DE1244525B

DE1244525B - Werkzeug- und Messmaschine mit einer photoelektrischen Abtastvorrichtung eines Feinmassstabes

Info

Publication number: DE1244525B
Application number: DES62290A
Authority: DE
Inventors: Miron Koulicovitch
Original assignee: GENEVOISE INSTR PHYSIQUE; Societe Genevoise dInstruments de Physique
Current assignee: GENEVOISE INSTR PHYSIQUE; Societe Genevoise dInstruments de Physique
Priority date: 1958-04-24
Filing date: 1959-03-24
Publication date: 1967-07-13
Also published as: FR1221386A; GB875491A; US3002421A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

B 23 b

Deutsche Kl.: 49 a-39/03

Nummer: 1244 525

Aktenzeichen: S 622901 b/49 a

Anmeldetag: 24. März 1959

Auslegetag: 13. Juli 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Werkzeug- oder Meßmaschine mit einer photoelektrischen Abtasteinrichtung eines Feinmaßstabes. Die photoelektrische Abtastvorrichtung dient dazu, unter Ausschaltung des menschlichen Beobachtungsfehlers ein bewegliches Maschinenteil sehr genau in seine Sollstellung zu überführen. Sie kann überdies dazu ausgenutzt werden, um z. B. eine Vorrichtung zum selbsttätigen Anhalten des beweglichen Maschinenteils in einer bestimmten Stellung zu steuern. Es sind Maschinen der vorstehenden Art bekannt, die neben der photoelektrischen Abtastvorrichtung auch eine Vorrichtung zur visuellen Beobachtung der Stellung des beweglichen Maschinenteils ausgerüstet sind. Die bekannten Maschinen dieser Art können in zwei Klassen eingeteilt werden.

Erstens in Maschinen, bei denen die beiden Vorrichtungen nicht unabhängig voneinander arbeiten können, d. h. bei denen entweder nur die Mittel zur visuellen Beobachtung oder die Abtastvorrichtungen benutzbar sind. Bei diesem Maschinentyp ist man daher, um die Funktion der Abtastvorrichtung überprüfen zu können, gehalten, häufig abwechselnd die Lage des beweglichen Maschinenteils visuell und photoelektrisch zu ermitteln. Dieser häufige Wechsel fördert nicht nur den Verschleiß der Maschine, sondern er gibt auch keine genügende Sicherheit für die visuelle Kontrolle der photoelektrisch arbeitenden Vorrichtung.

Zweitens in Maschinen, bei denen beide Vorrichtungen gleichzeitig arbeiten können. Bei den bekannten Maschinen dieser Art verwendet man jedoch immer einen halbdurchlässigen Spiegel, der gleichzeitig ein Bild der Teilung auf dem Beobachtungsschirm und auf eine photoelektrische Zelle zur Steue- rung der Abtastvorrichtung wirft. Es versteht sich, daß man auf diese Weise zwei Bilder von geringer Helligkeit erhält, die im allgemeinen schwächer sind als die Hälfte derjenigen des Teilungsbildes vor seiner Zerlegung in zwei Bilder. Die geringe Lichtstärke jedes der Teilbilder wirkt sich sehr ungünstig insbesondere auf die Funktionsgenauigkeit der Abtastvorrichtung aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeug- oder Meßmaschine der eingangs beschriebenen Gattung zu entwickeln, bei der eine sehr einfache und genaue Kontrolle der photoelektrischen Abtastvorrichtung auf visuellem Wege möglich ist. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Abtastvorrichtung mit einer Ablesevorrichtung in der Weise zusammengeschlossen ist, daß in dem Feld einer optischen Projektionsvorrichtung ein zweiteiliger Werkzeug- und Meßmaschine mit einer
photoelektrischen Abtastvorrichtung eines
Feinmaßstabes

Anmelder:

Societe Genevoise d'Instruments de Physique,

Genf (Schweiz)

Vertreter:

Dipl.-Ing. D. Jander und Dr.-Ing. M. Böning,

Patentanwälte, Berlin 33, Hüttenweg 15

Als Erfinder benannt:

Miron Koulicoyitch, Genf (Schweiz)

Beanspruchte Priorität:

Schweiz vom 24. April 1958 (58 724)

Spiegel vorhanden ist, dessen vorzugsweise größerer fester Teil die Feinmaßstabstriche auf einen Ableseschirm projiziert und dessen vorzugsweise kleinerer, schwingender, durch einen elektrodynamischen an sich bekannten Motor angetriebener Teil dem auf eine Schlitzblende projizierten Bild des Maßstabstriches eine Hin- und Herbewegung verleiht, und daß ein Zeiger, dessen Bild auf dem Projektionsschirm erscheint, mit der einer photoelektrischen Zelle vorgesetzten Schlitzblende verschiebbar verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Maschine bietet den erheblichen Vorteil, daß es möglich ist, beide Bilder in der Helligkeit darzustellen, die der Helligkeit des Gesamtbildes vor der Zerlegung entspricht. Hierdurch wird die Sichtkontrolle erheblich erleichtert und ein genaueres Arbeiten als bei den bekannten Maschinen ermöglicht.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeug- oder Meßmaschine, bei der der schwingende Spiegel auf einem Träger montiert ist, der mit dem beweglichen Teil eines elektrodynamischen Motors kraftschlüssig verbunden ist, ist dieser bewegliche Teil mit dem festen Teil des Motors durch kreuzweise angeordnete, dünne elastische Platten verbunden.

709 610/280

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung, welche schematisch und beispielhaft eine Lehrenbohrmaschine zeigt, bei welcher das erfingemäße Prinzip verwendet ist, näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Seitenansicht der Lehrenbohrmaschine;

Fig. 2 ist eine Sicht im Schnitt und großem Maßstabe entsprechend der Linie II-II der F i g. 1;

F i g. 3 ist eine Sicht teilweise im Schnitt entsprechend der Linie ΙΙΙ-ΠΙ der F i g. 1;

Fig. 4 ist eine Sicht einer Einzelheit im Schnitt in großem Maßstabe entsprechend der Linie IV-IV der Fig. 2;

F i g. 5 ist eine Teilsicht der Vorrichtung zur visuellen Kontrolle in Perspektive;

F i g. 6 ist eine Teilansicht der Vorrichtung zur photoelektrischen Kontrolle in Perspektive;

F i g. 7 ist eine Draufsicht der Abtastevorrichtung,

F i g. 8 zeigt das elektrische Schema der Vorrichtung zur photo-elektrischen Kontrolle;

F i g. 9 zeigt das elektrische Schema einer Vorrichtung zum selbsttätigen Anhalten, welche durch die photo-elektrische Kontrollvorrichtung gesteuert wird.

Die dargestellte Lehrenbohrmaschine umfaßt einen Aufbau 1, einen Auflagetisch 2, der gegenüber dem Aufbau längs Gleitschienen 3 gleiten kann, und eine senkrechte Werkzeugspindel 4, die derart montiert ist, daß sie längs eines horizontalen Querstückes 5 gleiten kann, welches seinerseits in der Lage ist, längs seitlicher Gleitschienen 6 zu gleiten. Der Tisch 2 trägt eine Schraubenmutter e, die auf einer Gewindespindel 7 aufgeschraubt ist, welche in von dem Aufbau getragenen Lagern dreht und ein mit einer Welle 9 durch ein Getriebe 10.und eine Schnecke 11 mechanisch verbundenes Zahnrad 8 trägt. Diese Welle 9 ist einerseits durch Vermittlung eines Geschwindigkeitsreglers V mit einem Motor M und andererseits durch Vermittlung einer Kupplung A mit einem Organ für Handbetrieb O verbunden. Eine Feder r sucht die beiden Teile der Kupplung A außer Eingriff zu halten.

Die dargestellte Lehrenbohrmaschine ist mit einer Vorrichtung zur visuellen Kontrolle der Stellung des Tisches 2 ausgestattet. Diese Vorrichtung umfaßt einerseits ein Meßorgan für Präzisionsmessung, das in dem dargestellten Beispiel aus einem von dem Tisch 2 getragenen, eingeteilten Eichmaßstab besteht, und andererseits eine Projektionsvorrichtung P der Teilstriche dieses Meßstabes. Diese Projektionsvorrichtung umfaßt eine Lichtquelle 14, welche den Eichmaßstab 12 durch Vermittlung eines Kondensors 15, eines halb-lichtdurchlässigen Spiegels 16 und eines Objekts 13 beleuchtet. Das durch den Eichmaßstab 12 zurückgeworfene Lichtbündel wird durch den Spiegel 16 und die Spiegel 17 und 18 auf den Beobachtungsschirm 19 zurückgesandt. Das auf diesen Schirm 19 projizierte Bild des Teilstriches des Eichmaßstabes 12 wird mit Hilfe des Spiegels 20 beobachtet.

Ein längs einer Führung 23 gleitender Wagen trägt einen Zeiger 21, der auch in dem Beobachtungsschirm sichtbar ist. Die Verschiebungen dieses Wagens 22 werden durch eine Meßtrommel T gesteuert. Die Teilung der Trommel T verschiebt sich gegenüber einem Nonius S. Die Stellung des Tisches 2 wird durch das Zusammenfallen des Zeigers 21 mit dem auf dem Beobachtungsschirm 19 projizierten Bild eines Meßstabteilstriches bestimmt. Da Vorrichtungen zur visuellen Kontrolle dieser Art bekannt sind und seit vielen Jahren Bestandteil von Lehrenbohrmaschinen bilden, ist es unnütz, diese hier näher zu beschreiben.

Die Vorrichtung zur photo-elektrischen Kontrolle umfaßt eine von dem Wagen 22 getragene photo-elektrische Zelle 24,. die hinter einem undurchsichtigen, mit einem Spalt 26 ausgestattetem Schirm 25 angeordnet ist. Ein Teil des Bündels der von dem Spiegel 17 zurückgeworfenen Strahlen wird auf diesen undurchsichtigen Schirm 25 projiziert. Zu diesem Zweck wird ein in der Ebene des Spiegels 18 angeordneter Spiegel 18_Ö von dem beweglichen Teil eines in der F i g. 7 mit mehr Einzelheiten dargestellten elektrodynamischen Motors 36 getragen. Dieser durch diesen Motor 36 in eine regelmäßige, schwingende Bewegung angetriebene Spiegel 18 & wirft einen Teil des Strahlenbündels auf einen von dem Wagen 22 getragenen Spiegel 27 zurück, welcher dieses Strahlenbündel auf den undurchsichtigen Schirm 25 reflektiert.

Der elektro-dynamische Motor 36 umfaßt einen beweglichen, den Spiegel 18 b tragenden Träger 28, auf welchem eine Wicklung 29 angebracht ist, die zwischen den Polen eines die allgemeine Form eines Hufeisens aufweisenden und auf dem Aufbau 1 starr fixierten Dauermagneten 30 angeordnet ist. Der bewegliche Träger 28 wird mit Hilfe von zwei Paaren von biegsamen, dünnen Platten 31 von diesem Magneten 30 elastisch getragen; diese zwei Paare biegsamer Platten 31 sind kreuzweise angeordnet und einerseits an den beiden äußeren Enden dieses Trägers und andererseits an einem Wulst 32 des Magneten 30 befestigt.

Der Spalt 26 des undurchsichtigen Schirmes 25 ist hinsichtlich des beweglichen Zeigers so angeordnet, daß, wenn der bewegliche Spiegel in seiner Mittelstellung, das heißt in der Ebene des Spiegels 18 gelegen ist und das auf den Beobachtungsschirm projizierte Bild eines Teilstriches des Eichmaßstabes 12 mit dem Zeiger 21 zusammenfällt, der Spiegel 27 den zweiten Teil des gleichen Teilstriches 12 auf den Spalt • 26 reflektiert.

Die Arbeitsweise dieser Vorrichtung zur photoelektrischen Kontrolle ist folgende:

Wie bei gewissen bekannten Vorrichtungen zur visuellen und photo-elektrischen Kontrolle wird die Verschiebung des Wagens 22 von einer gegebenen Stellung, Ausgangsstellung genannt, um des Zeigers 21 zum Zusammenfallen mit dem Bild eines Meßstabteilstriches zu bringen, durch Betätigung der Meßtrommel T erreicht. Die Amplitude der Winkelverschiebung dieser Trommel bildet das Maß für den Bruchteil der Teilung des eingeteilten Eichmaßstabes 12, der dem Abstand zwischen dem Bild des Teilstriches auf dem Beobachtungsschirm und der Ausgangsstellung des Zeigers 21 entspricht.

Die in das magnetische Feld des Magneten 30 gestellte Wicklung 29 ist mit Wechselstrom gespeist und schwingt mit der Frequenz dieses Stromes. Diese Wicklung nimmt den Träger 28 und damit auch den beweglichen Teil 18_& des Spiegels 18 in seiner Bewegung mit. Diese Schwingbewegung verleiht dem durch den beweglichen Spiegel 18₆ aufgenommenen Teil des Bildes des Teilstriches eine regelmäßige Hin- und Herbewegung, so daß dieses Bild den undurchsichtigen Schirm 25 abtastet.

Wenn die Mittelstellung des Bildes des Teilstriches mit dem Spalt 26 zusammenfällt, sind die Zeitabstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen des

Claims

Teilstrichbildes vor diesem Spalt untereinander gleich, so daß der durch die photo-elektrische Zelle 24 ausgesandte Strom in regelmäßigen Zeitabständen Änderungen erfährt. Demgegenüber sind, sobald diese Mittelstellung links oder rechts von dem Spalt 26 gelegen ist, die Zeitabstände zwischen den Änderungen des von der photo-elektrischen Zelle ausgesandten Stromes nicht mehr gleich und die Ungleichheit dieser Zeitabstände ist um so größer, je größer der Abstand zwischen der Mittelstellung des Bildes und dem Spalt ist. Diese Ungleichheit bildet somit ein Maß des Abstandes zwischen dem Zeiger 21 und dem Bild des Teilstriches auf dem Beobachtungsschirm. F i g. 8 zeigt eine elektronische Vorrichtung, die es gestattet, diese Ungleichheit der Zeitabstände sichtbar zu machen. Diese an sich bekannte Vorrichtung umfaßt eine Oszillographenröhre OC, welche durch einen mit einer Wechselstromquelle R verbundenen Netzanschlußapparat BA gespeist wird. Eine von den beiden Ablenkplatten 33 dieser Oszillographenröhre ist ebenfalls mit dieser Wechselstromquelle R verbunden, sowie die Wicklung 29 des elektrodynamischen Motors. Die photo-elektrische Zelle 24 ist mit einem elektronischen Verstärker A verbunden, welcher eine elektronische Apparatur E von bekannter Art speist, der die elektrischen Impulse der Zelle 24 in augenblickliche Impulse oder solche von sehr kurzer Dauer verwandelt. Diese augenblicklichen Impulse werden auf das zweite Paar der Ablenkplatten 34 der Oszillographenröhre aufgedrückt. Die Lichtmarke dieser Oszillographenröhre zeichnet auf dem Fluoreszenzschirm 35 derselben einen zu der von den Ablenkplatten 33 verliehenen Abtastebewegung senkrechten Strich und dessen Lage gegenüber einem Zeiger ist ein Maß für den Abstand der Stellung des Tisches 2 gegenüber dessen gewünschter Stellung. Die Ablesevorrichtung gestattet eine sehr genaue Kontrolle der Koinzidenz des Zeigers 21 mit dem auf den Beobachtungsschirm 19 projezierten Bild des Maßstabteilstriches 12. Die Ablesevorrichtung erlaubt dem Benutzer, diese Koinzidenz von seinem Arbeitsplatz aus und aus der Entfernung zu prüfen. In einer durch die F i g. 9 dargestellten Ausführungsabänderung werden die von der photo-elektrischen Zelle 24 ausgesandten Signale zum Steuern eines selbsttätigen Anhaltens des beweglichen Maschinenteils in einer gewünschten Stellung benutzt. Die photo-elektrische Zelle 24 ist mit dem Verstärker Λ verbunden, der die elektronische Apparatur E speist; diese letztere ist mit einem elektronischen Relais RE von bekannter Art verbunden, welches gegenüber der Gleichheit oder Ungleichheit der von der Apparatur E kommenden augenblicklichen Impulse empfindlich ist. Dieses Relais steuert einen Schalter IP, der in dem Speisekreis des Motors M eingeschaltet ist, und bewirkt die Öffnung dieses Schalters, sobald ίο die Impulse in regelmäßigen Zeitabständen aufeinander folgen, das heißt, sobald das auf den Beobachtungsschirm projizierte Bild des Eichmaßstabteilstriches mit dem Zeiger 21 zusammenfällt. 1S Patentansprüche:

1. Werkzeug- oder Meßmaschine mit einer photoelektrischen Abtastvorrichtung eines Feinmaßstabes, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung mit einer Ablesevorrichtung zusammengeschlossen in der Weise ist, daß in dem Feld einer optischen Projektionsvorrichtung (P) ein zweiteiliger Spiegel vorhanden ist, dessen vorzugsweise größerer fester Teil (18) die Feinmaßabstriche auf einen Ableseschirm (19) projiziert und dessen vorzugsweise kleinerer, schwingender (18 b) durch einen elektrodynamischen an sich bekannten Motor angetriebener Teil dem auf eine Schlitzblende (25, 26) projizierten Bild des Meßstabstriches eine Hin- und Herbewegung verleiht, und daß ein Zeiger (21), dessen Bild auf dem Projektionsschirm (19) erscheint, mit der einer photoelektrischen Zelle (24) vorgesetzten Schlitzblende (25, 26) verschiebbar verbunden ist.

2. Werkzeug- oder Meßmaschine nach Anspruch 1, in der der schwingende Spiegel (18 b) auf einem Träger montiert ist, der mit dem beweglichen Teil (28) eines elektrodynamischen Motors (36) kraftschlüssig verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dieser bewegliche Teil mit dem festen Teil dieses Motors durch kreuzweise angeordnete, dünne elastische Platten (31) verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 876 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen