DE1943558A1

DE1943558A1 - Werkzeugmaschinensteuerung

Info

Publication number: DE1943558A1
Application number: DE19691943558
Authority: DE
Inventors: Seymour Bederman; Lankford Larry Gene
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1968-08-29
Filing date: 1969-08-27
Publication date: 1970-03-05
Also published as: DE1943558B2; JPS4844546B1; FR2016547A1; DE1943558C3; GB1220655A; US3633011A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket YO 9-67-IO8

Werkzeugmaschinensteuerung ~^β===— ^

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, zur numerischen Programmsteuerung einer Werkzeugmaschine und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.

Bei numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen erfolgt die Werkstückbearbeitung derart, daß das Werkzeug relativ zum Werkstück sukzessive entsprechend der geforderten Kontur schrittweise bewegt wird. Der Ablauf dieser Bewegung wird über ein Programm gesteuert .

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Es sind Werkzeugmaschinenst'euerungen bekannt, die vor- -⁴--*=■·■"-aussetzen, daß sich das Werkstück in einer genau vorge- --"4 schriebenen Position in einer passenden Werkstück-'"¹⁰⁷' halterung befindet. Das Einspannen oder Ausrichten des " Werkstückes, welches manuell oder automatisch vorgenommen werden kann, erfordert sehr viel Zeit und bedingt dadurch ' geringere Produktionsziffern.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, bei dem diese Nachteile nicht auftreten. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das zu bearbeitende Werkstück mit relativ großen zulässigen Abweichungen gegenüber einer St.andardlage in eine spezielle Kennzeichnungs daten aufweisende Werkzeughalterung eingebracht wird, daß sodann die tatsächlichen Lagedaten des Werkstückes in der Werkstückschalterung mittels programmgesteuerter Meßfühler in einer Weßstation erfaßt und gespeichert werden und daß die Bearbeitung des Werkstückes in einer Fertigungsstation mittels eines bestimmten Programmes erfolgt, welches sich auf die Standardlage des Werkstückes in der Werkstückhalterung bezieht und welches programmgesteuert durch die gespeicherten Lage- und Kennzeichnungsdaten zum Ausgleich der Differenzen zwischen Standard- und tatsächlicher Lage modifiziert wird.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausbildung dieses Verfahrens erfolgt die Erfassung der Lagedaten des Werkstückes in der Werkstückhalterung in einem rechtwinkeligen Koordinatensystem.

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Desweiteren erweist es sich als vorteilhaft, wenn spezifische Konturenmaße des Werkstüekrohlings als Bezugsmaße verwendet werden und wenn aus einer bestimmten Anzahl erfaßter Koordinatenwerte für ausgewählte Konturpunkte die tatsächliche Lage des Werkstückes in der Werkstückhalterung errechnet wird.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß zur Bestimmung der Konturendaten zwei nicht parallel verlaufende Geraden verwendet werden.

Eine erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des Verfahrens ist sie vorteilhafter Weise so ausgebildet, daß in der Meßstation zur Aufnahme der Werkstückhalterung ein in x- und y—Richtung entlang entsprechender Führungen verschiebbarer Tisch, ein in z-Richtung beweglicher Meßfühler und ein Steuerelement für die Vorschubsteuerung vorgesehen sind, das mit einem Programmelernent, in dem das Steuerprogramm zur Vermessung des anfallenden Werkstücktyps gespeichert ist, und einem Rechenelement verbunden ist, von dem aus die tatsächlichen Lagedaten an den Speicher lieferbar sind und daß die Werkstückhal^- terung von der Meßstation in die Fertigungsstation mittels einer Transportvorrichtung einbringbar ist und daß in der Fertigungsstation ein um eine oder mehrere Achsen schwenkbarer Werkzeugtiseh und Werkzeughalter und ein Steuerelement für die Vorschubsteuerung vorgesehen sind, welches über ein mit dem Speieher verbundenes Rechenelement für die Modifizierung des von dem Programmelement 46 gelieferten Standardprogrammes aufgrund der tatsächlichen

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Lagedaten verbunden ist, und daß sowohl in der Meß- als auch der Pertigungsstation eine mit dem Speicher verbundene Identifizierungsvorrichtung für die Kennzeichnungs* daten der Werkstückhalterung vorgesehen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles und zugehöriger Zeichnungen näher erklärt. Es zeigen:

Fig. 1 in einem Blockdiagramm schematisch eine

Maschine, die mit der Erfindung arbeitet;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer typischen in 5 Achsen arbeitenden Werkzeugmaschine, die von dem erfindungsgemäßen Gerät gesteuert werden kann;

Fig. 3 eine schematische Schnittansicht der in Fig, I gezeigten Meßstation;

Fig. 4 eine stark vergrößerte Schnittansicht einer Form eines Lagefühlers, der in der Fig. 3 gezeigten Meßstation verwendet werden kann;

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Pig. 5 eine perspektivische Darstellung eines Werkstückes mit den 4 Bewegungsrichtungen, in denen der in Fig. k gezeigte Fühler über die Werkstückoberfläche laufen kannj

Fig. 6 die Beziehung zwischen den zwei Koordinatensystemen U, V,W und U', V¹, W¹, die zur Analyse der Lage des Werkstückes benutzt werden;

Fig. 7 die Beziehungen zwischen einem Koordinatensatz X", Y", Z", der in Bezug auf die in Fig. 2 gezeigte Werkzeugmaschine festliegt und einem Koordinatensatz X, Y, Z, der in Bezug auf die das Werkstück tragende Halterung festliegt;

Fig. 8 die Beziehung zwischen den beiden Koordinaten X" und Y" der Werkzeugmaschine und den beiden Kompensationskoordinaten X' und Y¹;

Fig. 9 in Verbindung mit Fig. 8 die Beziehung zwischen den Kompensationskoordinaten χ ', Z¹ und den Koordinaten X", Z" der Werkzeugmaschine;

Fig.10 die Winkel, deren Cosini als Richtungscosini bei der Festlegung der Richtung der Konrurendaten benutzt werden;

Fig. 11 den Mittelpunkt zweier in zwei Ebenen verlaufender aufeinander senkrecht'Stehender und sich nicht schneidender Linien, der als Bezugspunkt für die Lokalisierung bestimmter Werkstücke benutzt wird;

Fig.12 die Lage der Fig. 12A und 12B zueinander;

Fig.l2A und 12B einen Teil der Schaltungen in dem in Figi als ein Block gezeigten M.S.-Steuerelement;

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Fig.13 die Lage der Fig. 13A und 13B zueinander;"^t& ~ Fig. 13A-I¹I weitere Schaltungen des erwähnten SteueMementes; "^p ' Fig.15 die Lage der Fig. 15A und 15B zueinander; Fig.l5A-l6 weitere Schaltkreise des M. S.-Steuerelement es;

Fig.17 in Form eines Blockdiagrammes die verschiedenen im M.S.-Steuerelement verwendeten Schrittfolgen;

Fig.l8 die Beziehung zwischen Rotations- und Schwenkwinkeln in der Fertigurigsstation und ihre Beziehung zu den Achsen X; Y, Z;

Fig.19 die Beziehung des Rotationswinkels zu den Achsen Y", Z" in der Fertigungsstation;

Fig.20 die Beziehung zwischen dem Schwenkwinkel und den Achsen Y", Z" in der Fertigungsstation und

Fig.21 in perspektivischer Darstellung ähnlich der Fig. 5 ein anderes Verfahren zur Anordnung der Konturendaten auf einem Werkstück.

Figuren 1-2

^ΐίέ^ΐ ¹STeigt in Form eines Blockdiagrammes die Hauptelemente eines die Erfindung enthaltenden Gerätes. Das Gerät umfaßt eine allgemein mit 1 bezeichnete Meßstation, eine mit 2 bezeichnete Pertigungsstation und einen mit 3 bezeichneten Speicher, der entweder.an einer der beiden Stationen 1 oder 2 oder getrennt vor diesen auf gestellt werden kann.

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Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung einer Werkzeugmaschine, die die Hauptelemente an der Fertigungsstation 2 umfaßt. Ein Transportband ^ liefert an die Meßstation 1 eine Reihe von Halterungen 5> auf denen jeweils ein zu bearbeitendes Werkstück 6 befestigt ist. Jede Halterung 5 trägt eine Kennzeichnung 7 j deren Daten entweder von der Maschine oder vom Menschen lesbar sind. Die Kennzeichnung 7 auf jeder Halterung 5 kennzeichnet die einzelne Halterung unverwechselbar gegenüber anderen Werkstückhalterungen.

Entweder das Bedienungspersonal oder ein herkömmlicher Umsetzmeehanismus', der in der Zeichnung nicht dargestellt ist, bewegt jede Halterung 5 vom Transportband H auf den Tisch 10 in der Meßstation 1. Auf dem Tisch 10 greifen Justagestifte 70 (Fig. 3) oder andere geeignete Ausrichtvorrichtungen in Bohrungen oder andere genau festgelegte Punkte auf der Oberfläche der Halterung 5 und befestigen diese dadurch in einer genauen Lage auf dem Tisch 10. Der Tisch 10 ist von einem Motor 11 in der X-Riehtung entlang geeigneter Führungen beweglich. Die den Tisch 10 tragenden Führungen sind auf einem anderen Tisch 8 befestigt, der von einem Motor 9 entlang der feststehenden Schienen 72 in der in der Zeichnung angegebenen Y-Richtung getrieben wird. Ein Taster 12, der genauer in Verbindung mit den Fig. 3 und 4 beschrieben wird, ist in der Z-Richtung (rechtwinklig zur Papierebene) mittels eines Motors 13 beweglich.

Der Motor 9 wird durch einen Y-Antrieb 14 eingeschaltet, der Motor 11 durch einen X-Antrieb 15 und der Motor 13 durch einen Z-Antrieb 16. Die 3 Antriebsmechanismen I¹I, 15 und 16 können numerisch gesteuert werden, d.h. jeder Motor wird durch Versorgung mit einer Reihe von elektrischen Erregungsimpulsen so gesteuert, daß jeder Impuls einen Bewegungsschritt des Motors und somit einen Bewegungsschritt des Werkstückes oder des Tasters auslöst. Die Impulsfrequenz und die Schrittgröße der Bewegung können so gewählt werden, daß der Fehler innerhalb gewünschter Genauigkeitsgrenzen gehalten wird.

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Die Lieferung von Erregungsimpulsen an die Motoren 9» 11 und durch die Antrabe I¹J, 15 bzw. 16 wird durch ein mit der Nr. 17 allgemein bezeichnetes Steuerelement in der Meßstation gesteuert, das genauer in den Fig. 12-17 dargestellt und beschrieben ist.

Die Meßstation 1 umfaßt außerdem eine Halterungs-Identifiziereinrichtung 20, die das Kennzeichen 7 auf dem Werkstück an der Meßstation liest und die die Halterung kennzeichnenden Daten auf den Speicher 3 überträgt. Geeignete Kennzeichnungssysteme für die Halterung sind bekannt und z.B. im Patent Nr. 3380659 beschrieben. Die Meßstation umfaßt außerdem eine Startsteuerung 21, die entweder aus einem Druckknopf bestehen kann oder automatisch auf die Ankunft einer Halterung 5 in ihrer mit dem Taster 12 ausgerichteten Betriebsstellung, die durch die Justierstifte 70 bestimmt wird, ansprechen kann. Ein M.S.-Programmelement 22 hat eine' Anzahl von Programmen zur Steuerung der Bewegung des Tasters 12 gespeichert. Jedes der gesteuerten Programme entspricht'einem bestimmten Werkstücktyp, der in der Meßstation vermessen werden soll. Das jeweils zu benutzende ge^ speicherte Programm wird durch eine mit der Nr. 23 bezeichnete Steuerung gewählt, die aus einem vom Bedienungspersonal manuell betätigten Wahlmechanismus bestehen kann. Nach der Wahl eines solchen Programmes wird dieses auf das M.S.-Steuerelement 17 übertragen, welches die Antriebe I¹I, 15 und 16 so steuert, daß der Taster 12 bestimmte Wege entlang des Werkstückes 6 verfolgt, um soseine genaue Lage auf der Halterung 5 zu bestimmen.

Gemäß der nachfolgenden genaueren Erklärung werden mit dem vom Steuerlement 17 ausgeführten Programm bestimmte Konturen am Werkstück 6 genau festgelegt. Diese Konturen werden vorzugsweise von Kanten oder Oberflächen gebildet, die früher bereits einmal am Werkstück 6 durch manuell gesteuerte Werkzeugmaschinenoperationen hergestellt wurden. Diese Konturendaten dienen als Bezugsmaße zur . Bestimmung der Stellen am Werkstück, dan denen weitere Fertigungs— gänge automatisch ausgeführt werden sollen. Wenn der Taster 12 eine Stelle an der Kontur des Werkstückes 6 abtastet, werden

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die diese Lage des Tasters und damit den Punkt in der Kontur definierenden Daten auf das Steuerelement 17 und von dort auf ein M.S.-Rechenelement 24 zurückgekoppelt. Aus den mindestens 4 derartige Punkte definierenden Daten errechnet das Rechenelement 24 Daten, welche die tatsächliche Lage eines Werkstückes auf der Halterung 5 definieren. Diese als Lage-Definitionsdaten bezeichneten Daten sind für jedes Werkstück und somit auch für jede Halterung verschieden und werden durch das Rechenelement 24 im Speicher 3 zusammen mit den Kennzeichnungsdaten für die Halterung aus der Identifizierungseinrichtung 2o gespeichert.

Nach dem Speichern dieser beiden Datengruppen im Speicher 3 werden die Halterung 5 und das darauf befestigte Werkstück 6 durch ein schematisch dargestelltes und mit 25 bezeichnetes Transportband in die Fertigungsstation 2 transportiert.

Die Pertigungsstation (PS2) enthält eine allgemein mit 26 bezeichnete Werkzeugmaschine mit 5 Arbeitsachsen. Die Werkzeugmaschine 26 umfaßt einen Tisch 27, der die Halterung 5 in einer genau festgelegten Lage aufnimmt, welche durch Führungsstife oder dergl. bestimmt ist. Der Tisch 27 ist um eine in Fig. 2 gezeigte Achse 54 durch einen Motor 35 drehbar, der von einem Drehachsantrieb 42 gesteuert wird. Der Tisch 27 und der Motor 35 sind auf einem weiteren Tisch 38 gelagert, der um eine Achse 39 von einem Motor 40 schwenkbar ist, welcher durch einen Schwenkachsantrieb 41 gesteuert wird. Der Tisch 38 und der Motor 40 sind wiederum auf einem weiteren Tisch 30 gelagert, der auf Schienen in der Rchtung Z" durch einen Motor 31 beweglich ist, welcher von einem Z"-Antrieb 32 gesteuert wird.

Ein Werkzeughalter 51 dreht sich um eine horizontale Achse und ist auf einem Schlitten 52 befestigt (siehe Fig. 2), der sich •vertikal in einer nachfolgend mit Yⁿ bezeichneten Richtung bewegt. Dieser Schlitten 52 wird von einem Motor 34 bewegt, der von einem mit der Nr. 43 bezeichneten Y"-Antrieb gesteuert wird.

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Der Werkzeughalterschlitten 52 und der Motor 34 sind auf einer Säule 53 gelagert, die in der X-Richtung durch einen vom X"-Antrieb 29 gesteuerten Motor 28 bewegt werden kann.

Die verschiedenen Antriebe 29, 32, 4l, 42 und ^3 werden von einem FS-Steuerelement 44 gesteuert, das seinerseits wiederum durch das PS-Rechenelement 45 programmiert wird, welches Eingangsdaten aus dem Speicher 3 und von einem FS-Programmelement 46 empfängt. Das Programmelement 46 empfängt Eingangsinformationen von der Identifizierungseinrichtung für die Halterungen 4?» die die Identifizierungsdaten auf dem Kennzeichen 7 li^est und sie auf das Programmelement 46 liefert, um eines der Programme auszuwählen, die im Programmelement gespeichert sein können. Die Identifizierungseinrichtung 47 liefert außerdem dieselben Identifizierungsdaten auf den Speicher 3 und fordert ihn auf, die die Werkstücke definierenden Daten auszulesen, welche von der Meßstation 1 für die spezielle Halterung und das Werkstück gespeichert wurden. Diese Daten werden auf das Rechenelement 45 geliefert, welches das vom Programmelement gelieferte Programm modifiziert und das Steuerelement 44 entsprechend dem modifizierten Programm so verändert, daß die geforderte Kontur des Werkstückes 6 erzeugt wird.

Für die Herstellungsstation besteht somit die Möglichkeit, die Werkzeugmaschine 26 mit einem numerisch gesteuerten Programm so zu betätigen, daß der jeweils geforderte Fertigungsschritt ausgeführt wird. Das in der Fertigungsstation 2 gespeicherte Programm kann für eine Standardlage des Werkstückes 6 auf der Halterung geschrieben sein. Wenn die Halterung 5 die Fertigungsstation erreicht, braucht sich das Werkstück 6 nicht in der Standardlage zu befinden, sondern kann in der Lage liegen, die an der Meßstation 1 gemessen wurde. Das Programm für die Fertigungsstation 2 wird entsprechend der Differenz zwischen der Standardlage des Werkstückes und der tatsächlichen Lage so korrigiert, daß die von der Werkzeugmaschine 26 tatsächlich ausgeführten

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Fertigungsschritte genau innerhalb des gewünschten Genauigkeitsgrades liegen. Die Fertigungsstation kann natürlich mehrere Operationen an jedem Werkstück ausführen, indem sie eine entsprechende Vielzahl von gespeicherten Programmen verfolgt.

Während das Gerät theoretisch jede bestimmte Größe von Querbewegung oder Drehung um eine Achse zwischen der Standardlage des Werkstückes 6 und seiner tatsächlichen Lage kompensieren kann, ist es natürlich unpraktisch und zeitvergeudend für die Maschine, grobe Lagefehler oder Ausrichtungsfehler des Werkstückes 6 kompensieren zu lassen. Es ist daher erwünscht, das Werkstück 6 auf der Halterung 5 in eine Lage zu setzen, die z.B. innerhalb von 6 mm der Standardlage entspricht. Das Werkstück 6 kann vom Bedienungspersonal leicht innerhalb dieser Grenzen auf die Halterung 5 gesetzt werden. Die vom Bedienungspersonal einzuhaltende geforderten Genauigkeitsgrenzen brauchen nur zwischen 3 - 6 mm zu liegen, wogegen die erwünschten Fertigungstoleranzen an der Fertigungsstation in der Größenordnung von 1/1000 inch liegen.

Fig. 2 zeigt eine typische in 5 Achsen arbeitende Fräsmaschine, die an der in Fig. 1 gezeigten Station verwendet werden kann sowie die Beziehung der Koordinatenachsen X", Y", Z" zur Struktur dieser Maschine.

Die Achse Y" verläuft darstellungsgemäß vertikal und somit parallel zur Bewegungsrichtung des Schlittens 52, der vom Y"-Antrieb 43 der Fig. 1 gesteuert wird.

Der Tisch 27, auf welchem die Halterung 5 zu befestigen ist, ist auf einem komplexen, nicht im einzelnen gezeigten Mechanismus gelagert, der seinerseits wiederum auf zwei Achsstrummeln ruht (vergl. mehrfache Verwendung der Nr. 53 in Fig. 1 FS und Fig. 2), so daß er um die Schwenkachse 39 gedreht werden kann. Die Achsstummel 53 werden um die Achse 39 über einen Hebelarm 50 von einem Flüssigkeitsdruckzylinder 40 gedreht.

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Die Achsen X" und Z" verlaufen horizontal und rechtwinklig zueinander und zur Achse Y". Wenn der Schwenkwinkel gemäß der dargestellten Lage Null ist, läuft die Achse Z" durch die Mitte des Tisches 27s der um die Achse 54 drehbar ist, welche beim Schwenkwinkel Null senkrecht steht. Somit liegen in dem gezeigten Koordinatensystem die Achsen X", Y" und Z" fest. Die Schwenkachse 39 kann in der Richtung Z" verschoben sein, d.h. rechtwinklig zur Y-Achse. Die Drehachse 54 kann ihre Lage bezüglich der festliegenden Achsen ändern, wenn der Tisch 27 durch Betätigung des Druckkolbens 40 um die Achse 39 geschwenkt wird.

Bei einer in 5 Achsenrichtungen arbeitenden Maschine sind die 5 Achsen die Koordinatenachsen X", Y", Z", die Schwenkachse und die Rotationsachse 54.

Bei der in Fig. 5 gezeigten in 5 Achsen arbeitenden Werkzeugmaschine sind die Bewegungen um die Rotationsachse 54 und die Schwenkachse 39 Bewegungen des Werkstückes. Die Bewegungen in Richtung der Achsen X" und Y" sind Bewegungen des Arbeitskopfes der Werkzeugmaschine. Die Bewegung in Richtung der Achse Z" kann entweder eine Bewegung des Werkstückes oder des Arbeitskopfes der Maschine sein. Diese Bewegung in Richtung Achse Z" ist im allgemeinen eine Werkzeug-Zufuhrbewegung.

Die Erfindung kann alternativ auch an andere Anordnungen der 5 Achsen ausgelegt werden, wobei sich in einem Extremfall das Werkstück in Bezug auf alle 5 Achsen bewegt, während der Werkzeugkopf stehenbleibt und im anderen Extremfall der Werkzeugkopf in allen 5 Achsen bewegt wird und das Werkstück stehenbleibt.

Figuren 3-4

Diese Figuren zeigen etwas schematisch einige der mechanischen Strukturen, die mit der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Tasters 12 zusammenhängen. In Fig. 3 sind die Hauptteile der Meßstation 1 gezeigt, zu der eine Basis 60 mit einer an ihrer

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einen Seite nach oben aufragenden Säule 6l gehören. Der Taster 12 ist auf einem Schlitten 62 befestigt, welcher vertikal entlang der Z-Achse auf Führungen läuft, die am Ende eines Armes an der Oberseite der Säule 61 ausgebildet sind. Der Schlitten 62, die Führungen und der Antriebsmechanismus für den Schlitten können herkömmlicher Art sein und sind nicht im einzelnen dargestellt. Der nach unten hervorragende Stab 64 ist an der Unterseite des Schlittens 62 starr befestigt. An der unteren Fläche des unteren Endes des Stabes 64 ist ein Ende einer gemäß der Darstellung in Fig. 4 halbkreisförmig gebogenen Blattfeder 65 angeschweißt. An ihrem unteren Ende trägt diese Blattfeder einen allgemein konisch ausgebildeten Berührungspunkt 66. Auf der Blattfeder 65 ist ein Widerstands-Biegungsmeßelement 67 mit den entsprechenden Anschlußleitungen 68 festgeklebt.

Die Struktur des Punktes 66 und seine Lagerung begrenzen die Winkelbeziehung zur Horizontalen von Flächen, die von diesem Kontaktpunkt verfolgt werden können. In der gezeigten Struktur liegt die maximal nutzbare Winkelbeziehung innerhalb eines Bereiches von etwa 45 zur Horizontalen. Wenn größere Winkelbeziehungen zur Horizontalen erforderlich sind, kann der Kontaktpunkt anders gelagert werden.

Die Halterung 5 liegt auf dem Tisch 10 durch die Führungsstifte 70 (siehe Fig. 3) fest. Der Tisch 10 kann entlang der X-Achse, bei Betrachtung der Fig. 3 heißt das von links nach rechts oder umgekehrt, auf Führungen 71 durch den schematisch mit 11 in Fig. 1 bezeichneten Motor bewegt werden. Die Führungen 71 wiederum sind auf dem Tisch 8 gelagert, der in Richtung der Y-Achse, d.h. rechtwinklig zur Blattebene in Fig. 3> durch einen schematisch in Fig. 1 dargestellten Motor 9 getrieben werden.

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- ι*» - Figuren 5 - 9

Diese Figuren zeigen 3 oder 5 Koordinatensätze, die bei der Ausführung der Erfindung benutzt werden. Die beiden Koordinatensätze X,Y, Z und X", Y", Z" wurden bereits oben beschrieben.

Fig» 5 zeigt den Koordinatensatz U¹,V,W¹, der nachfolgend als Satz der Koordinaten für die tatsächliche Lage bezeichnet wird, in welchem die Koordinaten bezüglich des Werkstückes in seiner tatsächlichen Lage auf der Halterung festgelegt sind. Fig. 6 zeigt die Koordinaten U¹, V, Vi¹ der Fig. 5 und einen weiteren Koordinatensatz U,V, W, in welchem die Koordinaten festgelegt sind bezüglich eines auf der Halterung 5 in der Standardlage befestigten Werkstückes, d.h. in einer Standardlage und mit einer Standardausrichtung-. Somit stehen die Koordinaten U,V, W, in einer festen Beziehung zu den Halterungskoordinaten X, Y, Z.

Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen den Koordinaten X", Y", Z" für die Werkzeugmaschine und den Halterungskoordinaten X, Y, Z, wenn die Halterung auf dem Tisch 27 der Werkzeugmaschine befestigt ist.

Die Fig. 8 und 9 zeigen die Beziehung zwischen den Koordinaten X", Y" und Z" und dem Koordinatensatz X¹, Y¹, Z¹, der bei der Einstellung des Werkstückes auf der Werkzeugmaschine vor der Fertigung benutzt wird.

In Fig. 5 ist das Werkstück als eine vertikal hochstehende Stange mit sechseckigem Querschnitt dargestellt, deren obere Fläche bezüglich der Vertikalachse der Stange abgeschrägt ist. Zwei Kanten dieser abgeschrägten Oberfläche, nämlich die Kanten QR und ST, liefern die Konturendaten für das Werkstück. Die Achse U¹ wird entlang der Kante QR gelegt und die Achse W¹ läuft durch den Schnittpunkt P der Kanten QR und ST und rechtwinklig zu einer Ebene, die durch diese beiden Kanten definiert

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ist. Die Wahl dieser Beziehungen vereinfacht die zugehörige Mathematik, ist jedoch anderweitig ohne Bedeutung.

Wenn sich die Kanten QR und ST nicht schneiden, wie im Falle der Linien Q"R" und S "T" in Fig. 11, läßt man die Achse W« durch die auf diesen beiden Linien senkrecht stehende Linie P-jP? und die Achse U* durch den Punkt P parallel zur Linie Q"R" fallen. Die Achse V wird dann rechtwinklig zu den beiden Achsen U' und W* gewählt.

Aus Fig. 6 ist zu ersehen, daß der Ursprung der Koordinaten U, V und W gegenüber dem Koordinatenursprung von U¹, V und W¹ um eine Strecke u in der Richtung U¹, eine Strecke ν in der Richtung V und eine Strecke w in der Richtung W' verschoben ist. Außerdem ist der Koordinatensatz U, V, W bezüglich seiner Gegenstücke U', V und W¹ verdreht.

Die Koordinaten U, V und W dienen dazu, die Standardlage des Werkstückes zu definieren, wobei das Werkstück so genau wie möglich in dieser Lage auf die Halter ng gesetzt werden soll. Die tatsächliche Lage wird in allen drei Richtungen linear aus der Standardlage verschoben sein und kann außerdem um mindestens eine, evtl. auch alle Achsen bezüglich der Standardlage verdreht sein.

Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß die Halterungskoordinaten X, Y und Z vom Rotationsmittelpunkt der Tischfläche 27 um eine Strecke K in der X-Richtung, eine Strecke K in der

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Y-Richtung und eine Strecke K in der Z-Richtung versetzt sind. Wenn der Schwenkwinkel 0 ist, befindet sich der Tisch 27 in der in Fig. 7 gestrichelt dargestellten Lage und die Schwenkachse 54 liegt dann parallel zur Achse Y". Wenn die Tischfläche in die voll ausgezogen in Fig. 7 dargestellte gekippte Position bewegt wurde, steht die Rotationsachse 54 in einem Schwenkwinkel A bezüglich einer parallel zur Achse Y" verlaufenden Linie.

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Der Schwenkwinkel des Tisches 27 um die Rotationsachse 5¹* ist bei B gezeigt und bezüglich einer willkürlich gewählten O°-Stellung gemessen. Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird angenommen, daß der Rotationswinkel 0 ist, wenn die X-Achse parallel liegt zur Ebene Y¹¹X".

Aus Fig. 9 geht hervor, daß die Achse Z¹ parallel verläuft zur Achse Z" und der Ursprung des Koordinatensystemes aus X', Y¹ und Z' aus der durch Z" und Y" definierten Ebene um eine Strecke E und aus der durch X" und Y" definierten Ebene um eine Strebe E versetzt ist. Fig. 8 zeigt, daß der Ursprung des Koordinatensystemes aus X^f, Y', Z¹ aus der durch X", Z" definierten Ebene um eine Strecke E versetzt ist und daß die Achsen X' und Y^f bezüglich der Achsen X" und Y" um einen Winkel C gedreht sind.

Arbeitsweise der Meßstation

Die Meßstation ermittelt die genaue Stellung in Lage und Ausrichtung eines jeden Werkstückes 6 bezüglich der Halterung 5· Zu diesem Zweck muß jedes Werkstück vor dem Erreichen der Meßstation mit bestimmten Konturendaten versehen werden^ die zur Lokalisierung aller nachfolgenden am Werkstück auszuführenden Maschinenoperationen verwendet werden» Diese Konturendaten beschreiben vorzugsweise zwei gerade nicht parallele Linien. Im Ausführungsbeispiel der Erfindung sind diese beiden geraden Linien die am Werkstück 6 ausgebildeten Kanten QR und ST (Fig.5)· In einem anderen nachfolgend im Zusammenhang mit· Fig. 21 beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung können diese geraden Linien die Schnittlinien von drei oder vier Ebenen sein. In einem solchen Fall brauchen nur Teile der Ebenen am Werkstück ausgebildet zu sein und die geraden Schnittlinien können ima- r ginäre Linien sein, die entweder außerhalb -oder innerhalb des Werkstückes liegen.

Obwohl darstellungsgemäß die geraden Linien QR und ST durch den Schnitt zweier planer Ebenen gebildei; werden, kann eine oder

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auch bei der sich schneidenden Ebenen kurvenförmig ausgebildet sein, solange die Schnittlinie gerade ist. Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Tasterstruktur ist es erwünscht, das das Werkstück beim Eintritt in die Meßstation Konturendaten aufweist, die die folgenden Bedingungen erfüllen;

(1) Eine zu jeder der geraden Linien senkrechte Ebene muß das Werkstück so schneiden, daß die Tangenten an den zur Kante hinlaufenden Werkstückoberflächen einen Winkel von höchstens 135 einschließen;

(2) wenn das Werkstück auf der Halterung befestigt ist, muß mindestens eine der mit jeder der Bezugskanten verbundenen Werkstückoberflächen sichtbar sein, wenn man auf das Werkstück blickt. Jede derartige Oberlfäche sollte vorzugsweise nicht stärker als 45° zur Horizontalen hin geneigt sein.

Während die in Fig. 3 gezeigte Meßstation auf 3 Achsen(X, Y,Z) arbeitet, kann eine Alternativausführung der Meßstation auch die Bewegung um zwei weitere Achsen vorsehen, die vergleichbar sind mit der Rotationsachse 54 und der Schwenkachse 39 der in Fig. gezeigten Werkzeugmaschine.

Laut Programm bewegt die in Fig. 3 gezeigte Meßstation den Taster entlang der Werkstückoberfläche entweder in der X-oder in der Y-Richtung. Andere Ausführungen der Meßstation für komplexere Werkstücke können mit mehreren Tastern arbeiten und sie entweder der Reihe nach oder gleichzeitig in verschiedenen Richtungen bewegen, von denen einige in einem bestimmten Winkel zu den Achsen X und Y verlaufen können.

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Wenn eine Halterung 5 mit einem darauf befestigten Werkstück 6 an einer Stelle auf dem Tisch 5 der Meßstation 1 befestigt ist, wird von dem mit der Zahl 21 in Fig. 1 bezeichneten Gerät ein Startsignal entweder manuell oder automatisch erzeugt. Gleichzeitig wird das die Art des Werkstückes angebende Gerät betätigt und informiert das MS-Programmelement 22 über die spezielle Art des zu messenden Werkstückes. Das Programmelement 22 speichert Informationsdaten für zahlreiche Werkstückarten. Nachdem das Steueniement 17 das Startsignal empfangen hat, fordert es vom Programmelement 22 die entsprechende Dateninformation ab, die gemäß der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Fig. 12-17 an das Steuerelement 17 geliefert wird. Durch diese Dateninformation läuft der Taster 12 der Reihe nach über ¹I Bahnen, die z.B. in Fig. 5 mit 75, 76, 77 und 78 bezeichnet sind. Für jede dieser 4 Bahnen besteht die die Bahn definierende Information aus den folgenden 6 Feldern:

X oder Y: 1 Bit

Vorzeichen: 1 Bit

X Anfang: l8 oder mehr Bits

Y Anfang: l8 oder mehr Bits X Ende: l8 oder mehr Bits

Y Ende: l8 oder mehr Bits.

Da in der folgenden Erklärung der Einfachheit halber angenommen wird, daß jede Bahn nur in der X-Richtung oder in der Y-Richtung verläuft, enthält diese Information einige Redundanz, d.h. die Werte für X Anfang und X Ende oder für Y Anfang und Y Ende sind dieselben.

Die Arbeitsweise des Steuerelementes 17 ist genauer nachfolgend im Zusammenhang mit den Fig. 12-17 beschrieben. Sie wird hier nur kurz aufgezeigt, um einen allgemeinen Überblick über die Arbeitsweise des ganzen Gerätes zu geben.

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Die Bewegung des Tasters entlang einer der *J Bahnen auf einer Oberfläche des Werkstückes wird solange forgesetzt, bis eine Diskontinuität, d.h. eine Kante auf der Oberfläche, abgefühlt wird.Die Querbewegung des Tasters wird dann angehalten und die Daten werden gespeichert, die die Lage des Punktes definieren, an welchem die Kante abgefühlt wurde. Nachdem somit alle Ι Bahnen vom Taster quer durchlaufen wurden, sind H Diskontinuität spunkte QR, S und T in Fig. 5 abgefühlt. Die Koordinatenwerte dieser *J Punkte im Koordinatensystem X, Y und Z sind somit bestimmt und werden auf das Rechenelement 24 gegeben. Diese Positionen werden vorzugsweise mit einer Genauigkeit von +_ 1/1000 inch oder einem noch besseren Wert gemessen.

Das Rechenelement 2H benutzt bekannte algebraische Formeln, um aus den Koordinaten der k in den vom Steuerelement 17 empfangenen Daten gekennzeichneten Punkten einen weiteren Datensatz abzuleiten, der Richtungen und Lagen der Linien QR und ST beschriebt, auf denen die H Punkte liegen.

Die Lagendefinitionsdaten umfassen ^p*e Richtungscosini der Linien AR und ST und die Koordinaten (X , Y und Z ) eines Bezugspunktes. Wenn sich die Konturlinien schneiden, wie es die Linien QR und ST am Punkt P in Fig. 5 tun, dann ist der Bezugspunkt dieser Punkt P. Wenn die Konturlinien sich jedoch nicht schneiden, wie es bei den Linien Q¹¹R" und S¹¹T" in Fig. der Fall ist, dann ist der Bezugspunkt der Mittelpunkt P_Q der auf den beiden Linien Q¹¹R" und S"T^ft senkrecht stehenden Linie P>P„. Wenn dieser Mittelpunkt P benutzt wird, müssen auch die Richtungscosini L , M und N der Linie P-iP? berechnet werden

Genauer gesagt, enthalten die Positions-Definitionsdaten die folgenden Punkte:

ORfGiNAL INSPECTED

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- 20 Tabelle I

L , = Richtungscosinus der Linie QR zur X-Achse M = Richtungscosinus der Linie QR zur Y-Achse

IJ = Richtungscosinus der Linie QR zur Z-Achse qr

L = Richtungscosinus der Linie ST zur X-Achse M , = Richtungscosinus der Linie ST zur Y-Achse N , = Richtungscosinus der Linie ST zur Z-Achse

X = X-Koordinate des Bezugspunktes Y = Y-Koordinate des Bezugspunktes Z = Z-Koordinate des Bezugspunktes

L = Richtungscosinus der Verbindungsstrecke ° zur X-Achse

M = Richtungscosinus der Verbindungsstrecke ⁰ zur Y-Achse

N = Richtungscosinus der Verbindungsstrecke

zur X-Achse

Der Ausdruck "Richtungscosinus" wird im Zusammenhang mit Fig. unter Bezug auf die Linie QR erklärt. Eine Linie Q'R¹ parallel zu QR läuft durch den Ursprung des rechtwinkligen Koordiriatensystemes X, Y, Z. Der Richtungscosinus L ist der Cosinus des

Winkels oO zwischen der Linie Q¹R' und der X-Achse. Der Richtungscosinus M ist der Cosinus des Winkels 9 zwischen der Linie Q¹R' qr f

und der Y-Achse, der Richtungscosinus N ist der Cosinus des Winkels "ίΤ zwischen der Linie Q'R' und der Z-Achse.

Die vom Rechenelement 24 bestimmten Positions-Definitionsdaten werden zusammen mit den eine spezielle Halterung 5 kennzeichnenden Daten im Speicher 3 gespeichert.

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Die Daten zur Kennzeichnung der Halterung werden vom Halterungs-Kennzeichnungsgerät 20 auf den Speicher 3 geliefert.

ARBEITSWEISE DES MEßSTATION-STEUERELEMENTES

(FIG. 12 - 17)

Das Meßstation-Steuerelement 17 (MS-Steuerelement) steuert aufgrund eines vom Programmelement 22 empfangenen Programmes den Taster-Antriebsmotor 13 und die Halterungs-Antriebsmotoren 9 und 11 so» daß der Taster 66 auf bestimmten Bahnen, wie z.B. die Bahnen 75, 76, 77 und 78 in Fig. 5, am Werkstück entlangläuft. Die Operationsfolge im Steuerelement 17 wird durch einen mit der Zahl 8l in Fig. 12B bezeichneten 21-stufigen Ringzähler gesteuert. Die verschiedenen Schaltungen im Steuerelement 17 werden in Verbindung mit dem Durchlauf des Ringzählers 8l durch seine 21 Stufen beschrieben.

Die 21 Stufen des Ringzählers 81 können in 6 verschiedene Programmphasen unterteilt werden, die schematisch in Fig. 17 dargestellt und nachfolgend beschrieben sind.

(1) Eine Programm-Leerlaufphase, bestehend aus dem Schritt 0.

(2) Eine Programm-Einleitungsphase, bestehend aus dem Schritt 1.

(3) Eine Programmphase "Neue Suche beginnen", bestehend aus den Schritten 2-5·

(4) Eine Programmphase "Suchen", bestehend aus den Schritten 6-13.

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(5) Eine Programmphase "Datenübertrag auf Rechenelement", bestehend aus den Schritten l'l - 19

(6) Eine Programmphase "Fehler", bestxhend nur aus dem Schritt 2o.

Der in den Fig. 12, 13, 15A und l6 erscheinende Taktgeber 82 erzeugt eine kontinuierliche Reihe von Impulsen in einer mit der Schrittzeit der Motoren 9, H und 13 konsistenten Geschwindigkeit. Eine typische Taktgeschwindigkeit sind z. B. 200 Impulse pro Sekunde. Der Ringzähler verfügt über 21 Ausgangsleitungen mit den Bezeichnungen Schritt 1, Schritt2 ... Sehritt 20. Zu einem gegebenen Zeitpunkt kann nur eine dieser Ausgangsleitungen eine binäre "1" führen, alle anderen Ausgangsleitungen zeigen eine binäre "0". Der Ringzähler 8l startet, wenn die Ausgangsleitung für den Schritt "0" auf "1" steht und diese Einerstellung wird auf die Ausgangsleitung mit der nächsthöheren Nummer übertragen, sobald ein Schritt-Ringimpuls auf den Zähler 8l über die nach dem ODER-Prinzip geschaltete monostabile Kippschaltung 83 gegeben wird. Der Ringzähler 8l kann außerdem in jeden der mit den Nummern 0, 2, 6,14, 20 bezeichneten Schritte gezwungen werden, in dem Signale auf eine Ring-Taktschaltung 8k (Fig· 12B) gegeben werden, die über eine Setzleitung 85 mit einem Setzeingang des Ringzählers 81 verbunden ist.

Schritt 0

Es wird angenommen, daß derTaster 12 an seinem oberen Anschlag steht, der Z-Pühler 85 für den oberen Anschlag (Fig. 13B) daher auf "1" steht und ein Signal über die Leitungen 86 und auf die in Fig. 12A gezeigte UND-Schaltung 88 überträgt. Der Normal-Endanzeiger 89 (Fig. 12B) wird durch ein Ausgangssignal

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von Ringzähler 81 erregt, welches anzeigt, daß der Ringzähler auf Schritt O steht.

Es wird weiter angenommen, daß eine das Werkstück 6 tragende Halterung 5 die Meßstation erreicht und dort in einer durch die Führungsstifte 7o festgelegten genauen Stellung fixiert wird. Jetzt wird der Stabschalter 21 entweder manuell oder automatisch betätigt und dadurch ein Signal auf einen Eingang einer UND-Schaltung 90 (Fig. 12A) gegehen. Der andere Eingang der UND-Schaltung 90 empfängt zu diesem Zeitpunkt ein Signal von einer Leitung 91» die an den Ausgang für Schritt 0 des Ringzählers angeschlossen ist, so daß die UND-Schaltung 90 ein Ausgangssignal auf der Leitung 92 erzeugt und dadurch die monostabile Kippschaltung 83 so anstößt, daß diese ein Signal auf den Schrittringzähler 8l gibt und diesen auf Schritt 1 weiterschaltet.

Schritt 1

Das Ausgangssignal für Sehritt 1 des Ringzählers 8l wird auf eine in Fig. 14 gezeigte Leitung 93 gegeben, wo es den Eingang "Rückstellung auf 1" eines Querzählers 9¹J, der aus einem ^!-Schritt-Ringzähler besteht, erregt. Der Querzähler 9^ stellt fest, welche der k Bahnen 75, 76, 77 und 78 in einem bestimmten Zyklus des Zählers 81 zu verfolgen ist. Es wird angenommen, daß im betrachteten Zyklus die Bahn 75 zu verfolgen ist. Das Ausgangssignal Schritt 1 wird außerdem über eine in Fig. 12A gezeigte Leitung 100 auf einen Eingang der monostabilen Kippschaltung so gegeben, daß der nächste Taktimpuls den Ringzähler 81 auf Schritt weiterschaltet.

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Schritt 2

Das Ausgangssignal für Schritt 2 wird bei einer Leitung 98 (Fig. 14) zum Setzeingang eines Verriegelungs-Flip-Flops 95 gegeben und dadurch das Flip-Flop auf die Stellung 1 geschaltet, so daß es ein Ausgangssignal auf der Leitung 96 auf einen Eingang einer ODER-Schaltung 97 gibt. In der Stellung 1 stellt das Flip-Flop 95 sicher, daß kein Ausgangssignal auf das Rechenelement 24 gegeben werden kann und verhindert so fehlerhafte Ausgänge während der Anfangsphasen bei der Verfolgung einer Bahn.

Das Ausgangssignal für den Schritt 2 wird außerdem über eine in Fig. I3B gezeigte Leitung 101 auf einen Eingang einer ODER-Schaltung 102 gegeben, deren Ausgang mit einem Eingang einer UND-Schaltung 103 verbunden ist. Zwei weitere Ausgänge der UND-Schaltung 103 sind mit dem Taktgeber 82 bzw..dem Ausgang eines Inverters 104 verbunden. Der Inverter 104 steht jetzt auf binär "0", da er ein Signal vom Z-Fühler 85 empfängt. Somit erzeugt die UND-Schaltung IO3 unter den betrachteten Umständen kein Ausgangssignal. Wenn der Taster nicht an seinem oberen Anschlag steht, überträgt die UND-Schaltung 103 einen Impuls auf der Leitung IO5 mit jedem Taktimpuls. Diese Impulse werden auf ein Z-Positionsregister IO9 (Fig. 15B) übertragen und dort gesammelt. Jeder über die UND-Schaltung IO3 gegebene Taktimpuls führt zu einem Vergleich des Inhaltes des Z-Positionsregisters 109 mit den Daten auf der Z-Positions-Ausleseleitung. Der Vergleicher 116 erzeugt jetzt Signale auf der Leitung 157» die mit dem Z-Treiber 16 verbunden ist und den Taster vertikal bis zum Erreichen des oberen Anschlages anhebt, woraufhin der Z-Fühler 85 (Fig. 13B) ein Signal auf der Leitung 87 angibt. Diese Operation kann im Schritt 2 erforderlich sein, da der Eintritt in diesem Schritt manchmal vom Schritt 19 aus erfolgt, ohne daß -zuerst die Schritte 0 und 1 durchlaufen werden.

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Sobald die UND-Schaltung 88 (Fig. 12) einen Eingangsimpuls sowohl auf der Ausgangsleitung des Ringzählers für den zweiten Schritt als auch auf der Z-Anschlagsleitung 87 empfängt, gibt sie ein Signal auf die monostabile Kippschaltung 83 und schaltet dadurch den Ringzähler 8l auf Schritt 3·

Schritt 3

Das Signa, für den Schritt 3 wird über eine Leitung 106 (Pig. 13A) auf einen Inverter 107 gegeben, der eine Leitung 108 auf das O-Signal schaltet. Die Leitung 108 (siehe Fig. 15B) ist mit einem Eingang einer UND-Schaltung 109 verbunden, deren zweiter Eingang an den Taktgeber 82 angeschlossen ist. Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 109 wird auf den Einschalt-Eingang eines Vergleichers II6 gegeben. Da die Leitung 108 momentan auf "0" steht, wird eine Signalübertragung über den Vergleicher 116 auf den Z-Antrieb 16 verhindert. Demzufolge bewegt sich der Z-Antriebsmotor 13 des Tasters 12 während des Schrittes 3 nicht.

Das Ausgangssignal des Schrittes 3 wird außerdem über eine Leitung 117 (Fig· 16) auf das MS-Programmelement 22 gegeben. Daraufhin lädt das Programmelement Instruktionen in das Steuerelement 17 entsprechend der laufenden Stellung des Querzählers 94 (Fig. 14), dessen Ausgangsleitung II8 mit dem Programmelement 22 verbunden ist. Das Programmelement reagiert dadurch, daß es eine Folge von Datenfeldern über die Leitungen 121-126 (Fig. 16) zusammen mit einer Folge von Einschaltsignalen auf die Dateneingangsleitung 127 (Fig. 16) gibt.

Das Signal auf der Leitung 121 (Fig. l6 und 13A) setzt zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein X-Register oder Y-Register 130 so, daß ein Signal entweder auf der X-Ausgangsleitung 131 oder einer Y-Ausgangsleitungl32 (Fig. 15A) erscheint.

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Die Daten auf der Leitung 122 setzen zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein Vorzeichen-Register 133 so, daß wahlweise ein Ausgangssignal entweder auf der Plus-Ausgangsleitung 134 oder auf der Minus-Ausgangsleitung 135 erscheint.

Das Signal auf der Leitung 123 (Fig. 16 und 15A) setzt zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein X-Positionsregister 136.

Die Daten auf der Leitung 124 (Fig. 16 und 15B) setzen zusammen mit einem Signal auf der Leitung 127 ein Y-Positionsregister 137.

Die Daten auf der Leitung 25 (Fig. 16 und 15A) setzen zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Leitung 127 ein X-Positionsregister 138.

Die Daten auf der Leitung 126 (Fig. 16 und }5B) setzen zusammen mit einem Einschaltsignal auf der Datenleitung 127 ein Y-Endpositionsregister 140.

Wenn das Programmelement 22 die letzten Daten auf die Leitungen 121 - 126 gegeben hat, ändert es den Signalpegel auf der Ausgahgsleitung l4l (Fig. 16 und 12A) und sendet ein Signal auf die UND-Schaltung 142, deren andere Eingangsleitung von der Ausgangsleitung für den dritten Schritt des Ringzählers 8l gespeist wird. Die UND-Schaltung 142 erzeugt ein Ausgangssignal, mit dem der Ringzähler auf Schritt 4 geschaltet wird.

Schritt 4

Wenn das Signal für Schritt 3 aufhört, schaltet der Inverter

107 (Fig. I3A) auf 1 und gibt dadurch ein Signal auf der Leitung

108 an die UND-Schaltung 109, so daß jetzt Signalimpulse vom Taktgeber 82 den Vergleicher 116 erreichen können.

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Da keine weiteren Daten in das Z-Positionsregister 109 eingegeben wurden, hält der Z-Antrieb 16 den Motor 13 fest, so daß der Taster 12 in der äußersten obersten Grenzposition stehenbleibt.

Das Ausgangssignal für den Schritt 4 vom Ringzähler 81 wird über eine Leitung 139 auf einen Eingang einer UND-Schaltung 1*19 gegeben, deren zweiter Eingang Signale vom Taktgeber 82 empfängt. Die Ausgangssignale von der UND-Schaltung 1*19 werden auf Eingänge von zwei ODER-Schaltungen 158 und 159 übertragen, deren entsprechende Ausgangssignale als Einschaltsignale für die Vergleicher 112 und 11*1 verwendet werden. Signale von den Ausgängen dieser Vergleicher laufen jetzt auf den X-Antrieb 15 bzw. den Y-Antrieb 1*1. Demzufolge wird der Taster jetzt horizontal in die Lage bewegt, die durch das X-Positions-Register und das Y-Positionsregister 137 angegeben ist.

Während die Bewegung in der X-Richtung fortgesetzt wird, folgt der X-Positionsfühler 1*J2 dieser Bewegung und liest die X-Position des Tasters auf die Leitung 1*13 und den Vergleicher 112 aus, wo diese X-Position-mit der gewünschten ersten X-Positdon verglichen wird, die in das Register 136 gesetzt wurde. Wenn der Taster 12 die durch das X-Positionsregister I36 bestimmte Position erreicht hat, wirkt der Vergleicher 12 als Torschaltung und stoppt die Impulszufuhr vom Taktgeber 82 über die UND-Schaltung 1*19 auf den X-Antrieb 15-

In ähnlicher Weise liest der Y-Positionsfühler l*i*J die Y-Position des Tasters 12 auf die Leitung 1*J5 aus. Wenn die Position gleich der Einstellung des Y-Positionsregisters 137 (Fig· 15B) ist, hört die Impulszufuhr zum Y-Antrieb Ik auf. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Taster 12 in der gewünschten X-Position und Y-Position und die Vergleicher 112 und 114 übertragen entsprechende Signale auf die Leitungen i*l6 bzw. 147, welche zur UND-Schaltung 1*J8 führen (Fig. 12A), die mit einem dritten Eingang an die Ausgangsleitung für den Schritt *J des Ringzählers 8l angeschlossen ist.

j 0 9 8 1 0 / 1 3 3 I* Docket YO 9-67-IO8

Die UND-Schaltung lA8 sendet dadurch einen Impuls über die monostabile Kippschaltung 83 auf den Ringzähler 81, so daß dieser zum Schritt 5 weitergeschaltet wird.

Schritt 5

Das Ausgangssignal für den ,Schritt 5 läuft über die Leitung 150 (Fig. 13B) auf eine ODER-Schaltung 151 und von dort auf einen Eingang einer UND-Schaltung 152. Das zweite Eingangs-

k signal der UND-Schaltung 152 kommt vom Taktgeber 82, und ein drittes Eingangssignal spricht auf die untere Z-Anschlagsteuerung I53 an, deren Aus gangs sign al über eine Leitung 15¹J mit einem Inverter 155 verbunden ist, dessen Ausgangssignal auf den dritten Eingang der UND-Schaltung 152 gegeben wird. Da der Taster zu diesem Zeitpunkt nicht am unteren Z-Anschlag steht, gibt die Steuerung 153 kein Ausgangssignalab, der Inverter 155 erzeugt ein Ausgangssignal und während jedes Taktimpulses empfangen also alle drei Eingänge der UND-Schaltung 152 Eingangssignale. Die UND-Schaltung 152 erzeugt daher einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 156 (Fig. 15B), der den Inhalt der Z-Position-Register herunterschaltet. Das Register 109 ist über eine Ausgangs-Leitung mit dem Vergleicher II6 verbunden. Die Impulse auf der

ψ Leitung I56 ändern die Einstellung des Z-Positions-Registers 109 und bringen dadurch den Ver^leicher II6 aus dem Gleichgewicht, so daß Taktimpulse von der Leitung 111 auf der Leitung 157 erscheinen können, die zum Z-Antrieb l6 führt, so daß der Taster abwärts bewegt wird. Die Abwärtsbewegung des Tasters wird fortgesetzt, bis der Taster entweder seinen unteren Anschlag oder eine Oberfläche des Werkstückes 6 erreicht.

Im Normalbetrieb wird die Abwärtsbewegung des Tasters durch einen Kontakt zwischen dem Tasterpunkt 66 (Fig. 3) und dem Werkstück 6 • gestoppt, wodurch die Feder 65 durchgebogen wird und eine

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Spannung im Spannungsmesser 67 erzeugt, wodurch die Spannungsmesserbrücke l60 (Fig. 12A) aus dem Gleichgewicht gebracht wird, so daß sie ihren Anschlagfühler 161 zur Erzeugung eines Signales auf der Leitung 162 veranlaßt, welche auf einen Eingang der UND-Schaltung 163 führt, deren zweiter Eingang ein Signal von der Ausgangsleitung für den fünften Schritt des Ringzählers 8l empfängt. Die UND-Schaltung I63 liefert dadurch einen Impuls auf die monostabile Kippschaltung 83, die ihrerseits wieder den Ringzähler 8l auf Schritt 6 weiterschaltet.

Wenn der Taster seinen unteren Anschlag erreicht, schließt die untere Z-Anschlagsteuerung 153 (Pig. 13B) über den Inverter 155 das Tor an der UND-Schaltung 152 und stoppt den Impulsstrom zur Leitung 156.

Die Steuerung 153 erzeugt ebenfalls ein Ausgangssignal auf den Leitungen 15¹» und 164 (siehe Fig. 13B und 12B) und liefert dadurch ein Eingangssignal auf einen Eingang einer UND-Schaltung 65j deren anderer Eingang mit der Ausgangsleitung des fünften Schrittes des Ringzählers 81 verbunden ist. Die UND-Schaltung I65 liefert daraufhin ein Signal auf dieking-Zeitgeberschaltung Sk und schaltet den Ringzähler 81 direkt auf Schritt 20, wodurch angezeigt wird, daß im Betrieb des Gerätes ein Fehler aufgetreten ist.

Das Werkstück sollte bezüglich des Tasters 12 so eingestellt werden, daß der Taster auf das Werkstück trifft, bevor dieser seinen unteren Anschlag erreicht. Wenn der Taster den unteren Anschlag erreicht, ohne auf das Werkstück getroffen zu sein, zeigt er an, daß die Lage des Werkstückes verändert werden muß. In diesem Fall läßt das Ausgangssignal für Schritt 20 vom Ringzähler 8l die Fehleranzeige I66 aufleuchten.

r , «. η an «„Q 009810/1334

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- 3ο Schritt 6

Das Signal für Schritt 6 vom Ringzähler 8l wird auf die in
Fig. 13 angezeigte Leitung l60 gegeben, die an einen Eingang "auf Null setzen" eines Z-Zahlregisters 161 angeschlossen ist, welches z.B. ein 5-stelliges Register sein kann, wenn angenommen wird, daß die höchste Zahl für Z 16 sein kann.

Das Signal für Schritt 6 wird außerdem auf eine in Fig. lh
gezeigte Leitung l6l gegeben, über welche es auf einen Eingang der beiden UND-Schaltungen 162 und I63 übertragen wird.
Jede dieser beiden UND-Schaltungen ist mit ihrem zweiten Eingang an einen der beiden Ausgänge eines Gerade-Ungerade-Flip-Flops 164 angeschlossen. Wenn das Flip-Flop 16¹J ein Signal
auf seiner Gerade-Ausgangsleitung erzeugt, sendet die UND-Schaltung 163 ein Rückstellsignal auf einen in zwei Richtungen den geradzahligen Rest zählenden Zähler I65 und stellt diesen auf O zurück. Wenn das Flip-Flop 164 ein ungerades Ausgangssignal hat, sendet die UND-Schaltung 162 ein Rückstellsignal auf einen in zwei Richtungen den ungeraden Rest zählenden Zähler I66 und stellt diesen auf O zurück.

Der Z-Zähler I6I (Fig. 13A), der Zähler 165 und der Zähler fühlen auf nachfolgend beschriebene Art Änderungen in der
Schräge der vom Taster 12 Überstrichenen Werkstückfläche ab. Im Schritt 6 werden der Z-Zähler Ιοί und nur einer der beiden Restssähler I65 oder I66 auf O zurückgestellt. Einzelheiten siehe weiter unten. Die Vorderkante des nächsten Taktimpulses schaltet den Ringzähler 8l auf Schritt 7-

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1343558

Schritt 7

Das Ausgangssignal für Schritt 7 vom Ringzähler 81 wird über eine in Fig. 14 gezeigte Leitung I67 gegeben, die mit dem Eingang des Flip-Flop I6U verbunden ist und dieses Flip-Flop in die entgegengesetzte Stellung schaltet. Die Vorderkante des nächsten Taktimpulses schaltet den Ringzähler 8l auf Schritt 8 weiter.

Schritt 8

Das Ausgangssignal für Schritt 8 vom Ringzähler 8l läuft über eine Leitung 168 (Fig. 13B) und eine ODER-Schaltung 102 und schaltet die UND-Schaltung IO3 ein. Taktimpulse vom Taktgeber laufen dann durch die UND-Schaltung 103 und erscheinen auf der Leitung 105. Dieselben Impulse werden über eine Leitung 170 auf den Aufwärtsschritt-Eingang des Z-Zählers I6I gegeben. Wenn der Z-Zähler die Zahl 16 erreicht hat, erscheint ein Signal auf seiner Ausgangsleitung 171, die in Fig. 12A als eine der Eingangsleitungen einer UND-Schaltung 172 dargestellt ist. Der andere Eingang der UND-Schaltung 172 empfängt ebenfalls die Ausgangssignale für Schritt 8 vom Ringzähler 8l, so daß das Signal auf der Leitung 171 die UND-Schaltung 172 einschaltet und die monostabile Kippschaltung 83 so anstößt, daß der Ringzähler 81 der Taster 12 um eine kurze Strecke angehoben und dadurch wird sichergestellt, daß ein ausreichender Abstand zwischen dem Taster 12 und dem Werkstück 6 besteht.

U 0 9 8 1 0 / 1 3 3 k Docket YO 9-67-IO8

- 32 Schritt 9

Das Aussgangssignal vom Ringzähler für Schritt 9 wird über eine Leitung 173 (Fig. 13A) auf eine monostabile Kippschaltung 174 gegeben, deren Ausgangsimpuls länger als ein Taktimpuls, jedoch nicht solange wie zwei Taktimpulse, bestehen bleibt. Das Ausgangssignal dieser monostabilen Kippschaltung 174 wird über eine Leitung 175 auf den Eingang "Setzen auf 31" des Z-Zählers Ιοί gegeben und setzt diesen auf die Registrieung seiner Höchstkapazität, nämlich der Zahl 31· Der Schrittimpuls von der monostabilen Kippschaltung 174 wird außerdem auf die Eingänge der UND-Schaltungen I76, 177, 178 und 179 gegeben. Eine dieser 4 UND-Schaltungen wird eingeschaltet abhängig von den Stellungen der X-Register oder Y-Register und des Vorzeichen-Registers 133, so daß der Schrittimpuls auf einer der Leitungen I80, I8I, l82 oder I83 erscheint, die zu den Positions-Registern I36 (Fig. 15A) und 137 (Fig. 15B) führen. Somit wird entweder das X-Positonsregister I36 oder das Y-Positionsregister 137 um eine Zahl weitergeschaltet.

Das Ausgangssignal für Schritt 9 vom Zähler 81 wird auch über eine Leitung I89 (Fig. 15A) auf die Eingänge der beiden UND-Schaltungen 110 und 198 gegeben. Ein zweiter Eingang der UND-Schaltung 110 ist mit dem Taktgeber 82 und,ein dritter Eingang mit der X-Leitung 131 verbunden. Ein zweiter Eingang der UND-Schaltung 198 ist mit dem Taktgeber 182 und ein dritter Eingang mit der Y-Leitung 132 verbunden. Abhängig von der Stellung der X- oder Y-Register 130 wird eine dieser beiden UND-Schaltungen 110 und 198 eingeschaltet.

Das Ausgangssignal der UND-Schaltung 110 läuft über die ODER-Schaltung 158 auf den Eingang des Vergleichers 112. Der Ausgang der UND-Schaltung I98 läuft über die ODER-Schaltung

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- 33 auf den Eingang des Vergleichers Uli.

Der Taktimpuls läuft somit über eine der beiden UND-Schaltungen 110 und 198 und ihre zugehörigen ODER-Schaltungen 158 und 159 und von dort auf den Eingang einer der beiden Vergleicher 112 oder 114. Der jeweilige Vergleicher wird eingeschaltet und somit wird entweder X-Antrieb 15 oder der Y-Antrieb lH um eine Einheit weitergeschaltet, so daß sich der Taster 12 horizontal um eine Einheit in der X- oder in der Y-Richtung bewegt. Diese Schrittbewegung erfolgt nach dem Durchlauf der Hinterkante des Schrittimpulssignales.

Wenn der nächste Taktimpuls erscheint, führt die Leitung I85 (Pig. 12A) noch den Schrittimpuls. Demzufolge wird die UND-Schaltung 186 in Fig. 12A eingeschaltet und schaltet über die monostabile Kippschaltung 83 den Ringzähler 81 auf Schritt 10 weiter.

Schritt 10

Das Ausgangssignal für Schritt 10 vom Ringzähler 8l läuft über eine in Fig. 13B gezeigte Leitung I87 und von dort durch eine ODER-Schaltung 15I auf eine UND-Schaltung 152, welche eingeschaltet ist und dadurch Taktimpulse über die Leitung 156 auf das Z-Positionsregister 109 (Fig. 15B) und über die Leitung (Fig. 13B und 13A) auf einen Eingang der ODER-Schaltung 190 und von dort auf den Abwärtsschritt-Eingang des Z-Zählers I6I überträgt. Die Impulse auf der Leitung 156 schalten den Inhalt des Z-Positionsregisters 109 zurück, dessen Ausgangssignale auf den Vergleicher il6 gegeben werden. Impulse auf der Leitung laufen jetzt zum Z-Treiber 16, so daß der Taster 12 sich abwärts bewegt. Wenn der Prüfpunkt 66 die Oberfläche des Werkstückes berührt, wird der Begrenzungsfühler I6I durch die Spannungsmeßbrücke I60 auf 1 umgeschaltet und liefert dadurch ein Signal über die Leitung 191 auf einen Eingang der UND-Schaltung 192, so daß diese eingeschaltet wird und den Ring-

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zähler 8l auf Schritt 11 weiterschaltet

Schritt 11

Das Ausgangssignal für Schritt 11 vom Ringzähler 81 wird über die Leitung 193 (Pig. 13A) auf die UND-Schaltung 19¹I gegeben, wo es Taktsignale vom Taktgeber 82 durch die ODER-Schaltung 190 und auf den Abwärtsschritt-Eingang des Z-Zählers 161 laufen läßt. Dieselben Signale laufen von der UND-Schaltung 19¹* über die Leitung 195 (siehe Fig. 14) auf je einen Eingang der beiden UND-Schaltungen I96 und 197. Der andere Eingang dieser beiden UND-Schaltungen ist mit einem der Ausgänge des Flip-Flop-164 verbunden. Signale vom Ausgang der UND-Schaltung 196 laufen auf den Aufwärtsschritt-Eingang des ungeraden Restzählers 166 und auf den Abwärtsschritt-Eingang des geraden Restzählers I65. Ausgangssignale von der UND-Schaltung 197 laufen auf den Aufwärtsschritt-Eingang des geraden Restzählers und den Abwärtsschritt-Eingang des ungeraden Restzählers 166. Infolgedessen hat einer der beiden Restzähler 196 und 197 die im Z-Zähler !öl bleibende Zahl auf sich übertragen.

Wenn die im Z-Zähler I6I registrierte Zahl auf O kommt, erzeugt der Zähler einen Ausgangsimpuls auf der Leitung 200, die diesen Impuls auf einen der Eingänge einer UND-Schaltung 201 (Fig. 12A) Übertärgt. Die UND-Schaltung 201 wird eingeschaltet und schaltet über die monostabile Kippschaltung 83 den Ringzähler 81 auf Schritt 12 weiter.

Schritt 12

Der in Fig. 1-4 gezeigte Rest decodierer 202 decodiert die Zahl, die im ungeraden Restregister I66 steht, und erzeugt ein Signal auf seiner Ausgangsleitung 203» wenn diese Zahl von O, 1 oder verschieden ist. Wenn der Zähler I66 die Zahlen O, 1 oder 31 enthält, erzeugt der Restdecodierer 202 ein Signal auf einer Aus-

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- 35 gangsleitung 204.

Der Restdecodierer 205 übernimmt eine ähnliche Funktion für den geraden Restzähler 165 und erzeugt Ausgangssignale auf seinen Ausgangsleitungen 206 oder 207. Die Leitungen 203, ^% 204, 206 und 207 führen ihre Signale auf je einen Eingang entsprechend der UND-Schaltungen 210, 211, 212 und 213· Das Ausganssignal für Schritt 12 vom Ringzähler 8l wird auf eine Leitung 21¹J (Fig. 14) und von dort auf einen Eingang jeder der 4 UND-Schaltungen 210 - 213 gegeben.

Die Ausgangsleitung 215 des Verriegelungs-Flip-Flops 95 ist mit je einem Eingang der beiden UND-Schaltungen 210 und 212 verbunden.Die gerade Ausgangs leitung 216 des Flip-Flops 164 ist mit je einem Eingang der beiden UND-Schaltungen 212 und 213 verbunden. Die ungerade Ausgangsleitung 217 des Flip-Flops 164 ist mit je einem Eingang der beiden UND-Schaltungen 210 und 211 verbunden.

Wenn das Verriegelungs-Flip-Flop 95 auf 0 steht (z.B. wenn vor dem Schritt 6 der Schritt 13 erfolgt , wenn es sich nicht um den Anfangszyklus der Suchphase handelt), und das Flip-Flop 164 auf "Gerade" steht, wird das Ausgangssignal des Restdecodierers 205 durch die UND- Schaltungen 212 oder 213 und die ODER-Schaltungen 220 oder 221 entweder auf die Reäb-Ausgangs leitung 222 oder die Ausgangsleitung "kein Rest" 223 geleitet.

Ein auf der Rest-Ausgangsleitung 222 erscheinendes Signal zeigt an, daß auf der Werkstückoberfläche eine Diskontinuität festgestellt wurde, und dann wird die UND-Schaltung 224 (12B) eingeschaltet, um ein Signal auf die Ring-Zeitgeberschaltung 84 zu liefern, das den Ringzähler 81 auf Schritt 14 schaltet.

Wenn das Verriegelungs-Flip-Flop 95 auf "1" steht,(der Zyklus also den Anfang einer neuen Suche nach Durchlauf des Schrittes

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184Ϊ558

, 36 -

darstellt), dann wird auf der Leitung 96 ein Signal erzeugt und über die OPER-*Schaltung 97 auf die Ausga.ngsleitu.ng "kein Rest" 233 geleitet.

Wenn die erwähnte Ausgangsleitung 223 ein Signal führt, wird die UND-Schaltung 225 (Fig, 12A) eingeleitet und liefert einen Impuls auf die monostabile Kippschaltung 83, die den Ringzähler 81 auf Schritt 13 weiterschaltet.

Schritt 13

Pas Ausgangssignal für Schritt 13 "Vom Ringzähler 81 wird Über eine Leitung 26 (Fig. 14) auf den Rückstell-Eingang des Verriegelungs-Flip'-Flops 95 gegeben und setzt dieses auf 0 zurück, wodurch auf der Leitung 215 ein Signal erzeugt und von dort auf je einen der Eingänge der beiden UND-Schaltungen 210 und 212 gegeben wird. Dadurch werden die Tore und die betreffenden UND-Schaltungen so geöffnet, daß beim nächsten Zyklus der Sehritte 6-12 ein Signal auf die Rest-Ausgangsleitung 222 gegeben werden kann.

Das Ausgangssignal für Schritt 13 wird außerdem über eine mg. 15B gezeigte Leitung 227 auf eine Torschaltung 228 zum Steuern des Datenflusses von einem Z-Positionsfühlers 230 auf einen Z-Puffer 231 gegeben.

Das Ausgangssignal fürSchritt 13 läuft außerdem von der Leitung 227 (Fig. 15B) auf einen Eingang einer UND-Schaltung 280, von deren zwei weiteren Eingängen einer über eine Leitung 281 mit dem Taktgeber 82 und der andere über eine Leitung 282 mit der Y-Ausgangsleitung 132 des X/Y-Regißters 130 verbunden ist. Das Ausgangssignal für Schritt 13 wird außerdem über eine Leitung (Pig. 15A) auf einen Eingang einer UND-Schaltung 274 gegeben.

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Docket YO 9-67-lQB

deren zweiter Eingang mit dem Taktgeber 82 und deren dritter Eingang mit der X-Ausgangsleitung 131 des X/Y-Registers 130 verbunden ist. Somit wird im Schritt 13 eine der beiden UND-Schaltungen 280 oder 274 abhängig von der Stellung des X/Y-Registers 130 eingeschaltet.

Der Ausgang der aUND-Schaltung 28O gibt Taktimpulse auf den Vergleicher 115» welcher Ausgangsimpulse entweder auf eine Gleich-Ausgangsleitung 233 gibt und damit anzeigt, daß der Grenzwert in der Y-Richtung erreicht wurde, oder auf eine Ungleich-Ausgangsleitung 275 und damit anzeigt, daß der Grenzwert in der Y-Richtung noch nicht erreicht wurde. In ähnlicher Weise gibt die UND-Schaltung 27^ im eingeschalteten Zustand Impulse über den Vergleicher 113 und von dort entweder auf seine Gleich-Ausgangsleitung 232 und zeigt dadurch an ,daß im X-Positionsregister I36 ein Grenzwert erreicht wurde, der gleich der Einstellung des X-Endpositionsregisters I38 ist, oder auf eine Ungleich-Ausgangsleitung 276 und dadurch anzeigt, daß das X-Positionsregister I36 noch nicht den X-Grenzwert erreicht hat, welcher in das Endpositionsregister 138 gesetzt wurde.

Wenn ein Ausgangssignal auf einer der beiden Leitungen 275 oder 276 erscheint, läuft es über eine in Fig. 14 gezeigte ODER-Schaltung 277 auf eine Ausgangsleitung 236, welche auf eine UND-Schaltung 237 (Pig. 12B) führt, wo dieses Signal zusammen mit dem Ausgangssignal vom Schritt 13 den Ringzähler 8l auf Schritt zurückschaltet und einen neuen Zyklus mit den Schritter 6-13 anlaufen läßt.

Wenn die Bewegung in der gewünschten X- oder Y-Richtung noch nicht ihre Endposition erreicht hat und keine DiskontinuMt auf der Werkstückoberfläche festgestellt wurde, ist also eine weitere Bewegung in der gewählten Richtung erforderlich, die man durch Zurückstellen des Ringzählers auf Schritt 6 erhält.

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Wenn andererseits ein Ausgangssignal auf einer der beiden X- oder Y-Grenzwertleitungen 232 oder 233 erscheint, läuft ^i!J" es über eine ODER-Schaltung 23¹I (Fig. 14) auf eine Leitung 238, die an eine in Fig. 12B gezeigte UMD-Schaltung 240 angeschlossen ist, deren zweiter Eingang das Ausgangssignal für Schritt 13 vom Ringzähler 8l empfängt und den Ringzähler auf die Fehlerstufe 20 zurückschaltet. Ein Ausgangssignal auf einer der beiden Leitungen 232 oder 233 zeigt an, daß der Taster 12 eine Spur fertig verfolgt hat, ohne eine Diskontinuität auf der Oberfläche festzustellen. Infolgedessen wird ein grober Fehler bei der Einstellung des Werkstückes 6 angezeigt, d.h. ein Fehler, der die vorgewählten Grenzwerte überschreitet und die Aufmerksamkeit des Bedienungspersonals erfordert.

ZUSAMMENFASSUNG DES KANTEH-SUCHZYKLUS IN DEM SCHRITTEN 6-13

Am Anfang von Schritt 6 berührt der Taster 12 die Werkstückoberfläche. Während der Schritte 6-11 wird der Taster um eine vorbestimmte Strecke angehoben, die gleich der Hälfte der Kapazität des Z-Zählers Ιοί ist, seitlich um einen Schritt in der X-Richtung oder in der Y-Richtung bewegt und dann wieder abgesenkt, bis er das Werkstück wieder berührt. Während der Schritte 12 - 13 (falls ausgefihrt) bleibt er mit dem Werkstück in Berührung ...-".

Während eines,, normalen Durchlaufes der Prüf bahn., wie z.B. der Bahn 75, durchläuft das Steuerelement 17 in mehreren Zyklen die Schritte 6 - I3 und kehrt nach jedem Schritt 13 zum Schritt 6 zurück, bis der Taster eine Diskontinuität antrifft. Dann geht das Steuerelement 17 direkt vom Schritt 12 auf Schritt lH über. Wenn keine Diskontinuität auΓ der ganzen. Bahn auftritt, geht das Steuerelement vom Schritt,13 des letzten Zyklus zum Fehlerschritt 20 über.

0098 10/ 1334 " ^: Docket YO 9-67-106

Während aufeinanderfolgender Zyklen der Schritte 6 - 13 stellen der Z-Zähler l6l und die beiden Restzähler l65 und 166 zusammen Diskontinuitäten in der Schrägung der Werkstück" oberfläche fest. Bei dem Schritt 6 eines jeden Zyklus wird der eine oder der andere der beiden Restzähler auf 0 gesetzt. Im Schritt 7 wird das Gerade/~Ungerade^Register l6k komplementiert. Im Schritt 8 wird der Taster um eine vorgegebene Anzahl von Schritten angehoben, die durch einen Zähler I66 gezählt werden, und dann bei Schritt 9 um einen Sehritt horizontal bewegt.-. Im Sehritt IQ wird der Taster zum Werkstück zurückbewegt, bis er wieder auf die Oberfläche trifft. Im Schritt 11 wird der im Z-Zähler verbleibende Rest jedoch im entgegengesetzten Sinne auf beide Restzähler 165 und I66 gegeben. Wenn der Zähler 165 bei Schritt 6 auf 0 gesetzt wurde, wird seine Zahl im Schritt 11 weitergeschaltet und die Zahl des Zählers I66 wird zurückgeschaltet.

Während des ersten Zyklus der Schritte 6 - 13 einer gegebenen Bewegung des Tasters erfolgt keine Prüfung auf Diskontinuität, da der Verriegelung-Flip-Flop auf 1 steht. Bei nachfolgenden Zyklen der Schritte 6-13 während dieser Bewegung des Tasters steht diese Verriegelung auf 0 und die Diskontinuität wird geprüft.

Wenn z.B. angenommen wird, daß am Ende des ersten Zyklus der Schritte 6-13 der Gleich-Restzähler um den Restbetrag weitergeschaltet wurde, der im Z-Zähler nach der Abwärtsbewegung des Tasters stand (die einzig mögliche andere Annahme ist die Weiterschaltung des Ungerade-RestZählers), dann wird der Ringzähler 8l auf Schritt 6 zurückgeführt, woraufhin der Ungerade-Restzähler auf 0 gesetzt und der Gerade-Restzähler auf der Zahl aus dem vorhergehenden Schritt 11belassen wird.

Beim Schritt 7 wird das Register 164 wieder umgeschaltet, so daß bei dem dann folgenden Schritt 11 der Rest des Z-Zählers auf die beiden Restregister I65 und I66 in entgegengesetztem Sinne wie beim vorhergehenden Zyklus gegeben wird. ^;

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Docket YO 9-67-IO8

In dem zur Illustration gewählten Beispiel schaltet der Z-Zähler jetzt den Restzähler l65 zurück und den Restzähler vor. .

Die im Restzähler 165 am Ende des Schrittes 11 des ersten Kantensuchzyklus -stehende Zahl ist ein Maß der Höhendifferenz zwischen dem ersten Berührungspunkt des Tasters 12 mit der Werkstückoberfläche (bei Schritt 6) und einem zweiten Berührungspunkt (bei Schritt 11). Da die horizontale Bewegung im Schritt 9 über eine feste Strecke erfolgt, stellt jede Anzeige in einem der beiden Restzähler die durchschnittliche Schrägung der Oberfläche zwischen den beiden Berührungspunkten am Ende des horizontalen Bewegungsschrittes dar.

Im folgenden Kantensuchzyklus wird die die durchschnittliche Schrägung zwischen dem zweiten und dem dritten Berührungspunkt darstellende Strecke im Zähler I65 von der Strecke subtrahiert, die die durchschnittliche Schrägung zwischen dem ersten und dem zweiten Berührungspunkt darstellt.

Wenn die beiden Schrägen gleich sind, ist die Zahl im Restzähler I65 gleich Null und zeigt an, daß sich die Schrägung zwischen den beiden Intervallen nicht ändert. Wenn sich die Schrägung innerhalb vorgegebener Grenzen (als Beispiel hier mit +_ 1 angegeben) ändert, wird keine Diskontinuität angezeigt.

Wenn der Unterschied zwischen den beiden Schrägungen außerhalb vorgegebener Grenzwerte liegt, wird im letzten geprüften Intervall eine Diskontinuität angezeigt.

Die vertikalen Verschiebungseinheiten in Richtung der Z-Koordinate können anders gewählt werden als die horizontalen Ver- . Schiebungseinheiten in Richtung der X- und Y-Koordinate. Das Verhältnis der beiden Richtungen zueinander hängt von der geforderten Genauigkeit und der erwarteten Steilheit der Schrägung ab.

Docket YO 9-67-108 008810/13.3«

- ill -

Entsprechend können die Restdecodierer 202 und 205 auf jeden gewünschten Bereich eingestellt werden, solange sie innerhalb der Kapazität der Zähler I65 und I66 bleiben.

Die beiden Restzähler werden abwechselnd verwendet, wobei einer den Rest im Z-Zähler nach der letzten Abwärtsbewegung des Tasters zählt, während der andere diesen Rest mit dem Rest vergleicht, der sich bei der vorletzten Abwärtsbewegung des Tasters ergab. Die Bezeichnung "gerade" und "ungerade" sind willkürlich gewählt, um die beiden Zähler voneinander zu unterscheiden und ihre abwechselnde Benutzung zu kennzeichnen. Es muß nicht ein Zähler bei einer bestimmten Abwärtsbewegung des Tasters verwendet werden, sie müssen lediglich abwechselnd eingesetzt werden.

Die Übertragung von Daten in den Z-Puffer 231 bei Schritt 13 stellt sicher, daß die Z-Anzeige der Tasterposition bei der Diskontinuität die Anzeige auf der Annäherungsseite und nicht auf der anderen Seite ist. Die zu verfolgenden Bahnen sind so gewählt, daß die Annäherungsseite weniger steil verläuft und daher eine genauere Z-Anzeige liefert als die steilere Seite.

Schritt 14

Dieser Schritt folgt direkt auf Schritt 12, wenn einer der beiden Restdecodierer 202, 205 bei Schritt 12 anzeigt, daß eine Kante oder Diskontinuität vom Taster 12 berührt wurde.

Das Ausgangssignal für Schritt 14 vom Ringzähler 81 läuft über eine Leitung 24l (Fig. 16) auf einen Rechner 24. Dieses Signal erscheint außerdem auf einer Leitung 242 (Fig. 16) und öffnet dort eine Torschaltung 243 so, daß die Quer-Zählerinformation vom Querzähler 9k über eine Leitung 244, eine Torschaltung und eine ODER-Schaltung 245 auf die zum Rechenelement 24 führende Datenausgangsleitung 246 gelangt. Wenn das Rechenelement

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Docket YO 9-67-IO8

24 diese Information aufgezeichnet hat, gibt es ein Signal auf eine Empfangsleitung 247.

Das Signal auf der Empfangsleitung 247 schaltet ein Empfangs-Flip-Flop 250 ein, welches dann ein Signal über eine Verzögerungsleitung 251 auf einen Eingang einer UIID-Sehaltung 252 gibt. Dieser Vorgang läuft auf der Vorderkante des Empfangssignales vom Rechenelement ab. Wenn das Empfangssignal dann auf 0 zurückkehrt, wird ein Inverter 253 eingeschaltet und über die Verzögerungsleitung 251 erscheint jetzt ein Eingangssignal am anderen Eingang der UND-Schaltung 252, die jetzt ein Signal auf die Empfangsleitung 254 gibt.

Das nächste Taktsignalläuft über eine UND-Schaltung 255, deren zweiter Eingang mit der Empfangsleitung 25¹J verbunden ist, und ein Empfangs-Flip-Flop 250 ausschaltet. Das Empfangssignal auf der Leitung 254 wird außerdem auf eine UMD-Schaltung 255 (Fig. 12A) gegeben, die über die monostable Kippschaltung 83 den Ringzähler 8l auf Schritt 15 weiterschaltet.

Schritt 15

Dieser Schritt unterscheidet sich vom Schritt Ik nur dadurch, daß die auf das Rechenelement 24 gegebenen Daten ?on der X-Positionsanzeigeleitung 143 (Fig. 15A und 16) koeäen, wobei dieser Schritt durch das Ausgangssignal für Schritt 15 auf einer Leitung 256 eingeschaltet wird, welches über eine Torschaltung 248 wirkt. Das Ausgangssignal für Schritt 15 wird außerdem -iuf eine UND-Schaltung 263 gegeben, die den Ringzähler 3l ?:uf Schritt 16 weiterschaltet.

BAD ORiGiNAk

Docket YO 9-67-108 0 0 9 810/ " '4 2 4

1943C

Schritt 16

Piesei¹ Gehritt unterscheidet sich von den Schritten 14 und 15 nur dadurch, daß die an den Rechner übertragenen Daten aus der Y-Fosition-Aupleseleitung 145 kommen (Fig. 15Λ und 16) und dadurch das Fipnal vom Ringzähler 8Γ über eine Torschaltung 249 auf eine Leitung 257 (Fig· 16) geleitet werden. Das Ausgangssignal für Schritt 16 wird außerdem auf eine UND-Schaltung 26*1 gegeben, die den Ringzähler 8l auf Schritt 17 weitei'S ehaltet.

Schritt 17

Dieser Schritt ist ähnlich wie die Schritte 14 - 16, nur kommt hier die auf das Rechenelement 24 geleitete Information aus dem Z-Puffer 231 (Fig. 15B) über eine Leitung 260 und wird durch ein Ausgangssignal vom Ringzähler 8l, das an einer Torschaltung 258 wirkt, über eine Leitung 261 (Fig. l6) geleitet. Das Ausgangssignal für Schritt 17 wird außerdem auf eine UND-Schaltung 265 gegeben, die den Ringzähler auf Schritt 18 weiterschaltet.

Schritt 18

Der Querzähler 9k (Fig. Ik) erzeugt immer ein Ausgangssignal, und zwar entweder ein Signal auf seiner Ausgangsleitung 244, welches anzeigt, daß die Querzahl gleich 4 ist, oder ein Signal auf der Ausgangsleitung 262, welches anzeigt, daß die Querzahl kleiner als k ist.

Die Ausgangsleitung 262 ist mit einem Eingang einer in Pig. 12A gezeigten UND-Schaltung 266 verbunden, welche den Ringzähler 8l

auf Schritt 19 weiterschaltet.

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BAD ORIGINAL Docket YO 9-67-IO8

Wenn andererseits ein Signal auf der Ausgangsleitung 244 erscheint, wird es auf einen Eingang einer in Fig. 12B gezeigten UND-Schaltung 267 gegeben-, welche den Ringzähler auf Schritt Ö zurückschaltet, da das Signal auf der Leitung 244 anzeigt, daß der Taster 12 alle 4 Bahnen 75, 76, 77 und 78 überstrichen hat und auf jeder Bahn die Kante des Werkstückes festgestellt hat.

Schritt 19

Wenn das Signal für Schritt 19 vom Ringzähler erscheint, läuft es über eine in Fig. 14 gezeigte Leitung 268 auf den Schritteingang des Querzählers 9^, der dadurch um einen Wert weitergeschaltet wird. Dasselbe in Fig. 12B mit "schritt 19" bezeichnete Signal wird auf die Ring-Zeitgeberschaltung 84 gegeben, um den Ringzähler auf Schritt 2 zurückzuschalten.

Schritt 20

Zum Schritt 20 gelangt der Ringzähler nur durch direkte Fortschaltung entweder vom Schritt 5 oder vom Schritt 13 und er verbleibt in diesem Sehritt 20, bis ein Rückstellschalter 270 betätigt wird, wodurch ein Signal über eine UND-Schaltung 271 geleitet wird, die über die Ring-Zeitgeberschaltung 84 den Ringzähler auf Schritt 0 zurückstellt. Der Rückstellschalter 270 kann manuell betätigt werden und sollte nur ausgelöst werden, nachdem die Werkstücklage zur Berichtigung des Fehlers verändert wurde, der die Zählerfortschaltung auf Schritt 20 hervorrief. Wenn der Ringzähler auf Schritt 20 steht, wird der Fehler-Endanzeiger (Fig. 12B) erregt.

Docket ίο 9-67-108 009810/1334

Schritt 0

Wenn der Ringzähler ein Ausgangssignal auf seine Schritt-O-Leitung gibt, ist der normale Endanzeiger 89 eingeschaltet. Das Schritt-O-Signal wird außerdem auf eine Leitung 272 (Pig. 13B) gegeben und läuft über die ODER-Schaltung 102 auf die UND-Schaltung 103> die dadurch eingeschaltet wird. Taktimpulse laufen jetzt durch die UND-Schaltung IO3 zur Leitung 105, wodurch der Taster 12 angehoben wird, bis der obere Z-Anschlagsfühler 85 einschaltet. Die Anlage befindet sirh jetzt im Ruhestand und verbleibt in diesem Zustand, bis der Startschalter 21 (Pig. 12A) erneut betätigt wird.

ARBEITSWEISE DES MEßSTATION-RECHENELEMENTES (MS-RECHENELEMENT 24)

Am Ende von Schritt l8 hat das MS-Steuere,lement 17 alle 4 Bahnen 75, 76, 77 und 78 (Fig. 5) verfolgt und die Koordinaten der 4 Punkte Q, R, S und T an das Rechenelement 24 übertragen. Die Koordinaten des Punktes Q sind mit Xq, Y und Z bezeichnet. Die Koordinaten der anderen drei Punkte sind entsprechend bezeichnet. Das Rechenelement 24 muß jetzt aus diesen Koordinaten die Positions-Definitionsdaten gemäß der Aufstellung in obiger Tabelle I errechenen. Die Richtungscosini der beiden Linien QR und ST sind nach herkömmlichen Gleichungen zu berechnen. Die nachfolgenden Gleichungen (1), (2) und (3) gelten für die Richtungscosini der Linie QR.

^qr i W²*<V^YA<_vv

ar / \ 2

^{q Γ} 00%8^Γ10/1^3Α

Docket YO 9-67108

7-7

^Zq ^Zr - (3)

Die Zahlen auf der rechten Seite jeder Gleichung sind aus den Koordinaten der ¹J gemessenen Punkte abgeleitet.

Die Linie QR und ST können dann durch zwei simultane Gleichungen, ausgedrückt werden. Die Linie QR kann durch die beiden folgenden Gleichungen ausgedrückt v/erden:

L M
qr qr

^X - V ζ - Z

Die Linie ST kann durch die beiden Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt werden:

^x - ^Xs = ζ - Z

^Lst ^Mst

^x - ^Xs = ² - ^Zs

^Lst ^Nst

Wenn sich die beiden Linien schneiden, was für ein gegebenes Werk stück allgemein angenommen werden kann, können die Gleichungen (¹O - (7) gleichzeitig gelöst werden, um die Koordinaten des Schnittpunktes P zu ermitteln.

Docket YO 9-67-108 009810/1334

194355α

Wenn sich die beider» Linien nicht schneiden, müssen die Koordinaten des Kittelpunktes P der auf beiden Linien QR und ZT senkrecht stehendem Verbindungslinie P. P„ (Fin·. H) ermittelt werden, Die Richtui.rscosini für die Linie P. P können aus den folgenden allren-elm bekannten Gleichungen bestimmt werden.

^Lo ⁼

M.

qr
st

i:

II

qr

M *!
qr ■ qi·

st st

V ^Lqr "st ^Lst

^Lqr ^Mqr ^Lst ^Hst

(8)

^Mo =

qr qr
\ st st

!J

qr st

qr ^Jst

qr qr

st St

qr ^¹

^Lst ^Mst

(9)

N =
ο

qr ^Jst

qr st

	N qr	2	+	N qr	^Lqr	2	^LQr	^Mqr
"st	^Nst		^Nst	^Lst		^Lst	^Mst

(10)

Um die Koordinaten von P zu ermitteln, ist zuerst in den obigen Gleichungen (H) und (5) der Wert χ durch X₁ und in den Gleichungen (6) und (7) der Wert χ durch Xp zu ersetzen. Ein ähnlicher nachfolgend aufgeführter Satz von Gleichungen kann zur Darstellung der Linie P₁Pp aufgestellt werden.

X₂ -

^Y2 -^Y V

Ü09810/1334

Docket YO 9-67-108

(H)

BAD ORiGiNAu

X₂ -

(11)

Die Gleichungen (11) und (12) ergeben zusammen mit den Gleichungen (¹O - (7), in denen die Werte X₁ und X₂ eingesetzt wurden, einen Satz von 6 simultanen Gleichungen mit den 6 Unbekannten X₁, Y₁, Z. und X₂, Y₂, und Z₂, die zur Bestimmung dieser Unbekannten gleichzeitig gelöst werden können. Diese Unbekannten sind die Koordinaten der Schnittpunkte P. und P_? der auf den beiden Linien QR und ST senkrecht stehenden Verbindungslinie mit der Linie QR bzw. ST (siehe Fig. 11).

V/enn man die Koordinaten der Punkte P. und P₂ hat, lassen sich die Koordinaten des Punktes P_Q ausfolgenden konventionellen Gleichungen bestimmen:

X =

1 2

^[o - i

⁵O- ⁼ i

X₁ + X₂J

(13) (15)

Nach Auflösung dieser Gleichungen sind die Positions-Definitionsdaten vollständig. Diese Positions-Definitionsdaten werden im Speicher 3 auf der Stelle gespeichert, die zu den Halterungs-Kennzeichnungsdaten gehört, welche vom Halterungs-Kennzeichner 20 ermittelt wurden. " - .

ARBEITSWEISE DER FERTIGUNGSSTATION

Wenn die das Werkstück 6 tragende Halterung 5 die Fertigungsstation 2 erreicht, liest der Halterungskennzeichner kl die

Docket YO 9-67-108

00981071334

Halterungskennzeichnungsdaten vom Kennzeichen 7 und liefert sie an den Speicher 3, der daraufhin die Positions-Definitionsdaten auf das Rechenelement 45 gibt. Dieselbe Information vom Kennzeichner 47 wird auch auf das Fertigungsstation-Prograromelement (PS-Programmelement) 46 gegeben, wo diese Kennzeichnung ein entsprechendes Fertigungsprogramm auswählt und auf das Rechenelement 45 überträgt. Das im Programmelement 46 gespeicherte Programm ist für die Benutzung mit einem in der Standardlage auf der Halterung befestigten Werkstück vorgesehen. Das Rechenelement 45 korrigiert dieses Programm entsprechend den Differenzen zwischen der tatsächlichen Lage und der Standardlage des Werkstückes so, daß die Werkzeugmaschine das Werkstück mit derselben Genauigkeit bearbeitet und dieselben Konturen ausbildet, als wenn sich das Werkstück in der Standardlage befände.

Die Daten im Programmelement 46 werden so geschrieben, daß für jeden Punkt, an welchem das Werkzeug mit dem Werkstück in Berührung kommt, eine senkrechte Ebene (senkrecht zur Werkzeugspindel) mit den Koordinaten X, Y und Z definiert wird. Jede senkrechte Ebene ist durch die Richtungscosini einer Linie definiert, welche senkrecht zu dieser Ebene verläuft, und die Richtungscosini sind folgendermaßen festgelegt:

L". = Richtungscosinus der zur X-Achse senkrechten Ebene J

JL = Richtungscosinus der zur Y-Achse senkrechten Ebene ΪΤ. = Richtungscosinus der zur Z-Achse senkrechten Ebene

Wenn in dieser Beschreibung ein Strich über einem algebraischen Zeichen angebracht wird, bedeutet das, daß dieses Zeichen sich auf ein Werkstück in Standardposition bezieht.

η u «- vn η Cn «η« 00981Ο/1334

Docket YO - 9-67-IO8

Das Programmelement 46 liefert außerdem die nachfolgend aufgeführten Standardpositions-Daten auf das Rechenelement 45:

L ;M ;N_Q = Richtungscosini der senkrechten Verbindungslinie zwischen den Linien QR und ST

qr' qr'N = Richtungscosini der Linie QR

L .;M .;N _t = Richtungscosini der Linie ST

Ic ;7 {% = Koordinaten des Bezugspunktes P

oder P (siehe Fig. 11)

K ;K ;K = Verschiebungen des Halterungs-Bezugssystemes

in Bezug auf das Drehzentrum (siehe Fig. 7)

X" »^Y"_c»^z"c ⁼ Koordinaten des Drehzentrums

(siehe Fig. 7)

Das Rechenelement 45 korrigiert das vom Programmelement 46 empfangene Programm so, daß die Differenz zwischen.der Standardlage des Werkstückes, auf welcher das Programm basiert, und der tatsächlichen Lage entsprechend der Bestimmung durch die vom Speicher 3 gelieferten Positions-Definitionsdaten kompensiert wird. Die korrigierten Daten werden auf das Steuerelement 44 gegeben, wo die Werkzeugmaschine 26feo gesteuert wird, daß die erforderlichen Fertigungsechritte genau am Werkstück ausgeführt werden. Die bei der Berechnung durch das Rechenelement angewandte Mathematik wird nachfolgend genauer beschrieben.

Das für die Werkzeugmaschine geschriebene Programm muß Instruktionen für die Drehung um die Drehachse 54, die Schwenkung um die Schwenkachse 39 und die Bewegung entweder des Werkstückes

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Docket YO 9-67-108

oder der Werkzeugspindel in Richtung der Achsen X", Y" und Z" enthalten.

In dem in für diese Programmart konventioneller Weise geschriebenen Programm sind die Stellen am Werkstück angegeben, an denen das Werkzeug angreifen soll, sowie Ebenen, die senkrecht zui¹ Werkzeugachse stehen. Für jede Maschinenoperation werden Werkstück und Werkzeug so eingestellt,daß die Werkzeugachse rechtwinklig zu einer bestimmten bezüglich des Werkstückes definierten Ebene und so steht, daß das Werkzeug das Werkstück an einem bestimmten Punkt in dieser Ebene berührt. Es ist üblich, das Programm am Anfang in Ausdrücken der Achsen U, V und W zu schreiben, die in Bezug auf das Werkstück festgelegt sind. Wenn das Werkstück in der Standardlage bezüglich der Halterung ausgerichtet ist, besteht eine feste Beziehung zwischen den Achsen U, V, W und den Achsen X, Y, Z. Eine Standardlage zur Befestigung der Halterung auf dem Tisch der Fertigungsmaschine (Fig. 7) wird angenommen, und es besteht eine feste Beziehung zwischen dem Mittelpunkt dieses Tisches und den Achsen X", Y" und Z". Somit wird eine feste Beziehung hergestellt zwischen einem Programm, das in den Ausdrücken der Achsen U, V und W geschrieben ist und einer entsprechenden Schwenkung um die Schwenkachse 39 und einer Verdrehung um die Drehachse 5^ sowie einer seitlichen Versetzung bezüglich der zueinander senkrecht stehenden Achsen X", Y" und Z". Programme zur Umwandlung von Instruktionen, die ursprünglich für die Achsen U, V und W geschrieben sind, in Instruktionen, die die Drehverschiebung um die Schwenkachse und die Drehachse sowie die seitlichen Verschiebungen bezüglich der aufeinander senkrecht stehenden Achsen angeben, können mit allgemein bekannten Techniken zusammengestellt werden.

Um die mit dieser Erfindung verbundenen Berechnungen zu vereinfachen, sollte das Umwandlungsprogramm zur Interpretation der in Ausdrücken der Achsen U, V, W geschriebenen Instruktionen seinen Ausstoß in einer etwas anderen Form erzeugen, als sie im vorigen

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Absatz beschrieben wurde. Insbesondere behalten die Übersetzungs-Instruktionen, die sich auf das rechtwinklige Koordinatensystem beziehen, denselben Wert, beziehen sich jedoch nach der Interpretation jetzt auf Verschiebungen bezüglich des Koordinatensystems X', Y' und Z' und nicht auf das Koordinatensystem X", Y", Z". Außerdem werden nicht die Winkel für Schwenkung und Drehung des Tisches der Fertigungsmaschine berechnet, sondern das Umwandlungsprogratnm erzeugt die Richtungscosini L., M., ϊί. der in Bezug auf das Koordinatensystem X, Y₃ Z senkrechten Ebene der Werkzeugspindel. Ein derartiges Umwandlungsprogramm zur Erzeugung der in diesem Absatz beschriebenen Ausgangsdaten wird als allgemein bekannt vorausgesetzt und daher nicht näher beschrieben.

Die an der Meßstation bestimmten Positions-Definitions-Daten setzen die Achsen U', V, W¹ in Beziehung zu den Achsen X, Y_s Z. Diese Daten müssen an den Rechner in der Fertigungsstation gegeben werden, damit das Werkzeugmaschinen-Programm so korrigiert werden kann, daß es eine Drehung um die Achse 5^_s eine Schwenkung um die Achse 39 und eine Verschiebung des Werkstückes und / oder des Werkzeugkopfes entlang der Achsen X", Y", Z" bewirkt, um die Lage des V/erkstückes und somit der Koordinaten X, Y, Z so zu verschieben, daß die Achsen U¹, V, V/¹ mit den Achsen U, V₅ V/ des Standardprogrammes zusammenfallen.

Eine Drehung um die Achse 5^ und eine Schwenkung um die Achse können auf dem Werkstück jede reale oder imaginäre Ebene schaffen, die senkrecht zur Werkzeugspindel 51 steht. Diese Drehung oder Schwenkung bringt jedoch eine Verschiebung der Werte für X", Y" und Z" mit sich, so daß die Korrektur des . Programmes der Werkzeugmaschine am besten in zwei Stufen ausgeführt wird.

Bei der ersten Stufe, die nachfolgend als Einstellstufe bezeichnet wird, erfolgt die Drehung um die Achsen 39 und 54, um eine vorgewählte normale Ebene rechtwinklig zur Werkzeugspindel 51 herzustellen.

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Docket YO 9-67-108

In der zweiten Stufe, nachfolgend als Bearbeitungsstufe bezeichnet, kann das Werkze'ug oder das Werkstück in den Richtungen X", Y" und Z" quer verschoben werden, um das Werkzeug auf den richtigen Berührungspunkt mit dem Werkstück auszurichten.

Um die Analyse der in der Verarbeitungsstufe erforderlichen Bewegungen zu er.t'leientern, wird ein Sajbz von kompensierenden Koordinatenachsen X¹, Y',Z¹ verwendet, der in den Fig. 8 und gezeigt ist. Der Ursprung dieses Systems mit den Achsen X¹, Y¹, Z¹ liegt im System X", Y", Z" am Punkt (E E , E).Die Achse

x y ζ

Z^f verläuft parallel zur Achse Z", während die Achse X¹ bezüglich der Achse X" um den Winkel C gedreht ist.

Die Korrektur des Standardprogrammes kann natürlich auch mit einer kleineren Anzahl von Koordinatenachsen erfolgen, als sie hier in der Beschreibung verwendet werden. Mit dem hier beschriebenen Analyseverfahren läßt sich jedoch die angewendete Mathematik weniger komplex gestalten.

EINSTELLSTUPE

Der Schwenkwinkel A (Pig. 7) und der Rotationswinkel B, die ein nicht in der Standardlage ausgerichtetes Werkstück so einstellen, daß seine normale Ebene rechtwinklig zur Achse Z" verfiuft, müssen berechnet werden.

Pur eine bestimmte Werkstüekart werden die Richtungeeosini eines in Standardlage befindlichen Werkstückes als Teil des Fertigungsprogrammes vom Programmelement 46 auf das Rechenelement 45 gegeben.

Die Bezugsebene ist entweder die Ebene, die von den sich schneidenden Linie QR und ST definiert ist, oder wenn diese Linien sich nicht schneiden» die Ebene durch den Punkt P_Q (Fig. 11),

009810/1334 Docket YO 9-67-108

die rechtwinklig auf der Verbindungslinie P^Pp steh* . Die Richtungscosini der Bezugsebene sind die Cosini eimr Linie ΡΓ, die auf dieser Ebene senkrecht steht. In ähnlicher Weise sind die Richtungscosini einer Normalebene die Cosini einer" Linie J, die auf dieser Ebene senkrecht steht.

Es ist bekannt, daß der Cosinus eines WinkelsQ zwischen einer Linie 1 und einer Linie 2 gegeben ist durch:

cos 9 ₁₂ = L₁L_{2 +} M₁M₂ + N₁N₂

Die Linie J kann jede auf der Normalebene senkrecht stehende Linie sein. 2omit kann sie auch so gewählt werden, daß sie durch den Bezugspunkt P oder P„ läuft. Bei einer solchen Wahl der Lage schneiden die Linie QR, ST und PI oder deren Parallelen die Linie J und bilden mit ihr die Winkel θ_α:» © - und θ ., deren entsprechende Cosini folgendermaßen ausgedrückt v/erden können:

^cos % - V ^Lj ⁺ V ^Hj- ⁺ V ¹¹

^{cos 0}Sj = \t ^Ej ^{+ M}st ^Mo ⁺ "st «

^cos % ^=EP^LJ ₊^P^MJ ⁺ V¹J

Die Werte dieser Cosini können aus den an das Rechenelement 45 gelieferten Daten errechnet werden.

Die Gleichungen (16), (17) und (18) können entsprechend folgendermaßen umgeschrieben werden:

Gleichung Seite 5

W.t IO 9-67-108

19 4 31 „ o

cos	%j	M qr	N qr
Tos		M . St	N . St
COS	θ . PJ	M P	ΪΤ P
V	M qr	N qr
	^Mst	"st
L P	^Mp

(19)

V	cos	⁶Pj	N qr
^rst	cos	^G st	¹St
^rp	cos	⁸PJ	P
	M qr
¹St	^Mst	¹St
L P	L P	L P

ν ν	cos	θ	PJ
^Est ^Mst	COS	Θ	sj
% %	COS	θ	PJ
L_qr M_qr	V

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(20) (21)

BAD ORIGINAL

Docket YO 9-67-108

In der tatsähclichen Lage des Werkstückes gemäß der Bestimmung an der Meßstation ist bestimmt:

die Richtung der Linie QR durch L » M » N » die Richtung der Linie ST durch Lt, M . , N ., und

die Richtungscosini der Bezugsebenen sind L , M , N .

Die Winkel θ .,-θ ·, θ . sind dieselben wie für ein Werkstück in der Standardlage, da die Linien QR, ST, PI und J alle in Bezug auf das Werkstück festliegen.

Nach Berechnung der Cosini für θ .,θ . und θ . mit Hilfe

Hd ^SJ PJ

der Gleichungen (16) bis (18) lassen sich die Richtungscosini für die Normalebene in ihrer tatsächlxchen Orientierung aus folgenden Gleichungen errechnen:

Gleichung Seite-57-

009810/1334

Docket YO 9-67-108

COS	θ . qj	"qr	N	"qr
COS	⁸Sj	"st	"st
COS	⁹PJ	"ρ	V
V	"qr	Γ
^Lst	"st	"st
h	"p	^NP

(22)

L qr	COS	^eqj	V
^Lst	COS		^Nst
^LP	COS	⁹PJ	^ΝΡ
V	"qr	V
^Lst	"st	"st
^lp	"ρ	"ρ
^Lqr	V	COS	^eqj
^Lst	"st	COS	⁹Sj .
^LP	"ρ	, COS	⁸Pj ■"
	"qr	V
^Lst	"st	"st
^LP	"ρ	"ρ

(23) (2Ü)

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Docket YO 9-67-108

Wie in Pig. l8 zu sehen ist, steht die Linie J senkrecht auf einer Normalebene des Werkstückes und läuft durch den Ursprung der Koordinaten X, Y und Z. Die hier definierte Linie J verläuft parallel, fällt aber nicht unbedingt zusammen, zu der Linie J, die vorher so definiert wurde, daß sie durch den Punkt P oder P läuft. Wenn θ der Winkel zwischen

ο jz

J und der Z-Achse ist und Θ. der Winkel zwischen der X-Achse

J *
und der Projektion von J in die X, -Y-Ebene, ergibt sich durch

Trigonometrie:

x=J sin φ. cos Θ.

JZ JX

y = J sin φ. sin Θ.

JZ JX

=J cos φ

J^z

^Lj	= X = J	sin	φ. \)z	cos	⁸Jx
	J = Z = J	sin cos	φ. I M	sin ι	^ejx
θ.	= sin"			I
J>			L - N	2 ]
	s COS~		l^Lj	I
	= cos"
^vjz	"j '

(25) (26) (27) (28)

(29) (30)

(3D (32) (33)

009810/1334

Docket yo 9-67-108

Basierend auf den Gleichungen (31) und (32) kann jetzt der Winkel Θ. folgendermaßen errechnet werden:

JX

Ί1 - N.² Λ/ 1 - N.

J J

Wenn die Vorzeichen von M. und L. gleich sind, ist θ.

J J _ J x

positiv, und wenn die Vorzeichen von M. und L. ungleich sind,

_. ti J

ist Θ. negativ.
J x

In ähnlicher Weise kann der Winkel φ. errechnet werden aus:

J ^z

iff. = cos"¹ N. (35)

J^ J

Das im rrogrammelement ^6 gespeicherte Programm für die in 5 Achsen arbeitende Werkzeugmaschine 26 ist für eine Verarbeitung eines in Standardlage ausgerichteten Werkstückes geschrieben, das folgendermaßen auf den Einstellbetrieb eingerichtet wurde:

(1) Wenn der Tisch so steht, daß der Schwenkwinkel A und der Rotationswinkel B Ö° betragen, wird die Werkstückhalterung 5 auf den Tisch 27 gesetzt- und durch Pührungsstifte oder dergl. genau ausgerichtet.

(2) Der Tisch wird dann um den Winkel Θ. gedreht, • jx

und zwar im Uhrzeigersinn (abwärts in Richtung

-Z), wenn das Vorzeichen von (J. negativ ist,

J x

und entgegen dem Uhrzeigersinn, wenn das Vorzeichen von Θ. positiv ist. J x

U098 1-0/ 1334 Docket YO 9-67-108

Nach Beendigung dieser Drehung wird die auf der Normalebene senkrecht stehende Linie J so gelegt, daß sie parallel zur Ebene Y", Z" verläuft.·

_-j

(3) Der Tisch wird dann um den Winkel sin N.

j ^χ

geschwenkt. An diesem Betriebspunkt ist der Einstellbetrieb beendet, und die Normalebene steht rechtwinklig zur Achse Z".

Wenn sich das Werkstück nicht in der Standardlage auf der Halterung befindet, läuft dasselbe Verfahren wie oben beschrieben mit folgenden Ausnahmen ab:

(a) anstelle von Gleichung (3Ό werden Gleichung (3D oder (32) verwendet;

(b) anstelle von Gleichung (35) wird Gleichung (33) benutzt;

(c) der Tisch wird um einen Winkel θ. gedreht und

J x

(d) der Tisch wird um einen V/inkel (90° - <f). ) geschwenkt. .

ORIGINAL INSPECTED

0 0 9 8 10/1334

Docket YO 9-67-108

- 61 KORREKTUR-VERFAHRENSTUFE FÜR X", Y", Z"

Durch die oben beschriebenen Operationen wurden Fehlausrichtungen in der Neigung und der Zentrierung ausgeschaltet, die durch die Differenz zwischen der Standardlage des Werkstückes und seiner tatsächlichen Lage hervorgerufen waren. Jetzt müssen Korrekturbewegungen entlang der Achsen X", Y" und Z" ausgeführt werden, um das Werkstück in seine gewünschte Lage zu bringen. Die oben beschriebenen Ausgleichsoperationen haben jedoch selbst weitere Verschiebungen in diesen drei Achsen hervorgerufen. Diese Verschiebungen müssen zusammen mit den Verschiebungen aufgrund der Differenzen zwischen der Standardlage des Bezugspunktes P am Werkstück und seiner tatsächlichen Lage berücksichtigt werden.

Aus Fig. 7 ist zu ersehen, daß bei einem Schwenkwinkel A und einem Drehwinkel B die Ursprungskoordinaten des Koordinatensystemes X, Y, Z ausgedrückt im Koordinatensystem X", Y", Z", folgende sind:

(X"_c+K_y), (YVK₂), <^ZV^K _X>> ^wobei ^x"n> ^v"„ ^{und z}"„ ^die Koordinaten des Schnittpunktes der Schwenkachse 39 mit der Rotationsachse 5% sind.

Die Richtungscosini des geschwenkten und verdrehten Systems X, Y und Z bezüglich des Koordinatensystemes X", Y", Z" sind nachfolgend durch die angegebenen Bezugswerte dargestellt:

³Il ~ ^Cosi^{nus des} Winkels zwischen den Achsen X und X"

^S21 ⁼	•1	It	ti	η	η	η	X und	γη
^S31 ⁼ ^S12 ⁼	It tt	η tt	Il It	tt It	tt η	H	X und Y und	Z" X"
^S22 ⁼	ti	η	It	It	π	η	Y und	Yⁿ

ίο 9-67-αοβ 009810/1334

,ρ ⁼ Cosinus des Winkels zwischen den Achsen Y und Z"

^S13 ⁼	It	It	tt	ti	Il	If	Z	und	X"
"23 ⁼	Il	Il	ti	ti	Il	It	Z	und	Y"
"33 =	ti	It	tt	Il	Il	It	Z	und	ISl

Wenn die Winkel A und B beide O betragen, sind die Richtungscosini der X-Achse in Bezug auf die Achsen X", Y", Z" folgende :

"11	= 0;
"21	= 0;
"31	— — 1

Die entsprechenden Richtungscosini für die Y-Achse sind:

"12	= -1
^S22	= 0
"32	= 0

Die entsprechenden Richtungscosini für die Z-Achse sind:

"13	= 0
"23	= 1
"33	= 0

Jetzt muß noch die Auswirkung einer Drehung des Tisches entgegen dem Uhrzeigersinn um den Winkel θ (Fig. 18 und 19) auf die obigen Werte festgelegt werden. Fig. 19 zeigt auf einer
Ebene, die parallel zur Ebene X", Z" verläuft, eine Projektion der Bewegung des Ursprunges des Koordinaten-Systemes X, Y, Z vom Punkt 300 zum Punkt 301 während dieser Drehung.

η „ <- vn η Cn ,nO 009810/1334

Docket YO 9-67-IO8

Aus Fig. 19 c^eht hervor, daß:

-1 ^Ki -λΓ K \

o<= Θ. - tan ^λ —J— = θ. - cos 7 | (36)

Die neuen Koordinatenwerte im System X", Y", Z" für den Ursprung des Systems X_s Y, Z am Punkt 301 sind:

^{= X}"c - ,/^Kx^2+Ky^{2 sino<
(37)}

Y₃₀₁ = Y«_{c +} K₂ (38)

Z₃₀₁ = Z^M _c + |K_x ²+K_y ² cosoC (39)

Während der Drehung hält die Verbindungslinie des Koordinatenursprunges im System X, Y, Z mit dem Drehungsmittelpunkt
(Koordinaten X", Y", Z"). weiter eine konstante Winkelbeziehung
zwischen den Achsen X und Y aufrecht. Daher ergeben sich
in der neuen Lage am Punkt 301 des Koordinatenursprungs des
Systemes X, Y, Z die Werte für die Richtungscosini der gedrehten X-Achse in Bezug auf das System X", Y", Z" wie folgt:

='~^sin ⁶Jx " " ^(iJ0)

s₂₁ = o

s_x1 = -cos θ (42)

Die Richtungscosini der gedrehten Y-Achse sind:

S₁₂= -COSO_x (Ü3)

^S22 ⁼ °
^S32 ⁼

Ü O 9 Ö 1 07 1 3 3 4 BAD ORIGJNAI.

Docket YO 9-67-108

- en -

Die Richtungscosini für die gedrehte Z-Achse sind:

S₁₃ = O (H6)

= ι (H₁)

= 0 (l|8)

s₂₃ = ι

Weiter muß die Auswirkung der Schwenkung des Tisches um den Winkel ( Z 90° - ^) (siehe Fig. 20) auf die obigen Werte festgestellt werden. Während dieser Schwenkung bewegt sich der Koordinatenursprung des Systemes X, Y, Z vom Punkt 301 zum Punkt 302.

Die Koordinate X" (x"_o) für den Koordinatenursprung des Systemes X, Y, Z bleibt während dieser Schwenkung unverändert und somit immer noch durch die obige Gleichung (37) definiert. Die neuen Y" - und Z"-Koordinaten für den Ursprung des gedrehten und geschwenkten Systemes X, Y, Z sind:

v"o = Y»_{c +} Si_n Δ |κ_ζ ²+(Κ_χ ²+Κ_γ ²)

= Z"_c + cos ΔJ^K _Z ²⁺(K_x ²+K_y ²) cos²t/ (50)

= 90° - φ. ♦ sin'

+ (K_x ²+K_y ²) cos# (51)

Während der Schwenkung erfolgt eine Drehung um die Achse X", so, daß die Richtungscosini der Achsen X, Y, Z in Bezug auf die Achse X" unverändert bleiben. Siehe hierzu die obigen Gleichungen (40), (43) und (46). Die verschiedenen Richtungscosini in Bezug auf die Achse Y" ändern sich wie folgt:

5₂₁ = N^ cos θ^_χ (52)

⁵22 = ^N.i ^{sin 9}Ix (53)

009 810/1334
Docket YO 9-67-108

Die verschiedenen Richtungscosini in Bezug auf die Achse Z" ändern sich folgendermaßen:

31

S.

s,, = N.
33 j

1 - Mj^β cos θ

_jx

1-Nj" sin θ _jx

(55) (56)

(57)

Ein den Gleichungen (36) bis(57) entsprechender Satz ähnlicher Gleichungen kann für ein Werkstück in der Standardlage geschrieben werden, indem man einfach die Veränderlichen in diesen Gleichungen dahingehend ändert, daß man die nicht überstrichenen Werte durch überstrichene Werte ersetzt.

Für ein Werkstück, das sich nicht in der Standardlage befindet und der Einstelloperation unterworfen wurde, kann jeder Punkt (x,y,z) im Koordinatensystem X, Y, Z in einen entsprechenden Punkt im Korrdinatensystem X", Y", Z" umgewandelt werden mit Hilfe der folgenden Gleichungen:

_xti -

χ ♦

y ♦

y» = S₂₁ χ + S₂₂ y + S₂₃ ζ +Y^M _C+V

ζ" = S^₁ χ +

y + S₃₃ ζ ₊Z"_C+

	sin	) COS	V sin Δ	(58)
	χ^2+Κγ²	) COS	ζ/, cos Δ	(59)
	2 2		(60)


+(κ

Für ein in der Standardlage ausgerichtetes Werkstück, welches der Einstelloperation unterworfen- wurde, kann jeder Punkt (x,y,z) im Koordinatensystem X, Y, Z umgewandelt werden in einen entsprechenden Punkt im Koordinatensystem X", Y", Z", indem man in den Gleichungen (58), (59) und (60) überstrichene Werte verwendet wie:

⁸11» ^S12» ·**·

33'

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Docket YO 9-67-108

Basierend auf den oben gezeigten Ausdrucken können alle Parameter In den obigen 3 Gleichungen ausgewertet werden.

KOORDINATENSYSTEM X', Y', Z¹

Das "Kompensations-Koordinatensystem" (siehe Fig. 8 und 9) ist so angeordnet, daß Z¹ parallel zu Z" verläuft, während Y* um den Winkel C in Bezug zu Y" gedreht und der Koordinatenursprung des Systemes X-¹, Y', Z¹ in Bezug auf das System X'% Y", Z" verschoben ist. Das Kompensations-Koordinatensystem ist in Bezug auf ein falsch ausgerichtetes Werkstück, das öereits dem Einstellverfahren unterworfen wurde (d.h. dessen normale Ebene rechtwinklig zur Achse Z" verläuft)_s genauso ausgerichtet, wie das System X", Y", Z" auf ein Werkstück in Standardlsge ausgerichtet sein würde, das dem Einstellverfahren unterworfen wurde.

Die Richtungscosini der Achsen U¹, V, W in Bezug auf die Achsen X, Y und Z sind folgendermaßen definiert:

^₁₁ = Cosinus des Winkels zwischen X und U*

■ X und V¹ • X und W«

■ Y und ü» " Y und V· " Y und M·

■ Z und O¹ " . Z und V·

■ Z und ¥·

*12 ⁼	H	R	H
	R	H	R
4i ^s	R	4t	R
tj₂ =	R	R	R
^fc23 ^s	H	R	R
^fc31 ⁼	R	R	R
	R	R	R
*Hi -*	H	R	R

BADORlGiNAL

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Docket YO 9-67-ΙΟ8

Ik Koordinatensystem U¹, V, W¹ verläuft die Koordinate ü^f inner parallel zur Linie QR, so daß ihre Richtungscosini immer die der Linie QR sind (siehe Gleichungen (1), (2) und (3)τ Außerdem verläuft die Achse W immer parallel ent weder zu einer Linie, die senkrecht zu der durch die sich schneidenden Linien QR und ST definierten Ebene verläuft, oder, falls sich diese Linien nicht schneiden, parallel zu der auf diesen beiden Linien senkrecht stehenden Linie verläuft. Somit sind die Richtungscosini der Achse M^f immer gleich L , M , N ge mäß der Definition durch die obigen Gleichungen (8), (9) und (10). Die Richtungscosini für die Achse V¹ können durch die Richtungscosini für U¹ und W gemäß der folgenden Gleichungen definiert werden:

Gleichungen Seite - 67 -

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- ftr -

(rf

12

22

32

V ^Nqr

ν ν

¹¹O ^Lo

V ^Mqr

^Lo ^Mo

(61) (62)

G =

f	L M	N ²	⁺	/	' M N	\ ²	N L	!	\²
	qr qr	1		/	qr qr	\	qr qr	\

	L M	M N	I	H L	1
	O 0	ο ο	I	ο ο	/
			/	I




\

(61»)

Ein ähnlicher Satz von Richtungscosini kann definiert werden für die Achsen ü, V, W in Bezug auf das System X,. Y, Z.

PROGRAMM FÜR WERKSTÜCK IN STANDARDLAGE

Ein Fertigungsprogrannn für ein Werkstück in Standardlage wird am einfachsten an erster Stelle in Ausdrücken der Koordinaten U, V, W geschrieben, die in Bezug auf das Werkstück festliegen. Nach dieser Niederschrift muß das Programm in das Koordinatensystem X", Y", Z" transformiert werden, welches in Bezug auf die Fertigungsstation festgelegt ist.

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Docket YO 9-67-IO8

Wenn die Koordinaten ( u, v, w) eines Punktes im Koordinaten system U, V, W gegeben sind, so sind seine Koordinaten im System X, Y, Z folgende:

j ^X " *U ^{u +} *12 ^{v +} *13 " ⁺ \ («5)

y - *2l u + t₂₂ v + t₂₃ w + y_o (66)

ζ - t₃₁ u + t₃₂ ν + t₃₃ w + z_o (67)

Hierin sind χ , y . z" die Koordinaten in dem System des Ursprunges des Systemes U, V, W. Die obigen Gleichungen (58) bis (60) liefern die entsprechenden Koordinaten im System X", Y", Z" für einen Punkt (x, y, z) im System X, Y, Z.

Durch Einsetzen der Gleichungen (65) bis (67) in die Gleichungen (58) bis (60) ergeben sich die folgenden Gleichungen:

⁵I₃ ^(t31'^{U +} *32 ^{V +} *33 ^{W +} V

K_y ² sin

Docket YO 9-67-108 009810/1334

. .Ϊ., Ct₁₁U^t₁₂ Vt₁₃-* V

r - »pi ^vwii

►22 ^vt21

S„ (t_on u + t₂₂ ν + t₂₃ w *

13

«32 ^(t21 ^{u + fc}22 ^{v +} *23

^(t3i ^u

33 ^(t3i

V +

Gleichungen (68) bis (70) müssen wie folgt ungeschrieben werden,um u, v, w als Paktoren abzutrennen:

t_u ♦ *₁₂ *21 ♦ »13 *»» ^U

12

♦ X".

^rK_x ² + Ky² »ⁱⁿ

(71)

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Docket YO 9- 67-loS

^t33^{) W}

^Sin ^ (72)

⁴U ^{+ ?}32 *21 ^{+ ?}33

*12 * *32 *22 ^{+ ?}33 V

0 "x + s "y +so ζ + Z" 31 ο 32 ο 33 ο

K * + K + K cos s je - y

cos Δ. (73)

Die Gleichungen (71) bis (73) können mit den folgenden Parametern neu geschrieben werden, wobei a , a und a die Umsetzung des

x y ζ

Ursprunges des Koordinatensystemes U, V, W in Bezug auf den Ursprung des Systeees X", Y", Z" darstellen.

Die anderen unten gekennzeichneten Parameter stellen die verschiedenen bei der Transformation auftretenden Drehungen dar:

00 981 0/1 33/» Docket YO 9-67-108

19(3558

*31 (7¹O

t₁₂ + "B₁₂ *22 ⁺ *13 ^fe32 ., (75)

⁵Il *13 ⁺ °¹² *^{23 +} V *33 ⁽⁷⁶⁾

,² sin O^ ■ . "⁷⁾

_/_Κ2 + K

\ΐ "^?21 *1Ι ⁺¹22 V⁺^a *31 . (78)

^ ⁱ " * ^{+ F} *32 (79)

*33 (80)

Γ ^ß21 ^χο * ^B22 ^yo ^{T B}23 P · * β

₊ /^2 + (K 2 ₊ κ ²) COS²A sin Δ (81)

* ^{z x} .

¹Sl hl ⁺ ^32 *2l ⁺ ^33 Si (82)

/k ² + (Κ_Ϋ ² + Κ_ν ²>

A cos A (85)

Die Gleichungen (71) bis (73) können jetzt folgendermaßen neu geschrieben werden:

Ü09810/1334

Docket YO 9-67-108

ν" - α	, la + B.^.	+	^a13	W	⁺	^ax
ν" = ä		+	^?23	W	+
»It — a"	. u + a-,.	^a33	W	+	¹Z
, ν
, ν
j V

Das ursprünglich im System U, V, W geschriebene Programm kann jetzt in ein Programm im System X", Y", Z" unter Benutzung der Gleichungen (86) bis (88) transformiert werden. Dieses Programm mit den Werten aus dem Koordinatensystem X", Y", Z" wird zusammen mit den Richtungscosini der Normalebene L.,

el

M., N. im PS-Steuerelement *I6 gespeichert und durch das Rechenelement 45 entsprechend der vom Speicher 3 kommenden Information modifiziert.

PROGRAMM FOR EI» WERKSTÜCK AUSSERHALB DER STANDARDLAGE

Dieses Programm wird zuerst in Werten für das. Koordinatensystem U¹, V, W¹ geschrieben, ist aber sonst genau dasselbe wie das für das Koordinatensystem ö, V und W geschriebene Programm. Auch dieses Programm muß wieder auf das Koordinatensystem X", Y", Z" transformiert werden.

Diese Transformation kann ebenfalls genauso erfolgen wie beim Programm im Koordinatensystem U, V, W, wobei die Gleichungen (65) bis (68) zu den folgenden Gleichungen führen:

x" = Ql₁₁ u' + a₁₂ v¹ + a₁₃ W + a_x (89)

y" = a₂₁ u¹ + a₂₂ v» + a₂₅ w¹ ♦ a (90)

ζ" = a₃₁ u¹ + a^ v^f + a₃₅ W + a_z (91)

Docket YO 9-67-108 UÖ9810/133A

Nach dem Einstellverfahren an der Fertigungsstatlon ist das Werkstück jedoch in Bezug auf die Achsen X"*_s Y^w, V* nicht genau so ausgerichtet wie ein Werkstück in der Standardlage, sondern seine Lage in Bezug auf die Achsen X¹, Y*_s Z¹ {Fig» und 9) entspricht der Lage eines in Standardlage befindlichen Werkstückes in Bezug auf die Achsen X", Ϊ", Zⁿ. Demzufolge müssen die aus den Gleichungen (89) bis (91) resultierenden Werte für die Punkte im Koordinatensystem X^w, ¥*% Z^fl in einen Koordinatensatz transformiert werden, dep auf die Achsen X^! ₅ Y¹, Z' bezogen ist.

Die Richtungscosini des Systemes X¹» ¥*„ Z* in Bezug auf das System X", Y", Z" können folgendermaßen dargestellt werden;

b = Cosinus des Winkels zwischen den Achsen X^s und X" 11

^b21 ^S "

^b31 ⁼ "

^b12 ^s "

^b32 ⁼ "

^b13 ' " "

^b23 = " "

^b33 ' " "

π	Il
Il	It
It	η

It R	X»	und	γι·
η it	x^f	und	Z"
n it	Y*	und	X"
It It	Y^f	und	γ H
It H	Y^f	und	Z"
It M	Z¹	und	X"
M Il	Z¹	und	Y"
It It	z«	und	Z"

BAD

Docket Ϊ0 9-67-108 009810/1334

Aus den Pig. 8 und 9 geht hervor, daß die Achsen Z" und Z¹ parallel verlaufen. Daraus folgt:

^b31	= O	C
^b32	O	C
^b33	1	C
^b13	= O
^b23	= O
^bll	= cos
^b22	= cos
^b21	= -sin

(92) (93)

(95) (96) (97) (98) (99)

^b12 ^{= +s}*^{n C} ^¹⁰⁰

Gemäß der Darstellung in Pig. 8 gilt der Winkel C für die Drehung der Achse Y" in Bezug auf die Achse Y" im Uhrzeigersinn.

Der Koordinatenursprung des Systemes U, V, W liegt im System X", Y", Z" am Punkt (a ₉ ä~ , a ), dessen Koordinaten durch die

x y ζ

Gleichungen (77), (8l) und (85) gegeben sind. Der Ursprung des Systemes U¹, V, W^f liegt an einem anderen Punkt (a ,a ,a ) im System X", Y", Z", dessen Koordinaten folgende sind:

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τ»

»U ^XQ ^{+ 8}12 y_O ⁺ *13 ^Zo ⁺

⁵2i ^xo ^{+ B}22 ^yo ^{+ S}23 ^Zo ^{+ Y}"c

/_K 2 + (K ² + K ²) cos (Asin Δ ₍₁₀₂₎

ζ χ- * x+s v+sz+Z" +

⁹ cos Δ (103)

Hierin sind χ , y , ζ die Koordinaten im System X, Y, Z des

O OO

Ursprunges des Systemes U', V, W.

Da der Ursprung des Koordinatensystemes U¹, V, W in Bezug
auf den Ursprung des Systemes X¹, Y¹, Z¹ genauso verschoben
ist wie der Ursprung des Koordinatensystemes U, V, W in Bezug
auf den Ursprung des Systemes X", Y", Z", folgt daraus:

Die Transßrmationsgleichungen für X", Y" und Z" nach X¹, Y¹, Z¹
können also folgendermaßen geschrieben werden:

x' = b_1± (x" - E_x) + b₂₁ (y" - E_x) + b₃₁ (z" - E₇) (105)

y' = b₁₂ (x" - E_x) + b₂₂ (y" - E_y) + b₃₂ (z" - E₇.) (IO6)

z· = b₁₃ (x" - E_x) + b₂₃ (y" - E_y) + b₃₃ (z» - "Ej₅) (107)

Docket YO 9-67-108 009810/1334

Die in den Gleichungen (92) bis (100) festgelegten Richtungscosini können in die Gleichungen (105) bis(107) eingesetzt werden, so daß sich daraus ergibt:

x· « cos C (x" - E_x) - sin C (y" - E_y) (108) y· - sin C (x" - Ex) + cos C (y¹¹ -Ey) (109) z« - z" - E_z - z" + a_z - a_z

Um die Transformation des Koordinatensystemes U', V, W in das Koordinatensystem X', Y^f, Z¹ zu erhalten, setzt man die Werte für X", Y", Z" aus den Gleichungen (89) bis (91) in die Gleichungen (108) bis (110) ein und erhält die folgenden Gleichungen:

χ' β cos C (E₁₁ u» + a₁₂ v¹ + a₁₃ w¹ + a_x - Ε_χ)

- sin .C (a₂₁ u» + a₂₂ v* + a₂₃ w« + By - E_y (m)

y» - sin C U₁₁ u· + a₁₂ v¹ + a₁₃ w» + α_χ - Ε_χ) +cos C (a₂₁ u« + a₂₂ v« + a₂₃ W' + a_y - E_y

z.¹ » a₃₁ u« + a₃₂ v¹ + a₃₃ W¹ + a_g (113)

Eine Zusammenfassung von Ausdrücken und Faktoren hat folgende Ergebnisse:

009810/1334 Docket YO 9-67-108

χ· ~· Ca_n cos C - a₂₁ sin C) u· + Ce₁₂ cos C - a₂₂ sin C)V
■ · + (* cos C - a sin C) w' + (a_x - E) eos C
- Ca_y - Ey) sin C

y« » Ca₁₁ sin C + a₂₁ cos C) u' + Ca₁₂ sin C + a₂₂ cos Ov'

• + Ca₁₃ sin C + a₂₃ cos C) W + Ca_x - Ε_χ) sin C
+ Ca_y - Ey) cos C . (115)

_zt η a₃₁ u¹ + a₃₂ v' + a₃₃ W + a_{z (ll6)}

Aus einem Vergleich der Gleichungen (114) bis (116) mit den
Gleichungen (89) bis (91) und aus der Tatsache, daß das Koordinatensystem U¹, V, W zum Koordinatensystem X¹, Y', Z¹ in
derselben Beziehung steht wie das Koordinatensystem U, V, W zum
System X", Y", Z", ergeben sich die folgenden Gleichungen:

» E₁₁ ¹COB C - a₂₁ sin C (117)

" a₁₂ cos C - a₂₂ sin C (ii8)

- a₁₃ cos C - a₂₃ sin C ' (119) X - - Ca_x - E_v>cos C - Ca^ - E) sin C (120)

"^₁ " ^aH ^{sin C + a}21 ^{COS C} - (121)

"ä₂₂ ■ a₁₂ sin C + a₂₂ cos C (122)

u a₁₃ sin C + a₂₃ cos C ⁽¹²³⁾

- Ca_x - ^E _x) sin C + (a_y - E_y) cos C (124)

^a ^a31 - . .

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Docket YO 9-67-108

^a32 (126)

33 ^{a a}33 (127)

Die gleichzeitige Auflösung der Gleichungen (117) und (118) für
die Werte von cos C und sin C ergibt:

cos C » 11 22 12—έλ— (128)

^{a a a a}

ein C

^a22 - ^a12 ^a21

^a22 * ^a12 ^a21

Die gleichzeitge Auflösung der Gleichungen (120) und (124)
für die Werte Ε_χ und E ergibt:

« a_x - \ cos C - a_y sin C ₍₁₃₀₎

E β a sin- C - a cos C + a^ (131)

Die Werte von cos C, sin c, E und E aus den Gleichungen
(128)bis (13D können jetzt in die Gleichungen (108) bis
(110) eingesetzt werden und ergeben die folgenden Umwandlungsgleichungen für die Transformation aus dem Koordinatensystem
X¹, Y¹, Z" in das Koordinatensystem X", Y"₃ Z^w:

& » x· c'os C + y* sin C + a_x (132)

j" - x· sin C + y* cos C + a_y (133)

j* - z« + a_z - \ (13¹I)

Docket YO 9-67-108 009810/1334

Das im Koordinatensystem X', Y', Z¹ geschriebene Programm kann dann an die Fertigungsstation geliefert werden und veranlaßt dort die Werkzeugmaschine, die geforderte Kontur an der Werkstückoberfläche herzustellen.

FIG. 21

Diese Figur zeigt ein Werkstück 310 mit drei Oberflächen 303, 304 und 305. Diese Ebenen brauchen sich nicht auf der Werkstückoberfläche zu schneiden. Jede Ebene kann lokalisiert werden, indem man die Positionen bestimmt an denen die 3 Taster 306, und 308 auf ihre Fläche treffen. Diese Positionen sind mit 303a, 303b und 303c gekennzeichnet. Die Position jeder auf diese Weise lokalisierten Ebene kann mathematisch aus den Daten definiert werden, die diese 3 Positionen bestimmen. Der Schnittpunkt zweier Ebenen kann aus den diese Ebenen definierenden Daten errechnet werden^wobei es keine Rolle spielt, ob dieser Schnitt auf der Werkstückoberfläche liegt, außerhalb der Werkstückoberfläche wie im Falle des Schnittpunktes 311 der Ebenen und 304, oder innerhalb des Werkstückes wie beim Schnittpunkt der Ebenen 304 und 305. Die die Schnittstellen 311 und 312 definierenden Daten können dazu benutzt werden, die Lage des Werkstückes für spätere Programme analog zu der Art zu definieren, in welcher die Linien QR und ST in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel benutzt wurden.

Nach Abschluß der Fertigungsoperationen an einem bestimmten Werkstück sind die Korrekturdaten im Speicher 3 für die spezielle Werkstückhalterung zu löschen, um den Speicher für einen neuen Satz von Korrekturdaten für das nächste von der Halterung ge- · tragene Werkstück freizumachen.

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Docket YO 9-67-IO8

Claims

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur numerischen Programmsteuerung einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß das zu bearbeitende Werkstück (6) mit relativ großen zulässigen Abweichungen gegenüber einer Standardlage in eine spezielle Kennzeichnungedaten aufweisende Werkzeughalterung (5) eingebracht wird, daß sodann die tatsächlichen Lagedaten des Werkstückes (6) in der Werkstückhalterung (5) mittels programmgesteuerter Meßfühler (12) in einer Meßstation (1) erfaßt und gespeichert werden und daß die Bearbeitung des Werkstückes (6) in einer Fertigungsstation (2) mittels eines bestimmten Programmes erfolgt, welches sich auf die Standardlage des Werkstückes (6) in der Werkstückhalterung (5) bezieht und welches programmgesteuert durch die gespeicherten Lage- und Kennzeichnungsdaten zum Ausgleich der Differenzen zwischen Standard- und tatsächlicher Lage modifiziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Werkstückbearbeitung das Werkstück (6) und/oder das Werkzeug um eine oder mehrere Achsen gedreht und/oder in verschiedenen Achsenrichtungen derart verschoben werden, daß die Werkzeugachse rechtwinkelig zu einer bestimmten, bezüglich des Werkstückes (6) definierten Ebene steht und daß das Werkzeug das Werkstück (6) in einem bestimmten Punkt dieser Ebene berührt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassung der Lagedaten des Werkstückes (6) in der Werkstückhalterung (5) in einem rechtwinkeligen Koordinatensystem erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß spezifische Konturenmaße des Werkstückrohlings als Bezugsmaße verwendet werden und daß aus einer bestimmten Anzahl erfaßter Koordinatenwerte für ausgewählte Konturpunkte die tatsächliche Lage des Werkstückes (6) in der Werkstückhalterung (5) errechnet wird.

009810/1334

Docket YO 9-67-108

ti

-M-

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Konturendaten zwei nicht parallel verlaufende Geraden verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dall die Lagedaten des Werkstückes (6) jeweils als Koordinaten eines durch die gegenseitige Lage zweier Geraden im Raum bestimmten Bezugspunktes und den zugeordneten Richtungscosini beider Geraden errechnet und gespeichert werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugspunkt durch den Schnittpunkt beider Geraden oder durch den Mittelpunkt der auf beiden Geraden senkrecht stehenden Verbindungslinie gebildet wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des Meßfühlers (12)solange fortgesetzt wird, bis eine tatsächliche oder virtuelle Kante auf der Oberfläche des Werkstücke β erfaßt ist und daß aus mehreren Punkten einer Kante eine Gerade definiert wird.

9. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßstation (I)- zur Aufnahme der Werkstückhalterung (5) ein in x- und y—Richtung entlang entsprechender Führungen verschiebbarer Tisch, ein in z-Richtung beweglicher Meßfühler (12) und ein Steuerelement (17) für die Vorschubsteuerung vorgesehen sind, das mit einem Programmelement (22), in dem das Steuerprogramm zur Vermessung des anfallenden Werkstücktyps gespeichert ist, und einem Rechenelement (24) verbunden ist, von dem aus die tatsächlichen Lägedaten an den Speicher (3) lieferbar sind und daß die Werkstückhalterung (5) von der Meßstation (1) in die Feartigungs station (2) mittels einer Transportvorrichtung (25) einbringbar

009810/133 4.

Docket YO 9-67-108

to

-ft^-
ist und daßtfier Fertigungsstation (2) ein um eine oder mehrere Achsen schwenkbarer und/oder in einer oder mehreren Achsrichtungen verschiebbarer Werkzeugtisch und Werkzeughalter und ein Steuerelement (44) für die Vorschubsteuerung vorgesehen sind, welches über ein mit dem Speicher (3) verbundenes Rechenelement (45) für die Modifizierung des von dem Programmelement 46 gelieferten Standardprogrammes aufgrund der tatsächlichen Lagedaten verbunden ist, und daß sowohl in der Meß- als auch der Fe rtigungs station eine mit dem Speicher (3) verbundene Identifizierungsvorrichtung (20, 47) für die Kennzeichnungsdaten der Werkstückhalterung (5) vorgesehen ist.

'10. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Werkzeugtisch der Fertigungsstation (2) mehrere übereinanderliegende Führungsplatten (27, 34, 38) vorgesehen sind, von denen die erste um eine erste Drehachse (54), die zweite um eine zweite zur ersten senkrecht stehenden Drehachse (39) schwenkbar und die dritte in einer Richtung ζ senkrecht zu der von der ersten und zweiten Drehachse gebildeten Ebene verschiebbar angeordnet sind und daß der Werkzeughalter derart in zwei Koordinatenrichtungen χ und y beweglich ist, daß diese zusammen mit der z-Richtung ein rechtwinkeliges Koordinatensystem bilden.

11. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vorschubsteuerung impulsgesteuerte Schrittmotore vorgesehen sind.

12. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßfühler (12) als eine auf Biegung zu beanspruchende und mit einem Dehnungsmeßstreifen (67) versehene Feder (65) ausgebildet ist, welcher mit einer bei Biegung einen Impuls abgebenden Meßbrücke verbunden ist.

Ü0981Q/1334

Docket YO 9-67-108

13. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrittschaltung der Antriebsmotoren über Positionsregister ausführbar ist.

14. Anordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Operations folge im Steuerelement (17) der Meßstation (1) ein Ringzähler (81) vorgesehen ist, über dessen Ausgänge die Antriebsmotoren derart steuerbar sind, daß der Meßfühler (12) auf bestimmten vorgegebenen Abtastbahnen entlangläuft.

15. Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung mehrerer Abtastwege bei der Bestimmung der Lagedaten der Ringzähler (81) über einen Zähler (94) steuerbar ist, dessen Inhalt jeweils einen bestimmten Abtastweg vorschreibt.

16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen der einzelnen Stufen des Ringzählers die Programmphasen "Leerlauf, " Einleitung, " "Neue Suche beginnen, " "Suchen, " "Datenübertragung auf das Rechenelement" und "Fehler" zugeordnet sind.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zu einem bestimmten Zeitpunkt jeweils nur der Ausgang einer einzigen Stufe des Ringzählers wirksam ist.

Docket YO 9-67-108 ÜÜ9810/133A