DE1588663A1 - Abtastmaschine - Google Patents

Description

SIEMENS; AKTIEHGES«« _- ι, t ö. JAN, «367

Werner-von—Siemene-Str» 50

Dr. Expl.

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Abtastmaschine

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung an einer Abtastmaschine, mit der selbsttätig aus einer abgetasteten Modellkurve Stützpunkte in einen Speicher zur Steuerung eines die Modellkurve interpolierenden Rechners entnehmbar sind.

Zur Erzeugung von Steuerlochstreifen für numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschinen ist es u.a. bekannt, ein ModeLl abzutasten und die Koordinatenwerte von charakteristischen Punkton der ModelloberfLücheauf den Steuerloehstreifen zu übertragen. Dieses

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Verfahren wird insbesondere dann angewandt, .wenn keine Konstruktionszeichnung des herzustellenden Werkstückes vorliegt.

Anhand der so vom Modell gewonnenen Stützpunkte kann z.B» eine numerische Bahnsteuerung für eine Präsmaschine durch eine Interpolation eine nahezu gleiche Kurve (Fläche) an einem Werkstück herstellen.

Das Problem bei der Abtastung ist, gerade so viele Stutzpunkte aus dem Modell zu entnehmen, daß nachfolgend durch einen Interpolator wieder die vorgegebene Kurve errechenbar ist.

Die notwendige Stützpunktfolge ist dabei im wesentlichen abhängig von der Krümmung des Modells, der Art der nachfolgenden Interpolation (z.B. linear oder parabolisch) sowie einem vorzugebenden Toleranzband.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Steuerung der Abtaatmaschine derart auszubilden, daß sie die benötigten Stützpunkte selbsttätig ermittelt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Schaltung zur fortlaufenden Bildung der Differenz zwischen den Werten der abgetasteten Mcdellkurve und einer von einem Rechner mit Hilfe der unmittelbar vorausgegangenen Stützpunkte nnch einer vorgegebenen Funktion extrapolierten Kurve und durch die Übernahme des gerade abgetasteten Wertes als Stützpunkt in den Speicher jeweils· dann, wenn die Differenz einen zulässigen Toleranzbttrag

übersehreitet. ___

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Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert?

Pig. 1 zeigt schematisch eine Abtastmaschine,

Fig. 2 die Kontur eines Modells in Bezug auf die Abtastebene,

Fig. 3 zeigt die Ermittlung der Stützpunkte und

Fig. 4 eine Schaltung hierzu.

Mit einer Abtastmaschine kann die Oberfläche von Modellen abgetastet werden. Eine solche Maschine hat in der Regel zwei oder drei Achsen, in denen nacheinander oder gleichzeitig ein Fühler bewegt wird. In den Achsen befinden sich Meßsysteme, die digital oder analog, inkremental oder absolut arbeiten können» Dia Verstellbewegungen in den Achsen geschehen dabei vorzugsweise durch ' Antriebe, wie sie auch an Werkzeugmaschinen für den Vorschub üblich sind; es ist aber auch eine Bewegung des Fühlers in den 3 Achsen von Hand denkbar.

Fig. 1 zeigt schematisch eine derartige Abtastmaschine«

Das abzutastende Modell 1 liegt auf einem Werkzeugtisch 2» der in den Richtungen χ und-y verstellbar ist. An dem in der z-Richtung verstellbaren Auslegerarm 3 der Abtastmaschine 5 befindet sich einFühlstift 4. .

Die Abtastung des Modells geht nun in ähnlicher Weise vor eich wie beim Kopierfräsen. Der Fühlstiff 4 wird in Zeilen über da· * Modell 1 geführt. Die Zeilen können achsparallel zur χ oder y Achse liegen, was das Normale ist, oder aber auch unter einem

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beliebigen Winkel, in der χ - y - Ebene, wenn ζ. Β. technologische Gesichtspunkte dafür sprechen. Für die weitere Betrachtung ist dies jedoch ohne Bedeutung.

Pur die nachfolgende Schilderung sei angenommen, daß der Fühlstift 4 mit einer bei Kopiermaschinen üblichen Steuerung geführt wird.

Wird nun z.B. zeilenweise in der y - ζ - Ebene abgetastet (x-Achse Zeilensprung, y-Achse Leitvorschub, z-Achse Fühlvorschub), so kann z.B. der in Fig. 2 dargestellte Verlauf der Kontur 6 eines Modells 1 in Bezug auf die Abtastebene x-y vorkommen.

Von der Abtaststeuerung müssen nun während der Bewegung des Fühlstiftes 4 die Koordinatenwerte von Stützpunkten ausgegeben werden. Geht man davon aus, daß mit Hilfe dieser Punkte eine Reproduktion der abgetasteten Kurve (Fläche) auf einer Bearbeitungsmaschine mit numerischer Bahnsteuerung und linear arbeitendem Interpolator vorgenommen werden soll, dann genügt im allgemeinen für den Abschnitt 7 der Kontur 6, der eine Gerade darstellt, die Aufnahme des Anfangs- und Endpunktee. Im Abschnitt 8 handelt es sich dagegen um den Ausschnitt eines Kreises. Im Gegensatz zu Abschnitt 7 müssen hier wesentlich mehr Punkte ausgegeben werden, um bei einer folgenden linearen Interpolation zwischen diesen Punkten .innerhalb einer vorgeschriebenen Toleranz zu bleiben. Für den Abschnitt 9 gilt

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wiederum das gleiche*"" wie für den Abschnitt 7. Im Abschnitt 10 handelt es sich wiederum um einen Kreisausschnitt, jedoch mit größerer Krümmung als bei Abschnitt 8. £s leuchtet ein» daß hier, abhängig vom zurückgelegten Weg in y noch mehr Punkte auegegeben werden müssen, als in Abschnitt 8.

In Pig, 3 ist gezeigt, auf welche Weise die Dichte der Punktfolge ermittelt wird.

Es sei angenommen, daß die Punkte Po und P1 bereits ausgegeben sind. Anhand aer Koordinaten dieser Punkte extrapoliert die Steuerung die Gerade durch diese beiden Punkte i-n der gestrichelten Richtung weiter. Die Geschwindigkeit dei Extrapolation wird dabei so gesteuert, daß der in der z-Achse gemessene Istwert der Fühlerstellung dem extrapolierten Wert in ζ entspricht. Während dessen wird laufend die Differenz zwischen extrapolierten y-Wert und Istwert in y gemessen. Überschreitet diese Differenz einen vorgegebenen Betrag (Toleranzbeti*ag), eo wird ein Signal zum Ausgeben des nächsten Punktes Pp (Y^» Z₂) . gegeben. Beim weiteren Fortschreiten der Abtastung wird nun in Verlängerung der Linien Pi, P2 extrapoliert.

Da die Toleranz; zu einem Kurvenpunkt in riichtung seiner Normalen gemessen wird, liegt man bei der beschriebenen Methode in jedem Fall auf der sicheren Seite. Es ist dabei zweckmäßig, die i Steuerung des Rechners von der Achse abhängig zu machen, mit difcvt" die Tangente des gerade abgetasteten Kurvenpunktes den kleiner·*' * tinkel einschließt* ^r '

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Pig. 4 zeigt eine schaltungstechnische Ausführung der vorliegenden Erfindung. "

Mit 11 und 12 sind die inkrementell arbeitenden Istwertgeber in den beiden Achsen y und ζ bezeichnet. Die von diesen Istwertgebern abgegebenen Pulse werden in den Speichern 13 Und aufsummiert und stehen dort als Absolutwert des in den zugehörigen Achsen verfahrenen Weges. In den Speichern 15 und 16 ist der· Koordinatenwert für jeweils den zuletzt ausgegebenen Punkt eingesetzt. In den Differenzregistern 17 und 18 wird die Differenz gebildet, die den Weg des augenblicklichen Fühler-Standortes zum letzten Stützpunkt ergibt. In den Interpolatoren 19 und 20 wird mit den Längen y^ und z. (Fig. 3) extrapoliert und der laufende y und ζ - Wert in den Speichern ■ und 22 gebildet.

In dem Differenzbildner 24 wird (Fig. 3) die Gleichheit des Inhaltes von Differenzregister 18 und Speicher.22 überwacht und mit dem Ausgangssignal die Stufe 25 für die Freigabe der Rechentakte des Interpolators 19/20 angesteuert. Der Interpolator arbeitet in bekannter Weise nach dem DDA-Verfahren.

An einem Uberwachungsglied 28 wird der Toleranzbetrag eingestellt.Ist der Inhalt dea Dii'ferenzbildners 2j gleich dem Wert im Überwachungsglied 28, dann wird ein Signal zur Ausgabe der Speicherinhalte 13 und 14 gegeben. Gleichzeitig wird das neueyr und ζ., aus den Differenzregistern 17 und 18 in die Interpolatoren 19 und 20 übertragen und in die Speicher 15 und 16 die Werte der Speicher 15 und 14 eingesetzt.

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Es sei ζ.B. angenommen, der Fühler 4 "befinde'sich gerade am Punkte Po (y1, z1 ) d. h. einen der gespeicherten Stützpunkte. Dann enthält der Speicher 13 den Wert Jr₁; ebenfalls der Speicher 15. Am Ausgang des Differenzregisters 17 steht dann der .Wert O an.; ebenso steht der Speicher 21 auf Null.

Mit dem Fortschreiten des Fühlers 4 längs der Kontur erhöht sich der Wert im Speicher 13; dieser sich fortlaufend ändernde Wert sei mit y bezeichnet. .

Am Ausgang des Differenzregisters 1? erscheint also der Wert y-y« . Der Rechnerteil 19 extrapoliert abhängig von der . Differenz y^ (in diesem Fall y₁-y_Q) nach einer Geraden? im Speicher 21 erscheint ein fiktiver y-Wert und zwar y_;f~y₁ (ge-* bildet aus der Summation der Elemente^ y F).

Am Ausgang des Differenzbilderns 23 erscheint dann der Wert y-y„. Erreicht dieser Wert einen wählbaren Toleranzbetrag» bo wird

1. der Befehl zur Übernahme der gerade vorliegenden χ und ,y-Werte als Stützpunkte in die Speicher 26 und 27 gegeben (d.h. im vorliegenden Fall x_? y_p), ·

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2. aus dem Ausgang des Differenzregisters 17 der neue Wert . .-y:^ = y₂ - Y₁ für den Rechnerteil 19 entnommen und

3.. der Speicher 15 gelöscht und der Wert y_? eingesetzt.

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Die entsprechenden Vorgänge gelten auch für die z-Achse.

Im vorliegenden Beispiel ist eine Abtastung im zweidimensionalen Bereich beschrieben. Für eine räumliche Abtastung (gleichzeitige Bewegung in allen drei Achsen) kann im Prinzip eine auf 3 Interpolatoren erweiterte Steuerung eingesetzt werden.

4 Patentansprüche
4 Figuren

-B- Oh, An

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Claims (3)

Patentansprüche

1.^Einrichtung an einer Abtastmasehine mit der selbsttätig äue einer

^"abgetasteten ModellkurVe Stützpunkte in eine« Speicher eür Steuerung eines die Modellkurve interpolierenden Rechners entnehmbar sind, gekennzeichnet durch eine Schaltung (13-24) zur fortlaufenden Bildung der Differenz zwischen den Werten (i, y)

der abgetasteten Modellkurve (6) und einer von einem Rechner (19,20) mit Hilfe der unmittelbar vorausgegangenen Stützpunkte nach einer vorgegebenen Funktion extrapolierten Kurve und duröh die Übernahme des gerade abgetasteten Wertes als Stützpunkt in den Speicher (26,27) jeweila dann, wenn die. Differenz einen zulässigen Toleranzbetrag überschreitet.

2ο Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der H©cha@r (1-9,20) nach einer Geraden interpoliert.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl die Steuerung des Rechners von der Koordinatenachse abhängig iet, mit der die Tangente des gerade abgetasteten Punktes den

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kleinsten Winkel einschließt.

4« Einrichtung·nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dafl iur Speicherung und Differenzbildung digital arbeitende Element· dienen.

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