DE2459287B2 - Schneidmaschine, insbesondere Brennschneidmaschine - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schneidmaschine, insbesondere Brennschneidmaschine, mit einer Werkzeugsteuerung zum Bewegen des Werkzeuges in Richtung der Tangente an eine vorgegebene Werkzeugvorschubrichtung, die einen Koordinatenantrieb mit zugeordneter fotoelektrischer Abtastvorrichtung, die einen Drehmelder/Resolver enthält, sowie eine Werkzeugverdreheinrichtung mit einer Drehmelder/Motor-Kombination aufweist, wobei das Ausgangssignal des Resolvers direkt oder über einen mechanisch mit dem Resolver gekoppelten Abtastdrehmelder dem Drehmelder der Werkzeugverdreheinrichtung zuführbar ist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik bezug genommen, wie er bei Schneidmaschinen allgemein bekannt ist.

Bei diesen Schneidmaschinen wird ein Werkzeug (Trennmesser, Autogen- oder Plasmabrenner, Laser oder dergleichen) entlang einer vorgegebenen Bahn (Werkzeugvorschubrichtung) bewegt, wobei die notwendigen Steuerbefehle für die das Werkzeug in die jeweilige Koordinatenrichtung (X-; Y-; Z-Richtung) bewegende Koordinatenmotore durch eine Werkzeugsteuerung (fotoelektrische Abtastvorrichtung, Numeriksteuerung) erhalten werden.

Zur Gewährleistung von optimalen Schnittqualitäten ist es erforderlich, daß das Werkzeug immer in Richtung der Tangente an die vorgegebene Bahn bewegt wird. Ist als Schneidwerkzeug ein einzelner Autogen- oder Plasmabrenner oder ein Laserstrahl vorgesehen, so wird diese Forderung automatisch erfüllt. Sind dagegen in Schneidrichtung gesehen mehrere Schneidwerkzeuge angeordnet, wie es beispielsweise bei einem Mehrbrenneraggregat mit zwei oder drei Schneidbrennern der Fall ist, so ist eine zusätzliche Werkzeugverdreheinrichtung notwendig, die je nach dem Verlauf der vorgegebenen Bahn die Brenner immer in eine rechtwinkelig zur Schneidrichtung verlaufende Ebene dreht, um beispielsweise gleichbleibende Schweißfugenvorbereitungen brennschneiden zu können.

Auch bei einem Trennmesser oder einem Sägeband als Schneidwerkzeug, wie es beispielsweise bei Schneidmaschinen für weiche Materialien (Textilien, Schaumstoffe, etc.) der Fall ist, wird ebenfalls eine entsprechende Drehung des Werkzeuges erforderlich, und zwar derart, daß die Schneide des Werkzeuges immer in Richtung der Tangente an eine vorgegebene Werkzeugvorschubrichtung zeigt

Um diese Verdrehung der Schneidwerkzeuge zu erreichen sind Schneideinrichtungen mit fotoelektrischen Abtastvorrichtungen und Werkzeugverdrehvorrichtungen bekannt geworden, bei denen die während der Abtastung stattfindende Drehung der Abtastorgane

ίο (Fotowiderstand, Abtastkopf, Drehmotor, bzw. Resolver) analog auf das Werkzeug übertragen wird, wobei die Übertragung üblicherweise mittels einer elektrischen Welie erfolgt.
Von Nachteil bei diesen Einrichtungen ist, daß beim Verlassen der fotoelektrischen Abtastvorrichtung von der abzutastenden Linie oder Kante, beispielsweise infolge zu hoher Abtastgeschwindigkeiten bzw. unrichtiger oder kontrastarmer Abtastvorlagen, die damit hervorgerufene »falsche Bewegung« der Abtastorgane auch auf das Werkzeug übertragen wird, wodurch die Werkzeugdrehung nicht mehr synchron zur Drehung der Abtastvorrichtung ist und Schneidfehler und unter Umständen sogar Beschädigungen am Schneidwerkzeug auftreten.

Es ist wohl aus der DE-PS 12 92 904 bekannt, eine Abtastvorrichtung anzuhalten, wenn die Abtastvorrichtung die abzutastende Linie verläßt. Eine Einrichtung die dann ausspricht, wenn die Werkzeugdrehung nicht mehr synchron zur Drehung der Abtastvorrichtung ist, geh» aus der DE-PS 12 92 904 nicht hervor. Vielmehr werden wie aus Spalte 16, Zeilen 18—30 der DE-PS hervorgeht, beim Kantenabtasten die Abtastorgane auf einer Kreisbahn gedreht.

Bei Verwendung einer derartigen Abtastvorrichtung bei Schneidmaschinen mit Trennmessern und zugeordneter Trennmesser-Verdrehvorrichtung sowie fotoelektrischer Kantenabtastung hat die Praxis gezeigt, daß die Führung des Trennmessers dann abbricht, wenn die Abtastvorrichtung die Kante plötzlich verläßt (verliert).

Dies ist darauf zurückzuführen, daß, wie erwähnt, sich die Abtastorgane dann entlang einer Kreisbahn schnell drehen, das Trennmesser dieser Drehung nicht folgen kann und aufgrund der weiter wirksamen, aber unkontrollierten Vorschubbewegung des Trennmessers eine Kraft zwischen Trennmesser und Messerhalter wirksam wird, die aufgrund der stabileren Ausführung des Trennmessers gegenüber dem Messerhalter zu einem Bruch des Messerhalters führt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schneidmaschine zu schaffen, die die oben genannten Nachteile nicht aufweist, und durch die insbesondere eine negative Beeinflussung des Schneidvorganges bzw. eine Beschädigung der Schneideinrichtung infolge einer Abweichung zwischen der Drehung der Abtastvorrichtung und der Werkzeugdrehung vermeidbar ist.

Die Erfindung besteht darin, daß bei der eingangs genannten Schneidmaschine das Ausgangssignal von Resolver bzw. Drehmelder als Abschaltsignal einer Vergleichsstufe in einer Schaltvorrichtung zuführbar ist, deren Ausgang mit im Steuer- und/oder Verdrehstromkreis angeordneten Schaltern in Verbindung steht.

Durch die Erfindung wird vorteilhaft erreicht, daß bei einem Verlassen der Linie oder Kante die dabei entstehende sprunghafte Änderung des Ausgangssignales der fotoelektrischen Abtasteinrichtung ein sofortiges Abschalten der Steuerung bzw. der Schneidmaschinenvorschubbewegung bewirkt. Das Werkzeug wird somit ebenfalls sofort abgeschaltet und führt keine Bewegung

mehr aus. Schneidfehler bzw. Beschädigungen am Werkzeug oder am Werkzeughalter werden vorteilhaft vermieden.

Unter sprunghafter Änderung des Ausgangssignals wird gemäß der Erfindung eine Signaländerung verstanden, deren Änderungswert pro Zeiteinheit größer ist, als der Signaländerungswert, welcher beim Abtasten des kleinstmöglichen Linien- oder Kantenradius bei entsprechend zugeordneter Abtastgeschwindigkeitauftritt

Dadurch wird erreicht, daß die Abtastung der Linienoder Kantenverläufe selbst bei kleineren Radien nicht beeinflußt und die Steuerung bzw. die Maschine nicht abgeschaltet wird. Erst eine Änderung des Ausgangssignales über diesen vorbestimmten Wert hinaus — wie es beim Verlassen der Linie oder Kante der Fall ist — führt zu einem sofortigen Abschalten der Steuerung und damit der Werkzeugbewegung.

Durch die Erfindung wird somit eine Abschalteinrichtung geschaffen, bei der die Abschaltung der Maschine bzw. der Steuerung bei einer fehlerhaften Steuerung direkt in Abhängigkeit vom Wegsteuersignal erfolgt. Dies ist im Hinblick auf die Abschaltgenauigkeit und Abschaitschnelligkeit besonders vorteilhaft.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale näher erläutert.

In der Zeichnung ist ein fotoelektrischer Abtastkopf mit 10 bezeichnet, welcher mittels eines Fotowiderstandes 11 ein Signal erzeugt, welches die Relativstellung des Abtastkopfes 10 gegenüber einer abzutastenden Linie 12 kennzeichnet, und welches über die Leitung 13 einem Nachdrehmotor 14 zugeführt wird.

Die Lichtquelle im Abtastkopf 10 zum Anleuchten der Linie 12 bzw. einer Kante ist mit 15 bezeichnet. Der Aufbau des Abtastkopfes 10 ist nicht näher dargestellt, da er für die Erfindung unwesentlich ist.

Der Abtastkopf 10 ist in an sich bekannter Weise mechanisch mit dem Nachdrehmotor 14 gekoppelt, welcher den Abtastkopf 10 und gegebenenfalls das mit ihm mechanisch oder elektrisch verbundene Werkzeug (Trennmesser, Laser, Plasma- oder Autogenschneidbrenner oder dgl.) entsprechend den gelieferten Steuersignalen, die dem Motor 14 über die Leitungen 13 zugeführt werden, jeweils in die sich ändernde Richtung der Tangente an den abzutastenden Linienzug 12 dreht.

Der Stellmotor 14 ist ferner mechanisch mit einem Resolver 16 verbunden, der eine Zerlegung der Verstellbewegung des Motors 14 in ein X- und eine K-Komponente bewirkt. Durch die Ausgangssignale des Resolvers 16 werden über nicht näher dargestellte Steuerungen die beiden Koordinatenmotore (Vorschubmotore 17 und 18) gesteuert.

Der Rotor des Drehmelders 16 ist ferner über eine mechanische Verbindung mit dem Rotor 19 eines Abtastdrehmelders 20 gekoppelt. Der Stator des Abtastdrehmelders 20 trägt drei um je 120° gegeneinander versetzte Wicklungen 21, die in Stern geschaltet sind. In diesen Wicklungen 21 werden beim Drehen des Rotors Spannungen induziert, deren Größe von dem Drehwinkel des Rotors 19 gegenüber den Wicklungen 21 abhängig ist.

Die Ausgangsleitungen des Abtastdrehmelders 20 sind mit den Statorwicklungen 22 eines Werkzeugdrehmelders 23 verbunden, dessen Stator entsprechend dem Stator des Abtastdrehmelders 20 aufgebaut ist. Der Rotor 24 des Werkzeugdi ehmelders 23 ist über ein Getriebe 25 mit dem Motor 26 mechanisch verbunden, der Motor 26 welcher am Werkzeug befestigt ist, dient zum Drehen des Werkzeuges derart, daß stets gewährleistet ist, das die Schneide in Richtung der Tangente verläuft bzw. bei mehreren nebeneinander angeordneten Schneidwerkzeugen die Schneidwerkzeuge jeweils in eine rechtwinklige Ebene zur gewünschten Vorschubrichtung stehen.

Bei einer Drehung des Rotors des Resolvers 16 wird

ic auch der Rotor 19 des Abtastdrehmelders 20 gedreht. Aufgrund dieser Drehung des Rotors 19 werden in den Statorwicklungen 21 des Drehmelders 20 Spannungen induziert, die über die elektrischen Verbindungen zu den Statorwicklungen 22 des Werkzeugdrehmelders 23 gelangen. Durch die elektrische Verbindung wird im Rotor 24 des Drehmelders 23 eine Fehlerspannung induziert Diese Fehlerspannung wird über ein Verstärker 27 dem Motor 26 zugeführt und der Motor 26 gedreht Dieser Motor 26 ist über das Getriebe 25 sowohl mit dem Rotor 24 als auch mit dem Schneidwerkzeug 28 verbunden. Der Motor 26 wird solange gedreht, bis der Rotor 24 keine Fehlerspannung mehr abgibt. Das ist der Fall, wenn der Rotor 19 des Abtastdrehmelders 20 nicht mehr gedreht wird.

Aufgrund diesier Konstruktion ist somit vorteilhaft gewährleistet, daß bei einer Drehung des Resolvers 16 und der damit verbundenen synchronen Drehung des Rotors 19 und des Rotors 24 entsprechend der Drehung des Abtastkoples bzw. der Fotowiderstände 11 entsprechend auch da:; Werkzeug 28 in Richtung der Tangente gedreht wird.

Gemäß unserer Erfindung ist der Werkzeugsteuerung, die beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus der fotoelektrischen Abtastvorrichtung 10 sowie der oben beschriebenen Werkzeugverdrehvorrichtung besteht, eine Schaltvorrichtung 29 zugeordnet. Diese Schaltvorrichtung 29 weist im wesentlichen eine als Schaltverstärker aufgebaute Vergleicherstufe 30 auf, deren Eingänge 31 und 32 mit dem Ausgangssignal des

•40 Rotors 24 des Werkzeugdrehmelders 23 in Verbindung stehen. Der Schaltverstärker 30 weist einen Einsteller (Widerstand) 33 auf. Mittels des Einstellers 33 wird der Sollwert eingestellt, bei dessen Erreichen bzw. Überschreiten ein Schaltsignal abgegeben werden soll. Das Schaltsignal wird über die Ausgangsleitung 34 einem Schaltrelais 35 zugeführt, dessen Kontakte 36 bzw. 37, 38 bzw. 39 im Steuerstromkreis 40 bzw. Verdrehstromkreis 41 angeordnet sind.
Die Funktionsweise der in der Zeichnung dargestellten Einrichtung ist bei einer »Kantenabtastung« der abzutastenden Linie 12 folgende:

Bei der Abtastung der Linie 12 nach dem Kantenverfahren wird lediglich die Widerstandsänderung des Fotowiderstandes !1 als Steuergröße für den Motor 14 ausgenutzt. Als Bezugsgröße für die Widerstandsänderung des Foto Widerstandes U dient beispielsweise ein fester Widerstand 42. Beginnend bei Punkt A der Linie 12 erfolgt die Abtastung bis zu Punkt B mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit, wobei keine Drehung bzw. Richtungsänderung des Abtastkopfes, des Fotowiderstandes H, des Motors 14 und des Resolvers 16 auftreten. Somit wird auch über die Abtastdrehmelder 20/Werkzeugdrehmelder 23 -Kombination kein Signal an die Werkzeugverdrehvorrichtung abgegeben und

*>■"> das Werkzeug führt einen Schnitt in Richtung der Tangente I-I aus. Dabei weist diese Tangente die gleiche Winkellage auf, wie die auf der Zeichnungsfläche dargestellte Abtasttangente 11-11. Beim Erreichen von

Punkt B tritt, wie auch aus der Zeichnung ersichtlich, eine Änderung des Verlaufs der Linie 12 ein, wodurch zwangsläufig aufgrund der Funktionsweise der fotoelektrischen Steuerung ein Verdrehen des Abtastkopfes und auch des Werkzeuges 28 in Richtung der neuen Tangente I1I-III erfolgt. Hierbei wird über die Drehung des Resolvers 16, des Rotors 19, des Rotors 24, des Motors 26 und des Getriebes 25 der Abtastkopf und auch das Werkstück 28 entsprechend langsam in die neue Tangentenrichtung IV-IV verdreht. Bei Punkt Cist wieder ein Zustand erreicht, bei dem die Abtastung und auch das Schneiden ausschließlich in Richtung III-lll bzw. IV-IV und Abtastkopf bzw. Werkzeug nicht mehr gedreht werden.

Tritt nun in Folge von zu hohen Abtastgeschwindig- !5 keiten bzw. von unrichtigen oder gegenüber der Zeichnungsunterlage kontrastarmen Zeichnungslinien keine Umsteuerung an Punkt ßin Richtung III-lll bzw. IV-IV auf, sondern wird der Abtastkopf und das Werkstück weiterhin in Richtung I-I gesteuert, was mit einem Verlassen der Linie 12 verbunden ist, so tritt die erfindungsgemäße Vorrichtung wie folgt in Kraft:

Verläßt in Folge der zu hohen Geschwindigkeit oder andere Gegebenheiten beispielsweise der Fotowiderstand 11 die Linie so wird bei der Kantenabtastung aufgrund des festen Bezugswiderstandes 42 eine maximale konstante Steuerungskomponente an den Motor 14 gegeben, die ein ständiges Rotieren von Motor 14. Resolver 16 und Abtastkopf um' die Abtastachse hervorruft. Diese konstante Drehung wird auch auf den Rotor 19 und von dort in der oben beschriebenen Weise auf das Werkzeug 28 übertragen, wodurch ohne die erfindungsgemäße Einrichtung ein Schneidfehler beispielsweise ein nicht gewünschter Kreisausschnitt bzw. sogar Beschädigungen an dem Schneidwerkzeug auftreten können, insbesondere dann, wenn das Messer mit einem Messerhalter auf dem Werkstück geführt wird, wie es in an sich bekannter Weise bei Textilmaschinen der Fall ist. Hier setzt nun die vorliegende Erfindung ein und verhindert eine derartige negative Beeinflussung des Schneidvorganges bzw. eine Beschädigung am Schneidwerkzeug in der Weise, daß mit Beginn der Drehung des Abtastkopfes eine sprunghafte Änderung des Ausgangssignales entsteht und die Abschaltung über die erfindungsgemäß « vorgesehene Schaltvorrichtung 29 erfolgt. Aufgrund der sprunghaften Änderung des Ausgangssignales der fotoelektrischen Abtastvorrichtung, also der sprunghaft auftretenden Drehung des Resolvers 16 wird plötzlich auch zwischen den Statorwicklungen 21/22 bzw. den Rotoren 19, 24 eine Spannung induziert, deren Winkellagen voneinander stark abweicht. Diese Winkellagenabweichung, die in Form einer großen Spannungsdifferenz an den Eingängen 31, 32 der Vergleicherstufe 30 wirksam wird, ist ein Maß dafür, daß die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Ausgangssignalen der Drehmelder 20 bzw. 23 größer wird, als der mittels des Einstellers 33 vorgewählte maximal zulässige Wert. Dadurch wird über den Ausgang 34 ein Schaltsigna! an das Relais 35 abgegeben, welches unmittelbar die Kontakte 36 oder 37 öffnet, so daß die Steuerung und der Maschinenvorschub sowie die Vt erkzeugverdrehung sofort mit Entstehen der Winkellagenabweichung abgeschaltet wird. Durch diese Maßnahme wird erfindungsgemäß eine Abschaltung in so kurzer Zeit erreicht, daß keine Beschädigung am Werkzeug bzw. Werkzeughalter und auch nahezu kleine Schneidfehler entstehen.

Auf den Aufbau der Vergleichsvorrichtung 30 ist ein näheres Eingehen nicht erforderlich, da der Aufbau von Vergleicherstufen mit einstellbarem Sollwert allgemein bekannt sind. Diese Vergleicherstufen können auf mechanischer oder Halbleiterbasis aufgebaut sein. Auch die Anwendung von integrierten Schaltkreisen ist dabei möglich.

Anstelle des im Ausführungsbeispiel erklärten Abtastdrehmelder 20 bzw. Werkzeugdrehmelder 23 ist es erfindungsgemäß auch möglich, Differenzresolver vorzusehen. Ein Differenzresolver weist zwei um 90° gegeneinander versetzte Stator- bzw. Rotorwicklunger auf. Auch mit diesen Resolvern und deren Ausgangssignalen ist dann die erfindungsgemäße und in dei Zeichnung dargestellte Einrichtung in einfachster Weise aufbaubar.

Bevorzugt ist die Erfindung wie bereits mehrfach erwähnt bei Schneidmaschinen mit fotoclcktrischei Steuerung anwendbar. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Einrichtung analog bei Schneidmaschinen mit anderen Steuerungssystemer des Werkzeuges anzuwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schneidmaschine, insbesondere Brennschneidmaschine, mit einer Werkzeugsteuerung zum Bewegen des Werkzeuges in Richtung der Tangente an eine vorgegebene Werkzeugvorschubrichtung, die einen Koordinatenantrieb mit zugeordneter fotoelektrischer Abtastvorrichtung, die einen Drehmelder/Resolver enthält, sowie eine Werkzeugverdreheinrichtung mit einem Drehmelder/Motor-Kombination aufweist, wobei das Ausgangssignal des Resolvers direkt oder über einen mechanisch mit dem Resolver gekoppelten Abtastdrehmelder dem Drehmelder der Werkzeugverdreheinrichtung zuführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal von Resolver (16) bzw. Drehmelder (20, 23) ab Abschaltsignal einer Vergleichsstufe (30) in einer Schaltvorrichtung (29) zuführbar ist, deren Ausgang (34) mit im Steuer- und/oder Verdrehstromkreis (13, 38) angeordneten Schaltern (36 bis 39) in Verbindung steht.