DE2061987B2

DE2061987B2 - Lichtstrahlorientierte lagekorrekturregeleinrichtung fuer die geradfuehrung von mit fuehrungsteilen laengs einer schlittenbahn gefuehrten schlitten an werkzeugmaschinen

Info

Publication number: DE2061987B2
Application number: DE19702061987
Authority: DE
Inventors: Walter Zurich Luthi (Schweiz)
Original assignee: Werkzeugmaschinenfabrik Oerhkon Buhrle AG, Zurich (Schweiz)
Priority date: 1969-12-24
Filing date: 1970-12-16
Publication date: 1973-08-02
Also published as: DE2061987A1; GB1327450A; US3713746A; DE2061987C3; CH521821A

Description

Die Erfindung betrifft eine lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung für die Geradführung

von mit Führunr,steilen längs einer Schlittenbahn geführten Schlitten an Werkzeugmaschinen, welche aus einer in einer dem Gestell für die Schlittenbahn zugeordneten Bezugsebene fest angeordneten Lichtquelle mit einem zu dieser Bezugsebene parallelen die SoIlrichtung vorgebenden Lichtstrahl, einer mit dem Schlitten in Verbindung stehenden, die Istlage des Schlittens gegenüber dem Lichtstrahl registrierende und am der damit über lichtelektrische Fühlereinheiten feststellbaren Regelabweichung ein Steuersignal

bildenden Aufnahmeeinrichtung sowie einem durch das Steuersignal betätigbaren hydraulischen Stellglied besteht.

Eine bekannte lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung ist in der Zeitschrift »Maschinenbautechnik« 17 (1968) Heft 10, Seite 506 bis 509 beschrieben und arbeitet mit einem fest angeordneten Autokollimationsfernrohr und einem die ausgesandten Lichtstrahlen reflektierenden Spiegel an dem verstellbaren Maschinentisch. Mit dieser bekannten Vorrichtung ist es lediglich möglich, Verkantungen des Maschinentisches zu registrieren und auszuregulieren. Vertikale Verstellungen des Maschinentisches werden nicht registriert. Andererseits ist es bei der bekannten Einrichtungen nicht möglich, auf dem genannten Maschinentisch einen weiteren Maschinentisch lichtstrahlorientiert zu führen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung anzugeben, die es gestattet, einen Maschinentisch in einer Ebene exakt zu führen, wobei die Anordnung von lichtelektrischen Fühlereinheiten am Maschinentisch so erfolgen soll, daß sich Verformungen des Maschinentisches nicht auf sie auswirken, insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Regelung mindestens auf einen weiteren Maschinentisch auszudehnen, welcher auf dem ersten lichtstrahlorientiert geregelten Maschinentisch verschiebbar ist. Erfindungsgemäß gelingt dies dadurch, daß bei einer an sich bekannten Werkzeugmaschine mit drei senkrecht zueinander verschiebbaren Schlitten, von denen der untere Schlitten jeweils die Bahn des folgenden Schlittens trägt, zu dem zu einer Bezugsebene für die Schlittenführung parallelen Licht-

strahl in an sich bekannter Weise mindestens ein paralleler Referenzstrahl vorgesehen ist, und die lichtelektrischen Fühlcreinheiten der Aufnahmeeinrichtung für eine ßezugsebene aus einer Anzahl von drei lichtelektrischen Fühlcreinheiten bestehen, die getrennt voneinander semeinsam mit der Lichtquelle für die Bezugsebene der folgenden Schlittenbahn an einer Halterung angebracht sind, welche über eine Dreipunktlagerung mit den Führungsteilen des Schlittens in Verbindung

steht.

Ali Hand eines in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigt im einzelnen

Fig. 1 ein Horizontalbohrwerk in Montagestellung, ausgerüstet mit einer lichtstrahlgesteuerten Geradführung,

Fig. 2 a einen Schnitt nach Linie II a in Fig. 1, Fig. 2b einen Schnitt nach Linie II b in Fi g. 2a, Fig. 2c einen Schnitt nach Linie II c in Fig. 2a. F i g. 3 die Darstellung des Lichtstrahlverlaufes zur

Kontrolle der x-y-Ebene,

F i g. 4 die Darstellung des Lichtstrahlverlaufes zur

Kontrolle der .v-y-Ebene,
Fig. 5 a einen Schnitt durch einen Sensor, Fig. 5b einen Querschnitt durch einen vertikal

und horizontal verstellbaren Gleitschuh mit einem

elektrohydraulischen Steuerkreis für die Verstellung desselben,

Fig. 6 a einen Schnitt durch einen weiteren Sensor, Fig. 6b einen Querschnitt durch einen vertikal verstellbaren Gleitschuh mit einem elektro-hydraulischen Steuerkreis für die Verstellung desselben.

Gemäß Fig. 1 ist in nicht näher dargestellter Weise mit einem Maschinenbett 1 ein Werkstückträger 2 verbunden. Das Maschinenbett 1 ist mit zwei in ^-Richtung parallel zueinander verlaufenden Führungsleisten 3 versehen, welche je eine obere und untere Schlittenbahn 4, sowie seitliche Schlittenbahnen 5 aufweisen. Auf und an den Schlittenbahnen 4, 5 gleitet in x-Richtung ein Horizontalschlitten 6, bestehend aus vier in der χ ε-Ebene angeordneten Gleitschuhen 7, 8,9 α, 9 b. Die Gleitschuhe 7, 8,9 α, 9 b sind als Umgriffe ausgebildet und alle vertikal sowie teilweise auch horizontal verstellbar, wie später an Hand der Fig. 5b, 6b noch näher zu erläutern sein wird. Vorzugsweise sind die Gleitschuhe 7, 8 sowohl vertikal als auch horizontal verstellbar und das Gleitschuhpaar 9 a, 9 b ist lediglich vertikal verstellbar. Die Verstellung der Gleitschuhe 9 a, 9 b erfolgt synchron, so daß diese wie ein fest miteinander verbundenes Gleitschuhpaar reagieren. Auf den Gleitschuhen 7, 8, 9 a, 9 b ist ein Turm 10 des Bohrwerkes befestigt. Zwischen den Gleitschuhen 7, 8, 9 a, 9 h ist eine Halterung 11 für lichtelektrische Fühlereinheiten angeordnet. Diese Halterung ist über eine spezielle, in den Fig. 2a bis 2c näher dargestellte, Aufhängung so mit dem Turm 10 verbunden, daß er frei von auftretenden Belastungen bleibt und trotzdem die Bewegungen der Gleitschuhe mitmacht. Die Halterung 11 trägt zwei Rohre 57,89, welche sich in x-Richtung unter den Gleitschuhen 7, 8 bzw. 9 α, 9 & erstrecken. Unter dem Gleitschuh 7 befindet sich in dem Rohr 57 ein Strahlteiler 73. Der durch den Strahlteiler 73 hr..durchtretende Halbstrahl fällt auf eine im Rohr57 unter dem Gleitschuhe angeordnete lichtelektrische Fühlereinheit 13. Der vom Strahlteiler 73 reflektierte Halbstrahl fällt auf eine lichtelektrische Fühlereinheit 12, welche in einem Rohrstutzen 74 unter dem Strahlteiler 73 angeordnet ist. Der Rohrstutzen 74 ist senkrecht zum Rohr 57

gerichtet.

Eine dritte lichtelektrische Fühlereinheit 14 ist in dem Rohr 89 genau in der Mitte zwischen den beiden Gleitschuhen 9 a, 9 b angeordnet. An einem Träger 15, welcher fest mit dem Werkstückträger 2 verbunden ist, ist eine Lichtquelle 16 angeflanscht. Der von der Lichtquelle 16 ausgesandte Lichtstrahl wird durch eine in dem Träger 15 angeordnete, hier nicht naher dargestellte Strahlumlenk- und Strahlteilervorrichtung in zwei in einer Ebene liegende Lichtstrahlen '5 R_rRo aufgespalten. Auf die zwei Lichtstrahlen R₁, R., sind die Rohre 57. 89 ausgerichtet.

An Führungsleisten 17 mit Schlittenbahnen 18 des Turmes 10 ist ein dem Horizontalschlitten 6 entsprechender Vertikalschlitten 19 verschiebbar gelagert. Dieser Vertikalschlitten 19 weist analog dem Horizontalschlitten 6 vier Gleitschuhe 20, 21, 22 a. 22 b, eine Halterung 23 für lichtelektrische Fühlereinheiten und drei lichtelektrische Fühlereinheiten 24, 25, 26 auf Aus einer in der Halterung 11 für lichtelektrische Fühlereinheiten angeordneten Lichtquelle werden durch Strahlteilung und Strahlumlenkung des ausgesandten Lichtstrahles zwei Lichtstrahlen R_v R₃ erzeugt, welche von den lichtelektrischen Fühlereinheiten 24, 25, 26 empfangen werden und welche die y-z-Ebene festlegen. Auf den Gleitschuhen 20, 21, 22«, 22 b ist ein Auslegerarm 27 befestigt. Dieser Auslegerarm 27 weist eine sich in z-Richtung erstrekkende quadratische Ausnehmung 28 auf, in welcher ein Bobschlitten 29 geführt ist. Über vordere und 35 hintere Gleitlager 30, 31, welche in allen 4 Seitenflächen der quadratischen Ausnehmung 28 angeordnet sind, stützt sich der Bohrschlitten V> in dem Auslegerarm 27 ab. Die Gleitlager 30, 31 sind verstellbar, so daß durch Verstellung derselben die Stirn-40 fläche des Bohrschlittens 29 verkantet werden kann. Es kann weiterhin auf den Bohrschlitten 29 ein Drehmoment bezüglich seiner Horizontalachse (z-Achse) ausgeübt werden. Hierzu sind in der Mitte des Auslegerarmes 27 zwei Gleitlager 32 angeordnet. 45 Die Gleitlager 32 sind aus der Mitte zweier sich gegenüberliegender Seitenflächen seitlich verschoben. " *Zum Festlegen der Stirnfläche des Bohrschlittens 29 in der x-y-Ebene mittels der verstellbaren Gleitlager 30 bis 32 ist eine weitere Lichtquelle 33 mittels 50 eines Trägers 24 an der Halterung 23 befestigt. Durch Strahlteilung und Strahlumlenkung werden drei parallele Lichtstrahlen R 5, R 6, Rl erzeugt. Zwei der cirei Lichtstrahlen werden duich lichtelektrische Fühlereinheiten 35, 36 auf der Stirnfläche 55 des Bohrschlittens 29 empfangen, der dritte Lichtstrahl wir* von einem Spiegel 37 auf der Stirnfläche des Bohrschlittens 29 reflektiert und von einer lichtelektrischen Fühlereinheit im Träger 34 empfangen. Aus Fig. 1 und insbesondere aus den Fig. 2a 60 bis 2 c ist die kräftefreie Aufhängung der Halterung 11 für die lichtelektrischen Fühler an den Gleitschuhen 7, ά, 9 a, 9 b ersichtlich. Mit der Halterung 11 ist eine Schiene 38 fest verbunden. Die Schiene überragt die Halterung 11 in x-Richtung nach beiden 65 Seiten und stützt sich auf den Gleitschuhen 7, 8 ab. Die Gleitschuhe 7, 8 weisen an ihrer Oberseite kalottenförmige Ausnehmungen 39 auf. In den kalottenförmigen Ausnehmungen 39 sind Kugeln 41 ange-

ordnet Die Ausnehmungen 39 sind so bemessen, daß die Kugeln 41 noch mit ihrem überwiegenden Teil über die Oberfläche der Gleitschuhe 7, 8 hinausragen. Mit gleichen Ausnehmungen 40 an ihrer Unterseite stützt sich die Schiene 38 auf den Kugeln 41 ab. Über den Ausnehmungen 40 sind in dcrOberllächc der Schiene 38 Sackbohrungen 42 angeordnet, in welchen Tellcrfcdern 43 eingesetzt sind. Winkelstücke 44, welche mit den Gleitschuhcn 7,8 verschraubt sind, überkragen die Schiene 38 .ind pressen dieselbe über die Zwischengeschäften TeI-icrfedern 43 auf die Kugeln 41.

Die Halterung 11 für lichtelektrische Fühlcrcinheitcn besteht aus einer horizontalen Platte 45 und zwei vertikal nach unten gerichteten Scilenwändcn 46, 47. In den Scitenwändcn 46, 47 sind die horizontal gerichteten Rohre 57,89 angeordnet. In einer Ausnehmung 49 in der Seitenwand 46 ist eine Lichtquelle 48 angeordnet. Der von der Lichtquelle 48 ausgesandtc Lichtstrahl verläuft vertikal nach oben. Ein auf der Platte 45 der Halterung 11 angeflanschter Rohrstutzen 50 ist koaxial zu dem von der Lichtquelle 48 ausgesandten Lichtstrahl gerichtet. Ein entsprechrnder Rohrstutzen 51 ist auf der anderen Seite der Halterung 11 über der Seitenwand 47 angeordnet. Ein horizontal verlaufendes Querrohr und gleichzeitiges Trägerteil 52 verbindet beide Rohrstutzen 50,51 miteinander. In Höhe des Querrohres ist in dem Rohrstutzen 50 ein Strahlteiler 53 und in dem Rohrstutzen 51 ein Umlenkspiegel 54 angeordnet. Somit tritt der von der Lichtquelle 48 ausgesandte Lichtstrahl zur Hälfte durch den Strahlteiler 53 hindurch und bildet den Referenzstrahl R 3. Die andere Hälfte des ausgesandten Lichtstrahles wird um 90° von dem Strahlteiler 53 abgelenkt, durchläuft das Querrohr, trifft auf den Umlenkspiegel 54, wodurch er wiederum um 90' abgelenkt wird, so daß er parallel zum Referenzlichtstrahl R 3 als Referenzlichtstrahl R 4 aus dem Rohrstutzen £il austritt.

Über dem Gleitschuhpaar 9 σ, 9 ft ist auf der Außenseite des als Trägerteil 52 ausgebildeten Querrohres ein kugelförmiger Ansatz 55 angebracht. Um diesen kugelförmigen Ansatz 55 greift eine Kugelpfanne 56 und ist somit in allen Richtungen drehbar. Mit der Kugclpfanne 56 sind zwei sich bis über die Gleitschuhe 9 a, 9 b erstreckende Arme 58, 59 verbunden. Auf den Gleitschuhen 9 a, 9 b sind Winkelstücke 60 befestigt, welche die Arme 58.59 überkragen. Die Winkelstücke 60 weisen eine dem Arm 58 bzw. 59 zugewandte Sackbohrung 61 auf, in der ein Körper 62 verschiebbar gelagert ist. Dei Körper 62 stützt sich über eine Feder 63 am Grund der Sackbohrung 61 ab. Auf der dem Arm 58 bzw. 59 zugewandten Seite ist eine flache Sackbohrung 64 in dem Körper 62 angeordnet. Am Grund der flachen Sackbohrung 64 einerseits und auf der Oberseite des Armes 58 bzw. 59 andererseits stützt sich eine Kugel 65 ab. Die Kugel 65 wird dabei über den Körper 62 von der Feder 63 angepreßt Koaxial zur genannten flachen Sackbohnmg64 befindet sich an der Oberseite der Gleitschuhe 9 a, 9 b eine gleiche flache Sackbohrung 66. Zwischen dem Ann 58 bzw. 59 und dem Grund der Sachen Sackbohrung 66 ist eine Kugel 67 angeordnet.

Um Platz zu schaffen für die vorstehend beschriebene Aufhängung der Halterung 11 für lichtelektrische Fühlereinheiten, weist der Turm 10 an seiner Unterseite einen Flanschkragen 68 auf, wodurch im Innern ein Hohlraum geschaffen wird (Fig. 1). In dem Flanschkragen 68 sind sodann auf zwei gegenüberliegenden Seiten Ausnehmungen 69 angeordnet, durch welche die Rohrstutzen 50, 51 und somit auch die Refcrenzlichtstrahlen R 3, R 4 hindurchgreifen. Die Aufhängung der Halterung 23 für lichtelektrische Fühlcreinheitcn an den Gleitschuhcn 20, 21, 22 a, 22 b des Vertikalschlittens 19 erfolgt prinzipiell in der gleichen Weise wie vorstehend

ίο beschrieben. Da jedoch das Lichtteilersyslem mit den Rohren 50-52 hier fehlt, ist ein gesonderter Lagerzapfen als Trägerteil 70 für die Kugelpfanne 56 angeordnet. Zur Unterbringung der Aufhängung der Halterung 23 ist auf der Rückseitc des Auslcgcrarmes 27 ein entsprechender Hohlraum vorgesehen, was in der F i g. 1 nicht näher dargestellt ist.

Gemäß Fig. 3 trifft der von der Lichtquelle 16 ausgesandtc Lichtstrahl auf einen Strahlteiler 71,

ao welcher aus einem unter 45 ' im Lichlweg angeordneten halbdurchlässigcn Spiegel besteht. Der von dem Strahltciler 71 reflektierte Halbstrahl trifft auf einen Umlenkspiegel 72, wo er um 90° umgelenkt wird und als Referenzstrahl R 2 auf die in dem Rohr

*5 8*> angeordnete lichtelektrische Fühlcreinhcit 14 trifft. Der durch den Strahlteiler 71 hindurchtretende Halbstrahl R 1 trifft auf den im Rohr 57 angeordneten Strahlteiler 73. Der von dem Strahlteiler 73 reflektierte Lichtstrahl beaufschlagt die lichtclekirische rüiiicicinheit 12 in dcrn Rohrstutzen 74 und der durch den Strahlteiler 73 hindurchtretende Lichtstrahl beaufschlagt die im Rohr 57 angeordnete lichtelektrische Fühlereinhcit 13. Der Strahltciler 71 und der I'mlenkspiegel 72 sind in dem Träger 15 angeordnet, an welchem auch die Lichtquelle 16 angeflanscht ist. Die an Hand der Fig. 3 vorstehend beschriebene Anordnung dient zur Lageerfassung des Horizontalschlittens 6 in der *-z-Ebene. Die gleiche Anordnung ist zur Erfassung der Lage des Vertikalschlittens 19 in der y-z-Ebene vorgesehen, wobei die an bzw. in dem Träger 15 angeordneten Teile, wie Lichtquelle. Strahlteiler und Umlenkspiegel nun in bzw. an der Halterung 11 angeordnet sind (Fig. 2c).

Zur Erfassung der Lage der Stirnfläche des Bohrschlittens 29 in der Jt-y-Ebene ist die in Fig. 4 dargestellte Anordnung vorgesehen. Die ~n dem Träger 34 angeflanschte Lichtquelle 33 wirft ihren Lichtstrahl auf einen Strahlteiler 75. Der durch den Strahltciler 75 hindurchtretende Lichtstrahl R 6 trifft auf den Spiegel 37 an der Stirnfläche djs Bohrschlittens 29. wird von diesem in sich reflektiert, trifft wiederum auf den Strahltciler 75, wobei er um 90° umgelenkt wird und schließlich auf eine lichtelektrischc Fühlereinheit 76 fällt. Der von dem Strahlteiler 7i. reflektierte Lichtstrahl fällt auf einen weiteren Strahlteiler 77. Der von dem Strahlteiler 77 reflektierte Lichtstrahl R 7 trifft auf die lichtelek trische Fühlereinheit 36. Andererseits wird der durch den Strahlteiler 77 hindurchtretende Lichtstrahl an einem Umlenkspiegel 78 um 90° umgelenkt und trifft als dritter Referenzstrahl Λ 5 auf die lichtelektrische Fühlereinheit 35. Die lichtelektrische Fühlcreinheit 76, die beiden Strahlteiler 75,77 und der Umlenkspiegel 78 sind in den: Träger 34 angeordnet. Die beiden lichtelektrischen Fühlereinheiten 35,36 und der Spiegel 37 befinden sich auf der Stirnfläche des Bohrschlittens 29.

In Fig. 5a ist cine lichtelektrische Fühlereinhcit dargestellt, welche vier in vier Quadranten angeordnete Photodioden I bis IV aufweist und somit sowohl Abweichungen der lichtclcktrischen Fühlereinhcit in der Vertikalen als auch in der Horizontalen \ m dem Lichtstrahl R zu registrieren vermag. Gemäß Fig. 5b sind die beiden Photodioden I, II in der oberen Hälfte der lichtelcktrischen Fühlereinhcit über zwei gleich große Bewcrhmgswidcrstände 79 auf den negativ bewertenden Eingang 80 eines Diffcrcnzverstärkcrs 81 geschaltet. Über entsprechende gleich große Bewertungswiderstände 79 sind die Photodioden III, IV in der unteren Hälfte der lichtelcktrischen Fühlereinheit auf den positiv bewertenden Eingang 82 des DirTerenzverstärkers 81 geschaltet. Somit wird bei einer vertikalen Verschiebung der lichtelektrischcn Fühlereinheit gegenüber dem Lichtstrahl R in Abhängigkeit davon, ob die Beleuchtung der lichtclektrischcn Fühlereinhcit in der oberen oder unteren Hälfte überwiegt, ein negatives oder positives Signal am Ausgang des DifTerenzverstärkers 81 erzeugt, welches über einen Stellverstärker 83 ein Servoventil 84 ansteuert. Das Servoventil 84 steuert über zwei Leitungen 85,86 die Druckölzufuhr zu einem vertikal verstellbaren Gleitlager. Zur vertikalen Verstellung des Gleitlagers sind in dem Gleitschuh 7 auf den der Führungsleiste 3 gegenüber-'iegenden Seiten Ausnehmungen 87 a, 87 b angeordnet, in welchen als Kolben wirkende Lagerkörper 8H<7, HHh vertikal verschiebbar gelagert sind. Die Ausnehmungen 87 a, 87 6 sind über die erwähnten Drucköllcitungen 85, 86 an das Servoventil 84 angeschlossen. Um den Gleitschuh 7 in der *-z-Ebenc auch horizontal verschieben zu können, sind seitlich in dem Gleitschuh 7 weitere Ausnehmungen 87 c,

87 <l mit horizontal verschiebbaren Lagerkörpern

88 c. 88 d angeordnet, weiche sich an der Führungsleiste 3 abstützen. Die Druckölzufuhr zu den Ausnehmungen 87 r, 87 d und damit die horizontale Verschiebung des Gleitschuhes 7 wird durch ein Servoventil 84' und über Leitungen 85', 86' gesteuert. Das Servoventil 84' wird von dem Ausgangssignal eines DirTerenzverstärkers 8Γ über einen Stellverstärker 83' betätigt. Zur Auswertung einer horizontalen Verschiebung der lichtelektrischen Fühlereinheit sind die Photodioden II, III der linken Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit über Bewertungswiderstände 79' auf den negativ bewertenden Ei) gang 80' des Differenzverstärkers 81' geschaltet, so daß bei überwiegender Beleuchtung der linken Hallte der lichtelektrischen Fühlereinheit durch d··« Lichtstrahl R ein negatives Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 81' erzeugt wird. Andererseits sind die Photodioden I, IV der rechter. Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit über gleich große Bewertungswiderstände ΊΨ auf den positiv bewertenden Eingang 82' des Differenzverstärkers 81' geschaltet, so daß bei überwiegender Beleuchtung der rechten Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit durch den Lichtstrahl R ein positives Signal am Ausgang des Differenzverstärkers 81' erzeugt wird.

Gemäß Fig. 6a ist eine lichtelektrische Fühlereinheit zum Erfassen der Bewegung in nur einer Koordinate aus zwei Photodioden I, Π in zwei Hälften aufgebaut. Die hier dargestellte lichtelektrische Fuhlereinheh dient zum Erfassen einer vertikalen Verschiebung gegenüber dem Referenzüchtstrahl R.

Gemäß Fig. 6b ist zur Auswertung der von den

Photodioden I, II gelieferten Signale die Photodiode I der oberen Hälfte der lichtelektrischen Fühlereinheit über einen Bewertungswiderstand 79" auf den negativ bewertenden Eingang 80" eines Differenzverstärkcrs 81" geschaltet. Ebenso ist die Photodiode TI der unteren Hälfte der lichtelektrischen Fülllereinheit über einen entsprechenden Bewertungswiderstand 79" auf den positiv bewertenden Eingang 82" des DifTerenzverstärkers 81" geschaltet. Jc nachdem, ob

ίο die Beleuchtung der lichtelektrischen Fühlereinheit in der oberen oder unteren Hälfte überwiegt, ergibt sich am Ausgang des DifTerenzverstärkers 81" ein negatives oder positives Signal, welches, von dem Stellverstärker 83" verstärkt, das Servoventil 84" in der einen oder anderen Richtung betätigt, so daß über die Druckölleitungen 85", 86" mehr oder weniger Drucköl in die Ausnehmungen 87«, 87 b gelangt, wodurch sich der Gleitschuh 9 a, 9 b entlang der Lagerkörper 88 a, 88 b vertikal nach oben oder unten

»ο bewegt.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Geradführung ist folgende:

Die Lichtstrahlen R 1 ,R 2 verlaufen beide in der x-z-Ebene. In der Nullstellung des Horizontalschlittens 6, d. h. im symmetrisch belasteten Zustand und bei einer angenommenen, idealen Schlittenbahn 4. fluchten die Lichtstrahlen Ri, R 2 mit den lichtelektrischen Fühlereinheiten 12.13,14. Weist die Schlittenbahn 4,5 Unebenheiten auf oder tritt eine unsymmeiiibuie Belastung de» Huiizuiiiaisdiüücub 6 auf. so geben die Gleitschuhe 7, 8, 9 a, 9 b dieser Unebenheit bzw. Belastung nach. Die Bewegung der Gleitschuhe 1,8,9 a, 9 b wird infolge der in F i g. 2 a bis 2 c dargestellten Aufhängung auf die Halterung Π übertragen, so daß die an ihr befestigten lichtelektrischen Fühlcreinheiten 12, 13. 14 diese Bewegung ebenfalls mitmachen.

Es sei beispielsweise angenommen, daß sich der Gleitschuh 7 unter einer auftretenden Schnittkraft und einer dadurch hervorgerufenen Verbiegung des Turmes 10 in y-Richtung nach unten bewegt. Die Bewegung des Gleitschuhes 7 wird über das Winkelstück 44, die Tellerfeder 43 und die Kugel 41 auf die Schiene 38 und damit auf die Halterung 11 für die üchtelektrischen Fühiereinheitcn übertragen. Das andere Ende der Schiene 38 kippt um die Kugel 41 auf dem benachbarten Gleitschuh 8, ohne daß eine Kraft auf den Gleitschuh 8 übertragen wird, die dessen Lage verändern könnte. Bei der Kippbewegung

so der Halterung 11 um die Kugel 41 auf dem Gleitschuh 8 erfolgt sogleich eine Drehung des Querroh res als Trägerteil 52 mit seinem Kugelansatz 55 in der Kugelpfanne 56. Es ergibt sich somit eine resultierende Kippachse, welche durch die Kugel 41 auf dem Gleitschuh 8 und das Zentrum der Kngelpfanne 56 verläuft. Man erkennt, daß bei einer solchen Bewegung der Halterung 11 im wesentlichen die lichtelektrische Fühlereinheit 12 eine unsymmetrische Beleuchtung erfährt.

"ο Die vorstehend beschriebenen Vorgänge spielen sich ebenfalls ab, wenn der Gleitschuh 8 vertikal verschoben wird. In diesem Fall kippt die Halterung 11 um eine Achse, welche durch die Kugel 41 auf dem Gleitschuh 7 und das Zentrum der !!»s^pfanne 56

verläuft. Bei einer gegenläufigen, vertikalen Bewegung der Gleitschuhe 7 und 8 dreht sich die Halterung 11 mit dem Querrohr als Trägerteil 52 als Achse in der Kugelpfanne 56.

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Bei einer vertikalen Bewegung der Gleitschuhe 9 o, 9 b, die gemeinsam gesteuert sind und sich daher wie ein einziger Gleitschuh verhalten, kippt die Halterung 11 um die Schiene 38.

Eine horizontale Bewegung der Gleitschuhe 7, 8 wird über die Kugel 41 und die Schiene 38 auf die Halterung 11 übertragen. Über den Kugelansatz 55 an dem Querrohr als Trägerteil 52 und die Kugelpfanne 56 wird die Bewegung der Halterung 11 auf die Arme 58 und 59 übertragen. Die Arme 58 und 59 können dabei auf den Kugeln 65 und 67 abrollen.

Bei all den vorstehend angedeuteten Bewegungsmöglichkeiten der Halterung 11, hervorgerufen durch die Bewegung eines oder mehrerer Gleitschuhe, wer-

lichtelektrischcn Fühlereinheiten 24, 25, 26 sind auf die Lichtstrahlen R 3, R 4 ausgerichtet, welche in der v-z-Ebene liegen. Den Gleitschuhcn 20 und 21 sind lichtelektrische Fühlercinheiten gemäß Fig. 5a und clektro-hydraulischc Steuerkreise gemäß Fig. 5b zugeordnet. Dem Gleitschuh 22 a, 22 b ist eine lichtelektrische Fühlereinheit gemäß Fig. 6a und ein elektro-hydraulischer Steuerkreis gemäß Fig. 6b zugeordnet.

Um den Bohrschlitten 29 mit seiner Stirnfläche in der Ar-v-Ebene zu halten, geschieht folgendes:

Wenn der Lichtstrahl R 7 die lichtelektrische Fühlereinheit 36, welche wiederum vier in vier Quadranten angeordnete Photodioden aufweist, nicht im

den keine Kräfte von einem Gleitschuh auf den »5 Zentrum trifft, so werden über eine elcktro-hydrauanderen durch die dazwischen angeordnete Halte- tische Steuervorrichtung gemäß Fig. 5b die Glcitrunß 11 übertragen ^la8^{cr 30 in der} Horizontalen und Vertikalen so Wenn einer der'lichtelektrischen Fühlercinheiten verstellt, daß die lichtelektrische Fühlcrcinhcit 36 12 13 14 bei den oben genannten Bewegungen der genau im Zentrum des Lichtstrahles R 7 hegt. Erfolgt Ha'lterunell aus dem Zentrum eines zugeordneten ao nun die Beleuchtung der lichtelektnschcn ^Fuhlcr-Lichtstrahles Ä 1, Λ 2 auswandert, so erzeugt gemäß einheit 35, welche aus zwei Photodiodcn m einer Fic 5 b 6 b der den einzelnen Photodioden der linken und einer rechten Hälfte besteht, durch den lichtelektrischen Fühlereinheit zugeordnete Diffe- Lichtstrahl R 5 unsymmetrisch, so wird mit einer renzverstärker 81 ein Signal, dessen Größe und Vor- elcktro-hydraulischen Steuereinrichtung gemäß zeichen von dem Betrag und der Richtung der Ab- 25 Fig. 6b das Gleitlager32 angesteuert,
weichune der lichtelektrischen Fühlereinheit aus dem Durch das Gleitlager 32 wird ein Drehmoment aut Zentrum des Lichtstrahles abhängt. Der der licht- den Bohrschlitten 29 um die z-Achse ausgeübt, woelektrischen Fühlereinheit 12 zugeordnete Differenz- durch dieser solange verdreht wird, bis die Belcuch-

verstärker dart gegenuoer uen ucn anunv... ......* ^«e ««-. „....»,....».........,... . -»■-■-

elektrischen Fühlereinheiten 13, 14 zugeordneten 30 Lichtstrahl R 5 symmetrisch erfolgt.

Differcnzverstärkern nur einen halb so großen Ver- Bei einer Verkantung der Stirnfläche des Bohr-

stärkunsscrad aufweisen, da die von ihm registrierten Schlittens 29 wirft der auf der Stirnfläche angcord-

Abweichungen von dem Referenzstrahl R 1 infolge nctc Spiegel 37 den auftreffenden Lichtstrahl R 6

der Spiegelung an dem Strahlteiler 73 in doppelter nicht mehr in sich zurück. Es entsteht eine Auslcn-

Größe auftreten. Das Ausgangssignal des Differenz- 35 kung des reflektierten Lichtstrahles. Diese Auslcn-

verstärkers 81 steuert über den Stellverstärker 83 kung wird von der wiederum aus vier Photodioden

das Servoventil 84, welches seinerseits die Drucköl- in vier Quadranten bestehenden lichtelektrischen

zufuhr zu dem entsprechenden Gleitschuh so regu- Fühlereinheit76 (Fig. 4) registriert. Eine der licht-

liert daß dieser wieder seine Ausgangslage einnimmt, elektrischen Fühlereinheit 76 zugeordnete elektro-

in der die zugeordnete lichtelektrische Fühlereinheit 40 hydraulische Steuervorrichtung gemäß Fig. 5b

mit dem entsprechenden Lichtstrahl fluchtet. Alle steuert die Gleitlager 31 in der Weise, daß die Stirn-

Gleitschuhe 7, 8, 9 a, 9 ft sind vertikal verstellbar. Zwei Gleitschuhe, z. B. die Gleitschuhe 7 und 8, sind zusätzlich horizontal verstellbar. Entsprechend sind die Photodioden der den Gleitschuhen 7 und 8 zugeordneten lichtelektrischcn Fühlereinheiten 12 und 13 in vier Quadranten angeordnet (F i g. 5 a) und der elektro-hydrauliscae Steuerkreis entspricht dem in der Fig. 5b dargestellten Steuerkreis zur horizon-

fläche des Bohrschlittens 29 exakt in der x-y-Ebctie bleibt.

Da die Lichtstrahlen und damit die durch sie definierten Ebenen absolut ortsunveränderlich sind, erfolgt mit ihnen als Sollwert und den Supportlagen als Istwert ein Verdreh und es erfolgt eine Regelung mit den verstellbaren Gleitlagern als Stellgliedern. Die erzielbare Steifigkeit und Genauigkeit der

talen und vertikalen Verstellung des Gleitlagers. Die 50 Maschine ist beachtenswert gut lichtelektrische Fühlereinheit weist gemäß Fig. 6a Als Lichtquellen eignen sich vorzugsweise Laser-

nur eine obere und eine untere Photodiode auf, und ^T -*"""=»<- ■*- ^J:— -^:— --·—-* ^L"~^J~' der elektro-hydraulische Steuerkreis entspricht dem in Fig. 6b dargestellten Steuerkreis zur vertikalen Verstellung der Gleitschuhe 9 a, 9 b. SS

Der Vertikalschlitten 19 entspricht in Aufbau und Wirkungsweise völlig dem Horizontalschlitten 6. Die

Lichtquellen, da diese einen scharf gebündelten, monochromatischen und kohärenten Lichtstrahl erzeugen.

Einer der beiden Lichtstrahlen in jeder Ebene kann weiterhin zur interferometrischen Längenmessung der Supportbewegungen verwendet werden.

Hierzu 2 Platt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Lichtstrahlorientierte Lagekorrekturregeleinrichtung für die Geradführung von mit Führungsteilen längs einer Schlittenbahn geführten Schlitten an Werkzeugmaschinen, welche aus einer in einer dem Gestell für die Schlittenbahn zugeordneten Bezugsebene fest angeordneten Lichtquelle mit einem zu dieser Bezugsebene parallelen die Sollrichtung vorgebenden Lichtstrahl, einer mit dem Schlitten in Verbindung stehenden, die Istlage des Schlittens gegenüber dem Lichtstrahl registrierende und aus der damit über lichtelektrische Fühlereinheiten feststellbaren Regelabweichung ein Steuersignal bildenden Aufnahmeeinrichtung sowie einem durch das Steuersignal betätigba.tn hydraulischen Stellglied besteht, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer an sich bekannten Werkzeugmaschine mit drei senkrecht zueinander verschiebbaren Schlitten (6, 19, 29), von denen der untere Schlitten (6,11, 19, 23) jeweils die Bahn (18, 28) des folgenden Schlittens trägt, zu dem zu einer Bezugsebene für die Schlittenbahn parallelen Lichtstrahl (R₁, R₃, R₆) in an sich bekannter Weise mindestens ein paralleler Referenzstrahl (R₂, R₄, R_s, R.) vorgesehen ist, und die lichtelektrischen Fühlereinheiten der Aufnahmeeinrichtung für eine Bezugsebene aus einer Anzahl vo.i drei lichtelektrischen Fühlereinheiten (12,13,14/24, 25, 26/35, 36, 76) bestehen, die getrennt voneinander gemeinsam mit der Lichtquelle (48, 33) für die Bezugsebene der folgenden Schlittenbahn an einer Halterung (11, 23) angebracht sind, welche über eine Dreipunktlagerune (38 bis 44; 55) mit den Führungsteilen (7, 8, 9 a, 9 ft/20, 21, 22 a, 22 6/30, 31, 32) des Schlittens (6,19, 29) in Verbindung steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsteile (7, 8, 9 a, 9 ft/20, 21, 22 a, 22 b) von Gleitschuhen gebildet werden, die vertikal und horizontal verstellbar sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ureipunktlagerun^ (38 bis 44, 55) für die Halterung (11, 23) gebildet ist aus einer mit der Halterung verbundenen Schiene (38), weiche mit jeweils einem ihrer beiden Enden auf jeweils einem zu beiden Seiten der Halterung benachbarten Gleitschuh (7, 8) aufliegt, und aus einem an der Halterung (11, 23) angebrachten Trägerteil (52, 70), welches über eine aus einem kugelförmigen Ansatz (55) und einer Kugelpfanne (56) bestehendem Lager mit Querarmen (58, 59) in Verbindung steht, die mit ihren jeweiligen Enden auf jeweils einem weiteren zu beiden Seiten der Halterung benachbarten Gleitschuh (9 a, 9 b) aufliegen.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (38) und die Oberseite der Gleitschuhe (7, t) an sich gegenüberliegenden Punkten kalottenförmige Ausnehmungen (39, 40) aufweisen, in die Kugeln (41) eingesetzt sind, und daß auf den Gleitschuhen (7, 8) Winkelstücke (44) befestigt sind, welche zwischen sich und der Schiene (38) eine Tellerfeder (43) spannen.

5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Ober- und Unterseite der Arme (58, 59) Kugeln (65, 67) angeordnet sind, welche Kugeln (65,67) andererseits in flache Sackbohrungen (64, 66) in einem Körper (62) bzw. in der Oberfläche der Gleitschuhe (9 a, 9 b) hineinragen, und daß der Körper (62) in einer Sackbohrung (61) eines an de ι Gleitschuhen (9 a, 9 b) befestigten Winkelstücks (60) gegen eine Feder (63) verschiebbar angeordnet ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gleitschuhen (7, 8, 9 α, 9 b) der Schlittenbahn (4) zugewandte Ausnehmungen (87a bis 87 d) angeordnet sind, welche der Aufnahme von als Kolben ausgebildeten, druckölbeaufschlagten Lagerkörpern (88 a bis 88 (T) dienen.