DE1198911B - Folgeregler zur Nachfuehrung eines Werkzeugs laengs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn - Google Patents

Description

• Folgeregler zur Nachführung eines Werkzeugs längs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn Die Erfindung betrifft einen Folgeregler zur Nachführung eines Werkzeugs längs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn mit einem mit dem Werkzeug verbundenen Tastkopf mit zumindest zwei Fotozellen zur Erzeugung eines von der Abweichung des Tastkopfes von der Kurvenbahn abhängigen Regelsignals, das Stellglieder so steuert, daß der Tastkopf auf der Spur gehalten und in Richtung der Kurventangente eingestellt wird.
• Es sind bereits Regler der erwähnten Art bekannt, welche drei Fotozellen benötigen, um eine Seitenversetzung und gleichzeitig eine Richtungsänderung des Tastkopfes gegenüber der Kurvenbahn auszugleichen. Die Verwendung von drei Fotozellen bringt neben einem beträchtlichen Schaltungsaufwand auch gewisse Unsicherheitsfaktoren mit sich, was als nachteilig anzusehen ist.
• Es sind auch schon Folgeregler zur Nachführung eines Werkzeugs längs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn mit einem mit dem Werkzeug verbundenen Tastkopf mit zwei Fotozellen zur Erzeugung eines von der Seitenversetzung des Tastkopfes von der Kurvenbahn abhängigen Regelsignals bekannt. Hierbei wird der von zwei Fotozellen erfaßte Teil des Kurvenbildes mittels eines Schwingspiegels periodisch beleuchtet und auf diese Weise der von den beiden Fotozellen erfaßte Teil des Kurvenbildes moduliert. Dieser bekannte Regler gestattet nur den Ausgleich einer Seitenversetzung des mit dem Werkzeug verbundenen Tastkopfes, welche als Funktion einer Änderung der Phasenlage der Ausgangsimpulse der beiden Fotozellen erhalten wird; ein gleichzeitiger Ausgleich einer Richtungsänderung ist hingegen nicht möglich. Somit kann dieser Regler nur für insgesamt geradlinig verlaufende Kurvenbahnen verwendet werden, in welchen keine gekrümmten Kurvenstücke enthalten sind.
• Schließlich ist es auch bei Folgereglern zur Nachführung eines Werkzeugs längs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn mit einem mit dem Werkstück verbundenen, Fotozellen aufweisenden Tastkopf zur Erzeugung eines von der Richtungsabweichung des Tastkopfes von der Kurvenbahn abhängigen Regelsignals bekannt, zur Einstellung des Tastkopfes in Richtung der Kurventangente die Differenz der Ausgangsspannungen zweier Fotozellen zu bilden.
• Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Folgereglers, welcher mit lediglich zwei in dem Tastkopf angebrachten Fotozellen sowohl den Ausgleich von Seitenversetzungen gegenüber der Kurvenbahn als auch von Richtungsabweichungen gegenüber der Kurventangente ermöglicht. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung dadurch, daß der von zwei Fotozellen erfaßte Teil des Kurvenbildes in an sich bekannter Weise moduliert ist und daß zur Steuerung der Stellglieder von den Fotozellen ein Summen- und ein Differenzsignal abgeleitet wird.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Reglers, F i g. 2 einen in dem Regler nach F i g. 1 zu verwendenden Meßwertwandler in perspektivischer Darstellung, F i g. 2 a den Meßwertwandler nach F i g. 2 in Seitenansicht, F i g. 3 die Zusammenschaltung des Meßwertwandlers nach F i g. 2 und 2 a mit einer Baueinheit des Reglers nach F i g. 1, F i g. 4 einige Ausgangssignalformen einer von zwei zu dem Meßwertwandler nach F i g. 2 und 2 a gehörigen Fotozelle als Funktion einer Seitenversetzung gegenüber einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn, F i g. 4 a die den in F i g. 4 gezeigten Signalformen entsprechenden Seitenversetzungen der Kurvenbahn gegenüber dem in F i g. 2 und 2 a dargestellten Meßwertwandler, F i g. 5 eine abgeänderte Ausführungsform eines in dem Regler nach F i g.1 verwendbaren Meßwertwandlers in perspektivischer Darstellung, F i g. 6 den Meßwertwandler nach F i g. 5 in Ansicht von unten sowie in vergrößerter Darstellung. Der in F i g.1 dargestellte Folgeregler umfaßt einen Kreuztisch 34 mit zwei aufeinander senkrecht stehenden Gewindespindeln 36, 38 nebst zugehörigen Stellmotoren 40 bzw. 42. Auf dem Kreuztisch ist ein Tastkopf 32 angeordnet, welcher zur Nachführung eines mit diesem verbundenen Werkzeugs 26 längs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn 24 dient, so daß das Werkzeug 26 auf einer entsprechenden Kurvenbahn 28 über einem Werkstück 30 bewegt wird. Auf dem Tastkopf 32 ist ein Meßwertwandler 22 drehbar gelagert, dessen Vorschubachse 76 (s. F i g. 3) mittels eines Stellmotors 44 über ein Untersetzungsgetriebe 46 auf die Tangente der Kurvenbahn 24 einstellbar ist.
• Ein elektrisches Ausgangssignal des Meßwertwandlers 22 gelangt über drei (nicht mit Bezugsziffern versehen) Leitungen zu einer Baueinheit 90, welche über einen Verstärker 118 ein der Winkelabweichung der Vorschubachse 76 (F i g. 3) des Meßwertwandlers 22 gegenüber der Kurvenbahn 24 entsprechendes Signal auf den Stellmotor 44 und über einen Verstärker 120 ein der Seitenversetzung des Tastkopfes 32 gegenüber der Kurvenbahn 24 entsprechendes Signal an einen Koordiiiatenumsetzer 50 abgibt. Zusätzlich wird die jeweilige Winkelstellung des Meßwertwandlers 22 über eine mechanische Verbindung 20 in den Umsetzer 50 eingegeben. Am Ausgang des Umsetzers 50 erscheinen zwei kartesische Signalkomponenten, welche über Verstärker 134,138 dem Stellmotor 40 bzw. dem Stellmotor 42 zugeführt werden.
• - Der in F i g. 2, 2 a und 3 dargestellte Meßwertwandler umfaßt einen an Wechselspannung liegenden Elektromagneten 68, einen Schwinganker 60, welcher an einem beidendig eingespannten Torsionsband 64 befestigt ist, und ein Gehäuse 56, welches zwei (nicht gezeigte) Fotozellen umfaßt. Die beiden Fotozellen sind nebeneinander angeordnet und weisen zwei senkrecht zu der Vorschubachse 76 ausgerichtete, hintereinander angeordnete sowie parallel zueinander verlaufende Belichtungsflächen -in Form von Schlitzen 72 a, 72 b (F i g. 3) auf. Das dem Elektromagneten 68 abgewendete Ende des Schwingankers 60 ist als streifenförmige Schwingblende 62 ausgestaltet. Im Betrieb wird die Schablone mit der darauf befindlichen Kurvenbahn 24 beleuchtet, und das von der Kurvenbahn 24 sowie den benachbarten Bereichen der Schablone reflektierte Licht wird mittels einer Linse 58 (F i g. 2 a) auf die beiden Schlitze 72 a, 72 b projiziert.
• Es sein angenommen, daß die Schablone bei Anstrahlung Licht reflektiert, nicht jedoch die Kurvenbahn 24. Weiterhin sei angenommen, daß sich die Kurvenbahn 24 in dem Bereich unterhalb der Schlitze 72 a, 72 b mit der Vorschubachse 76 des Meßwertwandlers 22 deckt (Kurvenbahn 24 b nach F i g. 4a). In diesem Fall wirkt gemäß F i g. 4 a die Kurvenbahn 24 b wie eine vor das Gehäuse 56 bzw. die Schlitze 73a, 72b gesetzte Blende. Zwischen der Kurvenbahn 24 b gemäß F i g. 4 a und dem Gehäuse 76 befindet sich die Schwingblende 62. Wird die Schwingblende 62 gemäß F i g. 4 a periodisch nach beiden Seiten ausgelenkt, so werden auf den Schlitzen 72 a, 72 b zu- sätzliche Flächenbereiche abgeschattet. Das Ausgangssignal der Fotozellen erreicht also ein Maximum, wenn sich die Schwingblende 72 genau im Strahlengang vor der Kurvenbahn 24 b gemäß F i g. 4 a befindet; ein minimales Ausgangssignal beider Fotozellen ergibt sich an den beiden Umkehrpunkten der Schwingblende 62. Bei Kongruenz der Kurvenbahn 24 mit der Vorschubachse 76 erreicht man also bei einer sinusförmigen Auslenkung der Schwingblende 62 gemäß der Kurve a von F i g. 4 ein Ausgangssignal gemäß der Kurve b von F i g. 4.
• Liegt zwischen der Vorschubachse 76 und der Kurvenbahn 24 eine Seitenversetzung vor, wie dies durch die Lage der Kurvenbahn 24 c in F i g. 4 a dargestellt ist, so ergibt sich ein maximales Ausgangssignal an den Fotozellen, wenn die Schwingblende 72 eine augenblickliche Stellung links von ihrer Mittellage einnimmt. Die Zeitpunkte, in denen die Fotozellen ein maximales Ausgangssignal abgeben, liegen daher bei dem linken Ausschwingen der Schwingblende 62 näher beisammen als bei dem Ausschwingen nach rechts. Dies geht aus der Kurve c von F i g. 4 hervor.
• Entsprechend einer angenommenen weiteren Versetzung der Kurvenbahn 24 gegenüber der Vorschubachse 76 gemäß den Kurvenbahnen 24 d bzw. 24 e von F i g. 4 a ergeben sich dann Ausgangssignale entsprechend den Kurven d bzw. e von Fi g. 4. Bei einer Seitenversetzung der Kurvenbahn 24 zu der Achse 76 gemäß der Kurvenbahn 24 e von F i g. 4 a ergibt sich ein maximales Ausgangssignal der Fotozellen .beim Erreichen des linken Umkehrpunktes der Schwingblende 62, während ein maximales Ausgangssignal in der Mittelstellung und bei jeder beliebigen rechten Auslenkstellung der Schwingblende 62 erreicht wird.
• Denkt man sich bei jeder Wellenform 24 b bis 24 e gemäß F i g. 4 die Ausgangssignale der beiden Fotozellen subtrahiert, so ergibt sich, da beide Ausgangssignale gleiche Phase und Amplitude aufweisen, eine Invarianz des Differenzsignals beider Fotozellen gegenüber einer Seitenversetzung der Vorschubachse 76 gegenüber der Kurvenbahn 24. Andererseits ist ersichtlich, daß sich bei Addition der Ausgangssignale der Fotozellen mit steigender Seitenversetzung ein Absinken des kombinierten Signals ergibt.
• Dreht sich der Meßwertwandler 22 um eine Symmetrieachse 77 (F i g. 3), welche senkrecht auf der Vorschubachse 76 steht, und wird angenommen, daß die Symmetrieachse 77 ohne Seitenversetzung auf der Kurvenbahn 24 liegt, so läßt sich leicht zeigen, daß bei einer Verdrehung einer Kurvenbahn 24 f (F i g. 3) gegenüber dem Meßwertwandler 22 das Summensignal beider Fotozellen nicht geändert wird, andererseits aber infolge einer nun entstehenden Gegenphasigkeit der Ausgangssignale eine Änderung des Differenzsignales hervorgerufen wird, welche eine Funktion des Winkels zwischen der Kurvenbahn 24 f und der Vorschubachse 76 ist.
• Gemäß den vorangehenden Ausführungen wird bei dem Regler nach F i g.1 durch die Baueinheit 90 dem Verstärker 118 nebst den nachgeschalteten Bauelementen das Differenzsignal der Ausgangssignale der beiden Fotozellen zugeführt, während auf den Verstärker 120 das Summensignal gegeben wird.
• In F i g. 3 ist die Zusammenschaltung der Baueinheit 90 mit den Fotozellen dargestellt. Die Baueinheit 90 umfaßt demgemäß zwei in Gegentakt geschaltete Transistoren 92 a, 92 b, deren Kollektoren an einen mit einem Mittelabgriff 110 versehenen Ausgangstransformator 106 angeschlossen sind. Der Transformator 106 ist gleichstrommäßig durch einen Kondensator 104 abgeblockt. An dem Mittelabgriff 110 erscheint dann das Summensignal der beiden Fotozellen, während an einer Sekundärwicklung 112 des Transformators 106 das Differenzsignal abgenommen werden kann.
• Der in F i g. 5 und 6 gezeigte abgeänderte Meßwertwandler umfaßt einen Elektromagneten 148, einen Schwinganker 146, welcher an einem beidendig eingespannten Torrosionsspannband 142 befestigt ist, einen an dem Torsionsspannband 142 bzw. dem Schwinganker 146 angebrachten Bügel 138, eine an den Bügel 138 angesetzte Schwingblende 136 sowie das die (nicht gezeigten) Fotozellen aufnehmende Gehäuse 56. Beim Anschluß des Elektromagneten 148 an Wechselspannung wird die Schwingblende 136 in Richtung des Doppelpfeiles von F i g. 6 um die Symmetrieachse 77 herum periodisch ausgelenkt. Wie durch einfache Überlegungen verifiziert werden kann, ergibt sich für diese Ausführungsform eines Meßwertwandlers bei einer Seitenversetzung der Kurvenbahn 24 gegenüber der Vorschubachse 76 eine Änderung des Differenzsignals, während bei einer Richtungsabweichung eine Änderung des Summensignals entsteht. Der Grund hierfür liegt darin, daß im Gegensatz zu der Ausführungsform nach F i g. 2 und 2 a bei der Ausführungsform nach F i g. 5 und 6 die Ausgangssignale der beiden Fotozellen gegenphasig und nicht gleichphasig sind.
• Neben den dargestellten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Meßwertwandler können weitere abgeänderte Ausführungsformen verwendet werden. Beispielsweise ist es möglich, die Modulationseinrichtung mit einem senkrecht zur Tangente der Kurvenbahn oszillierenden Träger zu versehen, auf welchem die beiden Fotozellen angeordnet sind. Gemäß einer weiteren Ausführungsform eines Meßwertwandlers ist die Modulationseinrichtung mit einem koaxial zur Symmetrieachse 77 der Fotozellen drehbar gelagerten, mit vorgegebener Drehzahl umlaufenden Träger zur Aufnahme der Fotozellen versehen. Auch kann das Bild des erfaßten Teils der Kurvenbahn durch ein rotierendes optisches System, beispielsweise rotierende Prismen, auf die Fotozellen projiziert werden. Daraus ergibt sich, daß auch die Anordnung der Spalte 72 a, 72 b gemäß F i g. 3 in Hintereinanderanordnung auf der Vorschubachse 76 lediglich eine besondere Ausführungsform darstellt, der Erfindungsgedanke jedoch an eine bestimmte Anordnung der Belichtungsflächen 72 a, 72 b bzw. der zugehörigen Fotozellen gegenüber der Vorschubachse 76 nicht gebunden ist.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Folgeregler zur Nachführung eines Werkzeugs längs einer auf einer Schablone befindlichen Kurvenbahn mit einem mit dem Werkzeug verbundenen Tastkopf mit zumindest zwei Fotozellen zur Erzeugung eines von der Abweichung des Tastkopfes von der Kurvenbahn abhängigen Regelsignals, das Stellglieder so steuert, daß der Tastkopf auf der Spur gehalten und in Richtung der Kurventangente eingestellt wird, d a d u r c h gekennzeichnet, daß der von zwei Fotozellen erfaßte Teil des Kurvenbildes (24) in an sich bekannter Weise moduliert ist und daß zur Steuerung der Stellglieder (44, 40, 42) ein Summen- und ein Differenzsignal abgeleitet wird.
2. 2. Regler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Modulationseinrichtung mit einem senkrecht zur Tangente der Kurvenbahn (24) oszillierenden Träger, auf welchen die beiden Fotozellen angeordnet sind.
3. 3. Regler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem jeweils erfaßten Teil des Kurvenbildes (24) auf die Fotozellen das Bild einer zu einer Modulationseinrichtung gehörenden Schwingblende (62) projiziert ist, die parallel zur Kurventangente und gegenüber der Symmetrieachse (77) der Fotozellen periodisch auslenkbar ist. 4. Regler nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fotozellen Belichtungsflächen in Form zweier paralleler, in Richtung der Kurventangente hintereinander angeordneter Schlitze (72 a, 72 b) aufweisen, wobei eine Änderung des Summensignals einer Seitenversetzung und eine Änderung des Differenzsignals einer Richtungsabweichung entspricht. 5. Regler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Modulationseinrichtung mit einem koaxial zur Symmetrieachse (77) der Fotozellen drehbar gelagerten, mit vorgegebener Drehzahl umlaufenden Träger zur Aufnahme der Fotozellen. 6. Regler nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Drehschwingung um die Symmetrieachse (77) der Fotozellen ausführt. 7. Regler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem jeweils erfaßten Teil des Kurvenbildes auf die Fotozellen das Bild einer zu einer Modulationseinrichtung gehörenden Schwingblende (136) projiziert ist, die um die Symmetrieachse (77) der Fotozellensysteme aus einer parallel zur Kurventangente verlaufenden Mittelstellung heraus winklig im Sinne einer Drehschwingung auslenkbar ist. B. Regler nach Ansprüchen 3, 4 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Flächeninhalt des auf die Fotozellen projizierten Teils der Schwingblende (62; 136) im wesentlichen demjenigen der projizierten Kurvenbilder (24) entspricht, wobei eine Änderung des Differenzsignals einer Seitenversetzung und eine Änderung des Summensignals einer Richtungsabweichung entspricht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 847 353, 852 417, 931026, 750 202, 718 610; USA.-Patentschriften Nr. 2 489 305, 2 499 178; »Technische Mitteilungen«, Dezember 1959, H.
4. 4, S. 130 bis 134.