DE3730404A1 - Nc-flaechenportal - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein NC-Flächenportal, durch welches Werkzeuge oder Werkstücke auf sehr genauen, programmierten Bahnen innherhalb des von dem Flächenportal umschlossenen Raumes bewegt und/oder sehr genau positioniert werden können.

Flächenportale für derartige Anforderungen sind allgemein bekannt, z. B. für Messaufgaben, wie auch in der DE-OS 34 10 672 beschrieben.

Ein Nachteil der bekannten Flächenportale ist es jedoch, daß sie entweder zur Vermeidung jeglicher Durchbiegung der Längs- und Querbalken sehr massiv gebaut sein müssen oder - bei weniger massiver Bauweise - aus einem teuren Spezialwerkstoff bestehen müssen. Falls eine Durchbiegung nachträglich kompensiert werden soll, sind dazu eine Vielzahl von Sensoren erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Flächenportal relativ leichter Bauweise ohne die Verwendung teurer Spe­ zialwerkstoffe so zu gestalten, daß damit eine hohe Bahn­ und Positioniergenauigkeit erreicht und gleichzeitig eine relativ große Durchgangsbreite ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Flächenportal gelöst, das die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Der Lösungsweg besteht darin, oberhalb des Flächenportals durch einen in einer Ebene hin und her schwenkenden Licht­ strahl eine Bezugsebene zu definieren und auf der Laufkatze oder dem Stößel eine Photodiodenzeile senkrecht fest aufzu­ setzen, die von dem Lichtstrahl getroffen wird, und die bei Höhenversatz der Diodenzeile infolge Durchbiegung von Quer­ und/oder Längsbalken entsprechende Signale an den Rechner gibt, der seinerseits mit Korrektursignalen an die Bewegungs­ motore diese Durchbiegung kompensiert.

Obwohl im Prinzip hierfür jeder Lichtstrahl geeignet ist, sofern er nur eng genug gebündelt ist, wird insbesondere doch vorgeschlagen, als einen solchen Lichtstrahl einen Laserstrahl zu verwenden.

Dieser Laserstrahl kann in der Bezugsebene z. B. dadurch hin und her geschwenkt werden, daß der gesamte Laser geschwenkt wird. Einfacher ist es jedoch, wie erfindungs­ gemäß vorgeschlagen wird, den Laser senkrecht fest stehend anzuordnen und lediglich vorgeschaltete optische Bauelemente zu schwenken oder zu drehen und dadurch den Laserstrahl in der Horizontalen zu bewegen.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von zwei Aus­ führungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische räumliche Darstellung des NC- Flächenportals,

Fig. 2 eine scheamtische Darstellung der Laserlicht­ quelle mit einem Drehprisma,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Läserlicht­ quelle mit einem Strahlenteiler und zwei Dre­ prismen, und

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Laufkatze mit Stellelementen, Photodiodenzeilen und Rechner.

Das in Fig. 1 dargestellte NC-Flächenportal hat ein Gestell 1, das zwei Längsbalken 2 und 3 aufweist, auf denen ein Quer­ balken 4 längsverfahrbar angeordnet ist. Der Querbalken 4 trägt eine Laufkatze 5, in der ein senkrecht verfahrbahrer Stößel 6 mit beispielsweise einem Werkzeug 7 gelagert ist. Infolge der wandernden Last der Laufkatze kommt es zu unter­ schiedlichen Durchbiegungen des Querbalkens 4 und der Längsbalken 2 und 3, wodurch die Höhenlage des Stößels 6 verändert wird.

Durch die Erfindung wird die Höhenlage auch bei unterschied­ lichen Durchbiegungen des Querbalkens 4 und der Längsbalken 2 und 3 konstant gehalten.

Außerhalb des Portals oder auch schwingungsisoliert im Hohlraum eines Eckpfeilers ist eine Laserlichtquelle 11 senkrecht angeordnet. Oberhalb der Laserlichtquelle befindet sich ein angetriebenes Drehprisma 12, dessen Drehachse genau mit dem Laserstrahl zusammenfällt. Durch das Dreh­ prisma wird der Laserlichtstrahl um 90° in die Waagerechte abgelenkt und durch die Rotation des Drehprismas 12 fächer­ förmig über das Flächenportal ausgebreitet.

Der Konstanthaltung der Höhenlage dienen die in Fig. 1 dar­ gestellten 3 Photodiodenzeilen 8, die auf der Laufkatze 5 in der Weise angebracht sind, daß die einzelnen Dioden senk­ recht übereinander stehen und mit ihrer Empfängerseite einem Fenster 10 zugewandt sind, aus dem der waagerechte Laserlichtstrahl austritt. Die Höhe der Photodiodenzeilen 8 ist so bemessen, daß selbst bei extremen Durchbiegungen der in konstanter Höhe verlaufende Laserlichtstrahl immer mit genügender Sicherheit auf Dioden der Diodenzeilen trifft.

Die Signale der Photodiodenzeilen 8 werden einem Rechner 16 zugeführt, der aufgrund eines Rechenprogramms Korrektur­ werte ermittelt, von denen die Stellmotore 17 gesteuert werden, die die Laufkatze mit dem Stößel entsprechend dem durch die Durchbiegung verursachten Höhenversatz und Winkel­ abweichung anhebt und geradestellt.

Die Signale der Photdiodenzeilen 8 werden somit vom Rechner 16 dazu verarbeitet, daß die Grundplatte der Laufkatze 5 stets auf konstanter Höhe und in waagerechter Position gehalten wird. Zu diesem Zweck sind die einzeln ansteuerbaren Stellmotore 17 zwischen den Auflagepunkten auf dem Querbalken und der Grundplatte vorgesehen (Fig. 4).

In einer einfacheren Ausführung mit einem senkrecht ver­ schiebbaren Stößel wird die Höhenabweichung durch eine entsprechende Stößelbewegung kompensiert.

Um auch bei Aufbauten auf der Grundplatte, z. B. einer Stößelführung, die Beleuchtung der Photodiodenzeilen durch den Laserlichtstrahl in allen Positionen der Laufkatze zu gewährleisten, besteht eine zweite Ausführungsform darin, daß über einen halbdurchlässigen Spiegel 13 und einen vollreflektierenden Spiegel 14 ein Teil des Laserlichtstrahls entlang einer Portalseite zu einem anderen Punkt (Spiegel 14) und von dort um 90° nach oben auf ein zweites Drehprisma 15 mit rotierendem Antrieb abgelenkt wird, so daß von zwei verschiedenen, aber höhengleichen Punkten aus das Flächen­ portal mit dem Laserlichtstrahl fächerförmig überstrichen wird (Fig. 3).

Um Störsignale durch Fremdlicht auszuschalten, wird nur ein bestimmter zeitlicher Signalverlauf ausgewertet. Dieser Signalverlauf kann durch eine konstante Drehfrequenz des oder der Drehprismen 12, 15 an den Photodiodenzeilen 8 erzeugt werden, oder aber auch, in an sich bekannter Weise, durch eine im Vergleich zur Drehzahl des Drehprismas hoch­ frequente Modulation des Laserlichtstrahls.

In einer einfacheren, nicht weiter dargestellten Ausführung werden die Korrekturwerte dazu genutzt, den senkrecht ver­ fahrbaren Stößel entsprechend dem Höhenversatz zu verschieben.

Claims (5)

1. NC-Flächenportal mit Längsbalken, auf denen ein Querbalken längsverfahrbar angeordnet ist, der eine Lauf- Katze trägt, die mit einem senkrecht bewegbaren, werkzeug­ tragenden Stößel versehen ist, und mit einem Rechner zur Steuerung für die Bewegungsmotore des Querbalkens, der Laufkatze sowie des Stößels, gekennzeichnet durch:

• a) eine Lichtquelle (11), durch deren Strahlen in kon­ stanter Höhe oberhalb des Portals eine Bezugsebene erzeugt wird,
• b) mindestens eine mit der Laufkatze (5) fest verbun­ dene senkrecht stehende Photodiodenzeile (8) zur Ermittlung der Höhenabweichung der Laufkatze (5) von der Bezugsebene, und
• c) elektrische Verbindungen (18) zwischen der Photo­ diodenzeile und dem Rechner (16) zur Übermittlung der Ausgangssignale der Diodenzeile an den Rechner zwecks Nachsteuerung der Stößelhöhe zur Kompen­ sation der Längs- und/oder Querbalkendurchbiegung.

2. NC-Flächenportal nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle aus einem horizontal schwenk­ baren Laser besteht.

3. NC-Flächenportal nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Lichtquelle aus einem senkrecht stehenden Laser (11) besteht, und daß optische Bauelemente (12-15) zur Umlenkung des Laserstrahles in die Bezugsebene und seine Schwenkung in dieser Ebene vorgesehen sind.

4. NC-Flächenportal nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als das die Schwenkung des Laserstrahles in der Bezugsebene bewirkende optische Bauelement ein unter 45° im Strahlengang stehendes rotierendes Prisma (12) oder ein Spiegel vorgesehen ist.

5. NC-Flächenportal nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang des Lasers ein teilverspiegeltes optisches Bauelement (13) vorgesehen ist, das einen Teil des Laserstrahles über einen zweiten Vollspiegel (14) zu einem zweiten rotierenden Prisma (15) bzw. Spiegel lenkt, der den Laserstrahl in der gleichen Bauhöhe (=Bezugsebene) schwenkt.