DE2362289C2

DE2362289C2 - Vorrichtung zur Lageregelung einer einen Lichtstrahl aussendenden Laser- Lichtquelle

Info

Publication number: DE2362289C2
Application number: DE2362289A
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. Zürich Bory
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon Buhrle AG
Current assignee: Rheinmetall Air Defence AG
Priority date: 1972-12-18
Filing date: 1973-12-14
Publication date: 1983-10-20
Also published as: JPS4991241A; CH561445A5; US3881107A; DE2362289A1; GB1413698A; JPS5623163B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung laut Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche gattungsgemäße Vorrichtung ist bekannt (US-PS 35 87 748), bei der mit Hilfe einer Laser-Lichtquelle die Positionierung von zueinander einstellbaren Teilen eines Gerätes durchgeführt wird. Bei dieser Vorrichtung ist der in das System eingestrahlte Laserstrahl in bezug auf das System einstellbar, wobei die genaue Ausbildung der Lagerung nicht beschrieben ist.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung (US-PS 58231) ist die Laser-Lichtquelle ortsfest angeordnet. Auf einem Schlitten sind Umlenkspiegel befestigt. Ferner ist ein Strahldetektor vorgesehen. Die Plattform wird solange verschoben bis der Lichtstrahl durch die Umlenkspiegel genau auf den Mittelpunkt des Strahldetektors gerichtet ist, und die Plattform sich in ihrer Ausgangslage befindet. Diese Ausgangslage kann dann immer wieder eingestellt werden.

Bei dieser bekannten Einrichtung hat man vorausgesetzt, daß der den Sollwert bildende Laser-Lichtstrahl seine Lage im Raum nicht ändert. Es hat sich nun aber gezeigt, daß insbesondere durch thermische Einflüsse und Erschütterungen die Laser-Lichtquelle ihre Lage verändern kann. Die geringste Lageänderung der Laser-Lichtquelle bedingt aber bei großen Entfernungen eine beträchtliche Lageabweichung des Lichtstrahl- &5 les. Ferner hat es sich gezeigt, daß es nicht genügt, die Ausgangslage des Schlittens zu überwachen. Es ist notwendig, die Lage des Schlittens in jeder beliebigen Arbeitsstellung zu überwachen.

Die Aufgabe, welche mit der vorliegenden Erfindung gelöst werden soll, besteht darin, die Lage des Schlittens jederzeit genau zu steuern; dies setzt voraus, daß einerseits die erwähnte Lageänderung der Lichtquelle vermieden wird, und daß bei jeder Verschiebung des Schlittens seine Lage genau gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung laut Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet

Anhand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden beiden Figuren der Zeichnung wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Maschine mit einem lichtstrahlorientierten Maschinenteil,

F i g. 2 die Lageregelung einer Laser-Lichtquelle.

Gemäß F i g. 1 weist ein Maschinenbett 1 einer nicht im einzelnen dargestellten Werkzeugmaschine zwei Konsolen 2,3 auf, zwischen denen sich ein brückenförmiger Teil 4 erstreckt Die Oberfläche des brückenförmigen Tei'.es 4 ist als Führungsbahn für einen Schlitten 5 ausgebildet Der Schlitten 5 ist mittels zweier Laser-Lichtstrahlen 6,7 in einer vorgegebenen Ebene geführt. Zu diesem Zweck sind am Schlitten 5 drei Strahlendetektoren 8,9,10 angeordnet, von denen die Strahlendetektoren 8, 9 auf den Laser-Lichtstrahl 6 und der Strahldetektor 10 auf Laser-Lichtstrahl 7 ausgerichtet sind.

Der Schlitten 5 ist mittels nicht dargestellter, verstellbarer hydrostatischer Gleitlager auf der Führungsbahn abgestützt. Die Verstellung der hydrostatischen Gleitlager erfolgt über Regelkreise in Abhängigkeit von den an den Detektoren 8, 9, 10 gemessenen Signalen, wie dies in dem älteren DE-Patent 20 61 987 dargestellt und beschrieben ist.

Die beiden Laser-Lichtstrahlen 6, 7 werden aus einer Laser-Lichtquelle 11 gewonnen, indem im Weg des von der Laser-Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahlen ein Strahlteiler 12 und ein Umlenkspiegel 13 angeordnet sind. Der abgezweigte Lichtstrahl 7 trifft auf den in einer Bohrung 14 im Schlitten 5 angeordneten Strahlendetektor 10. Der den Strahlteiler 12 unbeeinflußt durchsetzende Lichtstrahl 6 trifft auf weitere Strahlteiler 15, 16, welche hintereinander in einer weiteren Bohrung 17 im Schlitten 5 angeordnet sind. Die durch die Strahlteiler 15, 16 abgezweigten Lichtstrahlen werden über Umlenkspiegel 18, 19 auf die Strahlendetektoren 8, 9 gelenkt. Der die Strahlteiler 15, 16 unbeeinflußt durchsetzende Lichtstrahl tritt aus der Bohrung 17 im Schlitten 5 aus und trifft auf einen ortsfest auf der Konsole 3 angeordneten Strahlendetektor 20.

Die Laser-Lichtquelle 11 ist am Ende, an dem das Licht austritt, kardanisch aufgehängt. Hierzu ist die Lichtquelle 11 um eine vertikale Achse 21 in einem Rahmen 22 drehbar gelagert. Der Rahmen 22 ist um eine horizontale Achse 23 an zwei ortsfest mit der Konsole 2 verbundenen Ständern 24 schwenkbar gelagert. Das andere Ende der Laser-Lichtquelle stützt sich an Stellgliedern 25,26 ab. Die Stellglieder wirken in einer zum ausgesandten Lichtstrahl senkrechten Ebene auf die Laser-Lichtquelle ein, wobei die Wirkungsrichtungen der beiden Stellglieder aufeinander senkrecht stehen.

Gemäß Fig. 2 weisen die Stellglieder 25, 26 jeweils Eisenkerne 27, 28 auf, die sich über Druckfedern 29, 30

am Boden von Gehäusen 31, 32 abstützen. Die Eisenkerne 27,28 greifen mit schalenförmigen Trägern 33,34 an der Laser-Lichtquelle 11 an; andererseits ragen sie teilweise in Magnetspulen 35, 36 hinein. Die Ansteuerung der Magnetspulen 35,36 erfolgt von dem Strahlendetektor 20 über zwischengeschaltete Differenzverstärker 37, 38 und diesen iichgeschaltete Regelverstärker 39,40.

Die Wirkungsweise der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist folgende:

Wandert der auf den Strahlendetektor 20 fallende Lichtstrahl 6 aus dem Zentrum des Detektors hinaus, so werden die an den 4 Ausgängen des Detektors 20 anstehenden Signale unterschiedliche Beträge aufweisen und die Differenzverstärker 37, 38 ein Differenzsignal ausgeben, welches nach Verstärkung in den Regelverstärkern 39, 40 die Magnetspulen 35, 36 beaufschlagt, wodurch die Lage der Laser-Lichtquelle 11 so korrigiert wird, daß der Lichtstrahl 6 wieder in das Zentrum des Strahlendetektors 20 fällt. Die Laser-Lichtquelle 11 wird justiert, indem man dauernd einen Gleichstrom durch die Magnetspulen 35, 36 schickt, wodurch die Eisenkerne 27, 28 gegen die Kraft der Federn 29, 30 um einen bestimm ien Betrag in die Magnetspulen 35, 36 hineingezogen werden. Diesem Justierstrom wird jeweils der aus der Strahlauswanderung abgeleitete Regelstrom überlagert

Da die Lageänderung der Laser-Lichtquelle 11 — bedingt beispielsweise durch thermische Einflüsse — nur sehr langsam erfolgt, werden die Regler 39, 40 vorzugsweise als Integralglieder ausgeführt. Auf diese Weise erreicht man, daß kurzfristige Lichtstrahlschwankungen, die beispielsweise infolge einer Verkantung des Schlittens 5 dem Detektor 20 als Lageänderung der Lichtquelle 11 vorgetäuscht werden können, auf die Lageregelung der Lichtquelle 11 ohne Einfluß bleiben.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung an einer Laser-Lichtquelle zur räumlichen Stabilisierung des Ausgangslichtstrahles mit einem raumfesten Strahldetektor, auf den der Ausgangslichtstrahl stabilisiert wird, und mit Stellantrieben zur Durchführung der Einstellung, dadurch gekennzeichnet, daß die Laser-Lichtquelle (11) an ihrem einen Ende kardanisch aufgehängt ist, daß an ihrem anderen Ende die genannten Stellantriebe (25, 26) in einer Ebene senkrecht zum Ausgangsstrahl (6) in zwei zueinander senkrechten Richtungen angreifen, und daß an den Strahldetektor (20) Regelkreise (37—40) angeschlossen sind, welche die Stellantriebe (25, 26) zur Einstellung des Ausgangsstrahles (6) steuern.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkreise (37—40) zumindestens angenähert integral wirkende Regelglieder (39, 40) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (25, 26) Spulen mit Tauchankern umfassen.

4. Verwendung der Vorrichtung nach Anspruch 1 für eine Werkzeugmaschine mit einem an dem Lichtstrahl geführten Maschinenschlitten mit Strahldetektoren zur Ermittlung der Lage des Schlittens in bezug auf den Lichtstrahl, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (5) zwischen der Laser-Lichtquelle

(11) und dem ortsfesten Strahldetektor (20) angeordnet ist, und die Strahldetektoren (8,9) im Schlitten (5) in Wegen von über Strahlteiler (15, 16) und Umlenkspiegel (18, 19) aus dem Lichtstrahl (6) abgezweigten Lichtstrahlen angeordnet sind.

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