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Dokumentenidentifikation DE3839803C2 30.11.1989
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Verstellen eines Arbeits- oder Abtastkopfes relativ zu einer Fläche
Anmelder Luginsland, Erhard, 7800 Freiburg, DE
Erfinder Luginsland, Erhard, 7800 Freiburg, DE
Vertreter Schmitt, H., Dipl.-Ing.; Maucher, W., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 7800 Freiburg
DE-Anmeldedatum 25.11.1988
DE-Aktenzeichen 3839803
Offenlegungstag 15.06.1989
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.11.1989
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.11.1989
IPC-Hauptklasse B43L 13/00
IPC-Nebenklasse B23Q 1/20   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Verstellen eines Arbeits- oder Abtastkopfes (2) relativ zu einer Fläche, z. B. beim Zeichnen auf einer Fläche, beim Bearbeiten einer Fläche o. dgl. Arbeitsvorgang, mit einer Kreuzschlitteneinrichtung (3) mit X-Y-Antrieb, die zwei im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungssysteme aufweist, von denen das eine mit dem Schlitten des anderen Führungssystems verbunden ist und den Arbeitskopf (2) trägt. Dabei ist für das erfindungsgemäße Verfahren kennzeichnend, daß während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes (2) die Führung (4a) eines der Führungssysteme relativ zur Fläche stillsteht, während das andere Führungssystem sowie der von ihm getragene Arbeitskopf verfahren wird, und daß in einer Ruhephase des Arbeitskopfes (2) der an einem Führungsteil befestigte Arbeitskopf (2) relativ zur Fläche festgelegt wird, während die übrige Kreuzschlitteneinrichtung (3) gegenüber der Fläche und gegenüber dem Arbeitskopf verstellt wird. Insbesondere zur Durchführung dieses Verfahrens ist die erfindungsgemäße Vorrichtung (1) so ausgebildet, daß die Kreuzschlitteneinrichtung (3) eine Hilfsvorrichtung zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes (2) gegenüber der Fläche aufweist und bei festgelegtem oder fixiertem Arbeitskopf (2) mit Hilfe ihrer Schlitten-Antriebe relativ zur Fläche bewegbar ist (vgl. Fig. 1).

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verstellen eines Arbeits- oder Abtastkopfes relativ zu einer Fläche, z. B. beim Zeichnen auf einer Fläche, beim Bearbeiten einer Fläche und dergleichen Arbeitsvorgang, mit einer Kreuzschlitteneinrichtung mit X-Y-Antrieb, die zwei etwa im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungssysteme aufweist, von denen das eine mit dem Schlitten des anderen Führungssystems verbunden ist und den Arbeitskopf trägt, wobei während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes die Führung eines der Führungssysteme relativ zur Fläche stillsteht und das andere Führungssystem sowie der von ihm getragene Arbeitskopf verfahren wird.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Verstellen eines Arbeits- oder Abtastkopfes relativ zur einer Fläche, z. B. beim Zeichnen auf einer Fläche, beim Bearbeiten einer Fläche oder dergleichen Arbeitsvorgang, mit einer Kreuzschlitteneinrichtung mit X-Y-Antrieb, die zwei etwa im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungssysteme aufweist, wobei eines der Führungssysteme mit dem Schlitten des anderen Führungssystems verbunden ist und den Arbeitskopf trägt, insbesondere zur Durchführung des eingangs erwähnten Verfahrens.

Man kennt bereits sogenannte Flachbettplotter, die eine Kreuzschlitteneinrichtung mit X-Y-Antrieb zum Verstellen des als Schreibkopf ausgebildeten Arbeitskopfes aufweisen. Derartige vorbekannte Flachbettplotter weisen beispielsweise zwei etwa im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungen auf, von denen die eine starr an der Schreibunterlage oder Schreibfläche des Gerätes befestigt ist, während die andere mit dem Schlitten der starren Führung verbunden ist und mit ihrem Schlitten den Arbeitskopf trägt.

Derartige Flachbettplotter haben den Nachteil, daß die Schreibunterlage oder Schreibfläche des Gerätes wegen der mit ihr starr verbundenen Führung begrenzt und damit gleichzeitig auch die maximalen Abmessungen der vom Plotter noch zu bearbeitenden Zeichenfläche festlegt. Großformatige Zeichenflächen setzen bei derartigen Geräten eine entsprechend große Schreibunterlage oder Schreibfläche des Gerätes und damit auch eine entsprechende Gerätegröße voraus.

Daher sind insbesondere die auch für großformatige Zeichenflächen oder Papiere geeigneten Plotter verhältnismäßig aufwendig in ihrer Konstruktion und Herstellung. Die insbesondere von großen Ausführungen derartiger vorbekannter Vorrichtungen zu bewegenden großen Massen bedeuten gleichzeitig evtl. auch die Gefahr zunehmender Ungenauigkeiten durch vergrößerte Hebelkräfte.

Aus der DE-OS 35 02 780 und der DD 2 62 835 A1 sind zwar bereits Lösungen bekanntgeworden, wie eine große Zeichenfläche mit einem kleinen Plotter vollständig bearbeitet werden kann. Dabei soll aber die große Zeichenfläche in eine Anzahl kleinerer Felder zerlegt werden, die jeweils einzeln von dem Plotter bearbeitet werden können. Dies führt zu Schwierigkeiten immer an den Übergängen von einem Feld zu dem anderen, wenn eine großformatige Zeichnung zusammengesetzt werden muß. Vor dem Zeichnen eines Teilbildes ist dabei nämlich jeweils eine Versetzung und Justierung des Zeichengerätes auf Anschlußmarken bereits gezeichneter Teilbilder erforderlich.

Es besteht daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem ein Arbeits- oder Abtastkopf unabhängig von einer bestimmten Gerätegröße relativ zu einer beispielsweise zu bearbeitenden Fläche verstellbar ist und das dennoch möglichst einfach und mit geringem Aufwand verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser scheinbar widersprüchlichen Aufgabe besteht bei dem Verfahren der eingangs erwähnten Art insbesondere darin, daß in einer Ruhephase des Arbeitskopfes der an einem Führungsteil befestigte Arbeitskopf relativ zur Fläche festgelegt wird und daß anschließend die übrige Kreuzschlitteneinrichtung gegenüber der Fläche und gegenüber dem Arbeitskopf in ihrer Lage verstellt wird. Durch das Festhalten des Arbeitskopfes beim Verstellen der übrigen Kreuzschlitteneinrichtung gegenüber der etwa zu bearbeitenden oder zu beschreibenden Fläche ist eine hohe Präzision beim Arbeitsvorgang möglich. Der gegenüber der Fläche fixierte Arbeitskopf wird während dem Verschieben der übrigen Kreuzschlitteneinrichtung in der Lage gehalten, in der er den vorherigen Arbeitsvorgang beendete. Nach dem erneuten Ausrichten der Führungssysteme kann der Arbeitskopf in dem dem Verstellvorgang der Führungssysteme nachfolgenden Arbeitsvorgang daher von der Stelle aus verfahren werden, in der er den vorangegangenen Arbeitsvorgang beendet hat.

Dabei ist das erfindungsgemäße Verfahren ein Schritt-für- Schritt-Verfahren, bei dem in einem ersten Schritt während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes dieser gegenüber der Fläche entsprechend dem gewünschten Arbeitsergebnis verfahren wird, und in einem zweiten Schritt während einer Ruhepause des Arbeitskopfes die Führungssysteme der Kreuzschlitteneinrichtung verstellt und neu ausgerichtet werden. Durch dieses Verstellen der Führungssysteme bei gleichzeitig fixiertem Arbeitskopf wird der Aktionsradius des Arbeitskopfes verlagert, so daß mit wenig Aufwand und beispielsweise unabhängig von einer bestimmten Gerätegröße und deren Schreibfläche auch große Flächen vom Arbeitskopf erreicht werden können.

Bei der Vorrichtung der eingangs erwähnten Art besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß die Kreuzschlitteneinrichtung eine Hilfsvorrichtung zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes gegenüber der Fläche aufweist, und daß die Kreuzschlitteneinrichtung bei festgelegtem oder fixiertem Arbeitskopf mit Hilfe ihrer Schlitten-Antriebe relativ zur Fläche bewegbar ist. Dabei kann der von einem Führungsteil getragene Arbeitskopf in einer Ruhephase durch die Hilfsvorrichtung gegenüber der Fläche festgelegt, fixiert oder festgehalten werden, bis nach dem erneuten Ausrichten der übrigen Kreuzschlitteneinrichtung und ihrer Führungssysteme der nächste Arbeitsvorgang des Arbeitskopfes an eben dieser Stelle wieder beginnen und sich fortsetzen kann. Ist beispielsweise die Kreuzschlitteneinrichtung gegebenenfalls über Standfüße, Anlageflächen od. dgl. verschiebbar, abhebbar oder dergleichen lösbar auf der Fläche angeordnet und wird dabei der Arbeitskopf gegenüber der Fläche mittels der Hilfsvorrichtung festgelegt, so kann in dieser Ruhephase des Arbeitskopfes die Kreuzschlitteneinrichtung auf einfache Weise mit Hilfe ihrer Schlitten-Antriebe relativ zur Fläche und zum Arbeitskopf verstellt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist daher mit wenig Aufwand und mit verhältnismäßig kleinen Abmessungen herstellbar und kann dennoch praktisch zu jedem Punkt der evtl. auch großformatigen Fläche bewegt werden, um von dort den Arbeitsvorgang ihres Arbeitskopfes zu beginnen oder fortzusetzen.

Man kennt zwar bereits eine Tisch-Vorschubeinrichtung, auf derem ortsfesten Bett zwei relativ zueinander bewegbare und in vertikaler Richtung voneinander getrennte Tische in Längsrichtung zum ortsfesten Bett beliebig weit verstellt werden können (vgl. DE-OS 35 20 741). Dabei wird mittels einer an den Tischen vorgesehenen Bremsvorrichtung im Wechsel jeweils ein Tisch im ortsfesten Bett festgehalten, während sich der andere Tisch über einen zwischen den beweglichen Tischen wirksamen Linearmotor in Bewegungsrichtung fortbewegt.

Diese vorbekannte Tisch-Vorschubeinrichtung, die beispielsweise bei Werkzeugmaschienen od. dgl. eingesetzt werden kann, hat jedoch den Nachteil, daß ihre Tische sich im ortsfesten Bett bewegen müssen und daher auch nur in Längsrichtung dieses Bettes beliebig weit verfahrbar sind. Diese vorbekannte Tisch-Vorschubeinrichtung eignet sich daher nicht ohne weiteres dazu, mit Hilfe eines Arbeitskopfes einen beliebigen Punkt etwa auf einer großen Fläche zu erreichen.

Eine einfache und besonders vorteilhafte Ausführung gemäß der Erfindung sieht vor, daß die Hilfsvorrichtung zumindest einen auf die Fläche absenkbaren Standfuß hat, der am Arbeitskopf und/oder an dem mit dem Arbeitskopf verbundenen Führungsteil, beispielsweise einem Schlitten, befestigt ist, und daß der Hub dieses absenkbaren Standfußes so bemessen ist, daß in der maximalen Absenkstellung die während des Arbeitsvorganges stillstehende, gegebenenfalls über eine Auflage oder mehrere Auflagen auf der Fläche aufsitzende Führung von der Fläche abhebt. Nach Absenken des Standfußes auf die Fläche hebt in der maximalen Absenkstellung die während des Arbeitsvorganges stillstehende, auf der Fläche dabei gegebenenfalls mittelbar über Auflagen, Standfüße od. dgl. aufsitzende Führung von der Fläche ab. Dadurch wird der Arbeitskopf während des Verstellens der übrigen Einrichtung über dem Punkt der Fläche festgehalten oder festgelegt, in welchem er seinen vorangegangenen Arbeitsvorgang beendet hatte, um anschließend nach dem Verstellen und Ausrichten der Führungssysteme der über der Fläche freilaufenden Kreuzschlitteneinrichtung den nächsten Arbeitsvorgang des Arbeitskopfes von diesem Punkt aus zu beginnen.

Zweckmäßigerweise sind für die Relativbewegungen der Kreuzschlitteneinrichtung in X- und Y-Richtung zwei etwa rechtwinklig zueinander angeordnete Antriebsspindeln vorgesehen, die mit jeweils an einem der Schlitten gehaltenen Spindelmuttern zusammenwirken. Derartige, jeweils Antriebsspindeln aufweisende Schlitten-Antriebe sind einfach und mit geringem Aufwand herstellbar.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn für die Relativbewegungen des X-Y-Antriebs als Schlitten-Antriebe vorzugsweise die Antriebsspindeln antreibende Elektromotoren, insbesondere Schrittmotoren vorgesehen sind. Vor allem durch Schrittmotoren kann der Arbeitskopf mit großer Genauigkeit über der Fläche verfahren werden. Werden dabei alle in X- und Y- Richtung durchgeführten Schritte der Schlitten-Antriebe von einem gegebenenfalls elektronischen Speicher zunächst registriert und führen anschließend bei in Ruhephase von der Fläche abgehobener Führung die Schlitten-Antriebe die gleiche oder die vom Ausgangspunkt in X- und Y-Richtung maximal zurückgelegte Schrittzahl in die entgegengesetzte Bewegungsrichtung durch, so kehren die Führungen und Schlitten in ihre ursprüngliche Relativposition zueinander zurück und werden gleichzeitig auf einen anderen Arbeitsbereich der Kreuzschlitteneinrichtung und ihres Arbeitskopfes gegenüber der Fläche verstellt.

Nach einer Ausführung gemäß der Erfindung ist der vorzugsweise zur Fläche hin absenkbare Arbeitskopf als Schreib- und/oder Lesekopf ausgebildet. Mit einem als Schreibkopf ausgebildeten Arbeitskopf kann die erfindungsgemäße Vorrichtung als Plotter oder - bei entsprechender Ausbildung - auch als Straßenmarkierunggerät zum Beschriften oder Markieren von Flächen verwendet werden, die größer sind als die Reichweite der Kreuzschlitteneinrichtung. Möglich ist auch, eine mit einem Schreibkopf ausgestattete erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufzeichnen von Schnitt- und Biegelinien bei der Fertigung von Lüftungskanälen zu verwenden. Gerade für einen solchen Einsatz ist die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders geeignet, da es sich bei diesen Arbeiten (Abwicklungen) um die Bearbeitung größerer Flächen handelt.

Mit einem als Lesekopf ausgebildeten Arbeitskopf kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch als Scanner eingesetzt werden. Dabei wird die erfindungsgemäße Vorrichtung zunächst im Eckbereich einer Zeichnung od. dgl. ausgerichtet. Sodann tastet das Gerät die gesamte Zeichnung od. dgl. "feldweise" ab und ladet dabei die digitalisierten Informationen in den Speicher eines Computers ein, dem vorab auch die Abmessungen der auf diese Weise zu bearbeitenden Fläche eingegeben wurde.

Möglich ist aber auch, den Arbeitskopf als Fräskopf, Stichsäge, Blechschere od. dgl. mechanisches Bearbeitungsteil auszubilden.

Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend wird diese anhand vorteilhafter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren noch näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Kreuzschlitteneinrichtung in einer Draufsicht, deren Arbeitskopf als Schreibkopf ausgebildet ist,

Fig. 2 eine Vorrichtung, ähnlich der aus Fig. 1, in einer seitlichen Teil-Schnittdarstellung,

Fig. 3 eine Vorrichtung, wie aus Fig. 1 und 2, in Draufsicht während des Arbeitsvorganges und den Ruhephasen ihres als Schreibkopf ausgebildeten Arbeitskopfes,

Fig. 4 eine gegenüber Fig. 1 und 2 abweichend ausgebildete und in ihre wesentlichen Einzelteile zerlegte Vorrichtung in einer Draufsicht und

Fig. 5 die Vorrichtung aus Fig. 4 während des Arbeitsvorganges beim Zeichnen einer über die Reichweite ihres X-Y-Antriebes hinausgehenden Zeichnung.

Fig. 1 zeigt eine im ganzen mit 1 bezeichnete Vorrichtung zum Verstellen eines als Schreibkopf ausgebildeten Arbeitskopfes 2 gegenüber einer Fläche in einer Draufsicht. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Kreuzschlitteneinrichtung 3 mit X-Y-Antrieb, die zwei etwa im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungen 4a und 4b aufweist. Dabei ist die Führung 4b an dem Schlitten 5a der Schlittenführung 4b befestigt und trägt mit ihrem Schlitten 5b den Arbeitskopf 2. Der Schlitten 5b der Vorrichtung 1 ist, wie Fig. 1 zeigt, als ein beide Enden seiner Führung überragender und in ihr in X-Richtung bewegbar gehaltener Schlittenarm ausgebildet. Der Schlitten 5b und mit ihm der an seinem Endbereich gehaltene Arbeitskopf 2 kann über den Schlittenarm 5a der Führung 4a in Y-Richtung verstellt werden. Über den Schlitten 5b der Führung 4b kann der Arbeitskopf 2 in X-Richtung verschoben werden. Die Führungen 4a, 4b bilden mit ihren Schlitten 5a, 5b jeweils ein Führungssystem.

Wie Fig. 1 zeigt, kann die Vorrichtung 1 mit ihrer Kreuzschlitteneinrichtung 3 frei beweglich auf einer Fläche angeordnet werden. Dabei sitzt die Einrichtung 3 über Auflagen 6 mit ihrer Führung 4a auf der Fläche auf, wobei die Auflagen 6 als Auflagewinkel ausgebildet und an den beiden im rechten Winkel zur Führungsrichtung der Führung 4a angeordneten Schmalseiten dieser Führung 4a befestigt sind.

Erfindungsgemäß weist die Einrichtung 3 der Vorrichtung 1 eine Hilfsvorrichtung zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes 2 gegenüber der im vorliegenden Fall zu beschreibenden Fläche auf und ist bei festgelegtem oder fixiertem Arbeitskopf 2 mit Hilfe ihrer - in Fig. 1 nicht weiter dargestellten - Schlitten-Antriebe relativ zur Fläche bewegbar.

Dabei hat die Hilfsvorrichtung zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes 2 zwei auf die Fläche absenkbare Standfüße 8, die an den Endbereichen des den Arbeitskopf tragenden Schlittens 5b angeordnet sind. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, ist der in Fig. 1 linke zum Arbeitskopf 2 weisende Standfuß 8 als "Stempel" und der in Fig. 1 rechte Standfuß 8 als "Schiene" ausgebildet.

Statt zwei solcher Standfüße 8 kann auch nur ein, unterhalb den Führungen 4 angeordneter und zur Fläche hin absenkbarer Standfuß 8 vorgesehen werden, der etwa T-förmig ausgebildet ist und beispielsweise mit dem freien Ende des langen Schenkels seiner T-Form zum Arbeitskopf 2 weist.

Der Hub dieser zur Fläche hin absenkbaren Standfüße 8 ist so bemessen, daß in der maximalen Absenkstellung die während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes stillstehende, über ihre Auflagen 6 auf der Fläche aufsitzende Führung 4a von der Fläche abhebt. Zum Absenken dieser Standfüße 8 sind zwei pneumatisch betätigbare Hubzylinder 9 vorgesehen, die auf der der Fläche abgewandten Seite des Schlittens 5b an dessen beiden Endbereichen angeordnet sind.

In Fig. 2 ist eine Vorrichtung, ähnlich der aus Fig. 1, in einem seitlichen Längsschnitt dargestellt, deren ebenfalls an den Endbereichen des als Schlittenarm ausgebildeten Schlittens 5b angeordneten Hubzylinder die als Stempel bzw. Schiene ausgebildeten Standfüße 8 beispielsweise während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes 2 oberhalb der Fläche 10 halten. Diese Standfüße 8 sind mittels der Hubzylinder 9 nach unten in Richtung Z1 zur Fläche 10 hin absenkbar, so daß die Kreuzschlitteneinrichtung 3 mit den Auflagen 6 von der Fläche 10 in Richtung Z2 abhebt, lediglich über die Standfüße 8 auf dieser noch gehalten ist und die in Fig. 2 gestrichelt angedeutete Stellung einnimmt.

Der als Schreibkopf ausgebildete Arbeitskopf 2 der Vorrichtung 1 aus Fig. 2 ist ebenfalls zur Fläche hin absenkbar. Dieser Arbeitskopf besteht im wesentlichen aus einem Zeichenstift 11, einem metallischen und über ein Scharnier 12 vertikal verschwenkbaren Stifthalter 13 sowie einem in Fig. 2 oberhalb des Stifthalters 13 angeordneten Elektromagneten 14. Wird der Elektromagnet des Arbeitskopfes 2 betätigt, so wird durch das dabei entstehende Magnetfeld der darunter zur Fläche hin angeordnete Stifthalter 13 nach oben angezogen und mit dem Stifthalter 13 auch der Zeichenstift 11 von der Fläche abgehoben.

In Fig. 2 ist auch die während des Arbeitsvorganges gegenüber der Fläche 10 stillstehende, mit ihren Auflagen 6 auf dieser aufsitzende Führung 4a mit ihrem Schlitten 5a quergeschnitten dargestellt. Dabei ist gut erkennbar, daß die Führungen 4 als Wälzführungen ausgebildet sind, die zwischen ihren als Kugeln ausgebildeten Wälzkörpern die Schlitten 5 führen. Der Schlitten 5a ist in Fig. 2 auf seiner zur Fläche 10 hin weisenden Seite - in nicht weiter dargestellter Weise - mit der Führung 4b verbunden, die an ihrem Schlitten 5b den Arbeitskopf 2 trägt. Zweckmäßigerweise sind die Schlitten 5 der Führungen 4 für die Relativbewegungen der Einrichtung 3 in X- und Y-Richtung über Spindelmuttern mit - hier ebenfalls nicht dargestellten - Antriebsspindeln verbunden. Dabei wird eine Ausführung bevorzugt, bei der für die Relativbewegungen der Einrichtung 3 als Schlitten-Antriebe Schrittmotoren vorgesehen sind, die die Antriebsspindeln antreiben.

In Fig. 3a bis 3c ist eine Vorrichtung 1, wie aus Fig. 1 und 2, in Draufsicht während des Arbeitsvorganges und den Ruhephasen ihres ebenfalls als Schreibkopf ausgebildeten Arbeitskopfes 2 gezeigt. Dabei soll die Vorrichtung 1 mit ihrem X-Y-Antrieb die in Fig. 3a gestrichelt dargestellte Kurve auf eine Fläche 10 auftragen.

In Fig. 3a befindet sich die Vorrichtung 1 mit ihrer Kreuzschlitteneinrichtung noch in ihrer Ausgangslage, bei der sich der Arbeitskopf noch in dem rechten unteren Eckbereich seines während eines Arbeitsvorganges noch erreichbaren Aktionsbereiches befindet. Während des Arbeitsvorganges wird der auf die Fläche 10 abgesenkte Arbeitskopf 2 entsprechend dem gewünschten Arbeitsergebnis über die Fläche 10 verfahren. Bei diesem Arbeitsvorgang des Arbeitskopfes 2 steht die mit ihren Auflagen 6 auf der Fläche 10 oder einer angrenzenden Unterlage aufsitzende Führung 4a gegenüber der Fläche 10 still und wird durch das Eigengewicht der Kreuzschlitteneinrichtung 3 in dieser Lage gehalten. Dabei wird der Arbeitskopf 2 über die rechtwinklig zur Führung 4a angeordnete Führung 4b und deren Schlitten 5b verfahren. Während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes 2 liegt oder sitzt die Einrichtung 3 nur mit den Auflagen 6 der Führung 4a auf der Fläche oder der Unterlage auf, während die Standfüße 8 oberhalb der Fläche 10 oder der Unterlage angeordnet sind und diese nicht berühren.

In Fig. 3b hat der Arbeitskopf 2 die vom X-Y-Antrieb 3 während eines Arbeitsvorganges maximal erreichbare Reichweite erreicht. In dieser Position des Arbeitskopfes 2 muß die Kreuzschlitteneinrichtung 3 mit ihren Führungssystemen neu ausgerichtet werden. Dazu werden die Standfüße 8 auf die Fläche 10 oder die angrenzende Unterlage abgesenkt, bis die Auflagen 6 der Einrichtung 3 von der Fläche oder der Unterlage abheben.

In dieser in Fig. 3b dargestellten Position fixieren die als Schiene oder Stempel ausgebildeten Standfüße 8 den Arbeitskopf 2 sowie den ihn tragenden Schlitten 5b gegenüber der Fläche 10. In dieser Ruhephase des Arbeitskopfes 2 können bei abgehobenen Auflagen 6 die Führungen 4 relativ zueinander und gegenüber dem Arbeitskopf und der Fläche 10 verstellt werden, während der Arbeitskopf 2 gegenüber der Fläche 10 in der Position festgelegt ist, in der er den vorangegangenen und in Fig. 3a dargestellten Arbeitsvorgang beendet hat.

Beim Verstellen der Führungen während der Ruhephase des Arbeitskopfes 2 vertauschen der den Arbeitskopf 2 tragende Schlitten 5b sowie seine Führung 4b ihre Funktionen: Der Schlitten 5b wird zusammen mit dem Arbeitskopf gegenüber der Fläche 10 fixiert und führt nun seinerseits die Führung 4b bei ihren Verstellbewegungen.

Zweckmäßigerweise wird beim Verstellen der Führungen 4 während der Ruhephase des Arbeitskopfes 2 dieser mit seinem Zeichenstift von der Fläche 10 abgehoben.

In Fig. 3c ist die Kreuzschlitteneinrichtung 3 in der Lage dargestellt, in der sie die Verstellbewegungen der Führungen 4 beendet hat und den nächsten Arbeitsvorgang zur Vervollständigung der Zeichnung beginnt.

Wie Fig. 3c zeigt, sind dabei die Führungen 4 in der Ruhephase des Arbeitskopfes 2 in ihre ursprüngliche Relativpostion oder Ausgangsposition verstellt worden, in der sich der Arbeitskopf 2 im rechten unteren Eckbereich seines während eines Arbeitsvorganges noch erreichbaren Aktionsbereiches befindet. Von dieser Position aus kann der Arbeitskopf 2 der mit den Auflagen 6 ihrer Führung 4a auf die Fläche 10 abgesenkten Einrichtung 3 weiter verfahren werden, um die auf der Fläche 10 gewünschte Zeichnung zu vervollständigen und fertigzustellen.

In den Fig. 1 bis 3 weist die Hilfsvorrichtung zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes 2 gegenüber der Fläche absenkbare Standfüße 8 zum Anheben der Kreuzschlitteneinrichtung 3 auf.

Möglich ist aber auch eine Ausführung, bei der die Hilfsvorrichtung zum Festhalten des Arbeitskopfes gegenüber der Fläche zumindest einen Elektromagneten aufweist, der mit der Fläche oder einer Unterlage aus magnetischem Werkstoff zusammenwirkt. Auch kann die Hilfsvorrichtung zumindest einen pneumatisch betätigbaren Saugfuß aufweisen, mit dessen Hilfe der Arbeitskopf 2 gegenüber der Fläche fixierbar ist. Derartige Ausführungen eignen sich insbesondere dort, wo die auf der Fläche aufsitzende Kreuzschlitteneinrichtung leicht über diese Fläche verschoben werden kann. Auch kann es zweckmäßig sein, wenn die während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes 2 relativ zur Fläche stillstehende Führung 4a mit Hilfe wenigstens eines Elektromagneten oder eines pneumatisch betätigbaren Saugfußes gegenüber der Fläche festlegbar ist. Insbesondere bei der Verwendung von zwei, im Bereich des Arbeitskopfes 2 sowie der Führung 4a vorgesehene Haltesysteme kann eine hohe Zeichen- und Wiederholgenauigkeit erreicht werden. Dabei ist es zweckmäßig, wenn beim Umschalten zwischen den einzelnen Haltesystemen kurzzeitig beide Systeme wirksam sind. Außerdem ist bei einer stärkeren Beanspruchung dieser Haltesysteme (z. B. beim Fräsen) oder beim Bearbeiten von nicht (annähernd) waagerechten Flächen eine zusätzliche Fixierung beispielsweise auch der Führung 4a notwendig.

In Fig. 4 ist eine gegenüber den Fig. 1 und 2 abweichend ausgebildete und in ihre wesentlichen Einzelteile zerlegte Vorrichtung 1&min; in einer Draufsicht dargestellt. Diese Vorrichtung 1&min; besteht im wesentlichen aus einer X-Führung 4a (vgl. Fig. 4a), einer Y-Führung 4b (vgl. Fig. 4c) sowie einem am Schlitten 5b der Führung 4b gehaltenen Arbeitskopf 2 (vgl. Fig. 4b). Die Führung 4bist an einem ihrer Endbereiche mit dem Schlitten 5a der Führung 4a fest verbunden und kann auf dieser mit Hilfe des Schlittens 5a verfahren werden.

Auch die Führungssysteme der Kreuzschlitteneinrichtung 3 sind in Gebrauchsstellung der Vorrichtung 1&min; etwa im rechten Winkel zueinander angeordnet. Während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes 2 steht die X-Führung 4a gegenüber der hier durch ein Zeichenpapier gebildeten Fläche 10 still, während die andere Führung 4b und ihr mit dem Arbeitskopf 2 verbundener Schlitten 5b entsprechend der gewünschten Zeichnung verfahren wird.

In Fig. 4a ist die X-Führung 4a frei beweglich auf einer als Zeichenpapier ausgebildeten Fläche 10 angeordnet. Dabei soll auf das Zeichenpapier 10 die in Fig. 5a dargestellte Zeichnung aufgetragen werden. Die Führung 4a kann mit Hilfe von vier Elektromagneten 15 gegenüber der Fläche 10 fixiert werden, die mit einer Unterlage 16 aus magnetischem Werkstoff zusammenwirken. Die Elektromagneten 15 der X -Führung 4a sind an der Außenseite eines etwa rechteckigen und auf der der X-Führung 4a gegenüberliegenden Seite nach unten hin offenen Rahmenteil 17 verbunden. Dieses Rahmenteil 17 begrenzt im wesentlichen den vom Arbeitskopf 2 der Kreuzschlitteneinrichtung 3 der Vorrichtung 1&min; während eines Arbeitsvorganges noch erreichbaren Aktionsbereich, jedoch kann der Arbeitskopf 2 auf der der Führung 4a abgewandten Seite 18 des Rahmenteiles 17 geringfügig außerhalb des vom Rahmenteil 17 begrenzten Bereiches auch unterhalb diesem verfahren werden. Die Elektromagneten 15 der X-Führung 4a sind jeweils etwa in den Eckbereichen des Rahmenteiles 17 an diesem befestigt.

Zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes 2 weist dieser ebenfalls, ihn gleichmäßig umgebende und etwa in einem Rechteck angeordnete Elektromagneten 19 auf. Ebenso wie die Elektromagneten 15 des X-Führung 4a wirken auch die Elektromagneten 19 des Arbeitskopfes 2 mit der magnetischen Unterlage 16 der Vorrichtung 1&min; zusammen. Die Vorrichtung 1&min; ist über ein Kabel mit einem - hier nicht weiter abgebildeten - Steuercomputer verbunden und besitzt einen Freigabe- oder Betätigungsschalter.

Zum Erstellen einer Zeichnung wird - ähnlich wie mit einem Plotter - das Zeichenpapier 10 auf der magnetischen Unterlage 16 befestigt und - wie Fig. 4 zeigt - die Vorrichtung 1&min; in dem in Fig. 4 linken unteren Eckbereich auf das Zeichenpapier 10 aufgesetzt sowie rechtwinklig ausgerichtet. Anschließend wird der Ablauf durch Betätigung des Freigabeschalters gestartet. Zuerst werden die Elektromagnete 15 der Führung 4a aktiviert. Der Steuercomputer unterteilt je nach der erforderlichen Zeichnungsgröße die Zeichenfläche in die erforderlichen Zeichenfelder, z. B. wie in Fig. 5a in vier Zeichenfelder.

Über den Steuercomputer wird der als Schreibkopf ausgebildete Arbeitskopf 2 zum Anfang der Zeichnung bewegt und anschließend - wie bei einem herkömmlichen Flachbettplotter - über das Zeichenpapier 10 verfahren (vgl. Fig. 5b).

Nach Fertigstellung des ersten Zeichenfeldes wird der Arbeitskopf 2 über die obere Feldkoordinate bewegt. In dieser Lage werden die Elektromagnete 19 des Arbeitskopfes 2 aktiviert und die Elektromagnete 15 der X-Führung 4a stromlos geschaltet. In dieser Ruhephase des Arbeitskopfes 2 wird das Rahmenteil 17 durch den rückwärtslaufenden und den gegenüber der Fläche 10 stillstehenden Schlitten 5b zum freien Ende der Y-Führung 4b bewegenden Schlitten- Antrieb der Y-Führung 4b bewegt. Auf diese Weise wird der Arbeitskopf 2 sowie der ihn tragende Schlitten 5b während der Ruhephase des Arbeitskopfes 2 relativ zur Fläche fixiert, während die Führungen 4 gegenüber der Fläche 10 und gegenüber dem Arbeitskopf 2 verstellt werden. In Fig. 5d befindet sich die Vorrichtung 1&min; in ihrer neu ausgerichteten Position, während die ursprüngliche Position der beiden äußeren Elektromagnete 15 demgegenüber gestrichelt dargestellt ist.

Nach dem Verstellen der Führungen 4 während der Ruhephase des Arbeitskopfes 2 werden die Elektromagnete 15 der Führung 4a aktiviert, so daß nach Abschalten der Elektromagnete 19 des Arbeitskopfes 2 das Feld 2 aus Fig. 5a und 5d von der Vorrichtung 1&min; bearbeitet werden kann. Ist auch das Feld 2 aus Fig. 5a und 5d gezeichnet, kann nach Aktivieren und Lösen der Elektromagnete 15 der Führung 4a das Rahmenteil 17 mittels des Schlitten-Antriebes der X-Führung 4a zum Feld 3 (vgl. Fig. 5a), und wenn dieses fertiggestellt ist, wie beschrieben über den Schlitten-Antrieb der Y-Führung 4b zum Feld 4 usw. bewegt werden.

Das Schritt-für-Schritt-Verfahren der Vorrichtungen 1 und 1&min; kann über ein entsprechendes Steuersystem beliebig oft und gemäß dem gewünschten Arbeitsergebnis wiederholt werden. Mit Hilfe der Vorrichtungen 1 und 1&min; ist die Bearbeitung oder Beschriftung beliebig großer Flächen in der beispielsweise bei der Bildschirm-Bearbeitung üblichen "Fenstertechnik" möglich.

Dabei begünstigt insbesondere das beispielsweise im Zusammenhang mit der Vorrichtung 1 beschriebene Verfahren die einfache und handliche Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtungen, bei der die Rückstellung und das gleichzeitige Versetzen der erfindungsgemäßen Vorrichtung durch Rückwärtslaufen beider Antriebe um die effektive Schrittzahl, welche während der Bearbeitung von der Grundstellung aus ausgeführt wurde, während der Ruhephase des Arbeitskopfes bewerkstelligt wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Verstellen eines Arbeits- oder Abtastkopfes relativ zu einer Fläche, z. B. beim Zeichnen auf einer Fläche, beim Bearbeiten einer Fläche od. dgl. Arbeitsvorgang, mit einer Kreuzschlitteneinrichtung mit X-Y- Antrieb, die zwei etwa im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungssysteme aufweist, von denen das eine mit dem Schlitten des anderen Führungssystems verbunden ist und den Arbeitskopf trägt, wobei während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes die Führung eines der Führungssysteme relativ zur Fläche stillsteht und das andere Führungssystem sowie der von ihm getragene Arbeitskopf verfahren wird, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Ruhephase des Arbeitskopfes (2) der an einem Führungsteil befestigte Arbeitskopf (2) relativ zur Fläche (10) festgelegt wird, und daß anschließend die übrige Kreuzschlitteneinrichtung gegenüber der Fläche (10) und gegenüber dem Arbeitskopf (2) in ihrer Lage verstellt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungssysteme in der Ruhephase des Arbeitskopfes (2) in ihre ursprüngliche Relativposition oder Ausgangsposition verstellt werden.
  3. 3. Vorrichtung zum Verstellen eines Arbeits- oder Abtastkopfes relativ zu einer Fläche, z. B. beim Zeichnen auf einer Fläche, beim Bearbeiten einer Fläche od. dgl. Arbeitsvorgang, mit einer Kreuzschlitteneinrichtung mit X-Y-Antrieb, die zwei etwa im rechten Winkel zueinander angeordnete Führungssysteme aufweist, wobei eines der Führungssysteme mit dem Schlitten des anderen Führungssystems verbunden ist und den Arbeitskopf trägt, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzschlitteneinrichtung eine Hilfsvorrichtung zum Festlegen oder Festhalten des Arbeitskopfes (2) gegenüber der Fläche (10) aufweist, und daß die Kreuzschlitteneinrichtung bei festgelegtem oder fixiertem Arbeitskopf (2) mit Hilfe ihrer Schlitten-Antriebe relativ zur Fläche (10) bewegbar ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreuzschlitteneinrichtung verschiebbar oder abhebbar auf der Fläche (10) aufsitzt, aufliegt od. dgl. angeordnet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung zumindest einen auf die Fläche (10) absenkbaren Standfuß (8) hat, der am Arbeitskopf (2) und/oder an dem mit dem Arbeitskopf (2) verbundenen Führungsteil befestigt ist, und daß der Hub dieses absenkbaren Standfußes (8) so bemessen ist, daß in der maximalen Absenkstellung die während des Arbeitsvorganges stillstehende, gegebenenfalls über eine Auflage oder mehrere Auflagen (6) auf der Fläche (10) aufsitzende Führung (4a) von der Fläche (10) abhebt.
  6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zum Absenken des Standfußes oder der Standfüße (8) zumindest ein vorzugsweise pneumatischer oder hydraulischer Hubzylinder (9) oder ein Elektromotor vorgesehen ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung zum Festhalten des Arbeitskopfes (2) gegenüber der Fläche (10) zumindest einen Elektromagneten (19) aufweist, der mit der Fläche oder einer Unterlage (16) aus magnetischem Werkstoff zusammenwirkt.
  8. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsvorrichtung zum Festhalten des Arbeitskopfes (2) gegenüber der Fläche zu mindest einen pneumatisch betätigbaren Saugfuß aufweist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Arbeitsvorganges des Arbeitskopfes (2) relativ zur Fläche (10) stillstehende Führung (4a) mit Hilfe wenigstens eines Elektromagneten (15) oder eines pneumatisch betätigbaren Saugfußes gegenüber der Fläche (10) festlegbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die Relativbewegungen der Kreuzschlitteneinrichtung in X- und Y-Richtung zwei etwa rechtwinklig zueinander angeordnete Antriebsspindeln vorgesehen sind, die mit jeweils an einem der Schlitten (5) gehaltenen Spindelmuttern zusammenwirken.
  11. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß für die Relativbewegungen der Kreuzschlitteneinrichtung als Schlitten-Antriebe vorzugsweise die Antriebsspindeln antreibende Elektromotoren, insbesondere Schrittmotoren vorgesehen sind.
  12. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der vorzugsweise zur Fläche (10) hin absenkbare Arbeitskopf (2) als Schreib- und/oder Lesekopf ausgebildet ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitskopf als Fräskopf, Stichsäge, Blechschere od. dgl. mechanisches Bearbeitungsteil ausgebildet ist.






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