DD255300A5 - workpiece positioning - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine automatisch arbeitende Einrichtung zur Werkstueckpositionierung, d. h. zum Zentrieren und Ausrichtung von Werkstuecken, speziell in Messeinrichtungen. Eine Messeinrichtung wird mit einem Drehtisch 4 versehen, der zur Ausfuehrung eines Zentrier- und Richtvorgangs horizontal verschiebbar und schwenkbar ist. Der Drehtisch 4 wird an drei Punkten A, B, P gelagert, von denen P feststehend ist und die beiden anderen A, B mit Hilfe von motorgetriebenen Hebevorrichtungen vertikal verstellbar sind. Das Zentrieren und Richten erfolgt automatisch mittels eines Computers 72, der die erforderlichen Horizontal- und Schwenkbewegungen des Drehtisches 4 aus den Daten berechnet, die durch Abtasten der Werkstueckoberflaeche mit einem Messfuehler 12 gewonnen werden. Fig. 1The invention relates to an automatically operating device for workpiece positioning, d. H. for centering and aligning workpieces, especially in measuring equipment. A measuring device is provided with a turntable 4, which is horizontally displaceable and pivotable to perform a centering and straightening process. The turntable 4 is supported at three points A, B, P, of which P is fixed and the other two A, B are vertically adjustable by means of motor-driven lifting devices. The centering and straightening is done automatically by means of a computer 72 which calculates the required horizontal and pivoting movements of the turntable 4 from the data obtained by scanning the Werkstueckoberflaeche with a Meßfuehler 12. Fig. 1
Description
Hierzu 7 Seiten ZeichnungenFor this 7 pages drawings
Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkstückpositioniereinrichtung zum Zentrieren und Ausrichten eines Werkstückes auf einem Drehtisch, speziell in einer Meßeinrichtung.The invention relates to a workpiece positioning device for centering and aligning a workpiece on a turntable, especially in a measuring device.
Es ist eine Meßeinrichtung bekannt, bei der ein Werkstück auf einem Drehtisch positioniert wird und Messungen durch Drehen des Drehtisches vorgenommen werden, während ein Meßfühler die Oberfläche des Werkstückes abtastet. Im allgemeinen ist es notwendig, einen als Zentrieren und Richten bekannten Arbeitsgang durchzuführen, wobei der Drehtisch horizontal verschoben und angekippt wird, um das Werkstück in die gewünschte Lage zu bringen, meistens, um eine geforderte Achse des Werkstückes mit der Rotationsachse des Drehtisches in Übereinstimmung zu bringen, Weiterhin ist es äußerst wünschenwert, daß der Zentrier-und Richtvorgang automatisch vorgenommen wird, so daß es effektiv und schnell durchgeführt werden kann. Eine Meßeinrichtung, in der das Zentrieren und Richten automatisch vorgenommen werden kann, ist bereits bekannt und im Handel erhältlich. Bei der bekannten Einrichtung wird der Drehtisch, der kreisförmig ist, auf einerTragkonstruktion montiert, die eine sphärisch gekrümmte Auflagefläche einschließt, welche eine Universalkippbewegung des Drehtisches um einen Punkt ermöglicht, der sich oberhalb der Arbeitsfläche des Drehtischesund in einer bekannten Horizontalebene befindet. Zwei unter dem Drehtisch in einem Winkel von 90° zueinander angeordnete Heber dienen dazu, die Kippbewegung um die entsprechenden orthogonalen Achsen, die sich in der obenerwähnten Horizontalebene befinden, zu bewirken. Federn drücken den Drehtisch nach unten, so daß er mit den Hebern in Kontakt bleibt und die sphärisch gekrümmte Auflagefläche mit einer Gegenauflagefläche in Kontakt bleibt, die bei einer Ausführung einen Ring von Kugeln umfaßt, der in die Tragkonstruktion eingefügt ist. Die Tragkonstruktion ist zur Rotation des Drehtisches auf einer Spindel montiert, wobei die Horizontalbewegung der Tragkonstruktion durch ein weiteres Lager bewirkt wird, wodurch der Zentriervorgang durchgeführt werden kann.There is known a measuring device in which a workpiece is positioned on a turntable and measurements are made by rotating the turntable while a sensor scans the surface of the workpiece. In general, it is necessary to perform an operation known as centering and straightening, wherein the turntable is horizontally displaced and tilted to bring the workpiece to the desired position, usually to match a required axis of the workpiece with the axis of rotation of the turntable Furthermore, it is extremely desirable that the centering and straightening be done automatically, so that it can be performed effectively and quickly. A measuring device in which the centering and straightening can be performed automatically is already known and commercially available. In the known device, the turntable, which is circular, is mounted on a support structure which includes a spherically curved support surface which allows for universal tilting movement of the turntable about a point which is above the working surface of the turntable and in a known horizontal plane. Two jacks arranged under the turntable at an angle of 90 ° to each other serve to cause the tilting movement about the respective orthogonal axes which are in the above-mentioned horizontal plane. Springs depress the turntable so that it remains in contact with the lifters and the spherically curved bearing surface remains in contact with a counter-bearing surface, which in one embodiment comprises a ring of balls inserted into the support structure. The support structure is mounted for rotation of the turntable on a spindle, wherein the horizontal movement of the support structure is effected by a further bearing, whereby the centering operation can be performed.
Bei der Einrichtung des bekannten Standes der Technik wird, nachdem das zu prüfende Werkstück auf den Drehtisch aufgelegt wurde, das Zentrieren und Richten durchgeführt, indem als erstes die Lage des Mittelpunktes des Abschnitts der Werkstückoberfläche bestimmt wird, der sich in der Horizontalebene befindet, welche den Punkt, um den der Drehtisch gekippt werden kann, enthält. Diese Bestimmung wird durchgeführt, indem ein zu der Einrichtung gehörender Taststift mit der Werkstückoberfläche in dieser Horizontalebene in Kontakt gebracht wird und die Spindel angetrieben wird, so daß sich das Werkstück um die Spindelachse dreht. Der Exzentrizitätsgrad zwischen der Rotationsachse des Werkstückes (oder der Spindelachse) und der Lage des Mittelpunktes der Werkstückoberfläche in dieser Ebene kann durch dann nach den durch einen Meßfühler, mit dem der Taststift verbunden ist, gegebenen Signalen bestimmt werden. Danach wird die Tragkonstruktion für den Drehtisch horizontal zur Spindel verschoben, um den bestimmten Mittelpunkt der Werkstückoberfläche mit der Achse der Spindel in Übereinstimmung zu bringen. Damit ist der Zentriervorgang für diese Ebene abgeschlossen. Das Richten durchgeführt, indem der Taststift zu einer anderen Horizontalebene bewegt wird, die Spindel angetrieben wird, so daß sich das Werkstück dreht, und die Exzentrizität der Mitte der Werkstückoberfläche in dieser Horizontalebene mit Bezug auf die Spindelachse bestimmt wird, wobei die durch den Meßfühler gegebenen Signale verwendet werden. Nachdem diese Exzentrizität bestimmt worden ist, werden die Hebel in dem Maße betätigt, wie es notwendig ist, um die Mitte der Werkstückoberfläche in der zweiten Horizontalebene mit der Rotationsachse des Drehtisches (der Spindelachse) in Übereinstimmung zu bringen. Damit ist der Richtvorgang abgeschlossen sowie das Zentrieren und Richten ausgeführt. Da die Kippbewegung des Drehtisches, die während dieses Richtvorganges stattfindet, in einem Punkt der ersten Horizontalebene zentriert ist, der durch den Zentriervorgang mit der Spindelachse in Übereinstimmung gebracht wurde, wird diese Übereinstimmung durch den Richtvorgang nicht aufgehobenIn the device of the prior art, after the workpiece to be tested has been placed on the turntable, the centering and straightening is performed by first determining the position of the center of the portion of the workpiece surface which is in the horizontal plane containing the Point by which the turntable can be tilted contains. This determination is made by bringing a stylus associated with the device into contact with the workpiece surface in this horizontal plane and driving the spindle so that the workpiece rotates about the spindle axis. The degree of eccentricity between the axis of rotation of the workpiece (or spindle axis) and the position of the center of the workpiece surface in this plane can then be determined by the signals given by a probe to which the stylus is connected. Thereafter, the support structure for the turntable is shifted horizontally to the spindle to bring the particular center of the workpiece surface into alignment with the axis of the spindle. This completes the centering process for this layer. The straightening is performed by moving the stylus to a different horizontal plane, driving the spindle so that the workpiece rotates, and determining the eccentricity of the center of the workpiece surface in that horizontal plane with respect to the spindle axis, given by the probe Signals are used. After this eccentricity has been determined, the levers are actuated to the extent necessary to align the center of the workpiece surface in the second horizontal plane with the rotational axis of the turntable (the spindle axis). This completes the straightening process as well as centering and straightening. Since the tilting movement of the turntable, which takes place during this straightening process, is centered at a point of the first horizontal plane, which has been brought into agreement with the spindle axis by the centering operation, this match is not canceled by the straightening operation
Diese Einrichtung weist eine Reihe von Nachteilen auf. This device has a number of disadvantages.
Erstens muß jeder Zentriervorgang durch Abtasten der sich in derselben, feststehenden, das Kippzentrum des Drehtisches einschließenden Horizontalebene befindenden Werkstückoberfläche durchgeführt werden; in einigen Fällen besitzt das Werkstück in dieser Ebene keine Oberfläche, die abgetastet werden kann. Das ist ein erheblicher Nachteil bei Werkstücken mit komplizierter Form, wie zum Beispiel Kurbelwellen.First, each centering operation must be performed by scanning the workpiece surface located in the same stationary horizontal plane including the tilting center of the turntable; in some cases, the workpiece does not have a surface in this plane that can be scanned. This is a significant disadvantage in workpieces of complicated shape, such as crankshafts.
Zweitens muß der Schwerpunkt des Werkstückes immer innerhalb des 90-Grad-Sektors des Drehtisches liegen, der durch die Stellung der beiden Heber definiert ist: eine Anordnung des Schwerpunktes außerhalb dieses Sektors würde bei dem Drehtisch ein Drehmoment hervorrufen, durch das der Drehtisch außer Kontakt mit diesen Hebern geraten kann. Drittens ist die Herstellung der Lagerfläche, auf der sich der Drehtisch befindet, mit dem erforderlichen Genauigkeitsgrad schwierig und kostspielig.Secondly, the center of gravity of the workpiece must always be within the 90-degree sector of the turntable defined by the position of the two lifters: placing the center of gravity outside this sector would produce a torque on the turntable which would cause the turntable to be out of contact with the turntable advised these lifters. Third, making the bearing surface on which the turntable is located is difficult and costly with the degree of accuracy required.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Einrichtung zur Verfügung, mit dereines oder mehrere dieser Probleme beseitigt werden können.The present invention provides a device with which one or more of these problems can be eliminated.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Werkstückpositionierungseinrichtung mit einem Drehtisch zur Aufnahme des Werkstückes und einem Rechner, mit der ein Zentrier- und Richtvorgang ausgeführt werden kann, bei dem jede als Folge des Kippens des Drehtisches zu Richtzwecken entstehende Dezentrierung des Werkstückes ausgeglichen wird. Mit der entsprechend diesem Aspekt der Erfindung konstruierten Einrichtung können Zentrierung und Ausrichtung also mit Bezug auf alle Horizontalebenen durchgeführt werden, ohne auf eine einzige Horizontalebene, die das Kippzentrum des Drehtisches enthält, beschränkt zu sein, wie es bei der oben beschriebenen Einrichtung des bekannten Standes der Technik der Fall ist.One aspect of the invention relates to a workpiece positioning device with a turntable for receiving the workpiece and a computer with which a centering and straightening process can be performed in which any decentering of the workpiece resulting from the tilting of the turntable for straightening purposes is compensated. Thus, with the device constructed in accordance with this aspect of the invention, centering and alignment can be performed with respect to all horizontal planes without being limited to a single horizontal plane containing the tilting center of the turntable, as in the prior art device described above Technique is the case.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Werkstückpositionierungseinrichtung mit einem Drehtisch für das Werkstück, der an drei sich an den Spitzen eines Dreiecks, vorzugsweise eines gleichseitigen Dreiecks, in dem der Mittelpunkt des Drehtisches liegt, befindenden Punkten aufliegt, wobei mindestens zwei der Punkte in der Höhe verstellbar sind, sowie einem Rechner zur Durchführung des Zentrier- und Richtvorganges, bei dem die Höheneinstellung eines oder mehrerer der Punkte stattfindet. Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren oder eine Einrichtung zur Durchführung des Zentrier- bzw. Richtvorganges, wobei das Werkstück durch eine Abtasteinrichtung abgetastet wird und der Vorgang durch Steuerung der elektronischen Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit einem bestimmten Algorithmus durchgeführt wird. Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Drehtisch zur Auflage eines Werkstückes, der um einen Punkt oder Achsen unterhalb dessen Oberfläche zur Durchführung des Ausrichtens schwenkbar ist, sowie einer elektronischen Steuereinrichtung für diese Schwenkbewegung. Der Punkt oder der Schnittpunkt der Achsen liegt vorzugsweise versetzt zur Rotationsachse des DrehtischesAnother aspect of the invention relates to a workpiece positioning device having a workpiece turntable which rests on three points located at the tips of a triangle, preferably an equilateral triangle in which the center of the turntable lies, at least two of the points in height are adjustable, and a computer for performing the centering and straightening process, in which the height adjustment of one or more of the points takes place. Another aspect of the invention relates to a method or apparatus for performing the centering, wherein the workpiece is scanned by a scanner and the operation is performed by controlling the electronic controller in accordance with a particular algorithm. Another aspect of the present invention relates to a device having a turntable for supporting a workpiece, which is pivotable about a point or axes below the surface for performing the alignment, and an electronic control device for this pivoting movement. The point or intersection of the axes is preferably offset from the axis of rotation of the turntable
Weitere Aspekte der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den Patentansprüchen deutlich. Other aspects of the invention will become apparent from the following description and claims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. In the accompanying drawings show:
Fig. 1: eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Einrichtung;Fig. 1: a perspective view of a device according to the invention;
Fig.2: eine perspektivische Ansicht einer in der Einrichtung nach Fig. 1 enthaltenen Drehtischtragkonstruktion; Fig. 3: einen Schnitt durch einen Teil der Tragkonstruktion nach Fig. 2, wobei jedoch ebenfalls der Drehtisch gezeigt wird; Fig.4: ein vereinfachtes Blockschaltbild eines zu der Einrichtung nach Fig. 1 gehörenden Steuersystems; Fig.5a bis5d: die grafische Darstellung eines Zentrier-und Richtvorganges; und Fig. 6 bis 9: grafische Darstellungen zum besseren Verständnis der durch das Steuersystem ausgeführten Berechnungen zur Durchführung des in Fig.6 dargestellten Zentrier- und Richtvorganges.Fig. 2 is a perspective view of a turntable support structure included in the apparatus of Fig. 1; 3 shows a section through a part of the support structure according to FIG. 2, but likewise the turntable is shown; Fig. 4 is a simplified block diagram of a control system associated with the apparatus of Fig. 1; 5a to 5d: the graphic representation of a centering and straightening process; and FIGS. 6 to 9 are graphs for a better understanding of the calculations performed by the control system for performing the centering and straightening operation shown in FIG.
Bezugnehmend auf Fig. 1 umfaßt eine Meßeinrichtung eine durch einen Rahmen 3 (wovon nur die Füße in Fig. 1 sichtbar sind) getragene Werkbank 2. Der Rahmen 3 trägt einen Drehtisch 4, auf demein Werkstück befestigt werden kann. Ein senkrechter Ständer 6 führt einen motorgetriebenen, senkrecht verschiebbaren Wagen 8. Ein Taststift 10 ist an einem Ende eines schwenkbaren Arms 12 angebracht, durch den die Haltung des Taststiftes verändert werden kann und der wiederum am Ende eines von Wagen 8 getragenen horizontal (radial) beweglichen Arms 14 gehalten wird. Messungen an einem Werkstück werden durchgeführt, indem der Taststift 10 durch Drehen des Drehtisches bzw. radiale oder vertikale Bewegung des Taststiftes dazu veranlaßt wird, die Oberfläche des Werkstückes zu überqueren.Referring to Fig. 1, a measuring device comprises a workbench 2 carried by a frame 3 (of which only the feet are visible in Fig. 1). The frame 3 carries a turntable 4 on which a workpiece can be mounted. A vertical post 6 carries a motor driven, vertically displaceable carriage 8. A stylus 10 is attached to one end of a pivoting arm 12, by which the posture of the stylus can be changed and which, in turn, is supported at the end of a trolley 8 carried horizontally (radially) Arms 14 is held. Measurements on a workpiece are made by causing the stylus 10 to rotate across the surface of the workpiece by rotating the turntable or by radial or vertical movement of the stylus.
Wie in Fig.2 und 3 gezeigt wird, umfaßt die Tragkonstruktion für den Drehtisch 4 eine Auflage 16, die durch eine Scheibe 18 getragen wird, welche an einer motorgetriebenen Spindel 20 befestigt ist. Eine in Fig.3 durch gestrichelte Linien schematisch dargestellte Lagerung 21 nimmt die Spindel 20 zum Zwecke der Rotation um ihre eigene, vertikale Achse 23 auf. Die Lagerung 21 ist in Rahmen 3 montiert und ist vorzugsweise so aufgebaut, wie es in GB-PS 2178805 A beschrieben ist. Ein Satz Kugellager 22 in einem scheibenförmigen Käfig 24 ist zwischen der Auflage 16 und der Scheibe 18 untergebracht, um eine horizontale Bewegung der Auflage 16 im Verhältnis zu der Scheibe 18 zu ermöglichen. Diese Bewegung wird entlang der orthogonalen x- und y-Achse mit den Motoren 26x, 26y ausgeführt, die auf der Auflage 167 befestigt sind und jeweils die wechselweise wirkenden Antriebsstangen 28x und 28y über die Getriebekasten 3Ox und 3Oy antreiben, die zum Beispiel Schneckentriebe umfassen können. Die Antriebsstangen 28 χ und 28y werden jeweils entlang der x- und y-Achse angetrieben, wenn die jeweiligen Motore eingeschaltet werden. Ein Nabenstück 32, das am oberen Ende der Spindel 20 befestigt ist, die durch eine Öffnung 34 in der Mitte der Auflage 16 hindurchragt, weist die Abflachungen 32x und 32y auf, die jeweils mit den Enden der Antriebsstangen 28x und 28y in Kontakt stehen und im rechten Winkel zur x- bzw. y-Achse liegen. Eine Zugfeder 36, deren eines Ende mit dem Nabenstück 32 und deren anderes Ende mit der Säule 38 verbunden ist, die auf der Auflage 16 befestigt ist, hält die Enden der entsprechenden Antriebsstangen 28x und 28y in Kontakt mit den Abflachungen 32x und 32y. Mit Hilfe der Motore 26x und 26y und der Kraft der Feder 36 kann sich die Auflage 16 also in jeder Richtung entlang der x-und y-Achse in genau bestimmten Abständen bewegen. Die Führungsplatten 40x und 40y, durch die die Antriebsstangen 28x und 28y jeweils hindurchführen, haben Schlitze 42 zur Aufnahme der Führungsstifte 44, die durch die Getriebekasten 3Ox und 3Oy gehalten werden. Ein in einer Vertiefung im oberen Ende der Säule 38 befestigte Kugel 46 lagert den Drehtisch 4, um eine universelle Schwenkbewegung um den Punkt P zu ermöglichen.As shown in Figs. 2 and 3, the support structure for the turntable 4 comprises a support 16 supported by a pulley 18 which is fixed to a motor-driven spindle 20. A bearing 21 schematically represented in FIG. 3 by dashed lines accommodates the spindle 20 for the purpose of rotation about its own, vertical axis 23. The bearing 21 is mounted in frame 3 and is preferably constructed as described in GB-PS 2178805 A. A set of ball bearings 22 in a disc-shaped cage 24 is housed between the support 16 and the disc 18 to allow horizontal movement of the support 16 relative to the disc 18. This movement is carried out along the orthogonal x and y axes with the motors 26x, 26y mounted on the support 167 and driving respectively the alternating drive rods 28x and 28y via the gearboxes 3Ox and 3Oy, which may comprise, for example, worm gears , The drive rods 28χ and 28y are respectively driven along the x and y axes when the respective motors are turned on. A hub piece 32, which is secured to the upper end of the spindle 20, which projects through an opening 34 in the center of the support 16, has the flats 32x and 32y, which are respectively in contact with the ends of the drive rods 28x and 28y and in right angles to the x or y axis. A tension spring 36, one end of which is connected to the hub piece 32 and the other end to the column 38 which is mounted on the support 16, holds the ends of the respective drive rods 28x and 28y in contact with the flats 32x and 32y. With the help of the motors 26x and 26y and the force of the spring 36, the support 16 can therefore move in any direction along the x and y axis at precisely defined intervals. The guide plates 40x and 40y, through which the drive rods 28x and 28y respectively pass, have slots 42 for receiving the guide pins 44 held by the gear boxes 3Ox and 3Oy. A ball 46 mounted in a recess in the upper end of the column 38 supports the turntable 4 to allow universal pivotal movement about the point P.
An den Punkten A und B wird der Drehtisch 4 auf den Kugeln 50 a bzw. 50 b über die Distanzstücke 52 (nur Fig. 3) gelagert, die auf der Unterseite des Drehtisches 4 befestigt sind und auf den Kugeln 50a und 50 b ruhen. Die Hebelplatten 54a, 54b, die zum Zwecke der Schwenkbewegung um die horizontalen Achsen 58 (im rechten Winkel zur Ebene des Papierbogens von Fig.3) an den Winkeln 56 befestigt sind, weisen die Vertiefungen 60a, 60 b auf, in denen die Kugeln 50 a, 50 b entsprechend aufgenommen werden.At the points A and B, the turntable 4 is mounted on the balls 50 a and 50 b via the spacers 52 (only Fig. 3) which are mounted on the underside of the turntable 4 and rest on the balls 50 a and 50 b. The lever plates 54a, 54b, which are attached to the angles 56 for pivotal movement about the horizontal axes 58 (at right angles to the plane of the paper sheet of Figure 3), have the recesses 60a, 60b in which the balls 50 a, 50 b are recorded accordingly.
Die Motore 62a, 62b treiben die Hebevorrichtungen 64a, 64b (nur Fig.3) über die Getriebekasten 66a, 66b an, um die Hebelplatten 54a, 54b nach oben und nach unten um ihre Schwenkachse 58 zu schwenken. Die Betätigung des Motors 62a bewirkt also, daß der Drehtisch um eine Achse, die die Punkte P und B verbindet, gekippt wird, und eine Betätigung des Motors 62b bewirkt, daß der Drehtisch 4 um eine Achse gekippt wird, die die Punkte P und Averbindet. Diese Achsen führen durch die Mittelpunkte der Kugeln 46,50a und 50b.The motors 62a, 62b drive the elevators 64a, 64b (only Fig. 3) via the gear boxes 66a, 66b to pivot the lever plates 54a, 54b up and down about their pivot axis 58. The operation of the motor 62a thus causes the turntable to be tilted about an axis connecting the points P and B, and actuation of the motor 62b causes the turntable 4 to be tilted about an axis connecting the points P and A , These axes pass through the centers of the balls 46,50a and 50b.
Die Punkte ABP befinden sich an den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks, dessen Mittelpunkt C mit dem Mittelwert des Drehtisches 4 zusammenfällt, d.h. die Punkte ABP sind in bezug auf Punkt C symmetrisch angeordnet. Dadurch ergibt sich die maximale Fläche des Drehtisches, in der ein Werkstück positioniert werden kann, ohne daß eine Instabilität des Drehtisches verursacht wird. Folglich liegen die Achsen PA und PB, um die der Drehtisch kippbar ist, in einem Winkel von 60 Grad zueinander.The points ABP are at the vertices of an equilateral triangle whose center C coincides with the mean of the turntable 4, i. the points ABP are arranged symmetrically with respect to point C. This results in the maximum area of the turntable in which a workpiece can be positioned without causing instability of the turntable. Consequently, the axes PA and PB about which the turntable is tiltable are at an angle of 60 degrees to each other.
Die Zugfedern 68 halten den Drehtisch unten, so daß die Distanzstücke 52 mit den Kugeln 50a und 50 b in Kontakt bleiben, und die Zugfedern 70 halten die Hebelplatten 54a und 54b unten, so daß diese mit den Hebevorrichtungen 64a, 64b in Kontakt bleiben.The tension springs 68 hold the turntable down so that the spacers 52 remain in contact with the balls 50a and 50b, and the tension springs 70 hold the lever plates 54a and 54b down so that they remain in contact with the lifters 64a, 64b.
Eine an der Scheibe 18 angebrachte zylindrische Wand 69 umschließt die oben beschriebene Tragkonstruktion. Wie in dem vereinfachten Blockschaltbild von Fig.4 zu sehen ist, werden die Motore 26x, 26y zum Zentrieren und die Motore 62 a, 62 b zum Richten durch eine Rechenanlage 72 gesteuert, die von einem Meßfühler 73, der auf den Taststift 10 anspricht, Eingangsdaten erhält. Eine von einer Bedienperson gesteuerte Tastatur 75 ist vorgesehen, um an die Rechenanlage 72 Anweisungen zu geben. Die Rechenanlage 72 steuert auch einen Motor 74, der die Spindel 20 zur Rotation des Drehtisches (O-Achse) antreibt, einen Motor 76 zum Heben und Senken des Wagens 8 auf dem Ständer 6 (z-Achse), und einen Motor 78, der den Arm 14 in radialer Richtung (r-Achse) antreibt, um den Taststift 10 mit der Werkstückoberfläche in und außer Kontakt zu bringe. Weiterhin versorgen die Meßfühler 80,82 und 84 die Rechenanlage 72 mit Daten über die Winkelstellung des Drehtisches 4, die Vertikalstellung des Wagens 8 und die Radialstellung des Arms 14. Ein Bildschirmgerät 86 und ein Speicher 88 sind ebenfalls an die Rechenanlage 72 angeschlossen, wobei der Speicher 88 die erhaltenen Daten und Programme speichert, nach denen die Rechenanlage 72 arbeitet. Die Rechenanlage 72 kann einen oder mehrere Computer umfassen. Die Bewegungen, die von dem Drehtisch 4 ausgeführt werden, um eine Zentrierung und Ausrichtung eines Werkstückes zu erzielen, werden durch die Fig. 5a bis 5d verständlich. Zur Verdeutlichung stellt Fig. 5 ein zylindrisches Werkstück 100 dar, das innerhalb des Dreieckes ABP auf dem Drehtisch 4 positioniert ist. Das Werkstück 100 steht auf einem Ende 102, das gerade ist, aber wahrscheinlich in einem leichten Winkel (in Fig. 5 stark übertrieben) zur radialen Ebene liegt, so daß sich die Achse 104 des Werkstückes 100 in einem Winkel zur vertikalen Rotationsachse 23 der Spindel 20 befindet. Die Folge der beim Zentrier-und Richtvorgang durchgeführten Schritte, die in Fig. 5 dargestellt ist, umfaßt als erstes die Rotation des Drehtisches 4, wobei der Taststift 10 so angeordnet ist, daß er die Oberfläche des Werkstückes 100 in einer horizontalen Ebene 108 abtastet. Die Rechenanlage 72 erhält die Ausgabedaten von den Meßfühlern (80,73,84) und errechnet unter Verwendung eines entsprechenden Algorithmus die Größe und Richtung der Verschiebung zwischen der Mitte 110 des Werkstückes in der Ebene 108 und der Achse 23. Die von den Meßfühlern ausgegebenen polaren Parameter werden auf ein begriffliches kartesisches Koordinatensystem (u,v) übertragen, und angenommen, daß N Punkte auf der Oberfläche mit den Koordinaten (uj, V1) abgetastet werden, werden die Mittelpunkt (u0, v0) und der Radius R der Oberfläche unter Verwendung eines modifizierten Fehlerquadratkriteriums durch Minimierung der Summe:A mounted on the disc 18 cylindrical wall 69 encloses the support structure described above. As can be seen in the simplified block diagram of Fig. 4, the motors 26x, 26y for centering and the motors 62a, 62b for directing are controlled by a computer 72 which is triggered by a sensor 73 which is responsive to the stylus 10, Receive input data. An operator-controlled keyboard 75 is provided to provide instructions to the computer 72. The computer 72 also controls a motor 74 which drives the spindle 20 for rotation of the turntable (O-axis), a motor 76 for raising and lowering the carriage 8 on the stand 6 (z-axis), and a motor 78, the the arm 14 in the radial direction (r-axis) drives to bring the stylus 10 with the workpiece surface in and out of contact. Furthermore, the sensors 80,82 and 84 supply the computer 72 with data on the angular position of the turntable 4, the vertical position of the carriage 8 and the radial position of the arm 14. A display device 86 and a memory 88 are also connected to the computer system 72, wherein the Memory 88 stores the data and programs received, after which the computer 72 operates. The computing system 72 may include one or more computers. The movements performed by the turntable 4 to achieve centering and alignment of a workpiece will be understood by FIGS. 5a to 5d. For clarity, Fig. 5 illustrates a cylindrical workpiece 100 positioned within the triangle ABP on the turntable 4. The workpiece 100 rests on an end 102 that is straight but is likely to be at a slight angle (greatly exaggerated in FIG. 5) to the radial plane such that the axis 104 of the workpiece 100 is at an angle to the vertical axis of rotation 23 of the spindle 20 is located. The sequence of steps performed in the centering and straightening process, shown in FIG. 5, involves first the rotation of the turntable 4, the stylus 10 being arranged to scan the surface of the workpiece 100 in a horizontal plane 108. The calculator 72 receives the output data from the probes (80, 73, 84) and calculates the magnitude and direction of the displacement between the center 110 of the workpiece in the plane 108 and the axis 23 using a corresponding algorithm. The polar signals output by the probes Parameters are transferred to a conceptual Cartesian coordinate system (u, v), and assuming that N points on the surface are scanned with the coordinates (uj, V 1 ), the centers (u 0 , v 0 ) and the radius R of the Surface using a modified least squares criterion by minimizing the sum:
N .J1 [(Ui - uo)2 + (ν, - V0)2 - R2]2 N .J 1 [(Ui - u o ) 2 + (v, - V 0 ) 2 - R 2 ] 2
errechnet.calculated.
Nachdem der Computer die Mitte errechnet hat, löst er die Motore 26x und 26y aus, um nötigenfalls Punkt 110 mit der Achse 23 in Übereinstimmung zu bringen, wie es in Fig. 5 b gezeigt wird.After the computer has calculated the center, it triggers the motors 26x and 26y to match, if necessary, point 110 with the axis 23, as shown in Fig. 5b.
Der nächste Schritt für den Drehtisch 4 besteht darin, in Rotation versetzt zu werden, wobei der Taststift 10 so angeordnet ist, daß die Oberfläche des Werkstückes in einer anderen horizontalen Ebene 112, die in einem gewissen Abstand zur Ebene 108 liegt, abgetastet wird in dem vorliegenden Beispiel liegt die Ebene 112 oberhalb der Ebene 108. Wiederum unter Verwendung des entsprechenden Algorithmus bestimmt die Rechenanlage 72 die Lage der Mitte des Werkstückes in der Ebene 112. Danach errechnet die Rechenanlage 72 die Winkelbewegung des Drehtisches 4 und des Werkstückes 100, die notwendig ist, um das Werkstück aus der in Fig. 5 b gezeigten Lage in die in Fig. 5c gezeigte Lage zu bringen, in der die Achse 104 des Werkstückes parallel zu der Achse 23 der Spindel liegt. Diese Berechnung wird später beschrieben. Wie in Fig. 5c zu sehen ist, ergibt sich aus dieser Winkel-oder Kippbewegung, daß Punkt 110 wieder von der Achse 23 verschoben wird. Der letzte Schritt ist die Durchführung eines zweiten Zentriervorganges, bei dem die Lage der Achse 104 des Werkstückes im Verhältnis zur Achse 23 wiederum unter Verwendung des entsprechenden obenerwähnten Algorithmus bestimmt wird und die Motore 26x und 26y wiederum ausgelöst werden, um die Achse 104 in Übereinstimmung mit der Achse 23, wie in Fig. 5 d gezeigt, zu bringen. Obwohl die vorangehende Beschreibung von Fig. 5 der Einfachheit halber auf der Grundlage gegeben wurde, daß die verschiedenen Schritte in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, ist dies nicht wesentlich, und in der Praxis können Zentrieren und Richten erreicht werden, indem als erstes in den Ebenen 100 und 112 Messungen durchgeführt werden, wobei das Werkstück 100 und der Drehtisch 4 sich in der in Fig.5a gezeigten Lage befinden, und danach die Motore 26x und 26y und 62a und 62b gleichzeitig oder in einer beliebigen Reihenfolge ausgelöst werden, aber vorzugsweise in der Reihenfolge, das Werkstück erst zu zentrieren und es danach zu richten, um die in Fig.5d dargestellten Bedingungen zu erfüllen.The next step for the turntable 4 is to be rotated, with the stylus 10 arranged so that the surface of the workpiece is scanned in another horizontal plane 112 which is a certain distance from the plane 108 in the Again, using the appropriate algorithm, the computing device 72 determines the location of the center of the workpiece in the plane 112. Thereafter, the computing device 72 calculates the angular movement of the turntable 4 and the workpiece 100 that is necessary to bring the workpiece from the position shown in Fig. 5 b in the position shown in Fig. 5c, in which the axis 104 of the workpiece is parallel to the axis 23 of the spindle. This calculation will be described later. As can be seen in Fig. 5c, it follows from this angular or tilting movement that point 110 is again shifted from the axis 23. The last step is to perform a second centering operation, in which the position of the axis 104 of the workpiece relative to the axis 23 is again determined using the appropriate algorithm mentioned above and the motors 26x and 26y are again triggered to rotate the axis 104 in accordance with FIG the axis 23, as shown in Fig. 5 d to bring. Although the foregoing description of Fig. 5 has been given for the sake of simplicity on the basis that the various steps are performed in a particular order, this is not essential, and in practice centering and straightening can be accomplished by first in the planes 100 and 112 measurements are taken, with the workpiece 100 and the turntable 4 are in the position shown in Figure 5a, and then the motors 26x and 26y and 62a and 62b are triggered simultaneously or in any order, but preferably in the Order to first center the workpiece and then direct it to meet the conditions shown in Fig. 5d.
Im folgenden werden die Berechnungen der horizontalen und Kippbewegungen beschrieben, die von dem Drehtisch 4 ausgeführt werden müssen, um das Zentrieren und Richten zu erzielen. In derfolgenden Beschreibung werden die Motore 26x und 26y als die Motore χ und y bezeichnet, und die Motore 62 a und 62 b als Motore a und b. Obwohl das Teil jede beliebige Form haben kann, vorausgesetzt, daß die zu beurteilenden Flächen ein regelmäßiges Profil aufweisen, ist es wiederum der Einfachheit halber günstig, den Fall der Zentrierung und Ausrichtung eines zylindrischen Werkstückes zu betrachten, wie zum Beispiel das in Fig. 5 gezeigte Werkstück 100, da die Achse eines Zylinders leicht zu bestimmen ist.The following describes the calculations of the horizontal and tilting movements that must be performed by the turntable 4 to achieve centering and straightening. In the following description, the motors 26x and 26y will be referred to as the motors χ and y, and the motors 62a and 62b as the motors a and b. Although the part may have any shape, provided that the areas to be evaluated have a regular profile, it is again convenient for simplicity to consider the case of centering and aligning a cylindrical workpiece, such as that shown in FIG Workpiece 100, since the axis of a cylinder is easy to determine.
Für die folgenden Diskussionen ist es günstig, alle Bewegungen auf ein kartesisches Rechtssystem X, Y und Z mit den Einheitsvektoren i, j und k zu beziehen. Der Ursprung des Koordinatensystems wird so gewählt, daß er mit dem Festpunkt P zusammenfällt, und die x-Achse wird so gewählt, daß sie die Linie, die die beiden Punkte A und B verbindet, halbiert. Das Koordinatensystem wird in Fig. 6, wodieZ-Achse im rechten Winkel zur Ebene des Papierbogens liegt, und auch in Fig. 2 gezeigt.For the following discussions it is convenient to refer all motions to a Cartesian legal system X, Y and Z with the unit vectors i, j and k. The origin of the coordinate system is chosen to coincide with the fixed point P, and the x-axis is chosen to bisect the line connecting the two points A and B. The coordinate system is shown in Figure 6, where the Z-axis is at right angles to the plane of the paper sheet, and also in Figure 2.
Eine Zentrierung des Tisches wird erreicht, indem die erforderliche Bewegung hinsichtlich der X- und Y-Achse in parallel zu der Wirkungslinie der Motore χ und y verlaufende Bewegungen zerlegt wird.A centering of the table is achieved by breaking the required movement with respect to the X- and Y-axis in parallel to the line of action of the motors χ and y running movements.
Der erforderliche Zentriervektor sei Cii + C2J, und die parallel zu den Wirkungslinien der Motore χ und y verlaufenden Einheitsvektoren seien entsprechend ex und ey. Aus der Geometrie kann man dann ersehen, daßLet the required centering vector be Cii + C 2 J, and let the unit vectors parallel to the lines of action of the motors χ and y be e x and e y , respectively. From the geometry one can see then that
C1I + C2J = -k[(Ci - c2)ex + (c, + c2)ey] ist, (1)C 1 I + C 2 J = -k [(Ci-c 2 ) e x + (c, + c 2 ) e y ], (1)
worin k = 2~1/2.where k = 2~ 1 / 2 .
Zur Betrachtung des Richtvorganges eines auf den Tisch aufgelegten Teiles ist es günstig, zwei weitere Variablen Θ-ΐ und Θ2 einzuführen, wobei Q1 der Kippwinkel der Tischoberfläche um die X-Achse und Θ2 der entsprechende Winkel um die Y-Achse ist. Die Höhe eines jeden Punktes (X1, Y1) auf der Oberfläche des Tisches mit Bezug auf seine Höhe bei waagerechter Oberfläche ist also gegeben durchTo consider the straightening process of a table placed on the table, it is convenient to introduce two more variables Θ-ΐ and Θ 2 , where Q 1 is the tilt angle of the table surface about the X axis and Θ 2 the corresponding angle around the Y axis. The height of each point (X 1 , Y 1 ) on the surface of the table with respect to its height in a horizontal surface is thus given by
Z1 = XitanQ-f + Y^nQ2 (2)Z 1 = XitanQ-f + Y ^ nQ 2 (2)
Jetzt ergeben sich mit der Einführung der Parameter Ti und T2, wie in Fig. 6 gezeigt, und mit der Bezeichnung der inkrementellen Höhen der Punkte A und B als ZA, Z8 die GleichungenNow, with the introduction of the parameters Ti and T 2 , as shown in FIG. 6, and with the designation of the incremental heights of the points A and B as Z A , Z 8, the equations result
ZA = T^nQ1 + T2tan92 · (3a)Z A = T ^ nQ 1 + T 2 tan9 2 · (3a)
Z8 = T^nQ1 - T2tan02 (3b)Z 8 = T ^ nQ 1 - T 2 tan0 2 (3b)
Aus diesen Gleichungen kann man die inkrementalen Höhen von A und B, oberhalb der Horizontalebene durch P in Form der Kippwinkel O1 und Θ2 berechnen.From these equations one can calculate the incremental heights of A and B, above the horizontal plane by P in the form of the tilt angles O 1 and Θ 2 .
Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, sind die Werte von T1 und T2 von dem Winkel APB zwischen den Achsen AP und BP, um die der Drehtisch gekippt werden kann, abhängig. Die von dem Computer 72 beider Ausführung des Richtvorganges durchgeführten Berechnungen sind also von dem Winkel APB abhängig.As can be seen from Fig. 6, the values of T 1 and T 2 are dependent on the angle APB between the axes AP and BP, by which the turntable can be tilted. The calculations performed by the computer 72 during the execution of the straightening process thus depend on the angle APB.
Bevor fortgefahren wird, ist es notwendig, den eigentlichen Mechanismus, durch den die Punkte A und B in der vertikalen Ebene mit Hilfe der Motore a und b bei der bevorzugten Ausführungsform bewegt werden, näher zu betrachten.Before proceeding, it is necessary to take a closer look at the actual mechanism by which points A and B in the vertical plane are moved by means of the motors a and b in the preferred embodiment.
Wie in Fig.7 anhand eines Beispiels gezeigt wird, beträgt der Abstand zwischen der Achse 58 und der Mitte 51 des Kugellagers 50a oder 50 b 12 Millimeter und zwischen der Achse 58 und dem Berührungspunkt 55 der Hebevorrichtung 64a oder 64b mit dem Hebel 54a oder 54b 36 Millimeter.As shown by way of example in Figure 7, the distance between the axis 58 and the center 51 of the ball bearing 50a or 50b is 12 millimeters and between the axis 58 and the point of contact 55 of the jack 64a or 64b with the lever 54a or 54b 36 millimeters.
Unter Bezugnahme auf Fig.8 kann man sehen, daß, wenn die Hebevorrichtung 64a oder 64b um eine Höhe ζ hochgeschraubt wird, die Mitte der Kugel 50a oder 50b sich durch eine Höhe Sz bewegt. Man kann sehen, daßReferring to Fig. 8, it can be seen that when the lifting device 64a or 64b is screwed up by a height ζ, the center of the ball 50a or 50b moves through a height Sz. You can see that
z = 36tane* (4)z = 36tane * (4)
δζ = 12sina ist,δζ = 12sina,
worauswhence
z = 366z/122-8z2)V2 (5 a)z = 366z / 12 2 -8z 2 ) V2 (5 a)
ζ = 3δζ - 3δζ3/(2 χ 122) + 32δζ5/(23 χ 124) + ... (5b)ζ = 3δζ - 3δζ 3 / (2 χ 12 2 ) + 3 2 δζ 5 / (2 3 χ 12 4 ) + ... (5b)
folgt.follows.
Angenommen, der Tisch 4 ist anfangs horizontal und ein Zylinder wird in zwei Höhen (Z11Z2) gemessen, wobei die Mittelpunkte der beiden Ebenen sich als Ia^b1, Z1) und(a2, b2, z2) ergeben, wie es in Fig. 9 gezeigt wird. Man kann feststellen, daß jeder Punkt in Höhe Z und auf der Achse des Zylinders Koordinaten in dem gewählten System hat, die gegeben sind durchAssuming that the table 4 is initially horizontal and a cylinder is measured in two heights (Z 11 Z 2 ), the centers of the two planes being Ia b 1 , Z 1 ) and (a 2 , b 2 , z 2 ) result, as shown in Fig. 9. It can be seen that every point at height Z and on the axis of the cylinder has coordinates in the chosen system given by
X = [(a2 - ai)/(z2 - Z1)] Z + ai Y ^=Kb2-D1)Z(Z2-Z1)] Z+ Ij1 X = [(a 2 - ai) / (z 2 - z 1)] + Z ^ ai Y = Kb 2 -D 1) Z (Z 2 -Z 1)] Z + 1 Ij
Schreibt man h = (z2 - Z1) und vergleicht diese Gleichungen mit den Gleichungen (2), ergibt sichWriting h = (z 2 - Z 1 ) and comparing these equations with equations (2) yields
9i = (a2 tan8 = (b2 - b^/h9i = (a 2 tan8 = (b 2 - b ^ / h
Die inkrementellen Höhen δΖΑ, 6Z8, durch die die Punkte A und B bewegt werden müssen, um diese Winkel auszugleichen, sind durch die Gleichungen (3) gegeben, und zwarThe incremental heights δΖ Α , 6Z 8 , through which the points A and B must be moved in order to compensate for these angles, are given by Equations (3), namely
6ZA = T1 tan Q1 + T2tan02 δΖΒ = T1 tan Θ, - T2tan Θ2 6Z A = T 1 tan Q 1 + T 2 tan0 2 δΖ Β = T 1 tan Θ, - T 2 tan Θ 2
und aus Gleichung (5) ergeben sich die Höhen, um die die Schraubwinden-Hebevorrichtungen hochgeschraubt werden müssen:and from equation (5), the heights by which the winch jacks must be raised are found:
ZA = 36ZA/(122-6ZA 2)V2 Z8 = 3δΖΒ/(122 - δΖΒ 2)1/2 Z = A 36Z A / (12 2 -6Z A 2) V2 Z = 8 3δΖ Β / (12 2 - δΖ Β 2) from 1/2
Unter Anwendung der Binominalreihenentwicklung dieser Gleichungen und Abbruch der Reihen beim zweiten Glied ergibt sichUsing the binominal series expansion of these equations and breaking the series at the second term results
ZA = 3δΖΑ + ρδΖΑ 3 ZB = 3δΖΒ + ρδΖΒ 3 ( Z A = 3δΖ Α + ρδΖ Α 3 Z B = 3δΖ Β + ρδΖ Β 3 (
worin ρ = 1,1331161 χ 10~2 ist und eine Korrektur für die Abbruche der Reihen einschließt.where ρ = 1.1331161 χ 10 ~ 2 and includes a correction for the tears of the rows.
Die für die Ausrichtung erforderliche Anzahl Umdrehungen der Motore a und b kann also leicht unter Verwendung der oben angegebenen Berechnungen bestimmt werden. Außerdem ist die für die Zentrierung erforderliche Anzahl Umdrehungen der Motore χ und y ebenfalls leicht zu berechnen. Beide Berechnungen werden durch die Rechenanlage 72 ausgeführt, und die Ergebnisse werden für den Antrieb der Motore a, b, χ und y eingesetzt.The number of revolutions of the motors a and b required for alignment can thus be easily determined using the calculations given above. In addition, the number of revolutions of the motors χ and y required for centering is also easy to calculate. Both calculations are performed by the calculator 72, and the results are used to drive the motors a, b, χ and y.
Die dargestellte Ausführungsform besitzt also die wesentlichen Vorteile, daß die in Fig. 5 gezeigten Ebenen 108 und 112, in denen die Oberfläche des Werkstückes zu Zentrier- und Richtzwecken gemessen wird, innerhalb des Arbeitsbereiches der Meßfühler 73 und 84 beliebig angeordnet werden können. Das Werkstück kann so positioniert werden, daß sein Schwerpunkt an einer beliebigen Stelle innerhalb des Dreiecks ABP liegt, das erheblich größer ist als der entsprechende Bereich bei der Einrichtung des bekannten Standes der Technik, und indem es symmetrisch um den Mittelpunkt des Drehtisches liegt, ist es weitaus günstiger angeordnet. Da der Drehtisch an drei Punkten aufgelagert ist, von denen zwei in der Höhe verstellbar sind, um eine Kippbewegung zu Richtzwecken zu ermöglichen, ist die Notwendigkeit kostspieliger großer sphärisch gekrümmter Lagerflächen wie bei dem bekannten Stand der Technik beseitigt.Thus, the illustrated embodiment has the significant advantages that the planes 108 and 112 shown in FIG. 5, in which the surface of the workpiece is measured for centering and straightening purposes, can be arbitrarily arranged within the working range of the probes 73 and 84. The workpiece can be positioned so that its center of gravity is anywhere within the triangle ABP, which is significantly larger than the corresponding area in the prior art device, and is symmetrical about the center of the turntable much cheaper. Since the turntable is supported at three points, two of which are height-adjustable to allow for tilting for directional purposes, the need for expensive large spherically curved bearing surfaces is eliminated as in the prior art.
Die beschriebene Einrichtung besitzt den kombinierten Vorteil, daß der Zentrier- und Richtvorgang automatisch ausgeführt werden kann, daß der mechanische Aufbau des Drehtisches und seines Antriebes relativ einfach sein kann, daß der Drehtisch einen hohen Stabilitätsgrad aufweist und daß eine größere Vielfalt von Werkstücktypen beurteilt werden kann.The described device has the combined advantage that the centering and straightening process can be carried out automatically, that the mechanical structure of the turntable and its drive can be relatively simple, that the turntable has a high degree of stability and that a greater variety of workpiece types can be assessed ,
Außerdem kann der Aspekt der Erfindung, der die Durchführung von Messungen in Ebenen, die in einem gewissen Abstand zu dem Kippzentrum oder den -achsen liegen, betrifft, bei einer Meßeinrichtung Anwendung finden, bei der das Werkstück nicht auf einem Arbeitstisch aufliegt, sondern in einer Einspannvorrichtung o.a. gehalten wird, die um eine Achse, jedoch nicht um eine vertikale, sondern zum Beispiel um eine horizontale Achse gedreht werden kann.In addition, the aspect of the invention, which relates to the implementation of measurements in planes which are located at a certain distance from the tilting center or the axes, find application in a measuring device, in which the workpiece does not rest on a work table, but in a Clamping device or the like is held, which can be rotated about an axis, but not about a vertical, but for example about a horizontal axis.
Die Erfindung ist nicht auf das Abtasten der äußeren Oberflächen des Werkstückes (wie zum Beispiel die Lagerflächen einer Kurbelwelle) beschränkt, sondern kann ebenfalls eingesetzt werden, wenn Innenflächen (wie zum Beispiel die eingangs-und ausgangsseitigen Lageraufnahmen eines Getriebegehäuses) abgetastet werden sollen.The invention is not limited to the scanning of the outer surfaces of the workpiece (such as the bearing surfaces of a crankshaft), but may also be used when scanning inner surfaces (such as the input and output side bearing receivers of a transmission housing).
Mitunter sollen nicht die Mittelpunkte von zwei Abschnitten des Werkstückes (wie zum Beispiel zwei Lagerflächen einer Kurbelwelle) ausgerichtet werden, sondern ein Punkt des Werkstückes auf der Achse des Drehtisches zentriert und eine ebene Fläche des Werkstückes gerichtet werden, indem sie rechtwinklig zur Achse eingestellt wird. Zum Beispiel kann es vorkommen, daß ein Motorkolben zentriert und gerichtet werden soll, indem der Kolbenboden zentriert und die untere Kante des Kolbenmantels in einen rechten Winkel zu der Achse gebracht wird. In diesem Fall wird nicht der Mittelpunkt eines zweiten Abschnitts des Werkstückes, sondern die Neigung eines zweiten Abschnitts des Werkstückes oder eine dazu feststehende Bezugsfläche (wie zum Beispiel die Oberfläche des Drehtisches, auf der der Kolben ruht) bestimmt. Dann kann der bestimmte Mittelpunkt zentriert und danach die Neigung eingestellt werden; und dann kann der Mittelpunkt erneut zentriert werden, um durch die Neigungseinstellung aufgetretene Dezentrierungen auszugleichen.Sometimes, the centers of two sections of the workpiece (such as two bearing surfaces of a crankshaft) should not be aligned, but a point of the workpiece centered on the axis of the turntable and a flat surface of the workpiece to be adjusted by adjusting it perpendicular to the axis. For example, it may happen that an engine piston should be centered and directed by centering the piston crown and bringing the lower edge of the piston skirt at a right angle to the axis. In this case, not the center of a second portion of the workpiece but the inclination of a second portion of the workpiece or a reference surface fixed thereto (such as the surface of the turntable on which the piston rests) is determined. Then the specific center can be centered and then the slope adjusted; and then the center can be re-centered to compensate for decentrations caused by the tilt adjustment.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung bei Werkstücken mit kreisförmigen abzutastenden Teilen beschränkt, sondern kann bei Werkstücken mit abzutastenden Querschnitten anderer Formen, wie zum Beispiel rechteckiger, dreieckiger, elliptischer und sechseckiger Form, angewendet werden.The invention is not limited to use with workpieces having circular parts to be scanned, but may be applied to workpieces having cross sections of other shapes to be scanned, such as rectangular, triangular, elliptical and hexagonal.
Wenn das Werkstück zum Beispiel zylinderförmig ist, ist es nicht notwendig, das kreisförmige Profil des Werkstückes in zwei, in einem gewissen Abstand zueinander liegenden Ebenen abzutasten, sondern stattdessen kannder Meßfühler entlang einer spiralförmigen Linie im Verhältnis zur Werkstückoberfläche geführt werden, und das Ausmaß der Quer- und Kippverstellung kann danach bestimmt werden.For example, if the workpiece is cylindrical, it is not necessary to scan the circular profile of the workpiece in two planes spaced apart from each other, but instead the probe may be guided along a helical line relative to the workpiece surface and the extent of the transverse - and tilt adjustment can be determined afterwards.
Die Anordnung des Meßfühlers 10, die Tragkonstruktion 12,14 und das in Fig. 4 gezeigte Steuersystem entsprechen vorzugsweise der Beschreibung in unserer gleichzeitig hiermit eingereichten, gleichfalls anhängigen Anmeldung, wobei Prioritätsanspruch gegenüber der Britischen Patentanmeldung Nr. 8605324, die am 4. März 1986 eingereicht wurde und Hugh Rogers Lane und Peter Dean Onyon als Erfinder berrennt, erhoben wird. Bei dieser Anordnung wird ein Meßfühler mit hohem Auflösungsvermögen und kleinem Arbeitsbereich auf einem radial beweglichen Arm befestigt, der unter Computersteuerung durch Reaktion auf die Ausgabe des Meßfühlers mittels eines Motors angetrieben wird, so daß der Meßfühler automatisch einer Werkstückoberfläche mit einer großen Formenvielfalt folgen kann. Insbesondere kann der Meßfühler ein Auflösungsvermögen bis etwa 12 Nanometer über einen Bereich von etwa 0,4mm aufweisen, und der radial bewegliche Arm kann einen Bewegungsbereich von etwa 200mm besitzen und mit einem Positionsabtastsystem mit einem Auflösungsvermögen von etwa 200 Nanometern ausgestattet sein. Durch diese Anordnung wird der Zentrier- und der Richtvorgang dahingehend vereinfacht, daß eine genaue Vorpositionierung des Werkstückes auf dem Drehtisch nach Augenmaß nicht notwendig ist, da das Meßfühlersystem unserer zuvor erwähnten gleichfalls anhängigen Patentanmeldung jeden Zentrier- und Richtfehler innerhalb des Bereiches der möglichen Zentrier- und Richteinstellungen des Drehtisches aufnehmen kann.The arrangement of probe 10, support structure 12, 14, and the control system shown in Figure 4 are preferably as described in our co-pending application filed concurrently herewith, with priority to British Patent Application No. 8605324 filed Mar. 4, 1986 and Hugh Rogers Lane and Peter Dean Onyon is invented as an inventor. With this arrangement, a probe having a high resolving power and a small operating range is mounted on a radially movable arm which is driven under computer control by responding to the output of the probe by means of a motor, so that the probe can automatically follow a workpiece surface having a large variety of shapes. In particular, the probe may have a resolving power of up to about 12 nanometers over a range of about 0.4 mm, and the radially movable arm may have a range of motion of about 200 mm and be equipped with a position sensing system having a resolving power of about 200 nanometers. By this arrangement, the centering and straightening process is simplified to the effect that a precise pre-positioning of the workpiece on the turntable is not necessary, since the sensor system of our aforementioned co-pending patent application each centering and misalignment within the range of possible centering and Can accommodate the directional settings of the turntable.
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