auf Schritt 3.

Schritt 3

Das Signal für den Schritt 3 wird über eine Leitung 106 (F i g. 13A) auf einen Inverter 107 gegeben, der eine Leitung 108 auf das 0-Signal schaltet Die Leitung 108 (siehe Fig. 15B) ist mit einem Eingang einer UND-Schaltung 109 verbunden, deren zweiter Eingang an den Taktgeber 82 angeschlossen ist Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 109 wird auf den Einschalt-Eingang eines Vergleichers 116 gegeben. Da die Leitung 108 momentan auf »0« steht, wird eine Signalübertragung über den Vergleicher 116 auf den Z-Antrieb 16 verhindert Demzufolge bewegt sich der Z-Antriebsmotor 13 des Tasters 12 während des Schrittes 3 nicht.

Das Ausgangssignal des Schrittes 3 wird außerdem über eine Leitung 117(Fi g. 16) auf das M.S.-Programmelement 22 gegeben. Daraufhin lädt das Programmelement Instruktionen in das Steuerelement 17 entsprechend der laufenden Stellung des Querzählers 94 (Fig. 14), dessen Ausgangsleitung 118 mit dem Programmelement 22 verbunden ist. Das Programmelement reagiert dadurch, daß es eine Folge von Datenfeldern über die Leitungen 121 bis 126 (Fig. 16) zusammen mit einer Folge von Einschaltsignalen auf die Dateneingangsleitung 127 (F ig. 16) gibt.

Das Signal auf der Leitung 121 (Fig. 16 und 13A) setzt zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein X-Register oder V-Register 130 so, daß ein Signal entweder auf der -V-Ausgangsleitung 131 oder einer Y-Ausgangsleitung 132(F i g. 15A) erscheint.

Die Daten auf der Leitung 122 setzen zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein Vorzeichen-Register 133 so, dab wahlweise ein Ausgangssignal entweder auf der Plus-Ausgangsleitung 134 oder auf der Minus-Ausgangsleitung 135 erscheint.

Das Signal auf der Leitung 123 (Fig. 16 und 15A) setzt zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein X- Positionsregister 136.

Die Daten auf der Leitung 124 (Fig. 16 und 15B) setzen zusammen mit einem Signal auf der Leitung 127 ein V-Positionsregister 137.

Die Daten auf der Leitung 25 (Fig. 16 und 15A) setzen zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein X-Positionsregister 138.

Die Daten auf der Leitung 126 (Fig. 16 und 15B) ίο setzen zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Datenleitung 127 ein y-Endpositionsregister 140.

Wenn das Programmelement 22 die letzten Daten auf die Leitungen 121 bis 126 gegeben hat ändert es den Signalpegel auf der Ausgangsleitung 141 (Fig. 16 und is 12A) und sendet ein Signal auf die UND-Schaltung 142, deren andere Eingangsleitung von der Ausgangsleitung für den dritten Schritt des Ringzählers 81 gespeist wird. Die UND-Schaltung 142 erzeugt ein Ausgangssignal, mit dem der Ringzähler 81 auf Schritt 4 geschaltet wird.

Schritt 4

Wenn das Signal für Schritt 3 aufhört schaltet der Inverter 107 (Fig. 13A) auf 1 und gibt dadurch ein Signal auf der Leitung 108 an die UND-Schaltung 109, so daß jetzt Signalimpulse vom Taktgeber 82 den Vergleicher 116 erreichen können.

Da keine weiteren Daten in das Z-Positionsregister 109 eingegeben wurden, hält der Z-Antrieb 16 den

jo Motor 13 fest, so daß der Taster 12 in der äußersten obersten Grenzposition stehenbleibt

Das Ausgangssignal für den Schritt 4 vom Ringzähler 81 wird über eine Leitung 139 auf einen Eingang einer UND-Schaltung 149 gegeben, deren zweiter Eingang Signale vom Taktgeber 82 empfängt Die Ausgangssignale von der UND-Schaltung 149 werden auf Eingänge von zwei ODER-Schaltungen 158 und 159 übertragen, deren entsprechende Ausgangssignale als Einschaltsignale für die Vergleicher 112 und 114 verwendet werden. Signale von den Ausgängen dieser Vergleicher laufen jetzt auf den X-Antrieb 15 bzw. den Y-Antrieb 14. Demzufolge wird der Meßfühler jetzt horizontal in die Lage bewegt, die durch das X-Positions-Register 136 und das V-Positions-Register 137 angegeben ist.

Während die Bewegung in der X-Richtung fortgesetzt wird, folgt der X-Positionsfühler 142 dieser Bewegung und liest die ^-Position des Meßfühlers auf die Leitung 143 und den Vergleicher 112 aus, wo diese X-Position mit der gewünschten ersten Af-Position

so verglichen wird, die in das Register 136 gesetzt wurde Wenn der Taster 12 die durch das Λ-Positionsregister 136 bestimmte Position erreicht hat, wirkt der Vergleicher 12 als Torschaltung und stoppt die Impulszufuhr vom Taktgeber 82 über die UND-Schaltung 149 auf den X-Antrieb 15.

In ähnlicher Weise liest der V-Positionsfühler 144 die y-Position des Tasters 12 auf die Leitung 145 aus. Wenr die Position gleich der Einstellung des Y- Positionsregisters 137 (Fig. 15B) ist, hört die Impulszufuhr zurr Y-Antrieb 14 auf. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Taster 12 in der gewünschten ^-Position und V-Position, und die Vergleicher 112 und 114 Übertrager entsprechende Signale auf die Leitungen 146 bzw. 147 welche zur UND-Schaltung 148 führen (Fig. 12A), die

b5 mit einem dritten Eingang an die Ausgangsleitung füi den Schritt 4 des Ringzählers 81 angeschlossen ist.

Die UND-Schaltung 148 sendet dadurch einen Impuli über die monostabile Kippschaltung 83 auf der

Ringzähler 81, so daß dieser zum Schritt 5 weitergeschaltet wird.

Schritt 5

Das Ausgangssignal für den Schritt 5 läuft über die Leitung 150 (Fig. 13B) auf eine ODER-Schaltung 151 und von dort auf einen Eingang einer UND-Schaltung 152. Das zweite Eingangssignal der UND-Schaltung 152 kommt vom Taktgeber 82, und ein drittes Eingangssignal spricht auf die untere Z-Anschlagsteuerung 153 an, deren Ausgangssignal über eine Leitung 154 mit einem Inverter 155 verbunden ist, dessen Ausgangssignal auf den dritten Eingang der UND-Schaltung 152 gegeben wird. Da der Taster zu diesem Zeitpunkt nicht am unteren Z-Anschlag steht, gibt die Steuerung 153 kein Ausgangssignal ab, der Inverter 155 erzeugt ein Ausgangssignal, und während jedes Taktimpulses empfangen also alle drei Eingaänge der UND-Schaltung 152 Eingangssignale. Die UND-Schaltung 152 erzeugt daher einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 156 (Fig. 15B), der den Inhalt der Z-Positions-Register 109 herunterschaltet Das Register 109 ist über eine Ausgangsleitung mit dem Vergleicher 116 verbunden. Die Impulse auf der Leitung 156 ändern die Einstellung des Z-Positions-Registers 109 und bringen dadurch den Vergleicher 116 aus dem Gleichgewicht, so daß Taktimpulse von der Leitung 111 auf der Leitung 157 erscheinen können, die zum Z-Antrieb 16 führt, so daß der Meßfühler 12 abwärts bewegt wird. Die Abwärtsbewegung des Meßfühlers wird fortgesetzt, bis der Meßfühler entweder seinen unteren Anschlag oder eine Oberfläche des Werkstücks 6 erreicht.

Im Normalbetrieb wird die Abwärtsbewegung des Meßfühlers durch einen Kontakt zwischen dem Tasterpunkt 66 (F i g. 3) und dem Werkstück 6 gestoppt, wodurch die Feder 65 durchgebogen wird und eine Spannung im Spannungsmesser 67 erzeugt, wodurch die Spannungsmesserbrücke 160 (Fig. 12A) aus dem Gleichgewicht gebracht wird, so daß sie ihren Anschlagfühler 161 zur Erzeugung eines Signals auf der Leitung 162 veranlaßt, welche auf einen Eingang der UND-Schaltung 163 führt, deren zweiter Eingang ein Signal von der Ausgangsleitung für den fünften Schritt des Ringzählers 81 empfängt. Die UND-Schaltung 163 liefert dadurch einen Impuls auf die monostabile Kippschaltung 83, die ihrerseits wieder den Ringzähler 81 auf Schritt 6 weiterschaltet.

Wenn der Meßfühler seinen unteren Anschlag erreicht, schließt die untere Z-Anschlagsteuerung 153 (Fig. 13B) über den Inverter 155 das Tor an der UND-Schaltung 152 und stoppt den Impulsstrom zur Leitung 156.

Die Steuerung 153 erzeugt ebenfalls ein Ausgangssignal auf den Leitungen 154 und 164 (siehe F i g. 13B und 12B) und liefert dadurch ein Eingangssignal auf einen Eingang einer UND-Schaltung 65, deren anderer Eingang mit der Ausgangsleitung ck-s fünften Schrittes des Ringzählers 81 verbunden ist. Die UND-Schaltung 165 liefert daraufhin ein Signal auf die Ring-Zeitgeberschaltung 64 und schaltet den Ringzähler 81 direkt auf Schritt 20, wodurch angezeigt wird, daß im Betrieb des Gerätes ein Fehler aufgetreten ist.

Das Werkstück sollte bezüglich des Meßfühlers 12 so eingestellt werden, daß der Meßfühler auf das Werkstück betrifft, bevor dieser seinen unteren Anschlag erreicht. Wenn der Meßfühler den unteren Anschlag erreicht, ohne auf das Werkstück getroffen zu sein, zeigt er an, daß die Lage des Werkstücks verändert werden muß. In diesem Fall läßt das Ausgangssignal für Schritt 20 vom Ringzähler 81 die Fehleranzeige 166 aufleuchten.

Schritt 6

Das Signal für Schritt 6 vom Ringzähler 81 wird auf die in Fig. 13 angezeigte Leitung 160 gegeben, die an einen Eingang »auf Null setzen« eines Z-Zahlregisters 161 angeschlossen ist, welches z. B. ein 5stelliges Register sein kann, wenn angenommen wird, daß die höchste Zahl für Z16 sein kann.

Das Signal für Schritt 6 wird außerdem auf eine in Fig. 14 gezeigte Leitung 161 gegeben, über weicht es auf einen Eingang der beiden UND-Schaltungen 162 und 163 übertragen wird. Jede dieser beiden UND-Schaltungen ist mit ihrem zweiten Eingang an einen der beiden Ausgänge eines Gerade-Ungerade-Flip-Flops

164 angeschlossen. Wenn das Flip-Flop 164 ein Signal auf seiner Gerade-Ausgangsleitung erzeugt, sendet die UND-Schaltung 163 ein Rückstellsignal auf einen in zwei Richtungen den geradzahligen Rest zählenden Zähler 165 und stellt diesen auf 0 zurück. Wenn das Flip-Flop 164 ein ungerades Ausgangssignal hat, sendet die UND-Schaltung 162 ein Rückstellsignal auf einen in zwei Richtungen den ungeraden Rest zählenden Zähler 166 und stellt diesen auf 0 zurück.

Der Z-Zähler 161 (F i g. 13A), der Zähler 165 und der Zähler 166 fühlen auf nachfolgend beschriebene Art Änderungen in der Schräge der vom Meßfühler 12 überstrichenen Werkstückfläche ab. Im Schritt 6 werden der Z-Zähler 161 und nur einer der beiden Restzähler

165 oder 166 auf 0 zurückgestellt. Einzelheiten siehe weiter unten. Die Vorderkante des nächsten Taktimpulses schaltet den Ringzähler 81 auf Schritt 7.

Schritt 7

Das Ausgangssignal für Schritt 7 vom Ringzähler 81 wird über eine in F i g. 14 gezeigte Leitung 167 gegeben, die mit dem Eingang des Flip-Flops 164 verbunden ist und dieses Flip-Flop in die entgegengesetzte Stellung schaltet. Die Vorderkante des nächsten Taktimpulses schaltet den Ringzähler 81 auf Schritt 8 weiter.

Schritt 8

Das Ausgangssignal für Schritt 8 vom Ringzähler 81 läuft über eine Leitung 168 (Fig. 13B) und eine ODER-Schaltung 102 und schaltet die UND-Schaltung 103 ein. Taktimpulse vom Taktgeber 82 laufen dann durch die UND-Schaltung 103 und erscheinen auf der Leitung 105. Dieselben Impulse werden über eine Leitung 170 auf den Aufwärtsschritt-Eingang des Z-Zählers 161 gegeben. Wenn der Z-Zähler die Zahl 16 erreicht hat, erscheint ein Signal auf seiner Ausgangsleitung 171, die in F i g. 12A als eine der Eingangsleitungen einer UND-Schaltung 172 dargestellt ist. Der andere Eingang der UND-Schaltung 172 empfängt ebenfalls die Ausgangssignale für Schritt 8 vom Ringzähler 81, so daß das Signal auf der Leitung 171 und die UND-Schaltung 172 einschaltet und die monostabile Kippschaltung 83 so anstößt, daß der Ringzähler 81 der Meßfühler 12 um eine kurze Strecke angehoben und dadurch wird sichergestellt, daß ein ausreichender Abstand zwischen dem Meßfühler 12 und dem Werkstück 6 besteht.

Schritt 9

Das Ausgangssignal vom Ringzähler für Schritt 9 wird über eine Leitung 173 (Fig. 13A) auf eine monostabile Kippschaltung 174 gegeben, deren Aus-

gangsimpuls länger als ein Taktimpuls, jedoch nicht so lange wie zwei Taktimpulse bestehen bleibt. Das Ausgangssignal dieser monostabilen Kippschaltung 174 wird über eine Leitung 175 auf den Eingang »Setzen auf 31« des Z-Zählers 161 gegeben und setzt diesen auf die Registrierung seiner Höchstkapazität, nämlich der Zahl 31. Der Schrittimpuls von der monostabilen Kippschaltung 174 wird außerdem auf die Eingänge der UND-Schaltungen 176, 177,178 und 179 gegeben. Eine dieser 4 UND-Schaltungen wird eingeschaltet abhängig ₎₀ von den Stellungen der X-Register oder V-Register 130 und des Vorzeichen-Registers 133, so daß der Schrittimpuls auf einer der Leitungen 180, ISl, 182 oder 183 erscheint, die zu den Positions-Registern 136 (Fig. 15A) und 137 (Fig. 15B) führen. Somit wird _!5 entweder das X-Positions-Register 136 oder das V-Positions-Register 137 um eine Zahl weUergeschaltet.

Das Ausgangssignal für Schritt 5 vom Zähler 81 wird auch über eine Leitung 189 (F i g. 15A) auf die Eingänge der beiden UND-Schaltungen 110 und 198 gegeben. Ein zweiter Eingang der UND-Schaltung 110 ist mit dem Taktgeber 82 und ein dritter Eingang mit der ^-Leitung 131 verbunden. Ein zweiter Eingang der UND-Schaltung 198 ist mit dem Taktgeber 182 und ein dritter Eingang mit der K-Leitung 132 verbunden. Abhängig von der Stellung der X- oder K-Register 130 wird eine dieser beiden UND-Schaltungen 110 und 198 eingeschaltet

Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 110 läuft über die ODER-Schaltung 158 auf den Eingang des jo Vergleichers 112. Der Ausgang der UND-Schaltung 198 läuft über die ODER-Schaltung 159 auf den Eingang des Vergleichers 114.

Der Taktimpuls läuft somit über eine der beiden UND-Schaltungen 110 und 198 und ihre zugehörigen ODER-Schaltungen 158 und 159 und von dort auf den Eingang einer der beiden Vergleicher 112 oder 114. Der jeweilige Vergleicher wird eingeschaltet und somit wird entweder der X-Antrieb 15 oder der K-Antrieb 14 um eine Einheit weitergeschaltet, so daß sich der Taster 12 horizontal um eine Einheit in der X- oder in der y-Richtung bewegt. Diese Schrittbewegung erfolgt nach dem Durchlauf der Hinterkante des Schrittimpulssignals.

Wenn der nächste Taktimpuls erscheint, führt die Leitung 185 (Fig. 12A) noch den Schrittimpuls. Demzufolge wird die UND-Schaltung 186 in Fig.'l2A eingeschaltet und schaltet über die monostabile Kippschaltung 83 den Ringzähler 81 auf Schritt 10 weiter. -,0

Schritt 10

Das Ausgangssignal für Schritt 10 vom Ringzähler 81 läuft über eine in Fig. 13B gezeigte Leitung 187 und von dort durch eine ODER-Schaltung 151 auf eine -,5 UND-Schaltung 152, welche eingeschaltet ist und dadurch Taktimpulse über die Leitung 156 auf das Z-Positions-Regisler 109 (Fig. 15B) und über die Leitung 188 (Fi g. 13B ur.d 13A) auf einen Eingang der ODER-Schaltung 190 und von dort auf den Abwärts- wi schritt-Eingang des Z-Zählers 161 überträgt. Die Impulse auf der Leitung 156 schalten den Inhalt des Z-Positions-Registers 109 zurück, dessen Ausgangssignale auf den Vergleicher 116 gegeben werden. Impulse auf der Leitung 157 laufen jetzt /um Z-Treibcr 16, so > -. daß der Meßfühler 12 sich abwärts bewegt. Wenn der Prüfpunkt 66 die Oberfläche des Werkstücks berührt, wird der Begrenzungsfühlcr 161 durch die Spannungsmeßbrücke 160 auf 1 umgeschaltet und liefert dadurch ein Signal über die Leitung 191 auf einen Eingang der UND-Schaltung 192, so daß diese eingeschaltet wird und den Ringzähler 81 auf Schritt 11 weiterschaltet.

Schritt 11

Das Ausgangssignal für Schritt 11 vom Ringzähler 81 wird über die Leitung !93 (Fig. 13A) auf die UND-Schaltung 194 gegeben, wo es Taktsignale vom Taktgeber 82 durch die ODER-Schaltung 190 und auf den Abwärtsschritt-Eingang des Z-Zählers 161 laufen läßt Dieselben Signale laufen von der UND-Schaltung 194 über die Leitung 195 (siehe Fig. 14) auf je einen Eingang der beiden UND-Schaltungen 196 und 197. Der andere Eingang dieser beiden UND-Schaltungen ist mit einem der Ausgänge des Flip-Flops 164 verbunden. Signale vom Ausgang der UND-Schaltung 196 laufen auf den Aufwärtsschritt-Eingang des ungeraden Restzählers 166 und auf den Abwärtsschritt-Eingang des geraden Restzählers 165. Ausgangssignale von der UND-Schaltung 197 laufen auf den Aufwärtsschritt-Eingang des geraden Restzählers 165 und den Abwärtsschritt-Eingang des ungeraden Restzählers 166. Infolgedessen hat einer der beiden Restzähler 1% und 197 die im Z-Zähler 161 bleibende Zahl auf sich übertragen.

Wenn die im Z-Zähler 161 registrierte Zahl auf 0 kommt, erzeugt der Zähler einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 200, die diesen Impuls auf einen der Eingänge einer UND-Schaltung 201 (Fig. 12A) überträgt. Die UND-Schaltung 201 wird eingeschaltet und schaltet über die monostabile Kippschaltung 83 den Ringzähler 81 auf Schritt 12 weiter.

Schritt 12

Der in F i g. 14 gezeigte Restdecodierer 202 decodiert die Zahl, die im ungeraden Restregister 166 steht, und erzeugt ein Signal auf seiner Ausgangsleitung 203, wenn diese Zahl von 0, 1 oder 31 verschieden ist. Wenn der Zähler 166 die Zahlen 0, 1 oder 31 enthält, erzeugt der Restdecodierer 202 ein Signal auf einer Ausgangsleitung 204.

Der Restdecodierer 205 übernimmt eine ähnliche Funktion für den geraden Restzähler 165 und erzeugt Ausgangssignale auf seinen Ausgangsleitungen 206 oder 207. Die Leitungen 203, 204, 206 und 207 führen ihre Signale auf je einen Eingang entsprechend der UND-Schaltungen 210, 211, 212 und 213. Das Ausgangssignal für Schritt 12 vom Ringzähler 81 wird auf eine Leitung 214 (Fig. 14) und von dort auf einen Eingang jeder der 4 UND-Schaltungen 210 bis 213 gegeben.

Die Ausgangsleitung 215 des Verriegelungs-Flip-Flops 95 ist mit je einem Eingang der beiden UND-Schaltungen 210 und 212 verbunden. Die gerade Ausgangsleitung 216 des Flip-Flops 164 ist mit je einem Eingang der beiden UND-Schaltungen 212 und 213 verbunden. Die ungerade Ausgangsleitung 217 des Flip-Flops 164 ist mit je einem Eingang der beiden UND-Schaltungen 210 und 211 verbunden.

Wenn das Verriegelungs-Flip-Flop 95 auf 0 steht (z.B., wenn vor dem Schritt 6 der Schritt 13 erfolgt, wenn es sich nicht um den Anfangszyklus der Suchphase handelt) und das Flip-Flop 164 auf »Gerade« steht, wird das Ausgangssignal des Restdecodierers 205 durch die UND-Schaltungen 212 oder 213 und die ODER-Schaltungen 220 oder 221 entweder auf die Rest-Ausgangsleitung 222 oder die Ausgangsleitung »kein Rest« 223 geleitet.

Ein auf der Rest-Ausgangsleitung 222 erscheindendes Signal zeigt an, daß auf der Werkstückoberfläche eine Diskontinuität festgestellt wurde, und dann wird die UND-Schaltung 224 (Fig. 12B) eingeschaltet, um ein Signal auf die Ring-Zeitgeberschaltung 84 zu liefern, das den Ringzähler 81 auf Schritt 14 schaltet

Wenn das Verriegelungs-FHp-Flop 95 auf »1« steht (der Zyklus also den Anfang einer neuen Suche nach Durchlauf des Schrittes 2 darstellt), dann v-'ird auf der Leitung 96 ein Signal erzeugt und über die ODER-Schaltung 97 auf die Ausgangsleitung »kein Rest« 223 geleitet

Wenn die erwähnte Ausgangsleitung 223 ein Signal führt, wird die UND-Schaltung 225 (F i g. 12A) eingeleitet und liefert einen Impuls auf die monostabile Kippschaltung 83, die den Ringzähler 81 auf Schritt 13 weiterschaltet

Schritt 13

Das Ausgangssignal für Schritt 13 vom Ringzähler 81 wird über eine Leitung 26 (Fig. 14) auf den Rückstell-Eingang des Verriegelungs-Flip-Flops 95 gegeben und setzt dieses auf 0 zurück, wodurch auf der Leitung 215 ein Signal erzeugt und von dort auf je einen der Eingänge der beiden UND-Schaltungen 210 und 212 gegeben wird. Dadurch werden die Tore und die betreffenden UND-Schaltungen so geöffnet, daß beim nächsten Zyklus der Schritte 6 bis 12 ein Signal auf die Rest-Ausgangsleitung 222 gegeben werden kann.

Das Ausgangssignal für Schritt 13 wird außerdem über eine in Fig. 15B gezeigte Leitung 227 auf sine Torschaltung 228 zum Steuern des Datenflusses von einem Z-Positionsfühler 230 auf einen Z-Puffer 231 gegeben.

Das Ausgangssignal für Schritt 13 läuft außerdem von der Leitung 227 (Fig. 15B) auf einen Eingang einer UND-Schaltung 280, von deren zwei weiteren Eingängen einer über eine Leitung 281 mit dem Taktgeber 82 und der andere über eine Leitung 282 mit der V-Ausgangsleitung 132 des X/V-Registers 130 verbunden ist. Das Ausgangssignal für Schritt 13 wird außerdem über eine Leitung 273 (Fig. 15A) auf einen Eingang einer UND-Schaltung 274 gegeben, deren zweiter Eingang mit dem Taktgeber 82 und deren dritter Eingang mit der X-Ausgangsleitung 131 des X/Y-Registers 130 verbunden ist. Somit wird im Schritt 13 eine der beiden UND-Schaltungen 280 oder 274 abhängig von der Stellung des X/Y-Registers 130 eingeschaltet.

Der Ausgang der UND-Schaltung 280 gibt Talctimpulse auf den Vergleicher 115, welcher Ausgangsimpulse entweder auf eine Gleich-Ausgangsleitung 233 gibt und damit anzeigt, daß der Grenzwert in der K-Richtung erreicht wurde, oder auf eine Ungleich-Ausgangsleitung 275 und damit anzeigt, daß der Grenzwert in der K-Richtung noch nicht erreicht wurde. In ähnlicher Weise gibt die UND-Schaltung 274 im eingeschalteten Zustand Impulse über den Vergleicher 113 und von dort entweder auf seine Gleich-Ausgangsleitung 232 und zeigt dadurch an, daß im -Y-Positions-Register 136 ein Grenzwert erreicht wurde, der gleich der Einstellung des X-Endpositionsregisters 138 ist, oder auf eine Ungleich-Ausgangsleitung 276 und dadurch anzeigt, daß das X-Positionsregister 136 noch nicht den X-Grenzwert erreicht hat, welcher in das Endpositionsregister 138 gesetzt wurde.

Wenn ein Ausgangssignal auf einer der beiden Leitungen 275 oder 276 erscheint, läuft es über eine in Fig. 14 gezeigte ODER-Schaltung 277 auf eine Ausgangsleitung 236, welche auf eine UND-Schaltung 237 (Fig. 12B) führt, wo dieses Signal zusammen mit dem Ausgangssignai vom Schritt 13 den Ringzähler 81 auf Schritt 6 zurückschaltet und einen neuen Zyklus mk den Schritten 6 bis 13 anlaufen läßt.

Wenn die Bewegung in der gewünschten X- oder Y-Richtung noch nicht ihre Endposition erreicht hat und keine Diskontinuität auf der Werkstückoberfläche

iü festgestellt wurde, ist also eine weitere Bewegung in der gewählten Richtung erforderlich, die man durch Zurückstellen des Ringzählers auf Schritt 6 erhält.

Wenn andererseits ein Ausgangssignal auf einer der beiden X- oder K-Grenzwertleitungen 232 oder 233 erscheint, läuft es über eine ODER-Schaltung 234 (FIg. 14) auf eine Leitung 238, die an eine in Fig. 12B gezeigte UND-Schaltung 240 angeschlossen ist, deren zweiter Eingang das Ausgangssignal für Schritt 13 vom Ringzähler 81 empfängt und den Ringzähler auf die Fehlerstufe 20 zurückschaltet. Ein Ausgangssignal auf einer der beiden Leitungen 232 oder 233 zeigt an, daß der Taster 12 eine Spur fertig verfolgt hat, ohne eine Diskontinuität auf der Oberfläche festzustellen. Infolgedessen wird ein grober Fehler bei der Einstellung des Werkstücks 6 angezeigt, d. h. ein Fehler, der die vorgewählten Grenzwerte überschreitet und die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals erfordert.

Zusammenfassung des Kanten-Suchzyklus
in den Schritten 6 bis 13

Am Anfang von Schritt 6 berührt der Taster 12 die Werkstückoberfläche. Während der Schritte 6 bis 11 wird der Meßfühler um eine vorbestimmte Strecke angehoben, die gleich der Hälfte der Kapazität des Z-Zählers 161 ist, seitlich um einen Schritt in der A"-Richtung oder in der K-Richtung bewegt und dann wieder abgesenkt, bis er das Werkstück wieder berührt. Während der Schritte 12 und 13 (falls ausgeführt) bleibt er mit dem Werkstück in Berührung.

Während eines normalen Durchlaufes der Prüfbahn, wie z. B. der Bahn 75, durchläuft das Steuerelement 17 in mehreren Zyklen die Schritte 6 bis 13 und kehrt nach jedem Schritt 13 zum Schritt 6 zurück, bis der Meßfühler eine Diskontinuität antrifft. Dann geht das Steuerelement 17 direkt vom Schritt 12 auf Schritt 14 über. Wenn keine Diskontinuität auf der ganzen Bahn auftritt, geht das Steuerelement vom Schritt 13 des letzten Zyklus zum Fehlerschritl 20 über.

Während aufeinanderfolgender Zyklen der Schritte 6 bis 13 stellen der Z-Zähler 161 und die beiden Restzähler 165 und 166 zusammen Diskontinuitäten in der Schrägung der Werkstückoberfläche fest. Bei dem Schritt 6 eines jeden Zyklus wird der eine oder der andere der beiden Restzähler auf 0 gesetzt. Im Schritt 7 wird das Gerade/-Ungerade-Register 164 komplementiert. Im Schritt 8 wird der Taster um eine vorgegebene Anzahl von Schritten angehoben, die durch einen Zähler 166 gezählt werden, und dann bei Schritt 9 um einen Schritt horizontal bewegt. Im Schritt 10 wird der

bo Meßfühler zum Werkstück zurückbewegt, bis er wieder auf die Oberfläche trifft. Im Schritt 11 wird der im Z-Zähler verbleibende Rest jedoch im entgegengesetzten Sinne auf beide Restzähler 165 und 166 gegeben. Wc".n der Zähler 165 bei Schritt 6 auf 0 gesetzt wurde.

b5 wird seine Zahl im Schritt 11 weitergeschaltet, und die Zahl des Zählers 166 wird zurückgeschaltet.

Während des ersten Zyklus der Schritte 6 bis 13 einer gegebenen Bewegung des Tasters erfolgt keine Prüfung

auf Diskontinuität, da das Verriegelungs-Flip-Flop auf 1 steht. Bei nachfolgenden Zyklen der Schritte 6 bis 13 während dieser Bewegung des Meßfühlers steht diese Verriegelung auf 0, und die Diskontinuität wird geprüft.

Wenn z. B. angenommen wird, daß am Ende des ersten Zyklus der Schritte 6 bis 13 der Gleich-Restzähler um den Restbe--ag weitergeschaltet wurde, der im Z-Zähler nach der Abwärtsbewegung des Tasters stand (die einzig mögliche andere Annahme ist die Weiterschaltung des Ungerade-Restzählers), dann wird der Ringzähler 81 auf Schritt 6 zurückgeführt, woraufhin der Ungerade-Restzähler 166 auf 0 gesetzt und der Gerade-Restzähler auf der Zahl aus dem vorhergehenden Schritt 11 belassen wird.

Beim Schritt 7 wird das Register 164 wieder umgeschaltet, so daß bei dem dann folgenden Schritt 11 der Rest des Z-Zählers auf die beiden Restregister 165 und 166 in entgegengesetztem Sinne wie beim vorhergehenden Zyklus gegeben wird.

In dem zur Illustration gewählten Beispiel schaltet der Z-Zähler jetzt den Rr^tzähler 165 zurück und den Restzähler 166 vor.

Die im Restzähler 165 am Ende des Schrittes 11 des ersten Kantensuchzyklus stehende Zahl ist ein Maß der Höhendifferenz zwischen dem ersten Berührungspunkt des Meßfühlers 12 mit der Werkstückoberfläche (bei Schritt 6) und einem zweiten Berührungspunkt (bei Schritt 11). Da die horizontale Bewegung im Schritt 9 über eine feste Strecke erfolgt, stellt jede Anzeige in einem der beiden Restzähler die durchschnittliche Schrägung der Oberfläche zwischen den beiden Berührungspunkten am Ende des horizontalen Bewegungsschrittes dar.

Im folgenden Kantensuchzyklus wird die die durchschnittliche Schrägung zwischen dem zweiten und dem dritten Berührungspunkt darstellende Strecke im Zähler

165 von der Strecke subtrahiert, die die durchschnittliche Schrägung zwischen dem ersten und dem zweiten Berührungspunkt darstellt

Wenn die beiden Schrägen gleich sind, ist die Zahl im Restzähler 165 gleich Null und zeigt an, daß sich die Schrägung zwischen den beiden Intervallen nicht ändert. Wenn sich die Schrägung innerhalb vorgegebener Grenzen (als Beispiel hier mit ±1 angegeben) ändert, wird keine Diskontinuität angezeigt

Wenn der Unterschied zwischen den beiden Schrägungen außerhalb vorgegebener Grenzwerte liegt wird im letzten geprüften Intervall eine Diskontinuität angezeigt

Die vertikalen Verschiebungseinheiten in Richtung der Z-Kooridnate können anders gewählt werden als die horizontalen Verschiebungseinheiten in Richtung der X- und y-Koordinate. Das Verhältnis der beiden Richtungen zueinander hängt von der geforderten Genauigkeit und der erwarteten Steilheit der Schrägung ab.

Entsprechend können die Restdecodierer 202 und 205 auf jeden gewünschten Bereich eingestellt werden, solange sie innerhalb der Kapazität der Zähler 165 und

166 bleiben.

Die beiden Restzähler werden abwechselnd verwendet wobei einer den Rest im Z-Zähler nach der letzten Abwärtsbewegung des Tasters zählt, während der andere diesen Rest mit dem Rest vergleicht, der sich bei der vorletzten Abwärtsbewegung des Tasters ergab. Die Bezeichnung »gerade« und »ungerade« sind willkürlich gewählt um die beiden Zähler voneinander zu unterscheiden und ihre abwechselnde Benutzung zu kennzeichnen. Es muß nicht ein Zähler bei einer bestimmten Abwärtsbewegung des Tasters verwendet werden, sie müssen lediglich abwechselnd eingesetzt werden.

Die Übertragung von Daten in den Z-Puffer 231 bei Schritt 13 stellt sicher, daß die Z-Anzeige der Meßfühlerposition bei der Diskontinuität die Anzeige auf der Annäherungsseite und nicht auf der anderen Seite ist. Die zu verfolgenden Bahnen sind so gewählt, ίο daß die Annäherungsseite weniger steil verläuft und daher eine genauere Z-Anzeige liefert als die steilere Seite.

Schritt 14

Dieser Schritt folgt direkt auf Schritt 12, wenn einer der beiden Restdecodierer 202, 205 bei Schritt 12 anzeigt, daß eine Kante oder Diskontinuität vom Meßfühler 12 berührt wurde.

Das Ausgangssignal für Schritt 14 vom Ringzähler 81 läuft über eine Leitung 241 (F i g. 16) auf einen Rechner 24. Dieses Signal erscheint außerdem auf einer Leitung 242 (F i g. 16) und öffnet dort eine Torschaltung 243 so, daß die Quer-Zählerinformation vom Querzähler 94 über eine Leitung 244, eine Torschaltung 243 und eine ODER-Schaltung 245 auf die zum Rechenelement 24 führende Datenausgangsleitung 246 gelangt. Wenn das Rechenelement 24 diese Information aufgezeichnet hat, gibt es ein Signal auf eine Empfangsleitung 247.

Das Signal auf der Empfangsleitung 247 schaltet ein Empfangs-Flip-Flop 250 ein, welches dann ein Signal über eine Verzögerungsleitung 251 auf einen Eingang einer UND-Schaltung 252 gibt Dieser Vorgang läuft auf der Vorderkante des Empfangssignals vom Rechenelement ab. Wenn das Empfangssignal dann auf 0 zurückkehrt wird ein Inverter 253 eingeschaltet und über die Verzögerungsleitung 251 erscheint jetzt ein Eingangssignal am anderen Eingang der UND-Schaltung 252, die jetzt ein Signal auf die Empfangsleitung 254 gibt

Das nächste Taktsignal läuft über eine UND-Schaltung 255, deren zweiter Eingang mit der Empfangsleitung 254 verbunden ist und ein Empfangs-Flip-Flop 250 ausschaltet Das Empfangssignal auf der Leitung 254 wird außerdem auf eine UND-Schaltung 255 (F i g. 12A) gegeben, die über die monostabile Kippschaltung 83 den Ringzähler 81 auf Schritt 15 weiterschaltet

Schritt 15

Dieser Schritt unterscheidet sich vom Schritt 14 nur

so dadurch, daß die auf das Rechenelement 24 gegebenen Daten von der X-Positionsanzeigeleitung 143 (F i g. 15A und 16) kommen, wobei dieser Schritt durch das Ausgangssignal für Schritt 15 auf einer Leitung 256 eingeschaltet wird, welches über eine Torschaltung 248 wirkt Das Ausgangssignal für Schritt 15 wird außerdem auf eine UND-Schaltung 263 gegeben, die den Ringzähler 81 auf Schritt 16 weiterschaltet

Schritt 16

Dieser Schritt unterscheidet sich von den Schritten 14 und 15 nur dadurch, daß die an den Rechner übertragenen Daten aus der y-Positions-Ausleseleitung 145 kommen (F i g. 15A und 16) und dadurch das Signal vom Ringzähler 81 über eine Torschaltung 249 auf eine Leitung 257 (F i g. 16) geleitet wird. Das Ausgangssignal für Schritt 16 wird außerdem auf eine UND-Schaltung 264 gegeben, die den Ringzähler 81 auf Schritt 17 weiterschaltet

Schritt 17

Dieser Schritt ist ähnlich wie die Schritte 14 bis 16. nur kommt hier die auf das Rechenelement 24 geleitete Information aus dem Z-Puffer 231 (F i g. 15B) über eine ■> Leitung 260 und wird durch ein Ausgangssignal vom Ringzähler 81, das an einer Torschaltung 258 wirkt, über eine Leitung 261 (F i g. 16) geleitet. Das Ausgangssignal für Schritt 17 wird außerdem auf eine UND-Schaltung 265 gegeben, die den Ringzähler auf Schritt 18 i<> weiterschaltet.

Schritt 18

Der Querzähler 94 (Fig. 14) erzeugt immer ein Ausgangssignal, und zwar entweder ein Signal auf seiner Ausgangsleitung 244, welches anzeigt, daß die Querzahl gleich 4 ist, oder ein Signal auf der Ausgangsleitung 262, welches anzeigt, daß die Querzahl kleiner als 4 ist.

Die Ausgangsleitung 262 ist mit einem Eingang einer :< > in Fig. 12A gezeigten UND-Schaltung 266 verbunden, welche den Ringzähler 81 auf Schritt 19 weiterschaltet.

Wenn andererseits ein Signal auf der Ausgangsleitung 244 erscheint, wird es auf einen Eingang einer in Fig. 12B gezeigten UND-Schaltung 267 gegeben, welche den Ringzähler auf Schritt 0 zurückschaltet, da das Signal auf der Leitung 244 anzeigt, daß der Taster 12 alle 4 Bahnen 75,76, 77 und 78 überstrichen hat und auf jeder Bahn die Kante des Werkstücks festgestellt hat.

Schritt 19

Wenn das Signal für Schritt 19 vom Ringzähler erscheint, läuft es über eine in F i g. 14 gezeigte Leitung 268 auf den Schritteingang des Querzählers 94, der dadurch um einen Wert weitergeschaltet wird. Dasselbe, in F i g. 12B mit »schritt 19« bezeichnete Signal wird auf die Ring-Zeitgeberschaltung 84 gegeben, um den Ringzähler auf Schritt 2 zurückzuschalten.

Schritt 20

Zum Schritt 20 gelangt der Ringzähler nur durch direkte Fortschaltung entweder vom Schritt 5 oder vom Schritt 13, und er verbleibt in diesem Schritt 20, bis ein Rückstellschalter 270 betätigt wird, wodurch ein Signal über eine UND-Schaltung 271 geleitet wird, die über die Ring-Zeitgeberschaltung 84 den Ringzähler auf Schritt 0 zurückstellt Der Rückstellschalter 270 kann manuell betätigt werden und sollte nur ausgelöst werden, nachdem die Werkstücklage zur Berichtigung des Fehlers verändert wurde, der die Zählerfortschaltung auf Schritt 20 hervorrief. Wenn der Ringzähler auf Schritt 20 steht, wird der Fehler-Endanzeiger 166 (Fig. 12B) erregt.

Schritt 0

60

Wenn der Ringzähler ein Ausgangssignal auf seine Schritt-0-Leitung gibt, ist der normale Endanzeiger 89 eingeschaltet Das Schritt-0-SignaI wird außerdem auf eine Leitung 272 (Fig. 13B) gegeben und läuft über die ODER-Schaltung 102 auf die UND-Schaltung 103, die dadurch eingeschaltet wird. Taktimpulse laufen jetzt durch die UND-Schaltung 103 zur Leitung 105, wodurch der Meßfühler 12 angehoben wird, bis der obere Z-Anschlagfühler 85 einschaltet Die Anlage befindet sich jetzt im Ruhestand und verbleibt in diesem Zustand, bis der Startschalter 21 (Fi g. 12A) erneut betätigt wird.

Arbeitsweise des Meßstation-Rechenelements
(M.S.-Recheneinheit24)

Am Ende von Schritt 18 hat das M.S.-Steuerelement 17 alle 4 Bahnen 75, 76, 77 und 78 (F i g. 5) verfolgt und die Koordinaten der 4 Punkte Q, R, S und T an das Rechenelement 24 übertragen. Die Koordinaten des Punktes Q sind mit X_q, V₉ und Z, bezeichnet. Die Koordinaten der anderen drei Punkte sind entsprechend bezeichnet. Die Recheneinheit 24 muß jetzt aus diesen Koordinaten die Lagedaten gemäß der Aufstellung in obiger Tabelle I errechnen. Die Richtungscosini der beiden Linien QR und STsind nach herkömmlichen Gleichungen zu berechnen. Die nachfolgenden Gleichungen (1),(2) und (3) gelten für die Richtungscosini der Linie QR.

55 _L =

(X_q-X_r)²+(Y_q-Y_rY+(Z_q-Z_r

,-Zr

-Y_tf+(Z,-Z_r?

3(1 I (X _q - x_r?+(Y_q-Y_rf + (z_q-z_r)²

(U

(2)

(3)

Die Zahlen auf der rechten Seite jeder Gleichung sind aus den Koordinaten der 4 gemessenen Punkte abgeleitet.

Die Linie QR und ST können dann durch zwei simultane Gleichungen ausgedrückt werden. Die Linie QR kann durch die beiden folgenden Gleichungen ausgedrückt werden:

45 Die Linie ST kann durch die beiden Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt werden:

x-X,

M₅,

AL

(6)

(7)

Wenn sich die beiden Linien schneiden, was für ein gegebenes Werkstück allgemein angenommen werden kann, können die Gleichungen (4) bis (7) gleichzeitig gelöst werden, um die Koordinaten des Schnittpunktes Pzu ermitteln.

Wenn sich die beiden Linien nicht schneiden, müssen die Koordinaten des Mittelpunktes Po der auf beiden Linien QR und ST senkrecht stehenden Verbindungslinie /Ι P2 (F i g. 11) ermittelt werden. Die Richtungscosini

	F;
(4)	1
	55
(5)

für die Linie P\Pi können aus den folgenden allgemein bekannten Gleichungen bestimmt werden.

Ms,

¹ M„ N»

N_q,L_qr

,_rqr

F <⁸>

γ- (9)

¹MN

_τ (10)

L₀

M₀

— Z₁

Z₂].

(15)

2(1

Um die Koordinaten von Pn zu ermitteln, ist zuerst in den obigen Gleichungen (4) und (5) der Wert χ durch Xi und in den Gleichungen (6) und (7) der Wert χ durch X₂ zu ersetzen. Ein ähnlicher, nachfolgend aufgeführter Satz von Gleichungen kann zur Darstellung der Linie P\ Pi aufgestellt werden.

X₁-X, Y₂-Y₁

Die Gleichungen (11) und (12) ergeben zusammen mit den Gleichungen (4) bis (7), in denen die Werte ΑΊ und Λ% eingesetzt wurden, einen Satz von 6 simultanen Gleichungen mit den 6 Unbekannten ΛΊ, V₁, Zi und X?, Yi und Z₂, die zur Bestimmung dieser Unbekannten gleichzeitig gelöst werden können. Diese Unbekannten sind die Koordinaten der Schnittpunkte P, und P₂ der auf den beiden Linien QR und STsenkrecht stehenden Verbindungslinie mit der Linie QR bzw. ST (siehe Fig. 11).

Wenn man die Koordinaten der Punkte P\ und Pi hat, lassen sich die Koordinaten des Punktes P_n aus den folgenden konventionellen Gleichungen bestimmen:

(13)

(14)

Nach Auflösung dieser Gleichungen sind die Lagedalen vollständig. Diese Lagedaten werden im Speicher 3 wi auf der Stelle gespeichert, die zu den Halterungsidentifizierungsdaten gehört, welche vom Halterungs-Kennzeichner 20 ermittelt wurden.

Arbeitsweise der Fertigungsstation _fe.

Wenn die das Werkstück 6 tragende Halterung 5 die Fertigungsstation 2 erreicht, liest der Halterungs-Kennzeichner 47 die Halterungskennzeichnungsdaten vom

Identifizierungsmerkmal 7 und liefert sie an den Speicher 3, der daraufhin die Lagedattn auf das Rechenelement 45 gibt. Dieselbe Information vom Kennzeichner 47 wird auch auf das Fertigungsstations-PiOgrammelement (FS-Programmelement) 46 gegeben, wo diese Kennzeichnung ein entsprechendes Fertigungsprogramm auswählt und auf die Recheneinheit 45 überträgt. Das im Programmelement 46 gespeicherte Programm ist für die Benutzung mit einem in der Standardlage auf der Halterung befestigten Werkstück vorgesehen. Die Recheneinheit 45 korrigiert dieses Programm entsprechend den Differenzen zwischen der tatsächlichen Lage und der Standardlage des Werkstücks so, daß die Werkzeugmaschine das Werkstück mit derselben Genauigkeit bearbeitet und dieselben Konturen ausbildet, als wenn sich das Werkstück in der Standardlage befände.

Die Daten im Programmelement 46 werden so geschrieben, daß für jeden Punkt, an welchem das Werkzeug mit dem Werkstück in Berührung kommt, eine senkrechte Ebene (senkrecht zur Werkzeugspindel) mit den Koordinaten X, Vund Zdefiniert wird. Jede senkrechte Ebene ist durch die Richtungscosini einer Linie definiert, welche senkrecht zu dieser Ebene verläuft, und die Richtungscosini sind folgendermaßen festgelegt:

Lj = Richtungscosinus der zur X-Achse
_ senkrechten Ebene
Mj = Richtungscosinus der zur Y-Achse
_ senkrechten Ebene
Nj = Richtungscosinus der zur Z-Achse
senkrechten Ebene

Wenn in dieser Beschreibung ein Strich über einem algebraischen Zeichen angebracht wird, bedeutet das, daß dieses Zeichen sich auf ein Werkstück in Standardposition bezieht.

Das Programmelement 46 liefert außerdem die nachfolgend aufgeführten Standardlagedaten auf die Recheneinheit 45:

Lo; Mn; A/o = Richtungscosini der senkrechten Verbindungslinie zwischen den Linien QR und 57;

M_ar: N_ar = Richtungscosini der Linie QR,
Richtungscosini der Linie ST.
Koordinaten des Bezugspunktes P oder Po(sieheFig. 11),
Verschiebungen des Halterungs-Bezugssystems in bezug auf das Drehzentrum (siehe F i g. 7),
Koordinaten des Drehzentrums (siehe

qr· ^?ψ

Ns,
Zo

~t ' f ■ S Λ.Ι

">ii X'

Y"_C;Z"_C =

Die Recheneinheit 45 korrigiert das vom Programmelement 46 empfangene Programm so, daß die Differenz zwischen der Standardlage des Werkstücks, auf welcher das Programm basiert, und der tatsächlichen Lage entsprechend der Bestimmung durch die vom Speicher 3 gelieferten Lage kompensiert wird. Die korrigierten Daten werden auf das Steuerelement 44 gegeben, wo die Werkzeugmaschine 26 so gesteuert wird, daß die erforderlichen Fertigungsschritte genau am Werkstück ausgeführt werden. Die bei der Berechnung durch das Rechenelement angewandte Mathematik wird nachfolgend genauer beschrieben.

Das für die Werkzeugmaschine geschriebene Programm muß Instruktionen für die Drehung um die Drehachse 54, die Schwenkung um die Schwenkachse 39

und die Bewegung entweder des Werkstücks oder der Werkzeugspindel in Richtung der Achsen X". Y" und Z"enthalten.

In dem in für diese Programmart konventioneller Weise geschriebenen Programm sind die Stellen am Werkstück angegeben, an denen das Werkzeug angreifen soll, sowie Ebenen, die senkrecht zur Werkzeugachse stehen. Für jede Maschinenoperation werden Werkstück und Werkzeug so eingestellt, daß die Werkzeugachse rechtwinklig zu einer bestimmten, bezüglich des Werkstücks definierten Ebene und so steht, daß das Werkzeug das Werkstück an einem bestimmten Punkt in dieser Ebene berührt. Es ist üblich, das Programm am Anfang in Ausdrucken der Achsen U, V und W zu schreiben, die in bezug auf das Werkstück festgelegt sind. Wenn das Werkstück in der Standardlage bezüglich der Halterung ausgerichtet ist, besteht eine feste Beziehung zwischen den Achsen U. V, Wund den Achsen X. Y, Z. Eine Standardlage zur Befestigung der Halterung auf dem Tisch der Fertigungsmaschine (Fig. 7) wird angenommen, und es besteht eine feste Beziehung zwischen dem Mittelpunkt dieses Tisches und den Achsen X", Y" und Z". Somit wird eine feste Beziehung hergestellt zwischen einem Programm, das in den Ausdrücken der Achsen U, Kund ^geschrieben ist und einer entsprechenden Schwenkung um die Schwenkachse 39 und einer Verdrehung um die Drehachse 54 sowie einer seitlichen Versetzung bezüglich der zueinander senkrecht stehenden Achsen X". Y" und Z". Programme zur Umwandlung von Instruktionen, die ursprünglich für die Achsen U, V und W geschrieben sind, in Instruktionen, die die Drehverschiebung um die Schwenkachse und die Drehachse sowie die seitlichen Verschiebungen bezüglich der aufeinander senkrecht stehenden Achsen angeben, können mit allgemein bekannten Techniken zusammengestellt werden.

Um die mit dieser Erfindung verbundenen Berechnungen zu vereinfachen, sollte das Umwandlungsprogramm zur Interpretation der in Ausdrücken der Achsen U. V, W geschriebenen Instruktionen seinen Ausstoß in einer etwas anderen Form erzeugen, als sie im vorigen Absatz beschrieben wurde. Insbesondere behalten die Übersetzungs-Instruktionen, die sich auf das rechtwinklige Koordinatensystem beziehen, denselben Wert, beziehen sich jedoch nach der Interpretation jetzt auf Verschiebungen bezüglich des Koordinatensystems λ", Y' und Z' und nicht auf das Koordinatensystem X". Y", Z". Außerdem werden nicht die Winkel für Schwenkung und Drehung des Tisches der Fertigungsmaschine berechnet sondern das Umwandlijngsprogramm erzeugt die Richtungscosini L₁. M₁. N, der in bezug auf das Koordinatensystem X. Y. Z senkrechten Ebene der Werkzeugspindel. Ein derartiges Umwandlungsprogramm zur Erzeugung der in diesem Absatz beschriebenen Ausgangsdaten wird als allgemein bekannt vorausgesetzt und daher nicht näher beschrieben.

Die an der Meßstation bestimmten Lagedaten setzen die Achsen U'. V, Wm Beziehung zu den Achsen X. V. Z. Diese Daten müssen an den Rechner in der Fertigungsstation gegeben werden, damit das Werkzeugmaschinen-Programm so korrigiert werden kann, daß es eine Drehung um die Achse 54, eine Schwenkung um die Achse 39 und eine Verschiebung des Werkstücks und/oder des Werkzeugkopfes entlang der Achsen V". Y". Z"bewirkt um die Lage des Werkstücks und somit der Koordinaten X. Y. Z so zu verschieben, daß die Achsen U', V. W mit den Achsen U, V. W des Standardprogramms zusammenfallen.

Eine Drehung um die Achse 54 und eine Schwenkung um die Achse 39 können auf dem Werkstück jede reale oder imaginäre Ebene schaffen, die senkrecht zur Werkzeugspindel 51 steht. Diese Drehung oder Schwenkung bringt jedoch eine Verschiebung der Werte für X", Y"und Z"mit sich, so daß die Korrektur des Programms der Werkzeugmaschine am besten in zwei Stufen ausgeführt wird.

Bei der ersten Stufe, die nachfolgend als Einstellstufe bezeichnet wird, erfolgt die Drehung um die Achsen 39 und 54, um eine vorgewählte normale Ebene rechtwinklig zur Werkzeugspindel 51 herzustellen.

In der zweiten Stufe, nachfolgend als Bearbeitungsstufe bezeichnet, kann das Werkzeug oder das Werkstück in den Richtungen X", Y" und Z" quer verschoben werden, um das Werkzeug auf den richtigen Berührungspunkt mit dem Werkstück auszurichten.

Um die Analyse der in der Verarbeitungsstufe erforderlichen Bewegungen zu erleichtern, wird ein Satz von kompensierenden Koordinatenachsen Λ". Y'. Z'verwendet, der in den F i g. 8 und 9 gezeigt ist. Der Ursprung dieses Systems mit den Achsen X'. V". Z'liegt im System X", Y". Z"am Punkt (E_x. E_}. E,). Die Achse Z verläuft parallel zur Achse Z". während die Achse Λ bezüglich der Achse Λ "um den Winkel Cgedreht ist.

Die Korrektur des Standardprogramms kann natürlich auch mit einer kleineren Anzahl von Koordinatenachsen erfolgen, als sie hier in der Beschreibung verwendet werden. Mit dem hier beschriebenen Analyseverfahren läßt sich jedoch die angewendete Mathematik weniger komplex gestalten.

Hinstellstufe

Der Schwenkwinkel A (F i g. 7) und der Rotations« inkel B, die ein nicht in der Standardlage ausgerichtetes Werkstück so einstellen, daß seine normale Ebene rechtwinklig zur Achse Z" verläuft, müssen berechnet werden.

Für eine bestimmte Werkstückart werden die Richtungscosini eines in Standardlage befindlichen Werkstücks als Teil des Fertigungsprogramms vom Programmelement 46 auf die Recheneinheit 45 gegeben

Die Bezugsebene ist entweder die Ebene, die von Jen sich schneidenden Linien QR und Srdefiniert ist oder. wenn diese Linien sich nicht schneiden, die Fbene durch den Punkt P<> (Fig. 11), die rechtwinklig auf de: Verbindungslinie P]P₂ steht. Die Richtungscosini de; Bezugsebene sind die Cosini einer Lime Pl. die am dieser Ebene senkrecht steht. In ähnlicher Weise sind die Richtungscosini einer Normalebene die C osini einer Linie/, die auf dieser Ebene senkrecht sieht.

Es ist bekannt, daß der Cosinus eines Winkels (-) zwischen einer Linie 1 und einer Linie 2 gegeben ist durch

cos V₁₂ =

M₁ M₂

.V₁ S₂

Die Linie /kann jede auf der Normalebene senkrecht stehende Linie sein. Somit kann sie auch so gewählt s werden, daß sie durch den Bezugspunkt /'oder P_{, läi.-'t. Bei einer solchen Wahl der Lage schneiden die Linit: QR. ST und P/oder deren Parallelen die Linie / und bilden mit ihr die Winkel Θ . (-), and f»,,. deren

29

30

entsprechende Cosini folgendermaßen ausgedrück'i werden können:

cos 9,_u = L_v Lj + M_erMj + 'V cos Q_sj = E₅₁Ij + M₅₁Af; + JV₅₁ I!; + M_pMj + N₁₁

cos B_pj =

<16) (17) (181

Die Werte dieser Cosini können aus den an die Recheneinheit 45 gelieferten Daten errechnet werden.

Die Gleichungen (16), (17) und (18) können entsprechend folgendermaßen umgeschrieben werden:

cos (-)_qj M_qr N₉₁ : cos θ,, M„ N„

j cos (-)_pj M_p Vp

L_qr M_qr N_q, L_n M_n N_n

L_qr cos 0pj N_qr L_s, cos <9₅₁ TV₅₁ Lp cos (9pj N_p

I)

M₁ =

(19)

cos eqj	Mv	Nqr
cos (9,j	Ms,	N»
cos epJ	Mp	Np
LVM
Ls, M Lp M	s, -Λ
Lqr cos	»,J	Nqr
L1, cos		Ns,
Lp cos	9PJ	Np

{22)

(23)

L_qr M_qr N_qr Ls, M_sl N₅₁

L_qr M_v cos G_pj Ls, M₅₁ cos 0₅j

L·- M_n COS Vy „·, Nj =

30

(20) L_qr

cos

L₅₁ M₅, cos 0_5J
L_p M_p cos <9pj

(24)

L_qr M_qr

(21) Lqr M_qr

L₅, M₅,
L_n M_n

Wie in F i g. 18 zu sehen ist, steht die Linie /senkrecht auf einer Normalebene des Werkstücks und läuft durch den Ursprung der Koordinaten X, Y und Z. Die hier definierte Linie / verläuft parallel, fällt aber nicht unbedingt zusammen, zu der Linie /, die vorher so definiert wurde, daß sie durch den Punkt P oder P₀ läuft. Wenn 9^der Winkel zwischen /und der Z-Achse ist und Qj_x der Winkel zwischen der X-Achse und der Projektion von / in die X-, K-Ebene, ergibt sich durch Trigonometrie:

45

50

In der tatsächlichen Lage des Werkstücks gemäß der Bestimmung an der Meßstation ist bestimmt

die Richtung der Linie QR durch

Lqr, Mqr, Iyqr,

die Richtung der Linie STdurch

Lit, Msh Ns, und

die Richtungscosini der Bezugsebenen sind L₀, M₀, M,.

Die Winkel Qqj, B_Sj, &pj sind dieselben wie für ein Werkstück in der Standardlage, da die Linien QR, ST, Pl und /alle in bezug auf das Werkstück festliegen.

Nach Berechnung der Cosini für Qqj, ß_Sj und θ_ρ; mit Hilfe der Gleichungen (16) bis (18) lassen sich die b^r> Richtungscosini für die Normalebene in ihrer tatsächlichen Orientierung aus folgenden Gleichungen errechnen:

χ = J sin Φ;_Γ cos Qj_x y = J sin 0j_Z sin 0_jx

Z = J COS 0_jz

55

Lj, = y = Sin Φ;₂ COS Qj_x

Mj = -η- = sin 0_jz sin B_jx

= - = COS

(25) (26) (27)

(28) (29) (30) (31)

(32) (33)

Basierend auf den Gleichungen (31) und (32) kann jetzt der Winkel B~_jx folgendermaßen errechnet werden:

I= sin"

\1-Nj

■ = cos

. (34)

Wenn die Vorzeichen von M₇ und Lj gleich sind, ist Qj_x positiv, und wenn die Vorzeichen von M, und L/ungleich sind, ist Bj_x negativ. _

In ähnlicher Weise kann der Winkel Φ> errechnet werden aus

Φ j. = COS"

(35)

Das im Programmelement 46 gespeicherte Programm für die in 5 Achsen arbeitende Werkzeugmaschine 26 ist für eine Verarbeitung eines in Standardlage ausgerichteten Werkstücks geschrieben, das folgendermaßen auf den Einstellbetrieb eingerichtet wurde:

(1) Wenn der Tisch so steht, daß der Schwenkwinkel A und der Rotationswinkel B 0° betragen, wird die Werkstückhalterung 5 auf den Tisch 27 gesetzt und durch Führungsstifte od. dgl. genau ausgerichtet

(2) Der Tisch wird dann um den Winkel Qj_x gedreht, und zwar im Uhrzeigersinn (abwärts in Richtung — Z), wenn das Vorzeichen von Qj_x negativ ist, und entgegen dem Uhrzeigersinn, wenn das Vorzeichen von Ο;» positiv ist.

Nach Beendigung dieser Drehung wird die auf der Normalebene senkrecht stehende Linie /so gelegt, daß sie parallel zur Ebene Y", Z"verläuft. _

(3) Der Tisch wird dann um den Winkel sin-' Nj_x geschwenkt. An diesem Betriebspunkt ist der Einstellbetrieb beendet, und die Normalebene steht rechtwinklig zur Achse Z".

Wenn sich das Werkstück nicht in der Standardlage auf der Halterung befindet, läuft dasselbe Verfahren wie oben beschrieben mit folgenden Ausnahmen ab:

30

(a) Ans'eile von Gleichung (34) werden Gleichung (31) oder (32) verwendet;

(b) anstelle von Gleichung (35) wird Gleichung (33) benutzt;

(c) der Tisch wird um einen Winkel Qj_x gedreht und
(d) der Tisch wird um einen Winkel (90°—Φ;*) geschwenkt

Korrektur-Verfahrensstufe für X", Y", Z"

Durch die oben beschriebenen Operationen wurden Fehlausrichtungen in der Neigung und der Zentrierung ausgeschaltet, die durch die Differenz zwischen der Standardlage des Werkstücks und seiner tatsächlichen Lage hervorgerufen waren. Jetzt müssen Korrekturbewegungen entlang der Achsen X", Y" und Z" ausgeführt werden, um das Werkstück in seine gewünschte Lage zu bringen. Die oben beschriebenen Ausgleichsoperationen haben jedoch selbst weitere Verschiebungen in diesen drei Achsen hervorgerufen. Diese Verschiebungen müssen zusammen mit den Verschiebungen aufgrund der Differenzen zwischen der Standardlage des Bezugspunktes P am Werkstück und seiner tatsächlichen Lage berücksichtigt werden.

Aus F i g. 7 ist zu ersehen, daß bei einem Schwenkwinkel Λ und einem Drehwinkel B die Ursprungskoordinaten des Koordinatensystems X, Y, Z, ausgedrückt im Koordinatensystem X", Y", Z", folgende sind:

(X"_c+ Ky), (Y"_c+ KJ. (Z"_c+ K_x),

wobei X"c Y"c und Z"_c die Koordinaten des Schnittpunktes der Schwenkachse 39 mit der Rotationsachse 54 sind.

Die Richtungscosini des geschwenkten und verdrehten Systems X, Y und Z bezüglich des Koordinatensystems X", Y", Z" sind nachfolgend durch die angegebenen Bezugswerte dargestellt:

5₁₁ = Cosinus

5₂₁ = Cosinus

5₃₁ = Cosinus

5₁₂ = Cosinus

5₂₂ = Cosinus

5₃₂ = Cosinus

5₁₃ = Cosinus

5₂₃ = Cosinus
Sj₃ = Cosinus

des Winkels
des Winkels
des Winkels
des Winkels
des Winkels
des Winkels
des Winkels
des Winkels
des Winkels

zwischen
zwischen
zwischen
zwischen
zwischen
zwischen
zwischen
zwischen
zwischen

den Achsen den Achsen den Achsen den Achsen den Achsen den Achsen den Achsen den Achsen den Achsen

A- und X" Xund Y" X und Z"

Y und X"

Y und Y"

Y und Z" Z und X'' Z und Y" Z und Z"

Wenn die Winkel A und B beide 0° betragen, sind die Richtungscosini der .Y-Achse in bezug auf die Achsen X", Y", Z"folgende:

5₁₁ =0;

5₂₁ =0;

«31 = - 1 · to

Die entsprechenden Richtungscosini für die Y-Achse sind:

5₁₂ = - 1

5₂₂ = 0 S₃₂ = O.

Die entsprechenden Richtungscosini Tür die Z-Achse sind:

S₁₃ =0

«23 = 1

Jetzt muß noch die Auswirkung einer Drehung des Tisches entgegen dem Uhrzeigersinn um den Winkel Θ (Fig. 18 und 19) auf die obigen Werte festgelegt werden. Fig. 19 zeigt auf einer Ebene, die parallel zur Ebene X", Z" verläuft, eine Projektion der Bewegung des Ursprungs des Koordinatensystems X, Y, Z vom Punkt 300 zum Punkt 301 während dieser Drehune.

Aus F i g. 19 geht hervor, daß

y = Qj_x- tan"¹—- = 0J_x-COS"¹

k²

(36)

Die neuen Koordinatenwerte im System X", Y", Z" für den Ursprung des Systems X, Y, Zam Punkt 301 sind

Λ IQi — Λ. _c — 1 K_x + Ky Sin Λ

Y₃₀₁ = γ; + κ_ζ

Z₃₀₁ = Z" + I K² + K²COS a .

(37) (38) (39)

Während der Drehung hält die Verbindungslinie des Koordinatenursprungs im System X, Y, Z mit dem Drehungsmittelpunkt (Koordinaten X", Y", Z") weiter eine konstante Winkelbeziehung zwischen den Achsen Xwna. Kaufrecht. Daher ergeben sich in der neuen Lage am Punkt 301 des Koordinatenursprungs des Systems X, Y, Z die Werte für die Richtungscosini der gedrehten .Y-Achse in bezug auf das System X", Y", Z"'wie folgt:

(40) (41) (42)

S₂₁ = 0

S₃₁ = -cos©;,.

Die Richtungscosini der gedrehten V-Achse sind:

(46) (47) (48)

20

30

s₁₂ = - cos/9,, (43)

S₂₂ = Q (44)

s₃₂ = -sine_jx. (45)

Die Richtungscosini für die gedrehte Z-Achse sind:

Weiter muß die Auswirkung der Schwenkung des Tisches um den Winkel (Z90" -<P_jz) (siehe F i g. 20) auf die obigen Werte festgestellt werden. Während dieser Schwenkung bewegt sich der Koordinatenursprung des Systems X, K.Zvorn Punkt 301 zum Punkt 302.

Die Koordinate X" (x"o) für den Koordinatenursprung des Systems X, Y, Z bleibt während dieser Schwenkung unverändert und somit immer noch durch

die obige Gleichung (37) definiert Die neuen Y"- und Z"-Koordinaten für den Ursprung des gedrehten und geschwenkten Systems X, Y, Zsind

y₀" = Υ," + sin 1 i K² + (K² + K²) cos² a (49) Z₀" = Ζ;' + cos I I K: +(K; + K²)cos²* (50) wobei

1 = 90°-0j. + sin"

K.

-J-

|'K²+(K² + K²)cos²

(51)

Während der Schwenkung erfolgt eine Drehung um die Achse X", so daß die Richtungscosini der Achsen X. Y, Z in bezug auf die Achse X" unverändert bleiben. Siehe hierzu die obigen Gleichungen (40), (43) und (46). Die verschiedenen Richtungscosini in bezug auf die Achse V'ändern sich wie folgt:

S₂J = Nj cos 0_jx
S₂₂ = Nj sin 0_jx
S₂₃= fl-Nj.

(52) (53) (54)

Die verschiedenen Richtungscosini in bezug auf die Achse Z"ändern sich folgendermaßen:

(55) (56) (57)

Ein den Gleichungen (36) bis (57) entsprechender Satz ähnlicher Gleichungen kann für ein Werkstück in der Standardlage geschrieben werden, indem man einfach die Veränderlichen in diesen Gleichungen dahingehend ändert, daß man die nicht überstrichenen Werte durch überstrichene Werte ersetzt.

Für ein Werkstück, das sich nicht in der Standardlage befindet und der Einstelloperation unterworfen wurde, kann jeder Punkt (x,y, z)\m Kooridnatensystem X, Y, Z in einen entsprechenden Punkt im Koordinatensystem X", Y", Z" umgewandelt werden mit Hilfe der folgenden Gleichungen:

x" = s_nx + s_l2y + S₁₃Z + X" -

K²sina

y" = S₂₁X + s₂₂y + S₂₃Z + Y" +\K\+ (K_x + K²)cos²«sin I

z" = S₃₁X + S₃₂V + s₃₃z + Z" + I'K² + (Kl + K²)cos²^cos 1 (58) (59) (60)

Für ein in der jLundardlage ausgerichtetes Werkstück, welches der Einstelloperation unterworfen wurde, kann jeder Punkt (x, y, z) im Koordinatensystem X, Y, Z umgewandelt werden in einen entsprechenden Punkt im Koordinatensystem X", Y", Z", indem man in den Gleichungen (58), (59) und (60) überstrichene Werte verwendet wie

Basierend auf den oben gezeigten Ausdrucken können alle Parameter in den obigen 3 Gleichungen ausgewertet werden.

Koordinatensystem X', V". Z'

Das »Kompensations-Koordinatensystcm« (siehe Fig.8 und 9) ist so angeordnet, daß Z' parallel zu Z" verläuft, während V" um den Winkel C in bezug zu Y" gedreht und der Koordinatenursprung des Systems X',

j_

'ή =

M_qr N_qr M₀ N₀

N₀ L₀

(61)

(62)

40

Y', Z'in bezug auf das System X", Y", Z"verschoben isu Das Kompensations-Koordinatensystem ist in bezug auf ein falsch ausgerichtetes Werkstück, das bereits dem Einstellverfahren unterworfen wurde (d. h., dessen normale Ebene rechtwinklig zur Achse Z" verläuft) genauso ausgerichtet wie das System X", Y", Z" auf ein Werkstück in Standardlage ausgerichtet sein würde, das dem Einstellverfahren unterworfen wurde.

Die Richtungscosini der Achsen LJ', V, W in bezug auf die Achsen X, Y und Z sind folgendermaßen m definiert:

j/i = Cosinus des Winkels zwischen X und U' I12 = Cosinus des Winkels zwischen X und V I_n = Cosinus des Winkels zwischen X und W' , I₂'i = Cosinus des Winkels zwischen Y und U' X^₁ = Cosinus des Winkels zwischen Y und V J₂₃ = Cosinus des Winkels zwischen Y und W J₃₁ = Cosinus des Winkels zwischen Z und U' ,₍₎ J₃₂ = Cosinus des Winkels zwischen Z und V I₃₃ = Cosinus des Winkels zwischen Z und W

Im Koordinatensystem LJ', V, W verläuft die Koordinate £/'immer parallel zur Linie QR, so daß ihre 2~> Richtungscosini immer die der Linie QR sind [siehe Gleichungen (1), (2) und (3)]. Außerdem verläuft die Achse W immer parallel entweder zu einer Linie, die senkrecht zu der durch die sich schneidenden Linien QR und ST definierten Ebene verläuft oder, falls sich diese j» Linien nicht schneiden, parallel zu der auf diesen beiden Linien senkrecht stehenden Linie verläuft. Somit sind die Richtungscosini der Achse W immer gleich L₀, M₀, No gemäß der Definition durch die obigen Gleichungen (8), (9) und (10). Die Richtungscosini für die Achse V r, können durch die Richtungscosini für i/'und Wgemäß der folgenden Gleichungen definiert werden:

L_qr L₀

M_qr M₀

(63)

L_qrM_v L₀ M₀

\M₀ JV₀

N₀ L₀

(64)

Ein ähnlicher Satz von Richtungscosini in, r_J2 ·-· hi kann definiert werden für die Achsen U. K Win bezug auf das System X. Y, Z.

Programm für Werkstück in Standardlage

Ein Fertigungsprogramm für ein Werkstück in Standardlage wird am einfachsten an erster Stelle in Ausdrücken der Koordinaten LJ, V, W geschrieben, die in bezug auf das Werkstück festliegen. Nach dieser Niederschrift muß das Programm in das Koordinatensystem X", Y", Z"transformiert werden, welches in bezug auf die Fertigungsstation festgelegt ist.

Wenn die Koordinaten (u, v, w) eines Punktes im Koordinatensystem U, V, IVgegeben sind, so sind seine Koordinaten im System X, Y, Zfolgende:

X = t_uU + I₁₂V + I₁₃M- + X₀

y = f₂, u + I₂₂ ν + in w + y₀ ζ = i₃₁u + f,₂ ν + r₃₃ w + Z₀

(65) (66)

(67)

Hierin sind xo, ju Ά> die Koordinaten in dem System des Ursprungs des Systems LJ, V, W. Die obigen Gleichungen (58) bis (60) liefern die entsprechenden Koordinaten im System X", Y", Z" für einen Punkt (x, y, z)\m System X, Y, Z.

Durch Einsetzen der Gleichungen (65) bis (67) in die Gleichungen (58) bis (60) ergeben sich die folgenden Gleichungen:

ι + J₁₂D + J₁₃W + X₀) +S₁₂(J₂₁M + I₂₂ r + J₂₃M' + y₀) + S₁₃(J₃₁ u + I₃₂r + J₃₃M' + Z₀) - fkJ+K*sinZ

(68)

«21 Cll« + «12« + i«W + X₀) + S₂₂(i₂i W + f₂₂l^; +

+ Y" + ίκ\ +{K² _X

' + Po) + S23C3I» + ^' + h₃W + Z₀)

cos²i sin T (69)

I₁₁M + i₁₂ v + i,3 w + X₀) + S₃₂(Z₂₁U + r₂₂r + /₂₃ u- + y₀) + S₃₃ C₃₁ u + i_i2v + t₃₃w + Z₀)

(70)

+ Z'_c' + V Kl+(Kl+ K² _y)cos²äcos I.

Gleichungen (68) bis (70) müssen wie folgt umgeschrieben werden, um u, r, vv als Faktoren abzutrennen: x" = (Sn hi +ßnhi +SB'31)" + (Sn'12 +5i₂f₂2 + S_u J₃₂) ν + (S₁₁J₁₃ +S₁₂I₂₃ +S₁₃I₃₃)W (71)

+ S₁₁X₀ +Si₂JO +S₁₃Z₀ +A^-" -IK? + /C².sini (72)

+S22'21 +Sa'3l)w +(S21»12 +S₂₂f₂₂ +S₂.,l₃₂)r + (S₂₁I_n +S₂₂I₂₃ + S_nI₃₃)

+ S₂₂JO +S₂₃^o + Υ," + 1 K= + (Kl + K²)co_Ä ²i_Sin I -S₃₂I₂₁ +S₃₃J₃₁)K +(S₃₁I₁₂ +S₃₂I₂₂ +S₃₃J₃₂Ir+ (S₃₁I₁₃ +S₃₂I₂₃ +S₃₃I₃₃)M' Sa 1 Xo +S₃₂JO +S₃₃Z₀ + Z" + \ K². + K² _X + K²cos²Äcos~l.

(73)

37

Die Gleichungen (71) bis (73) können mit den folgenden Parametern neu geschrieben werden, wobei αχ, a_y und a, die Umsetzung des Urpsrungs des Koordinatensystems U₁ V, Win bezug auf den Ursprung des Systems X", Y", Z"darstellen.

Die anderen unten gekennzeichneten Parameter stellen die \ crschiedenen bei der Transformation auftretenden Drehungen dar:

«11 ~ S]] IjJ +Sj₂I₂] +Sj₃t₃] «12 = Sjj Ij₂ + S₁₂I₂₂ + S₁₃I₃₂ «13 = S]J I_J3 +S₁₂I₂₃ +S]₃I₃₃

«X ~ Sj]Xq + Si₂yo + Sj₃Z₀ + A₁.

-\— I K² + K².sins

«21 ⁼ S₂IIjI +S₂₂I₂₁ S₂₃I₃,
«22 ⁼ S₂I I]₂ + S₂₂I₂₂ + S₂₃I₃₂
«23 = S₂₁ I]₃ + S₂₂I₂₃ + S₂₃I₃₃

«v = S₂₁X₀ + S₂₂V₀ + S₂₃Z₀ + y_r"

(74) (75) (76) (77)

(78) (79) (80) (81)

	+ i K? + (K2 -	\- Ky) cos2 λ sin I	(82)
«31	= S31Iu + S32I21 +	S33Jm	(83)
«32	= S31I]2 +S32I22 +	S33r32	(84)
Ö33	= S3]I13 +S32I23 +	Sj3I33	(85)
ä.	= S3]X0 + s32y0 +	S33Z0 + z;·

+ I K² _: + (K² _X + Kj.)cos²5cos. 1.

Die Gleichungen (71) bis (73) können jetzt folgendermaßen neu geschrieben werden:

+ 5_l2 ν + ä₁₃ w + ä_x O O + ä_y

y" = _y

z" = ö₃, u + S₃₂ ν + 5₃₃ w + δ. .

(86) (87) (88)

Das ursprünglich im System U, V, W geschriebene Programm kann jetzt in ein Programm im System X" Y", Z" unter Benutzung der Gleichungen (86) bis (88] transformiert werden. Dieses Programm mit der Werten aus dem Koordinatensystem X", Y", Z" wird zusammen mit den Richtungscosini der Normalebene L₁ Mj, Nj im FS-Steuerelement 46 gespeichert und durch das Rechenelement 45 entsprechend der vom Speicher 3 kommenden Information modifiziert.

Programm für ein Werkstück
außerhalb der Standardlage

Dieses Programm wird zuerst in Werten für das Koordinatensystem U', V, W geschrieben, ist aber sonst genau dasselbe wie das für das Koordinatensystem U, Kund Wgeschriebene Programm. Auch dieses Programm muß wieder auf das Korrdinatensystem X", Y", Z"transformiert werden.

Diese Transformation kann ebenfalls genauso erfolgen wie beim Programm im Koordinatensystem U, V, W, wobei die Gleichungen (65) bis (68) zu den folgenden Gleichungen führen:

x" = a_nu' + a₁₂v' + a_l3w' + a_x

y" = a_nu'+ O₂₂V¹ + z" = a₃₁u'+ a₃₂v'+

'+ a_y '+ a_z

(89)
(90)
(91)

Nach dem Einstellverfahren an der Fertigungsstation ist das Werkstück jedoch in bezug auf die Achsen X", Y", Z" nicht genauso ausgerichtet wie ein Werkstück in der Standardlage, sondern seine Lage in bezug auf die Achsen X', Y', Z' (F i g. 8 und 9) entspricht der Lage eines in Standardlage befindlichen Werkstücks in bezug auf die Achsen X", Y", Z". Demzufolge müssen die aus den Gleichungen (89) bis (91) resultierenden Werte für die Punkte im Koordinatensystem X", Y", Z" in einen Koordinatensatz transformiert werden, der auf die Achsen X', Y', Z'bezogen ist

Die Richtungscosini des Systems X', Y', Z' in bezug auf das System X", Y", Z" können folgendermaßen dargestellt werden:

fen = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen X' und X" fty = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen X' und Y" I)₃₁ = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen X' und Z" b_n = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen Y' und X"

V₂₂ ⁼ CöSiüUS de» Winkels Zwischen dcü Achsen Y' und Y"

O₃₂ = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen 1" und Z" b_u = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen Z' und X" ta = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen Z' und Y" i»33 = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen Z' und Z"

Aus den F i g. 8 und 9 geht hervor, daß die Achsen Z" und Z'parallel verlaufen. Daraus folgt:

6a =

(92) (93) (94) (95) (96)

Zj₁₁ = cos C
O₂₂ = cos C
Zj₂₁ = — sin C bj2 = +sinC

(97)

(98)

(99)

(100)

Gemäß der Darstellung in F i g. 8 gilt der Winkel Cfür die Drehung der Achse V'in bezug auf die Achse Y" im Uhrzeigersinn.

Der Koordinatenursprung des Systems U, V, W liegt im System X", Y", Z" am Punkt Ca₁, ä„ S,). dessen Koordinaten durch die Gleichungen (77), (81) und (85)

gegeben sind. Der Ursprung des Systems W, V. W liegen an einem anderen Punkt (a_x, a_y, aj'xm System X". Y", Z", dessen Koordinaten folgende sind:

U_x = S₁₁.X₀ + S₁₂ V₀ + .ν,,;,, + - X['- I K|j-Kj.sin-i

«,. = S₂₁ .X₀ 4- S₂₁V₀ + .V₂₁Z₀ 4 V₁." 4- | Kj 4- (K_x + Rl)COS² \ sin I

j
α. = s„ .X₀ 4- s,₂y₀ 4- χ,.,Z₀ + Z," 4- \ Kl +(Kl + KJ)COS¹ \ cos I (101) (102) (103)

Hierin sind xo.yo. ^₀ die Koordinaten im System X, Y, Zdes Ursprungs des Systems U', V", W".

Da der Ursprung des Koordinatensystems U', V, W in bezug auf den Ursprung des Systems X'. Y'. Z' genauso verschoben ist wie der Ursprung des Koordinatensystems U₁ V. Win bezug auf den Ursprung des Systems X", Y", Z", folgl daraus:

Die Transformationsgleichungen für X", Y" und Z" nach X'. Y', Z'können also folgendermaßen geschrieben werden:

_x· = H₁₁(X¹¹ - E₁) 4- M.v" - E_x) + h„(:"- E.J (105)
y- = H₁₂(X" - E₁) 4- H₂₂(Y" - E₁.) 4- H₃₂(Z" - E₂) (106)
;· = h_n(x- - E_x) 4- My" - Ey) + M=" - E₁) (107) Die in den Gleichungen (92) bis (100) festgelegten Richtungscosini können in die Gleichungen (105) bis (107) eingesetzt werden, so daß sich daraus ergibt:

x' = cos CU"-EJ-sin C(J-"-E,.) (108)

y' = sin C(x" - E_x) 4- cosC(y" - E₁.) (109)

ζ = z"-E. = :"+ii--a.. (110)

Um die Transformation des Koordinatensystems I)'. V, W in das Koordinatensystem X', Y', Z' zu erhalten, setzt man die Werte für X". Y". Z"auf den Gleichungen (89) bis (91) in die Gleichungen (108) bis (UO) ein und erhält die folgenden Gleichungen:

λ' = cosC(M₁₁1/' 4- «|₂r' 4- U₁ χw' 4 O_x — E_x) — sinC(i/i| u' 4- i/₂jr' 4- i/₂.i»' + </,. — E₁.
y' = sin C(O₁, u' + </₁₂ r' 4- «,_, w' + a_x - E_x) 4- cosC(i<₂₁ u' 4- O₂₂ 1' 4- <i₂, >v' + <i,. - E₁.)

(111) (112) (113)

Eine Zusammenfassung von Ausdrücken und Faktoren hat folgende Ergebnisse:

χ' = (α_π cosC — «₂₁ sinC)i/' 4- («₁₂cosC-W₂₂sinC)r' 4- (<j,,cosC - «₂,sinC)w·' 4- Ui_x - EJcosC — (</, - E,.)sinC

(114)

y' = («n sinC 4- (h,cosC)»' 4-(«₁₂sinC 4- d^cosC« v' + («!,sine 4- «,,cosC)«·' 4-Ui_x- E,)sinC 4-(«,.— E,.)cosC

(115)

Z = tlx, U + «,₂ r' 4- «33 W' +11- . (116)

Aus einem Vergleich der Gleichungen (114) bis (116) mit den Gleichungen (89) bis (91) und aus der Tatsache, daß das Koordinatensystem U'. V. W zum Koordinatensystem A". Y'. Z' in derselben Beziehung steht wie das Koordinatensystem U. V. IVzum System X". Y". Z". ergeben sich die folgenden Gleichungen:

W1, =«ιι cos C — O21 sin C	(117)
W12 = «12cosC — W22SJnC	(118)
ä}. = /ι., cos C — «2.? sin C	(119)
Ux = —(«j — E1)COsC-(W1- E,.)sinC	(120)
W2I = «π sin C 4- W2] cos C	(121)
«22 = «π sin C + O22COsC	(122)
«23 = «13 sin C + O23COsC	(123)
ör = (O1-E1)SJnC 4- (ov — Ev)cosC	(124)
«31 = «31	(125)
«32 = «32	(126)
«33 = «33	(127)

Die gleichzeitige Auflösung der Gleichungen (117) und (118) für die Werte von cos Cundsin Cergibt

cos C = °

«11 «22 -«12«21

(123) (129)

Die gleichzeitige Auflösung der Gleichungen (120) und (124) für die Werte £, und E, ergibt

E_x = U_x — O_xCOsC - «,.sinC
E₁. = ö,sinC — ö.cosC 4-«..

(130) (131)

Die Werte von cos C. sin C. t, und t, aus den Gleichungen (128) bis (131) können jetzt in die Gleichungen (108) bis (110) eingesetzt werden und ergeben die folgenden Umwandlungsgleichungen für die Transformation aus dem Koordinatensystem X', V". Z'in das Koordinatensystem X". Y". Z":

x" = x'cosC 4- y'sinC 4- u_x y" = x'sinC 4- y'cosC 4- «_r ζ" = ζ' + α. — 5-.

(132) (133) (134)

Das im Koordinatensystem X', Y'. Z' geschriebene Programm kann dann an die Fertigungsstation geliefert werden und veranlaßt dort die Werkzeugmaschine, die geforderte Kontur an der Werkstückoberfläche herzustellen.

Fig. 21

Diese Figur zeigt ein Werkstück 310 mit drei Oberflächen 303, 304 und 305. Diese Ebenen brauchen sich nicht auf der Werkstückoberfläche zu schneiden. Jede Ebene kann lokalisiert werden, indem man die Positionen bestimmt, an denen die 3 Taster 306,307 und 308 auf ihre Fläche treffen. Diese Positionen sind mit 303a, 3036 und 303cgekennzeichnet. Die Position jeder auf diese Weise lokalisierten Ebene kann mathematisch aus den Daten definiert werden, die diese 3 Positionen bestimmen. Der Schnittpunkt zweier Ebenen kann aus den diese Ebenen definierenden Daten errechnet werden, wobei es keine Rolle spielt, ob dieser Schnitt auf der Werkstückoberfläche liegt, außerhalb der Werk-

Stückoberfläche wie im Falle des Schnittpunktes 311 der Ebenen 303 und 304 oder innerhalb des Werkstücks wie beim Schnittpunkt 312 der Ebenen 304 und 305. Die die Schnittstellen 311 und 312 definierenden Daten können dazu benutzt werden, die Lage des Werkstücks für spätere Programme analog zu der Art zu definieren, in welcher die Linien QR und ST in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzt wurden.

Nach Abschluß der Fertigungsoperation an einem bestimmten Werkstück sind die Korrekturdaten im Speicher 3 für die spezielle Werkstückhalterung zu löschen, um den Speicher für einen neuen Satz von Korrekturdaten für das nächste von der Halterung getragene Werkstück freizumachen.

Hierzu 15 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine mit einer Aufnahmestation für ein zu bearbeitendes Werkstück und einer von dieser entfernten Bearbeitungsstation mit den folgenden Merkmalen:

a) das Werkstück ist auf einer Halterung befestigt,

b) die Halterung ist mittels einer Transportvorrichtung von der Aufnahme- zur Bearbeitungsstation überführbar,

c) in der Bearbeitungsstation ist eine Abtastvorrichtung für an der Halterung gespeicherte Daten vorgesehen, jede Halterung ist mit einem Identifizierungsmerkmal (7) versehen, das bei dessen Abtastung die Identifizierungsdaten abgibt

Diese Werkzeugmaschine ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

e) in der Aufnahmestation (1) ist ein Meßfühler (12) für die Lage des Werkstücks (6) in der Halterung (5) vorgesehen,

f) die relative Lage des Meßfühlers (12) zum Werkstück (6) ist durch impulsgetriebene Antriebsmotoren (9, 11, 13) entlang programmierter Abtastwege steuerbar,

g) beim Auftreffen des Meßfühlers (12) auf das Werkstück (6) wird ein Impuls erzeugt,

h) dieser Impuls steuert die Übertragung der Lagedaten des Auftreffpunktes Meßfühler/ Werkstück an eine erste Recheneinheit (24),

i) die erste Recheneinheit (24) berechnet aus mehreren Auftreffpunktkoordinaten die tatsächliche Lage des Werkstücks (6) in der Halterung (5) zur nachfolgenden Übertragung in einen Speicher (3),

j) zusammen mit den Lagedaten des Werkstücks werden jede Halterung (5) kennzeichnende Identifizierungsdaten in den Speicher (3) übertragen,

k) die Identifizierungsdaten der Abtastvorrichtung (47) dienen dem Abruf eines Bearbeitungsprogramms für eine Standardlage des Werkstücks (6) in der Halterung (5) und der zugehörigen Lagedaten aus dem Speicher (3) in eine zweite Recheneinheit (45),

1) die zweite Recheneinheit (45) modifiziert das Bearbeitungsprogramm unter Ausgleich der Differenz zwischen der Standardlage und der tatsächlichen Lage des Werkstücks (6) in der w Halterung (5).

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler eine auf Biegung zu beanspruchende und mit einem Dehnungsmeßstreifen (67) versehene Feder (65) ist, welcher mit einer bei Biegung einen Impuls abgebenden Meßbrücke verbunden ist.