CH636438A5 - Laengen- oder winkelmesseinrichtung mit mitteln zur fehlerkompensation. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Längen- oder Winkelmesseinrichtung zum Bestimmen der Lage zweier relativ zueinander 60 beweglicher Objekte, bei der eine Messteilung an einem der Objekte und ein diese Messteilung abtastender Abtastkopf an dem anderen Objekt befestigt sind, mit Mitteln zur Fehlerkompensation.
Bei Bearbeitungs- oder Messmaschinen können Fehler ins- 65 besondere in den Führungen eine tatsächliche Verschiebung bewirken, die entweder durchweg grösser oder durchweg kleiner ist als die vom Wegmessystem festgestellte Verschiebung. Die tatsächliche Verschiebung kann auch längs des Messbereiches von einem zu kleinen zu einem zu grossen Wert oder umgekehrt wechseln. Problematisch sind dabei Fehler, die ausserhalb der geforderten Maschinentoleranzen liegen. Die Herstellung hochgenauer Führungen ist insbesondere bei grossen Maschinen schwierig und kostspielig. Ausserdem kann es im Laufe der Zeit durch Verschleiss in den Führungen wieder zu einer Überschreitung der zulässigen Maschinentoleranzen kommen. Es gibt bereits verschiedene Korrektureinrichtungen, um derartige Fehler zu kompensieren oder zu verringern.
Aus Spalte 1 der deutschen Auslegeschrift 1 477 390 ist es bereits bekannt, Führungsfehler dadurch zu kompensieren, dass man die Fehler laufend erfasst, um dann über eine Stelleinrichtung Gegenkräfte auf die Führung der Maschine auszuüben. Derartige Kompensationseinrichtungen sind aufwendig und teuer.
In der deutschen Offenlegungsschrift 2 042 505 wird zur Fehlerkompensation ein Korrekturlineal benutzt. Das Korrekturlineal wird dabei über ein Hebelsystem abgetastet, das den Abtastkopf für die Messteilung entsprechend der Korrekturfunktion nachstellt. Die Herstellung von Korrekturlinealen ist schwierig und teuer. Auch muss das Korrekturlineal im Laufe der Zeit wegen der sich ändernden Fehlerwerte erneuert werden. Einstellbare Korrekturlineale, wie sie aus der deutschen Auslegeschrift 1 231 595 bekannt sind, sind baulich aufwendig.
Bei einem weiteren bekannten Kompensationsverfahren werden an bestimmten Stellen des Weges, an denen eine Korrektur erfolgen soll, Nocken gesetzt, die beim Überfahren ein Korrektursignal auslösen (deutsche Auslegeschrift 1 552 273). Die Anbringung von Korrekturnocken ist insbesondere bei grossen Maschinen aufwendig.
Aus dem amerikanischen Patent 2 988 681 ist es ferner bekannt, Fehler in der Mechanik von Maschinen mit Hilfe eines «Korrekturcomputers» zu kompensieren. Im Computer werden sämtliche Einflussgrössen, die sich auf den Maschinenfehler auswirken, gespeichert, um in Abhängigkeit von der jeweiligen Vorschubposition dem Istsignal das zugehörige Korrektursignal überlagern zu können.
Baulich einfache Korrektureinrichtungen sind bereits aus der deutsche Offenlegungsschrift 2 518 745 bekannt geworden. Bei diesen wird zur Kompensation insbesondere von Führungsfehlern an Maschinen die Längenmessteilung in ihrer Einbaulage entsprechend den Fehlerwerten der Maschine durch Längsstauchen oder Längsstrecken korrigiert und dadurch die Anzeige des Messwertes berichtigt. Diese Methode gestattet nur die Kompensation von Linearitätsfehlern.
Aufgabe der Erfindung ist es, mit besonders einfachen Mitteln eine möglichst weitgehende, genaue und zuverlässige Fehlerkompensation zu ermöglichen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem Längenoder Winkeimessystem der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch,dass die Messteilung mindestens an einer Stelle durch Einstellmittel etwa senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten geringfügig ausgelenkt wird.
Zur Auslenkung der Messteilung können als Einstellmittel VerStellglieder, vorzugsweise Stellschrauben vorgesehen sein, die an verschiedenen Stellen der Messteilung angreifen. Die VerStellglieder sind zweckmässig im Trägerkörper für die Messteilung angebracht.
Die Korrektur der Längenmessteilung kann dabei entweder vor der Montage der Messystems oder in angebautem Zustand direkt an der Maschine erfolgen.
Weitere Merkmale von speziellen Ausführungsformen der Erfindung finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
Bei der Fehlerkompensation nach der Erfindung können im einfachsten Falle als Einstellmittel Stellschrauben vorgesehen sein, die zweckmässig im Trägerkörper für die Messteilung angeordnet sind. Durch die Erfindung wird demnach mit beson
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ders einfachen Mitteln eine Möglichkeit zur Kompensation auch nichtlinearer Fehler der Maschine und/oder der Messteilung geschaffen. Hierdurch ergeben sich u.a. günstige Herstellungskosten für die Maschine, weil grössere Toleranzen bei der Herstellung einzelner Maschinenbauteile zulässig sind. Auch kann die Lebensdauer der Maschine verlängert werden. Die erfindungs-gemässe Fehlerkompensation gestattet nämlich auch bei sich ändernden Fehlerwerten auf einfache Weise und ohne zusätzlichen baulichen Aufwand eine Nachkorrektur der Messteilung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigt:
Figur 1 eine gekapselte Längenmesseinrichtung nach der Erfindung,
Figur 2 einen Schnitt nach der Linie A-B der Figur 1,
Figur 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 eine Längenmesseinrichtung mit einer flexiblen Messteilung,
Figur 5 einen Schnitt nach der Linie C-D der Figur 4,
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
Figur 7 einen Schnitt nach der Linie E-F der Figur 6.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist die Figur 1 und 2 die Messteilung eines an sich bekannten inkrementalen Längenmessystems bezeichnet. Die Gitterteilung des lichtelektrischen Messystems befindet sich an der Fläche 1 Der Massstab 1 ist unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht 2 (zweckmässig Silikonkautschuk) am vorspringenden Teil eines U-förmigen Hohlkörpers 3 befestigt. Dachförmige Dichtlippen 4 und 5 aus biegsamen Material schützen den Massstab 1 und den Abtastkopf 6 vor störenden Umwelteinflüssen. Die Messteilung 1 ist hierbei ein Glaskörper, der Hohlkörper 3 zweckmässig ein stranggezogenes Aluminiumprofil. Der Hohlkörper 3 ist über Befestigungselemente 7 und 8 an einem der Objekte, z.B. am Maschinenbett (nicht dargestellt) befestigt. Der Abtastkopf 6 steht über ein Kupplungselement 9, das ausserhalb der neutralen Faser der Messteilung 1 liegt, mit einem schwertförmigen Mitnehmer 10 in Verbindung, der zwischen den Dichtlippen 4 und 5 hindurchgreift und dessen Bauteil 10' am anderen Objekt, z.B. am Maschinenschlitten (nicht dargestellt) befestigt ist. Gekapselte digitale Längenmesseinrichtungen der vorstehenden Art sind bekannt z.B. aus DT-OS 2 505 587.
Zur Kompensation insbesondere von Führungsfehlern der Objekte, an denen die Messeinrichtung angebaut wird, sind als VerStellglieder 11 Stellschrauben vorgesehen, die im Trägerkörper 3 angebracht und von aussen einstellbar sind. Mittels der als Versteilglieder 11 vorgesehenen Stellschrauben wird die Messteilung 1 an mehreren Stellen senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten (Führungsfehler und/oder Fehler der Messteilung) geringfügig ausgelenkt. Dabei wird entsprechend den Dehnungen und Stauchungen der Randzonen des Massstabskörpers 1 dessen Teilung länger bzw. kürzer.
Zur Ermittlung von Fehlerwerten der Maschine und/oder Messteilung wird zweckmässig ein Laser-Interferometer be-5 nutzt. Die Feststellung der Fehlerwerte beruht auf dem Vergleich der Anzeige der zu prüfenden Messeinrichtung mit der des Laser-Interferometers.Die Abweichung beider Anzeigen entsprechen den zu korrigierenden Fehlern, wenn die Messfehler des Laser-Interferometers vernachlässigbar gering sind. Die io entsprechend den Fehlerwerten zu erfolgende Auslenkung der Messteilung 1 senkrecht zur Teilungsebene wird zweckmässig an der Maschine, an der die Messeinrichtung eingesetzt wird, eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Messteilung 1 anhand eines Fehlerprotokolls vor dem Anbau an die Maschine 15 entsprechend zu korrigieren.
In Figur 3 wird über die Versteilglieder 11 in Richtung zur Auflagefläche für die Messteilung 1 hin eine Kraft auf die Messteilung 1 ausgeübt, die eine Auslenkung senkrecht zur Teilungsebene bewirkt. Ausserdem erfolgt mittels einer Verstell-20 schraube 12 über eine Feder 13 noch eine Stauchung d.h. eine lineare Verkürzung der Messteilung 1. Somit ist eine Kompensation nichtlinearer und linearer Fehler möglich.
Figur 4 zeigt eine digitale elektrische Längenmesseinrichtung mit flexibler Messteilung lls die zweckmässig ein Stahl-25 band ist. Mittels der Schraube Ï21 und Zugfeder 13x wird eine lineare Verlängerung der flexiblen Messteilung lt bewirkt. Die lineare Dehnung und damit Verlängerung der Messteilung 11 ist proportional der Federkraft der Zugfeder 13!. Der Abtastkopf 6i ist hierbei auf der Messteilung l! geführt. Die flexible Mess-30 teilung lj wird mittels VerStellglieder 11 senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten verformt. Diese Korrektur ist proportional dem Abstand zwischen Messteilung 11 und Ankoppelgelenk 14 des Abtastkopfes 61 und der Durchbiegung der Messteilung 1^ Mit 15 ist eine Fläche des Maschi-35 nenschlittens, mit 16 eine Fläche des Maschinenbettes angedeutet.
In Figur 6 wird die Messteilung 1, die ein Glaskörper ist, ausschliesslich zwischen VerStellgliedern 11, die seitlich an der Ober- und Unterseite des Glaskörpers angreifende Stellschrau-40 ben sind, befestigt. Die Gitterteilung befindet sich ausserhalb der neutralen Faser des Massstabkörpers an der Fläche 1'. Durch Dehnen und Stauchen der Randzonen des Glaskörpers 1 wird dessen Teilung länger bzw. kürzer. Bei Messeinrichtungen, bei denen sich der Abtastkopf wie bei Figur 6 nicht auf der 45 Messteilung 1 abstützt, ist die durch Verbiegung der Messteilung senkrecht zur Teilungsebene erreichbare Korrektur proportional der Massstabdicke und der Massstabdurchbiegung.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten lichtelektrischen Messeinrichtungen beschränkt, sondern sinngemäss auf alle 50 Längen- oder Winkelmesseinrichtungen mit einer Messteilung übertragbar.
C
2 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
- 636 438PATENTANSPRÜCHE1. Längen- oder Winkelmesseinrichtung zum Bestimmen der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte, bei der eine Messteilung an einem der Objekte und ein diese Messteilung abtastender Abtastkopf an dem andern Objekt befestigt s sind, mit Mitteln zur Fehlerkompensation, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (l,li) mindestens an einer Stelle durch Einstellmittel etwa senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten geringfügig ausgelenkt ist.
- 2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- io net, dass die Messteilung (1,10 mit Hilfe von VerStellgliedern (11) als Einstellmittel, vorzugsweise Stellschrauben, an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt ist.
- 3. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (1) unter Zwischenfügung 15 einer hochelastischen Schicht (2) an einem Trägerkörper (3) befestigt ist und mittels Versteilglieder (11), die in Richtung von der Auflagefläche für die Messteilung (1) weg eine Kraft ausüben, an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt ist. 20
- 4. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (1) unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht (2) an einem Trägerkörper (3') befestigt ist und mittels VerStellglieder (11), die in Richtung zur Auflagefläche für die Messteilung (1) hin eine Kraft ausüben, an25 verschiedenen Stellen sekrecht zur Teilungsebene ausgelenkt ist.
- 5. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1,2 und 4,dadurch gekennzeichnet, dass die unter Zwischenfügung der hochelastischen Schicht (2) befestigte Messteilung (1) nur an 30 den Endbereichen direkt am Trägerkörper (3') anliegt.
- 6. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (1) ausschliesslich zwischen Versteilgliedern (11), die an den Ober- und Unterseite der Messteilung (1) angreifen, befestigt ist und dass durch ent- 35 sprechendes Einstellen der VerStellglieder (11) eine Auslenkung der Messteilung (1) senkrecht zur Teilungsebene bewirkt ist.
- 7. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (lx) ein flexibles Band, 40 vorzugsweise Stahlband, ist, das mittels VerStellglieder (11) an mehreren Stellen senkrecht zur Teilungsebene verformt ist.
- 8. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die VerStellglieder (11) im Trägerkörper (3,3', 3i, 32) für die Messteilung (1, lx) angebracht sind.
- 9. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messteilung (1) zur Abschirmung gegen Umwelteinflüsse in einem biegesteifen Hohlkörper (3) befestigt ist und dass die Versteilglieder (11) zum Auslenken der Messteilung (1) im Hohlkörper (3) vorgesehen sind. 50
- 10. Messeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtastkopf (6,6j) direkt an der Messteilung (1, Ii) geführt und ausserhalb der neutralen Faser der Messteilung (1, Ii) an einem der Objekte gelenkig angekoppelt ist. 5545
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