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Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung, mit der ein Gegenstand
in Abhängigkeit von einer eingespeisten Information in bezug auf den Ursprung eines
Koordinatensystems mit Hilfe einer Antriebsvorrichtung einstellbar ist, die den
Gegenstand in der einen Koordinatenrichtung verschiebt und bei Erreichen eines zuvor
gewählten Koordinatenwertes stillsetzt.
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Diese Positioniervorrichtungen (auch Punktsteuerung genannt) werden
im allgemeinen zur automatischen Ortseinstellung von Gegenständen verwendet, die
nur in kleinen Stückzahlen je Auftrag hergestellt werden. Die Einstellung bzw. Steuerung
erfolgt nach einem Arbeitsplan (Programm), wobei eine genaue Einstellung des Ortes
von Punkt zu Punkt verlangt wird. Beispiele für solche Maschinen, die mit einer
derartigen Positioniervorrichtung ausgerüstet werden können, sind Maschinen zum
Setzen von Zubehörteilen und Stiften, Bohrmaschinen, automatische Maschinenscheren
und Biegemaschinen im Gegensatz zu Maschinen, bei denen ein Arbeitsvorgang längs
eines vorgeschriebenen Weges stattfindet, also im Gegensatz zu Fräsmaschinen.
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Bei Maschinen, die Punkt für Punkt arbeiten, wird die Bearbeitung
eines Erzeugnisses weitgehend durch die Verwendung eines Einheitsgitters vereinfacht,
auf das die Arbeitsvorgänge bezogen werden. Ein solches Gitter hat parallele, waagerechte
und senkrechte Linien, die sich im rechten Winkel - schneiden. Jede waagerechte
und senkrechte Linie hat einen bestimmten, festen Abstand zur nächsten.
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In einem vorläufigen Entwurf werden die Arbeitsvorgänge, z. B. das
Setzen eines Stiftes so geplant, daß sie nur an den Schnittpunkten der Gitterlinien
stattfinden. Dann ist es möglich, die Maschine so zu steuern, daß sie die Arbeit
an dem jeweiligen Schnittpunkt ausführt, der durch Koordinatenwerte eindeutig festgelegt
ist, und daß sie unter Verwendung dieser Koordinatenwerte zu dem betreffenden Punkt
hingelenkt wird.
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In den letzten Jahren ist die Verwendung eines 0,1-Zoll-Gitters (Gitter
von 2,5 mm Maschenweite) üblich geworden, da es die erforderliche Genauigkeit bei
der Einstellung des Ortes, an dem eine Arbeit stattfinden soll, für ein vorliegendes
Erzeugnis, z. B. für eine bedruckte Schalttafel bietet, ohne daß sich unerwünschte
Schwierigkeiten durch unnötige Mengen auszuwählender Arbeitspunkte einstellen. Natürlich
sind auf verschiedenen Anwendungsgebieten auch andere Gitterabstände verwendbar.
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Um eine Koordinateninformation in Maschinen benutzen zu können, ist
es notwendig, Mittel zum Verschieben des Gegenstandes vorzusehen, die ihn genau
dann anhalten, wenn ein gewünschter Punkt erreicht ist.
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Zu diesem Zweck sind bisher Widerlager von hoher Genauigkeit verwendet
worden, die eingesetzt werden können, um die Bewegung des Gegenstands an dem erforderlichen
Punkt aufzuhalten. Die Widerlager werden auf ein ganzzahliges Vielfaches des Gitterabstands
zugeschliffen. Dann wird durch die Gesamtlänge der eingesetzten Widerlager, die
mechanisch die Bewegung des Gegenstands hemmen, die endgültige Lage des Gegenstands
festgelegt. Eine derartige Anordnung hat den Nachteil außergewöhnlicher Betriebskosten,
wenn die Auswahl der Punkte durch Fernsteuerung oder nach einem Arbeitsplan erfolgen
soll. Ferner sind Positioniervorrichtungen bekannt, die mit Schneckengetrieben und
untereinander verbundenen Klinken arbeiten. Bei einer anderen bekannten Anordnung
wird ein Schaltarm mit Sperrstiften benutzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine andere Art Positioniervorrichtung
zu schaffen, deren Einstellgenauigkeit höher als bei den bekannten Vorrichtungen
dieser Art liegt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Koordinatenrichtung
ein Klinkensatz angeordnet und gegenüber einer Zahnstange verschiebbar ist, deren
Zähne in einem solchen Abstand zu den Klinken angebracht sind, daß bei einem Eingriff
einer Klinke in die Zahnstange ein Koordinatenwert festgelegt ist, der sich von
dem Wert bei einem Eingriff einer anderen Klinke in die Zahnstange in jedem Fall
unterscheidet, und daß die jeweilige Klinke eine Schrägfläche aufweist, mit deren
Hilfe bei einer Auslösung der Klinke der gesamte Klinkensatz und der Gegenstand
bis zum vollständigen Eingriff der Klinke in die Zahnstange verschiebbar sind.
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Vorzugsweise erstreckt sich je eine Zahnstange in alle für eine Bewegung
des Gegenstands in Frage kommenden Koordinatenrichtungen. An dem Gegenstand sind
Klinkenanordnungen befestigt, die sich an den Zahnstangen entlang verschieben. Jede
Anordnung enthält mehrere Klinken; die hinsichtlich der Zahnstange so weit voneinander
getrennt sind, daß jedesmal, wenn die Anordnung um festgesetzte Teilstrecken verschoben
wird, eine andere Klinke mit einem Zahn der Zahnstange zur Deckung kommt, Die Auswahl
der gewünschten Teilstrecke geschieht unter Benutzung einer Auslösekraft, die einer
einzigen Klinke aufgeprägt wird. Um die Bewegung über eine größere Entfernung als
derjenigen, die der größten Zahl von Teilstrecken zwischen den Klinken entspricht,
ablaufen lassen zu können, läßt man die Antriebskraft auf die ausgesuchte Klinke
erst einwirken, nachdem diese größere Bewegung ausgeführt ist. Die Einstellung der
Antriebskraft und Auslösekraft erfolgt derart, daß eine ziffernmäßig verschlüsselte,
einen Arbeitsplan gebende Information auf dem ganzen Arbeitsbereich eindeutig die
richtige Lage des Gegenstands einstellt.
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In Weiterbildung der Erfindung sind Mittel vorgesehen, die die Annäherung
des Gegenstands an die gewünschte Lage wahrnehmen und hierbei die Bewegung des Gegenstands
verlangsamen, so daß ein übermäßiger Verschleiß der Klinken und der Zahnstange vermieden
und der Stoß beim Anhalten verringert wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der folgenden Beschreibung
an Hand der Figuren erläutert. Es zeigt F i g. 1 den Grundriß einer Ausführungsform
der Erfindung, F i g. 2 einen Querschnitt durch den in F i g. 1 gezeigten Klinkensatz,
F i g. 3 ein Schaltbild, F i g. 4 einen Teil der in F i g.1 dargestellten Positioniervorrichtung.
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In F i g. 1 ist ein Gegenstand 1 zu sehen, der an einem Arbeitstisch
2 festgemacht ist. Während des Betriebs wünscht man die verschiedenen Punkte des
Gegenstands, z. B. den Punkt 3 unter ein Werkzeug 4 zu schieben, damit dort eine
Arbeit, z. B. das Setzen eines Stiftes oder die Herstellung eines Loches in
dem
Gegenstand ausgeführt werden kann. Es können viele solcher Punkte 3 an dem Gegenstand
vorgesehen sein, aber jeder liegt an der Schnittstelle eines besonderen, hier benutzten
Gitters von 0,1 Zoll (2,5 mm) Maschenweite. Hierzu wird eine Bewegung gegenüber
einem Bezugspunkt 5 mit Hilfe von Schubstangen 6 bzw. 7 an den Koordinatenachsen
X und Y entlang eingeleitet. Die für die jeweilige Koordinatenverschiebung verwendete
Vorrichtung ist für alle Koordinaten dieselbe, so daß nur eine erläutert zu werden
braucht.
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Die Schubstange 6 ist starr an einer Klinkenanordnung 8 befestigt,
die mit einem Stab 9 verbunden ist. Dieser ist an dem Stempel einer hydraulischen
Schubvorrichtung 10 befestigt und wird von dieser in Bewegung gesetzt. Das hydraulische
Medium wird von einer Quelle 11 her über ein Betätigungsventil 12 und ein Bremsventil
13 in die hydraulische Schubvorrichtung 10 hineingepumpt, wodurch der Arbeitstisch
2 in X-Richtung verschoben wird.
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Die einzuführende Information kommt von einem Programmgerät 14 her,
in welchem sie einem gelochten Streifen 15 entnommen wird. Sie wird als Signal über
eine Leitung 16 zum Ventil 12 übertragen, das von einem Magnet betätigt wird. Es
gibt für das hydraulische Medium den Weg aus der Quelle 11 frei, damit von der hydraulischen
Schubvorrichtung die Bewegung in X-Richtung ausgeführt werden kann. In dem Augenblick,
wenn der Strom über die Leitung 16 dem hydraulischen Magnetventil 12 zugeführt wird,
wird auch ein elektrischer Strom durch eine Gruppe von Leitern 17 zu Magnetspulen
22 bis 29 geleitet, die oben an der Klinkenanordnung 8 befestigt sind. Die Ableitung
dieses Stroms zur Erde 18 erfolgt über eine Gruppe von Kollektorstäben 19, die längs
der Verschiebungsrichtung der Klinkenanordnung 8 angebracht sind. über eine Leitergruppe
20 fließt der Strom von den die Klinken betätigenden Magnetspulen zu mehreren Bürsten
21, die mit den Kollektorstäben 19 einen Kontakt bilden. Die Magnetspulen 22 bis
29 sind mit je einer Klinke der Anordnung $ gekoppelt und regeln den von einer Druckluftquelle
30 herrührenden Druck, der über Verbindungen 31 dem Antriebsmechanismus der Klinken
zugeführt wird. Wenn die zugehörige Magnetspule erregt wird, führt die Druckluft
die Klinke bis auf einen Zahn einer Zahnstange 32, um die Verschiebung des Gegenstands
zu beenden.
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Der Umfang der Verschiebung wird dadurch bestimmt, daß eine einzige
Klinke zwischen zwei Zähnen eingreift. Um den Gegenstand z. B. um 37,5 mm oder fünfzehn
Maßeinheiten zu verschieben, wird dem Magnet 29 über einen Leiter 17 Strom zugeführt,
der eine Verschiebung von 17,5 mm oder sieben Einheiten vor dem endgültigen Eingriff
in die Zahnstange zulassen würde. Die Ableitung dieses Stroms zur Erde erfolgt über
den Kollektorstab, der 20 mm oder acht Maßeinheiten von der als Bezugspunkt dienenden
Eingriffsstelle zwischen zwei Zähnen entfernt ist. Wenn daher die Klinkenanordnung
8 die Stellung von 37,5 mm oder fünfzehn Maßeinheiten (also 8 + 7) erreicht, entsteht
ein geschlossener Stromkreis von der Stromquelle über die Magnetspule 29, einen
Leiter 20, eine Bürste 21 und den jeweilig geerdeten Kollektorstab 19. Wenn die
Auswahl der Teilbeträge in dieser Weise erfolgt, wird die Klinkenanordnung 8 von
den drei niedrigsten binären Stellen der Information gesteuert, während die Erdung
der Kollektorstäbe auf Grund der restlichen binären Stellen erfolgt. Wegen der Anwendbarkeit
dieser Apparatur für Arbeiten an relativ leichten Gegenständen, z. B. für die Lochung
von bedruckten Schalttafeln, ist auch die Belastung sehr gering, so daß dann eine
Verschiebung mit hoher Geschwindigkeit möglich ist. Um die Bewegung des Arbeitstisches
2 zu verlangsamen, wenn sich der Gegenstand der gewünschten Lage nähert, ist ein
Bremsventil 13 in der Druckleitung zwischen der Druckquelle 11 und der hydraulischen
Schubvorrichtung 10 vorgesehen. Es wird von einem Signal des Programmgeräts 14 über
eine Leitung 37 betätigt und drosselt rechtzeitig die Strömung des hydraulischen
Mediums. Auf diese Art können übermäßige Schwingungen oder ein Stoß vermieden werden,
wenn die endgültige Lage erreicht ist. Dieses Ventil kann auch durch eine Magnetspule
betätigt werden, die von einem elektrischen Signal über die Leitung 37 erregt wird.
Die Ableitung des Signals erfolgt auch über den Bürstensatz 21 und wird an Hand
der F i g. 3 noch eingehend erläutert.
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In F i g. 2 ist die Schubstange 6 zur Verschiebung des Arbeitstisches
und der Verbindungsstab 9 wieder zu sehen. Die Klinkenanordnung 8 hält mehrere Klinken
201 bis 208 oberhalb der Zahnstange 32 fest. Jede Klinke besitzt eine mit der Zahnstange
in Eingriff kommende Fläche 210 und eine Schrägfläche 211. Die Zahnstange 32 weist
mehrere viereckige Zähne 212 und dazwischenliegende Ausschnitte auf. Im vorliegenden
Beispiel sind die Zähne 212 an ihren Eingriffsflächen 213 für die Klinke um 20 mm
oder acht Maßeinheiten voneinander getrennt, während die Klinken 201 bis 208 derart
angeordnet sind, daß ihre in die Zahnstange eingreifenden Flächen 210 von Klinke
zu Klinke einen Abstand von 22,5 mm oder neun Einheiten haben. Auf diese Weise kommt
ein Nonius zustande, wobei durch die Betätigung der verschiedenen Klinkern eine
Wahlmöglichkeit für die Teilbeträge der Bewegung in Richtung des Pfeils A entsteht.
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Alle Klinken sind an ihrem Körper 215 mit je einem Kolben 214 verbunden,
der beim Einlassen von komprimierter Luft über ein Mündungsstück 216 nach dem Öffnen
des Magnetventils 22 bis 29 (F i g. 1) betätigt wird. Damit der Kolben 21.4 in seine
Ausgangs- oder Ruhelage zurückkehren kann, umgibt eine Feder 217 den Körper 215
und treibt ihn bis zum höchsten Punkt in einem Zylinder 218 zurück, wobei sie eine
Kraft zwischen einem Gegenlager 219 und einer geschlitzten Unterlegscheibe 220 ausübt.
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Die Benutzung einer angemessenen Zahnbreite in Verbindung mit der
Neigung der Basis der Klinke hat den Vorteil, daß ein vollständiger Eingriff in
die Zahnstange ausgeschlossen ist, bevor die erwünschte Lage erreicht wird. Dieser
Vorteil wird insbesondere bei einer automatischen Vorrichtung ausgenutzt, bei der
ein Sperrschalter, der den Arbeitsvorgang des Werkzeugs einleitet, erst durch die
vollständige Bewegung der Klinke betätigt wird.
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Wie in F i g. 2 zu sehen ist, greift die Klinke 202 in die Zahnstange
ein, was eine Teilverschiebung um 2,5 mm bedeutet. Wenn die Klinke 203 betätigt
wird, würde eine gesamte Verschiebung von 5 mm oder zwei Einheiten erfolgen. In
entsprechender Weise ergeben sich bei der Betätigung der übrigen Klinken unterschiedliche
Teilverschiebungen, bevor sie zum
Eingriff kommen. Die Klinken 201
bis 208 sind somit für Bewegungen der Klinkenanordnung 8 längs einer Strecke von
17,5 mm oder sieben Einheiten in Schritten von je 2,5 mm vorgesehen.
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Um die Bewegungen über größere Abstände ablaufen lassen zu können,
muß ein Bürstensatz 221 einen Kontakt mit einem Kollektorstab 19 herstellen, dessen
Vorderkante um einen Abstand von 20 mm oder acht Einheiten in Richtung der Zahnstange
versetzt ist. Wie hinsichtlich der F i g. 1 erklärt wurde, bilden die Kollektoren
für den Antriebsstrom die Erdleitung, der den einzelnen Magnetspulen der Klinken
zugeführt wird. Die Steuerung über längere Strecken kann man am besten in Verbindung
mit F i g. 3 verstehen, die ein Schaltbild des in F i g. 1 dargestellten Apparates
wiedergibt.
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In F i g. 3 ist das Programmgerät 14 zu sehen, mit dem elektrische
Signale den die Druckluft steuernden Magnetspulen 22 bis 29 über acht einzelne Leitungen
301 bis 308 zugeführt werden können, die die in F i g. 2 gezeigten Klinken
201 bis 208 betätigen. Der
über diese Leitungen herangeführte
Strom wird über Bürsten 309 bis 316 abgegeben, die einen elektrischen Stromkreis
zu einem einzigen der Kollektorstäbe 317 bis 332 schließen, die über die Leitungen
18 mit der Erde in Verbinung stehen.
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Da die binäre Information dem Programmgerät 14 auf einem Lochstreifen
zugeführt wird, werden Klemmen
330 bis
336 entsprechend den binären
Ziffern mit Strom versorgt. Da die drei niedrigsten Stellen (die Ziffern 1, 2 und
4) der binären Zahl die Magnetspulen der Klinkenanordnung steuern, müssen Mittel
vorgesehen sein, die den Leitungen 301 bis 308 entsprechend der eintretenden Information
in richr tiger Weise den Strom zuführen. Zu diesem Zweck sind Relais 337 bis 339
eingeschaltet, deren Erdung über eine Leitung 340 stattfindet. Der Strom, der den
Leitungen
301 bis
308 zugeführt wird, kommt von einer Quelle 341 über
eine Verbindung 342 und das Bremsventil
13 und wird zu einem Punkt
343 weitergeleitet. Die Kontakte an den Relais 337 bis 339 sind miteinander
zu einer binären Pyramide zusammengeschaltet, damit eine direkte Verbindung vom
Punkt 343 mit jedem einzelnen Anschluß 301 bis 308 entsprechend der binär verschlüsselten
Information zustande kommt, die den Klemmen 330 bis 332 zugeführt wird. Eine Tabelle
gibt die mit Strom versorgten Eingangsklemmen, die Verbindung von dem Punkt 343
zu den verschiedenen Ausgängen, die bestimmte Strecke für die Verschiebung und die
gewählte Klinke (F i g. 2) an.
| Entsprechend Vom |
| der binären Punkt 343 Gewählte Gewählte |
| Information ausgehende Verschiebung Klinke |
| mit Strom versorgte Ver- |
| Eingangsklemme bindungen |
| 301 0 201 |
| 330 302 1 202 |
| 331 303 2 203 |
| 331 330 304 3 204 |
| 332 305 4 205 |
| 332 330 306 5 206 |
| 332 331 307 6 207 |
| 332 331 333 308 7 208 |
In ähnlicher Weise werden die höheren Stellen der binären Information benutzt, um
Relais 350 bis 353 entsprechend in Betrieb zu nehmen. Die mit den Relais verbundenen
Kontakte sind ebenfalls zu einer binären Pyramide zusammengeschaltet, um eine direkte
Verbindung von Erde 354 zu einem Köllektorstab 317 bis 332 entsprechend der gewünschten
Verschiebung um mehrere Stufen von 20 mm oder acht Einheiten im gesamten Arbeitsbereich
der Klinkenanordnung herzustellen.
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Um die Annäherung an die gewünschte Lage rechtzeitig wahrzunehmen
und die Bewegung der Klinkenanordnung 8 zu verlangsamen, ist das Bremsventil 13
vorgesehen, das durch den elektrischen Strom gesteuert werden kann. Zum Beispiel
hat man herausgefunden, daß jede Bürste mit dem Kollektorstab auf einer Strecke
von 15 mm oder sechs Einheiten Kontakt geben soll, bevor die ausgewählte Klinke
in die Zahnstange eingreift. Durch diese Maßnahme wird ein elektrischer Stromkreis
von der Quelle 341 über das Bremsventil 13 und die passende Bürste zur Erde
hin geschlossen. Das erregte Bremsventil 13, das ein Magnetventil ist, drosselt
den Strom eines Druckmediums, wodurch die Verschiebung des Arbeitstisches langsamer
wird. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, ist durch die Breite der Klinke, die Schrägfläche
und die Zahnbreite ein Abschnitt zur Verschiebung vorgegeben, innerhalb dessen eine
Berührung vor dem Eintritt der Klinke in einen Ausschnitt zugelassen ist. Eine solche
Anordnung läßt eine Hemmung auf einem Abschnitt der Verschiebung ohne Mehrdeutigkeit
der Eingriffslage zu. Die Hemmung selbst kann durch eine Verbreiterung der Klinke
und des zugehörigen Ausschnitts gesteigert werden.
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Um möglichst weit vorausfühlen oder bremsen zu können, sind die Kontaktstellen
der Bürsten gegenüber den Kollektorstäben schrittweise versetzt. Dies ist in F i
g. 4 zu sehen, in der Kontaktstellen 401 bis 408 die Berührungsstellen der Bürsten
mit dem Kollektorstab darstellen. Der Umfang der Versetzung begrenzt den maximalen
Hemmungsweg, ohne daß mehrdeutige Stellen auftreten können, an denen zwei Klinken
eintreten könnten. Es ist natürlich möglich, eine Anordnung mit geraden Bürsten
in Verbindung mit schmaleren Kollektorstäben zu verwenden, wenn ein geringer Bremsweg
zugelassen werden darf.
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Dem Fachmann ist es klar, daß die Klinkenanordnung 8 feststehen kann,
während die Zahnstange 32 mit dem Gegenstand beweglich sein kann.