DE1918803A1

DE1918803A1 - Elektronische Steuerung fuer einen in mehreren Achsen tastenden Taster zum Abtasten der Koordinaten von Punkten auf einer dreidimensionalen Flaeche

Info

Publication number: DE1918803A1
Application number: DE19691918803
Authority: DE
Inventors: Ford William A
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1968-07-16
Filing date: 1969-04-14
Publication date: 1970-03-26
Also published as: DE1918803B2; GB1246743A; US3600660A

Description

Patentanwalt

Dipl.-Inn. lO-My-

• 8 Münzen Io j ^ Apf.l369

Hohen8taufenstr.2, ΤθΙ.338111 München, den ·' " ^r

Mein Zeichen: FK-2444

Ford- Werke Aktiengesellschaft

Köln-Deutz Ottoplatz 2

"Elektronische Steuerung für einen in mehreren Achsen tastenden Taster zum Abtasten der Koordinaten von Punkten auf einer dreidimensionalen Fläche ⁿ

Für diese Anmeldung wird die Priorität der Anmeldung Se.Uo. 745 243 vom 16. Juli 1968 in den Vereinigten Staaten von Nordamerika in Anspruch genommen.

Kurzbeschreibung

Die Erfindung betrifft eine Steuerung für einen Oberflächen-Abtaster zur Messung und Aufzeichnung der Koordinaten von Punkten auf einer Oberfläche, mit der ein Benutzer der Vorrichtung den Taster von einer entfernten Stelle aus lenken kann.

Hauptbeschreibung

PIe Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem zur Steuerung der Bewegung «Ines Oberflächentasters, der an einer dreidimensionalen Fläche anliegt, wie z.B. der Oberfläche eines Tonmodelles, wel ches zur Schaffung und Gestaltung einer Kraftfahrzeugkarosserie

009813/1072

benutzt wird« indem die Koordinaten von ausgewählten Punkten auf charakteristischen Linien der Oberfläche abgetastet und aufgezeichnet werden.

Das Steuersystem nach der Erfindung ermöglicht es dem Benutzer des Tasters, dfe Tasterspitze von einem Heßpunkt zum anderen durch geeignete Handverstellungen zu lenken. Der von dem Benutzer gessteuerte Teil kann der Eingangstell eines elektrischen Funktionsdrehmelders sein oder auch ein anderes eine Spannung steuerndes Teil, während die Ausgangsspannungs-Slgnale getrennten SteuerservoVorrichtungen und Rückkopplungsschaltungen für je zwei Koordinatenachsen des Tasters zugeleitet werden. Eine automatische Regelkreis-Servosteuerung für die Lage der dritten Koordinatenachse des Tasters hält die gewünschte Koordinatenlage des Tasters für die dritte Achse aufrecht, wenn der Benutzer Handverstellungen für die ersten beiden Achsen vornimmt. Ein getrennter elektrischer Impulswandler ist vorgesehen, um Koordinatenablesungen für jede der drei Koordinatenachsen zu erhalten. Diese Angabe wird auf eine Karten-Loch-Maschine übertragen und in einem Computer für die Datenverarbeitung benutzt, um einen numerischen Steuerstreifen zu erhalten, der seinerseits als Xnformatlonsralttel für ein numerisch gesteuertes Maschinenwerkzeug verwendet wird, welches tür Bearbeitung und Fertigstellung einer Oberfläche entsprechend der originalen Modellfläche benutzt wird.

Der Taster besteht aus einem feststehenden Unterteil_s welches

009813/1072.

eine Verschiebebewegung In der Richtung einer ersten Koordinaten-achse zulässt. Ein senkrechtes Gestell, welches von dem Unterteil getragen Ist, bildet einen Tasterarm, dessen Ende den an dem Modell anliegenden Taster trägt. Der Arm kann an dem Gestell angehoben und gesenkt werden. Die Achse des Gestelles bildet die zweite Koordinatenachse. Die Achse des Armes, der von dem Gestell getragen wird, entspricht der dritten Koordinatenachse.

Im einzelnen wird Bezug genommen auf die Anmeldung P 17 6l 326.2 zur näheren Erläuterung eines mehrachsigen Tasters, der in Verbindung mit der Steuerung nach der Erfindung benutzt werden kann.

Für jede der drei Koordinatenachsen ist ein besonderer Servomotor und eine selbsttätige Lageregelung vorgesehen. Jeweils zwei Achsen, die durch den Benutzer der Vorrichtung gewählt sind, können dazu benutzt werden, um eine gesteuerte Bewegung des Tasters hervorzurufen, wenn der Taster von einem Oberflächenpunkt auf einen anderen längs einer charakteristischen Linie der Oberfläche des Modells bewegt wird. Es werden sowohl Grob-Verstellungen als auch Pein-Verstellungen in der Richtung Jeder Achse erreicht, wobei die FeinVerstellungen und die Bewegungsgeschwindigkeit des Tasters für jede der beiden gewählten Achsen dadurch erreicht wird, daß die Eingangsspannungen für die beiden geschlossenen Regelkreise der bezüglichen Achsen verändert werden. Dies erfolgt in einem einzigen Steuervorgang durch den Benutzer, der eine Handverstellun,g des drehbaren Teiles eines elektrischen Funkt Ions drehmelders

009813/1072

1st. Die Ausgangsspannungen des Drehmelders werden getrennt den beiden geschlossenen Servosystemen zur Lenkung der Steuerachsen , zugeführt.

Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung können Spannungsänderungen für die Servo-Krelssysteme durch eine einzige Steuerung erreicht werden, wie z.B. eine zweiachsige Potentiometer-Vorrichtung. Die Ausgangsspannung des Potentiometers 1st proportional der Bewegung des Elngangs-Steuertelles der Potentio meter-Vorrichtung mit Bezug auf die eine Achse. Hierdurch wird ein Spannungssignal erzeugt. Die entsprechende Verstellung des Steuerteiles mit Bezug auf die andere Achse 1st außer Phase mit Bezug auf die erste Achse und ergibt ein zweites Signal. Beide Signale werden durch getrennte Hilfsstromkrelse für den Servo-Regelkreis der beiden ausgewählten Steuerachsen empfangen. Die Bewegung des Tasters mit Bezug auf die dritte Achse wird erreicht, wenn der Tastdruck auf den Taster den Betrieb eines Steu erumformers auslöst. Das Ausgangssignal wird einem Servo-Motor zugeleitet, der den Taster mit Bezug auf die dritte Achse einstellt.

Ein Ausführungsbeisptel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, auf denen zeigen: Λ

Flg. IA und IB eine schematische Isometrische Abtastrorrichtung mit dem verbesserten Steuersystem nach der Erfindung.

009813/1072

Flg. 2 eine Isometrische Ansicht einer Tastvorrichtung nach Fig. 1.

Flg. 3A die Ansicht der Vorrichtung nach Fig. 2 von vorn.

Fig. 3B eine teilweise geschnittene Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 3A.

Fig. 30 eine Seitenansicht gesehen aus der Ebene der Schnittlinie 3C73C der Fig. 3B und 3D.

Fig. 3D eine Vorderansicht gesehen aus der Ebene der Schnittlinie 3D-3D der Fig. 3C

Fig. 4 einen Querschnitt der einen Teil des Antriebsnotors der Längsachse und des IsqmlsuMwandlers gesehen aus der Ebene der Schnittlinie 4-4 der Fig. 3D, 3B und 5A.

Fig. 5A «inen Querschnitt durch die Vorrichtung gesehen aus der Ebene der Schnittlinie 5A-5A der Fig. 4 und 3C.

Fig. 5B einen Schnitt nach der Schnittlinie 5B-5B der Fig. 4.

91g. 6a einen Schnitt, gesehen aus der Ebene der Schnittlinie 6a-6A der Fig. SA und £B.

Flg. 6B einen Schnitt nach der Ebene 6B-6B der Flg. 6A.

Flg. 7A eine Ansicht des Antriebsmotorgetriebes und des Impulsumwandlers für die Verstellung der horizontalen Achse der Tastvorrichtung. Sie 1st ein Schnitt nach der Schnittlinie Tk-Tk der Fig. 7B, 3C und 3B.

Fig» 7B einen Schnitt nach Linie 7B-7B der Flg. 7A. Flg. 7C einen Schnitt nach Linie 7C-7C der Flg. 7Ä.

Flg. 8A eine teilweise geschnittene Ansicht der Getriebeanordnung, durch die eine Treibverbindung zwischen dee Motor der Fig. 7A und den Antriebsritzel für die horizontale Ae-hse hergestellt wird. Der Schnitt geht nach der Linie 8A-8A der Fig. 10.

Fig. 9 eine Darstellung der Qetrlebeanordnung nach Flg. 8A gesehen aus der Eben· der Schnittlinie 9-9 der Flg. 3D.

Fig» 10 einen Schnitt nach der Linie 10-10 der Fig. 8A und 9·

Fig. 11 einen Schnitt durch den Tastkopf, der einen Teil der Testvorrichtung bildet.

Fig. 12 eine schematische Darstellung des Tast&opftes nach Fig» Il zuaaasen alt dem Regelkreis in- Bloek-ß&rstelliiiig«, äez>

Fig. 13A und 13B die Schalttafeln, die bei der Ausbildung nach den Fig. I₉ 2 und 3A benutzt werden.

Fig. 14, 15 und 16 Schaltschemen in Blockform, welche die Hauptteile der Bewegungssteuerungen für die drei Koordinatenachsen der Tastvorrichtung veranschaulichen.

Fig. 17 schematisch einen Funktimsdrehmelder zur Erzeugung eines elektrischen Eingangssignals für die Steuerkreise nach Flg. 14, 15 und 16.

Flg. 18 schematisch ein Schaltschema zur Leitung der Signale

des Funktionsdrehmelders nach Fig. 17 in die Kreise nach Flg. 14, 15 und l6. der bezüglichen Achsen.

Fig. 19 eine schematische Darstellung eines Steuer-Potentiometers zur Änderung der Eingangsspannung in den Drehmelder nach Fig. 17.

Fig. 2OA und 2OB eine mechanische Stabsteuerung zur Entwicklung von Eingangsspannungen für Je zwei der Steuerkreise nach den Fig. 14, 15 und l6.

In den Flg. IA₉ 2 und 3 1st die Tastvorrichtung im ganzen mit 10 bezeichnet. Sie ist auf einem Unterteil 12 montiert, welches an jeder geeigneten Stelle des Fußbodens eines Gestaltungs-Ateliers aufgelegt werden kann. Das Unterteil 12 besitzt eine

009813/107 2

Schienenbahn l4, auf der die Tastvorrichtung tragende Rollen im Fuß 16 des senkrechten Gestelles 18 der Tastvorrichtung laufen. Der Unterteil 12 befindet sich neben einem Tonmodell 20 einer Kraftfahrzeugkarosserie, auf dem charakteristische Linien angebracht sind.

Der Ständer 18 trägt einen Support 22, der einen Halsteil um den . Ständer l8 herum bildet. Der Support 22 bildet eine Lagerung für einen horizontalen Arm 24, der sich in horizontaler Richtung senkrecht zur Bewegungsrichtung des Ständers 18 auf der Schiene 14 bewegen lässt. Das eine Ende des Armes 24 trägt einen Tastkopf 26 mit einem Tastteil 28, der auf der Fläche des Modelles 20 aufliegen kann. Der Arm 24 kann längs seiner Achse vorgeschoben und zurückgezogen werden, die der quergerichteten Koordinatenachse entspricht. Die Bewegungsrichtung des Ständers entlang der Bahn 14 entspricht der Koordinaten-Längsachse. Ein Steuerpult 30 wird von dem Fuß 16 getragen. Das Pult besitzt automatische Fern-Steuerungs-Schaltelemente und von Hand eingestellte. Handräder zur Steuerung der Bewegung des Tasters 28. Zusätzlich 1st eine Steuerung 32 aufgehängt, welche zusätzliche Steuerteile enthält, die nachfolgend beschrieben werden.

Ein Antriebsmotor mit senkrechter Achse ist bei 34 angeordnet. An dem Gehäuse, an dem der Motor 34 angebracht ist, sitzt ein Impulsgenerator oder die Lage digital darstellender Teil 36· Der Fuß 16 trägt einen Antriebsmotor 38 für die Längsachse. Neben dem Motor 38 befindet sich ein Spannungsgeber oder die Lage digital

009813/1072

. 9 -■

darstellender Teil 40 für die Längsachse· Eine Handverstellung 42 für die Längsachse in Form eines Handrades dreht ein Zahnrad, welches in die Zahnstange eingreift. Letztere erstreckt sich in horizontaler Richtung und sitzt an dem Unterteil 12. Ein die Lage der senkrechten Achse digital darstellender oder steuernder Umformer 48 bildet einen Teil der Motoranordnung 44 und greift ebenfalls in die Zahnstange 46 ein.

Ein dfe Lage der horizontalen Achse digital darstellender Teil 1st bei 50 gezeigt. Er greift in eine Zahnstange 52 am unteren Teil des Armes 24. .Eine horizontale Handverstellung in Form eines Handrades ist bei 54 dargestellt. Dieses Handrad betätigt ein Reibrad, welches sich auf die obere Fläche des Armes 24 auflegt» sodafi dieser in Richtung der.horizontalen Achse verstellt werden kann. Eine entsprechende senkrechte Achsverstellung für die Hand in Form eines Handrades ist bei 56 dargestellt.

An der Seite des Unterteiles 12 ist ein kanalfOrmiger Stützteil 58 befestigt, wie aus Flg. 4 erkennbar. Der Stützteil 58 trägt eine Zahnstange 60, die in Richtung der Längsachse verläuft.

Das Gehäuse 62 des Antriebsmotors ist an die Seit« des Fußes l6 angesehraubt· Es besitzt eine seitliche öffnung 64, in der •in Lagerteil 66 sitzt· Das Lagerteil besitzt eine öffnung für eine Lagerhülse 68, die voneinander entfernt angeordnete Kugellager 70 und 72 enthält· Die äussere Fläche der Hülse 68 ist mit (!«winde versehen und niaat ein* Veratelleutter 7% aifc äufierer.

009813/1072

konischer Fläche auf, die sich gegen eine Innere konische Fläche einer dazugehörigen Befestigungsmutter 76 anlegt. Diese Mutter ist Ihrerseits auf den Paßteil 66 für die Lagerung aufgeschraubt. Durch die Lager 70 und 72 wird eine Antriebswelle 78 für ein Zahnrad gelagert· Die axiale Toleranz der Lagerung kann durch geeignete Einstellung der Hülse 68 mit Bezug auf die Mutter 74 aufgehoben werden. Nachdem die Toleranz aufgehoben.ist, kann die Befestigungsmutter 76 angezogen werden, wodurch die Hülse 68 in der eingestellten Toleranzlage Null gehalten wird. Ein mit dem toten Gang Null versehenes Antriebszahnrad 80 sitzt auf der Welle 78 und greift In die Zahnstange 60 ein. Das Zahnrad 80 kann unterteilt sein, wie angegeben, um eine Winkelverstellung eines Teiles zu dem anderen zuzulassen, damit der tote Gang entfällt.

Das linke Ende der Welle 78 trägt ein spiralförmiges Kegelzahnrad 82. Dieses kämet mit einem Spiral-Kegelritzel 84 auf der Welle 86. Die Welle 86 1st an den Enden durch Lager 88 und 91 gelagert, die In Lageröffnungen des Gehäuses 12 sitzen.

Eine elektromagnetische Kupplung 90 sitzt auf der Welle 86. Sie stellt beliebig eine Treibverbindung zwischen der Welle 86 und der Ankerwelle 92 des Motors her, die ihrerseits von der Längsachse des Antriebsmotors 38 angetrieben wird. Ein Sjnchron-Antrlebsgetriebe 1st von einem Gehäuse 62 umschlossen. Es enthält ein Antriebszabnrad 94, welches durch die Welle 86 angetrieben ist,

^ 009813/1072

- ii -

und auf dieser sitzt. Das Zahnrad 94 greift in ein spielfrei laufendes Zahnrad 96 auf der Welle 98 ein. Letztere Welle wird durch'die Lager 100 und 102 gehalten, die in Lageröffnungen des Gehäuses 62 und eines inneren Vorsprunges 104 des Gehäuses 62 gelagert sind. Außerdem ist die Welle 98 von einem im Durchmesser verringerten Antriebszahnrad 106 umschlossen, welches mit einem Zahnrad 108 in Eingriff steht, wie sich aus den Fig. 5A und 6a ergibt. Dieses Zahnrad seinerseits 1st mit dem Antriebsrad 110 gekuppelt und die beiden Räder sind auf einer gemeinsamen Welle in dem Gehäuse 62 gelagert.

Das Zahnrad 110 steht mit einem spielfrei laufenden Zahnrad 112 auf der Welle 114 in Eingriff. Die Welle 114 ist durch Lager 116 und 118 in dem Gehäuse 62 gelagert. Das obere Ende der Welle 114 trägt ein Antriebsritzel 120, welches mit dem spielfrei laufenden Zahnrad 122 in Eingriff steht. Dieses Zahnrad seinerseits treibt einen Impulsgenerator oder ein die lage digital darstellendes Gerät 40, welches einen Spannungsimpuls für Je 0,025 mm Bewegung des Tasters in Richtung der Längsachse liefert.

Ein Antriebsmotor 34 in der senkrechten Achse wird von einem Teil 22 getragen. Dieser Teil enthält ein Zahnradgehäuse 124, welches eine Ritzelwellenlagerung 126 trägt, in der eine Ritzelwelle 128 gelagert ist. Ein spielfrei laufendes Ritzel 130 sitzt auf der Welle 128 und greift in eine Zahnstange 52 ein. Der Teil 126 hat die Form einer Hülse, in der Kugellager 132 und 134 sitzen,

^009813/1072 IaADORl₆₁NA₁/

Am innersten Ende der Welle 128 1st ein spielfrei laufendes Antriebszahnrad 136 befestigt. Dieses greift in ein auf einer Welle I¹IO angeordnetes Zahnrad 138 ein. Die Welle I¹IO ist mittels Lagern 1^2 und Ikk in Lageröffnungen des Gehäuses 12k gelagert. Das Zahnrad 138 steht mit einem Zwischenzahnrad 1^6 in Eingriff, welches seinerseits durch die Ankerwelle des Motors J>k angetrieben wird.

Der Impulsgeneratorenantrieb besteht aus dem Ritzel 138 (welches in der Fig. 8A aus seiner Lage heraus dargestellt ist), welches mit dem Zahnrad 1^6 in Eingriff steht. Dieses seinerseits greift in ein spielfreies Zahnrad 150 ein, welches mittels einer Kupplung 152 mit dem die Lage digital darstellenden Gerät 36 verbunden ist.

Wie in Fig. 9 dargestellt, ist der Arm 2k mit um 120° gegeneinander versetzten Flächen versehen. An jeder Fläche läuft eine Rolle, wie sie mit 15k, Vjk^% und 15¹I'¹ angegeben sind. Diese Rollen sind auf einem Teil 22 gelagert. Dazu gehörige Rollen sind in gewissem Abstand mit Bezug auf die Rollen 15k, 15¹I' und 15¹I" vorgesehen.

Der Tastkopf, wie er in der Fig. 11 angegeben ist, besteht aus einer Hülse 156, die von einem ersten Drehteil 158 des Tastkopfes getragen wird. Dieser Drehteil dreht sich um eine Achse, welche den Krtimmungsmittelpunkt der Tastspitze I60 enthält. Der Teil 158 seinerseits wird von einem weiten Drehteil l62 des Tastkopfes getragen, der um eine Achse schwingen kann, welche ebenfalls den

009813/1072

Krümmungsmlttelpunkt der Tastspitze l6O enthält. Der Teil l62 sitzt am Ende des Armes 24.

Der Tastkopf nach Flg. 11 kann um viele Achsen verstellt werden, ohne daß die Lage der Tastspitze mit Bezug auf den Bezugspunkt Im Raum sich ändert.

Die Tastspitze l6O sitzt an einer Tastwelle 164, die von einem Universal-Huffentell 166 umschlossen 1st. Dieses Teil 1st mit einer zylindrischen Lagerfläche versehen, die durch eine innere zylindrische Lagerfläche In einem dazugehörigen Muffenteil 168 erfasst wird. Die Teile 166 und 168 sitzen in einer zylindrischen Bohrung 170 in einem Lager-Paßteil 172. Dieses sitzt in einem Gehäusemantel 174, der seinerseits mit dem rechten Ende an der Hülse 156 befestigt ist. Von Hand verstellbare Madenschrauben 176 in dem Verschlußteil 178 begrenzen die Winkelverstellung der Tastspitze 160 um die Schwingungsmitte des Universal-Muffentelles 166.

Das rechte Ende der Welle 164 trägt einen Nockenteil 180 mit einer konischen Endfläche. Gegen die konische Nockenfläche legt sich eine Nockenkugel 182. Diese greift in eine Aussparung zum Sitz der Kugel ein. Das untere Ende eines Betätigungsarmes 184 für einen steuernden Differentialtransformator 186 besitzt eine labe, die durch die Halse 156 festgehalten wird. Eine Bewegung des Anes 184 üb seine Schwenkachse erzeugt eine Spannung, die

009813/1072

proportional zur Verstellung des Armes 184 ist. Der Arm 184 wird normalerweise im Uhrzeiger-sinne gedrückt, wie aus Fig. 11 erkennbar und zwar durch eine Feder 188, die an einer Verankerung 190 festgelegt ist, welch letztere an dem Gehäusemantel 174 festsitzt.

Eine Verstellung der Spitze l60 in Richtung ihrer Achse ergibt eine Winkelverstellung des Armes 184, wodurch eine Signalspannung erzeugt wird. In gleicher Welse ergibt eine Winkelverstellung der Spitze 160 mit Bezug auf die Schwingungsachse der kugeligen Lagermuffe 166 eine Nockenwirkupg auf die Kugel 182 auf der konischen NAckenflache des Teiles l80. Hierdurch wird wiederum der Arm 184 verstellt und erzeugt ein Signal, welches eine Anzeige für die Grüße der Verstellung ist.

Wie aus Flg. 12 hervorgeht, werden die Ausgangs-Spannungssignale des Differentialtransformators auf einen Verstärker 192 geleitet, der seinerseits den Antrieb des Motors 34 für die Horizontalachse erregt. Die mechanische Verbindung zwischen dem Ankermotor 34 und dem Arm 24 läßt den Arm 24 sich mit einer Folgebewegung verstellen, bis die Verstellung, die ursprünglich das Signal in dem Differentialtransformator ausgelost hat, in Wegfall komat. Sodann hat die Tastspitze eine neue Horizontallage relativ zu irgendeinem gegebenen Funkt auf der Oberfläche des Modells eingenommen. Der Bezugspunkt Null für den Verstärker und den Motor kann durch ein geeignetes von Hand bedienbares Null-Einstellteil 194 eingestellt

009813/1072

werden. Jede Abweichung, sei es in der Plusrichtung oder in der Minusrichtung von dem voreingestellten Nullwert ergibt ein Ansprechen des Motors auf die Tastspitze in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung.

Der Steuerkreis zur Steuerung der Bewegung des Tasters in den drei Koordinatenachsrichturigen ist als Blockzeichnung aus den Fig. 14, 15 und 16 erkennbar. Das Steuersystem für die Horizontalachse ist in der Flg. 1*1 dargestellt, die Steuerung für die vertikale Achse ist in Fig. 15 grzeigt und die Längsaehs-Steuerung in der Fig. l6. Jede der Steuerungen enthält eine Steuerung für die Grob-Einstellung sowie eine Steuerung für die Fein-Einstellung. Die Grob-Einstellung nach Fig. 14 besteht aus einem von dem Arbeiter betätigten Hebel 196, der an der Pendelung 32 nach Fig. vorgesehen sein kann. Dieser betätigt ein in der Mitte angezapftes lineares Potentiometer 198, welches eine variable Spannung erzeugt die auf den Verstärker 200 über den Summierpunkt 202 gegeben wird. Der Verstärker liefert Strom an den zwei-phasigen Wechselstrom-Servomotor 34, der gegen eine elektromagnetische Kupplung 204 übersetzt ist. Diese wiederum erregt die gleitende Einrichtung, bestehend aus dem Arm 24 über einen Reibungsantrieb 206 und über ein geeignetes Getriebe 208. Ein Wechselstrom-Tachometer, der mit dem Anker des Motors verbunden ist, wie schematisch aus 210 erkennbar, liefert ein Steuersignal zurück an den Summlerpunkt 202 und stellt hierdurch die Geschwindigkeit des Motorantriebes auf einen Wert ein, der abhängig von der Stellung des Hebels 196 ist.

1309813/1072

Eine geeignete Stromzuführung für den Verstärker 1st schematisch bei 212 dargestellt. Es kann dieses eine Spannungszufuhr von 115 Volt Wechselstrom sein.

Flg. lH zeigt ausserdem schematisch eine Feinsteuerung für den Antriebsmotor 3¹* für die Horlaontalachse. Es ist dieses eine Lagesteuerung, die ein Ausgangssignal zuleitet, welches im Verhältnis W zur Stellung des Rotors eines Steuergebers 2l4 steht. Dieser Rotor 1st schematisch mit Rl in der Flg. 14a bezeichnet. Die Feinsteuerung ist an der Pendelvorrichtung nach Fig. 13 bei 217 in der Form eines Handrädchens dargestellt, welches eine Zahnradverbindung mit dem Rotor Ri besitzt.

Der Steuergeber 214 besitzt ausserdem einen Stator, der in der Fig. lllmlt Sl bezeichnet ist und der mit einem Stator S2 mit drei Wicklungen eines Steuertransformators 216 über eine dreiadrige Verbindung verbunden ist. Es 1st dies ebenfalls in der Flg. IhA dargestellt. Der Rotor R2 für den Steuertransformator 216 ist mit der übersetzung 208 über einen Getriebekasten 218 und eine elektromagnetische Kupplung 220 verbunden.

Das Ausgangssignal des Stators des Steuertransformators 216 wird auf den Summierpunkt 202 geleitet und von hler über dee Verstärker 200 auf den Servomotor 3¹S. Der Motor treibt den-Arm 2U über den mechanischen Drehmoment weg, wie er schematiseh in de? Fig. lH angeben ist. Die Bewegung des Armes 24 wird dureh ά&η Rotor des Steuertransformators Infolge der mechanischen Verbindung zwischen dem

009813/1072

Getriebe 208 über die elektromagnetische Kupplung 220 und den Getriebekasten 218 abgefühlt. Jegliche Verstellung des Rädchens 217 zur Feinsteuerung lust eine Bewegung des Rotors R2 aus, wenn der Ann 24 anspricht.

Eine entsprechende Feinsteuerung und Grobsteuerung ist in der Fig. 15 für die Verstellung in senkrechter Achse angegeben. Der Reibantrieb 206 nach Flg. 14 1st in dem Kreis nach Flg. 15 durch eine Zahnstange und ein Ritzel ersetzt, wie sie bereits beschrieben und mit 46 bezeichnet worden sind. Der Teil 22 1st In diesem Falle die Belastung» Die Steuerung der Längsachse 1st in der Flg. l6 dargestellt. Die Belastung ist In diesem Falle der Ständer selbst. Er wurde nach Flg. 16 mit 16 bezeichnet. Die von dem Arbeiter betätigte Grob-Verstellung und Fein-Verstellung für die Längsachse, wie sie in der Fig. 13 und in der Fig. 16 angegeben sind, sind mit 219 und 221 bezeichnet.

Die entsprechenden von Hand zu betätigenden Steuer-Teile für die senkrechte Achse sind in den Fig. 13 und 15 mit 222 und 224 bezeichnet . Eine elektromagnetische Kupplung 1st in den Flg. 14, 15 und 16 mit 226, 226* und 226*' bezeichnet. Dies ergibt eine Verbindung zwischen den Handsteuerteilen und dem Steuer-Transformator. In der vorliegenden Beschreibung sind die Teile der Flg. 15 und 16, dfe mit dem Kreis der Fig. 14 übereinstimmen, durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Fig. 15 ein Indexzeichen hinzugefügt wurde und in der Flg. 16 zwei Indexzeichen.

0098Ϊ3/1072

Durch Schaltung des Steuerteiles 228 auf der Schalttafel 30 kann der Arbeiter unter zwei von drei Kreisen nach Fig. 1*1, 15 und -16 auswählen, in welche die Steuersignale eingeleitet werden sollen.

Die Schalttafel 30 dient ausserdem als Stesierfitelle zur Einleitung weiterer Steuerfunktionen, die keine direkte Beziehung zu der Verbesserung nach der Erfindung haben. Diese bestehen aus einem automatischen Suchkreis, der es dem Arbeiter ermöglicht, einen Taster in eine vorher ausgewählte Stellung an dem Modell zu bringen. Wenn der Taster das Modell berührt, wird ein Regelkreissystem für die Servovorrichtung des Horizontalachssystemes betätigt'. Der selbsttätige Suchknopf ist bei 230 dargestellt und der entsprechende Steuerknopf zum Zurückziehen ist bei 232 dargestellt. Der Hebelschalter ist mit 23^ bezeichnet.

Die Amplitude der Verstellung der Tastspitze und die Geschwindigkeit der Verstellung des Tastkopf eswerden durch Steuerteile 236 und 238 betätigt.

Die Bewegungsrichtung des Tasters während des selbsttätigen Suchens wird durch die Stellung des Steuerschalters 240 bestimmt.

Wählt der Arbeiter zwei von drei Koordinatenachsen während eines Tastvorganges aus, so wird die dritte Achse durch das Servosystem des geschlossenen Regelkreises, wie er anhand der Flg. 11 und 12 beschrieben wurde, betätigt, der steuernde Differentialtransformatoren und die verstellbare Tastspitze enthielt. Durch Veränderung

009813/1072

der Verstellung des Rotors des Steuergebers für die beiden ausge- · wählten Steuersysteme nach Pig. 14, 15 und 16 kann der Arbeiter den Taster über die Oberfläche des Modelles lenken. Er tut dieses durch Steuerung der Lage des Tasters mit Bezug auf zwei Koordinaten. Die Stellung des Tasters mit Bezug auf die dritte Koordinate wird durch die automatische Servo-Regelkreissteuerung für den Tastkopf automatisch bestimmt.

Um die Lenksteuerung; der Tastspitze zu unterstützen, wird ein Punktions-Drehmelder» wie er in der Fig. 17 dargestellt ist, benutzt. Dieser besteht aus einem gewickelten Rotor 242 und zwei Statorwicklungen 244 und 246, die um 90° außer Phase gegeneinander versetzt sind» Ober die Enden der Rotorwicklungen wird eine Spannung E₄ aufgedrückt. Der Rotor kann um irgendeinen Winkel δ verdreht werden, um eine veränderliche Ausgangsspannung Eq₁ und E₀₂ für die Statorwicklungen 244 und 246 zu erzeugen. Die Ausgangsspannungen des Stators sind eine Funktion der Eingangsspannung an dem Rotor und des Winkels θ . E_Qi = E. cos θ und Eqj = E.sin θ . Die Spannung E_Q2 kann in den Summlerpunkt 202 für den Kreis nach Fig. 14 gegeben werden, sofern die Steuerung für die Horizontalachse durch den Arbeiter als eine von zwei gelenkten Steuerachsen ausgewählt wurde. Sofern die Längslenkachse die andere der ausgewählten Achsen ist, wird dfe Spannung E_Q1 auf den Summlerpunkt 202'' gegeben. Auf diese Weise kann durch Veränderung der Winkelstellung des Rotors 242 mit Bezug auf die Statoren 244 und 246 der variable Eingang zu ^eder von zwei Achsen hervorgerufen werden

009813/107 2

und auf diese Weise kann die Verstellung der Belastung ffir^ede der Achsen und zwar den Ana 24 und den FuS Ιέ nach Wunsch verändert werden« Um eine Geschwindigkeitssteuerung zusätzlich zur Richtungssteuerung zu erhalten, 1st es lediglieh notwendig, die Höhe der Spannung E^ zu verändern. Dies kann durch geeignete Steuerteile und zwar den Fiinktions-Brehiaelder 250 und das Potentiometer 248 in Flg« 19 geschehen« Die Ausgangsspannung des Potentiometers die hei E In der Flg. 19 dargestellt ist, ntrd in de» Kot or des Funktions-Brehiielders eingeleitet* Der Brehaelder teilt alsdansa diese Spannung in zwei Komponenten, die in der Flg« 19 als Vektor-Mengen £ cos β und E sin 9 angegeben sind.

Die Flg. 18 zeigt nur schesiatiseh eine Schaltfunktion,, die de» Arbeiter durchgeführt wird, wenn er die Stellung des Steuerteiles 228 einstellt, mn zwei von drei Achsen auszuwählen. 0k verschiedenen Suraaierpunkte für die Kreise der Fig« 14^ 15 und sind In der Flg. 18 »It 202,, 202' und 202" dargestellt, :Die Spannung E cos θ für die Signale., welche von den 3r*fa&elu?rn «nt~ wlctelt werden, werden auf die SuDualerptmlite durch «i©«® erste© Parallelicrelstell 252 gegeben. Der dazugehörige Pai?all«21p?*S«*©iX 254 leitet- die Komponenten E sin 9 des

auf die Sunais'ipunkte «nd zwar fir Jedem der Ereltse I^, 15 nod 16 * file Sehaltej· dkifaüieaean unü §es®&&M3&gvl· mst!

drei Ireise^ dl® s« diesem Zweck »sfo-smatlssis Ib SWi npd S»6 bezeichnet sind*

In den Flg. 2OA und 2OB ist ein anderes Steuerelement zur Betätigung der Lenkung dargestellt. Dieses besteht aus einem Stab 256, der von einer .Schwenkwelle mit einer Achse 258 getragen wird. Der Steuerstab 256 tritt durch einen Schlitz 260 in einem halbkugeligen Teil 262 hindurch. Dieser Teil sitzt auf einer Welle mit einer Schwingachse 26¹I. Die Welle ist mit dem Rotor eines Potentiometers 266 verbunden, der von einer geeigneten Schalttafelplatte 268 gehalten 1st. Die Welle mit der Achse 258 1st mit einem zweiten Potentiometer 270 verbunden, welches um 90° mit Bezug auf das Potentiometer 266 versetzt ist.

Durch Drehung des Steuerhebels 256 Im Uhrzeigersinne gemäß Fig. 2OB wird das Potentiometer 270 durch Bewegung des Hebels 256 in einer Richtung, die eine Drehung des Teiles 262 um die Achse 264 hervorruft, betätigt. Die kombinierte Winkelverstellung um die Achsen 264 und 258 kann gleichzeitig stattfinden, wenn der Steuerhebel 256 in einer anderen Richtung bewegt wird, als der Richtung der Bezugsebene der Flg. 20. Die beiden Ausgangssignale aus den Potentiometern 266 und 270 können als direkte Signale verwendet werden. Dieses entspricht den Spannungen E₁ sin θ und E^cos θ der Fig. 18.

Ohne Rücksicht darauf, ob die Hebelsteuerung nach Fig. 2OA und 2OB oder der Funktions-Drehmelder nach Flg. 17 benutzt wird, kann der Arbeiter die Bewegung des Tasters steuern, wenn dieser über dfc Fläche des Modelles hinweggeht.

009813/107 2

Claims

- 22 -Ansprüche

IJ Elektronische Steuerung für eine In mehreren Achsen tastende Tastvorrichtung zum Abtasten der Koordinaten von Punkten auf einer dreidimensionalen Fläche, wobei die Tastvorrlehtung aus einem beweglichen Arm besteht, der durch drei Servomotoren in den drei Koordinatenachsen bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung aus einem Steuergeber (214) und einen Steuerumformer (216) besteht, die elektrisch gekoppelt sind und daß der Geber (214) und der Umformer (216) Rotor- und Statorwicklungen besitzen, wobei .eine Wicklung des Umformers (216) mit den getriebenen Teilen eines Servomotors (34) verbunden ist und die elektrische Verbindung einen Verstärker-Hilfsstromkreis enthält, welcher die Umformerwicklung mit dem Servomotor (3²O verbindet.

2. Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Steuerumformer (210) und ein zweiter Steuergeber (2l4^f) vorgesehen sind, die jeweils mehrere Stator- und Rotorwlcklungen (S und R) aufweisen, daß die Winkellage einer Wicklung Rl des Steuergebers (214) verstellbar ist, während die andere Wicklung Si des Gebers (214) elektrisch mit der einen Wicklung S2 des Steuerumformers (2l6) verbunden ist, dessen andere Wicklung R2 Mechanisch mit dem getriebenen Teil eines zweiten Servomotors (34¹) verbunden ist, wobei die in der anderen Wicklung R2 des Umformers (216) entwickelte Spannung proportional zur Winkelversteilung zwischen Ihr und der Wicklung des Gebers (2l4) 1st und die

elektrische Verbindung zwischen der Eingangsseite des zweiten iA^^n ^, 009813/1072

Servomotors (3$*) und der anderen Wicklung des Umformers (216) einen Verstärker-Hllfsstromkrels (200) enthält.

3- Steuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelkreis zur Erregung des Servomotors (3$*) fur eine andere Koordinatenachse (S-Aehse) vorgesehen ist, bestehend aus einem Differential-Transformator (186) mit einem Signaleingangsteil (18$)₃ dessen Ausgangsspannung proportional zur Verstellung des Signaleingangsteiles (18%) 1st, daß der Taster eine !bewegliche, an die abzutastende Oberfläche anlegbare Tastspitze (l6o) besitzt, die heim Anlegen an die ©berllteihe um mehrere Achsen bewegbar äst, und daß ferner eiae eine allseitige Bewegung übertragende Verbindung (l66) zwischen der TasteFspitse Cl6o) und dem Eingangsteil (18*1) des Differeiitlal-i^iasisffersatoFS C186) -yorigeseheii ist, sowie eine elektrische Verbindung zwischen dem Transformator ClSIs) und dem Servomotor {3*3, der su einer anderen Koordinateiiaefese geMfrt, wodurch die Tasv-chtung selbsttätig in der Hichtimg öer anderen Achse_g eingestellt wlrd₃ wenn die Bewegungen In Richtung anderer Koordinatenachsen aber den Geber (214) maä den ü»foneer 12±6) gesteuert werden.

%. Steuerung nach Ansprach 1 bis 3₉ dadurch gelcennseldiBet,, daß alt Jeden Serv«an%er ein SparaBUEgstacliOffleter "rerbmiden 1st mad die Verbindung zwischen §es!ea ^mforaez* (2165 und dem zugehörigen SerYORotor C3*5 einen elektrischen Summierungspunkt (202) fSr die Spannungen enfäi51fc₃ nobel der ^I3^chcaneter eine JLusgangsspaiaiuiag hat,

009813/1072

-24 -

die proportional zur Antriebsdrehzahl des Servomotors ist und an dem Summierungspunkt (202) liegt und dadurch der Ausgangsspannung des dazugehörigen Umformers(2l6) entgegenwirkt.

5. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsstromkreis einen elektrischen FunktIonsdrehmelder (250) enthält, bestehend aus zwei Statorwicklungen (244, ZkS)₉ die zueinander außer Phase liegen, daß eine Rotorwickiung (242) zu den Statorwicklungen (244, 246) drehbar angeordnet ist, daß der Rotorwicklung (242) eine bekannte, gesteuerte Spannung aufgedrückt wird und eine Statorwicklung mit dem Eingang eines Servomotors (34) verbunden 1st, während die andere Statorwicklung mit dem Eingang eines anderen Servomotors verbunden ist, und daß die Winkellage des Drehmelderotors (242) mit Bezug auf dessen Statorwicklungen (244, 246) verstellbar ist, wodurch Steuerspannungen in den beiden Servomotoren entstehen, um die Lenkungssteu- erung des Tasters in zwei Achsen zu erreichen.

6. Steuerung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Regelkreis den Servomotor (34') für die andere Koordinatenachse (Z-Achse) enthält und ein selbsttätiges Ansprechen dieses Servomotors (34¹) hervorruft, wenn dfe Änderungen in der Koordinatenlage des Tasters mit Bezug auf die beiden anderen Achsen bei Verstellung des dazugehörigen Steuergebers (214) verändert werden.

7. Steuerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß

009813/1072

zwei Potentiometer (266, 270) vorgesehen sind, die verstellbar sind und jeweils eine Wicklung besitzen, auf die eine bekannte Spannung gegeben wird sowie einen gemeinsamen Steuerteil in Form eines Hebels (256) aufweisen, der eine Universalverbindung mit den beweglichen Teilen der Potentiometer hat, daß die eine Potentiometerwicklung alt dem Stromeingang eines Servomotors und die andere Potentiometerwicklung mit dem anderen Servomotor verbunden

ist, wodurch die Servomotoren Signalspannungen erhalten, durch die die Lenkung des Tastews abhängig von der Bewegung des gemeinsamen Steuerteiles (256) erfolgt.

009813/1072

Leerseite