DD141948B1

DD141948B1 - TRANSPORTABLE DIGITAL-INCREMENTAL WAY MEASUREMENT SYSTEM FOR LARGE LENGTH

Info

Publication number: DD141948B1
Application number: DD21093279A
Authority: DD
Inventors: Manfred Prof Dr-Ing Staeck; Sigfrid Dr-Ing Kaufmann; Jochen Dipl-Ing Rosenkranz
Original assignee: Staeck Manfred Prof Dr Ing; Kaufmann Sigfrid Dr Ing; Rosenkranz Jochen Dipl Ing
Priority date: 1979-02-09
Filing date: 1979-02-09
Publication date: 1984-10-03
Also published as: DD141948A1

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

'Transportables digital-inkrementales .Vegmeßsystem für große Längen'Transportable digital-incremental .Vegmeßsystem for long lengths

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein digital-inkrementales Wegmeßsj*- stem für große Langen, das eine wesentlich erhöhte Genauigkeit gegenüber Meßbandmessungen ohne prinzipielle Aufgabe der Vorteile des Maßbandes aufweist» Die Anwendung des Weg— aeßsjstems bietet sich insbesondere in Form eines Handmeß— gerätes an; es kann jedoch auch als stationäre Meßvorrich— tung für vielfältige Meßaufgaben im Bereich großer Längen, vorzugsweise im Nennmaßbereich über 2000 nun, ausgelegt werden*The invention relates to a digital-incremental Wegmeßsj * - system for large lengths, which has a significantly increased accuracy over Meßbandmessungen without principled object of the advantages of the tape measure »The application of Wegeaeßsjstems lends itself in particular in the form of a hand-held; However, it can also be designed as a stationary measuring device for a variety of measuring tasks in the range of long lengths, preferably in the nominal size range above 2000 mm *

Charakteristik der bekannten technischen Lesungen Das Messen von Längenmaßen erfolgt häufig nit Meßbändern. In vielen Fällen _T besonders im Nennraaßbereich über 2000 mm, sind andere Längenmeßverfahren bedeutend aufwendiger»Characteristics of the known technical readings The measurement of length measurements is often done with measuring tapes. In many cases, _T especially in Nennraaßbereich over 2000 mm, are other length measuring significantly more complex »

Den bekannten Torteilen herkömmlicher Ließbänder, wie einfache Handhabbarkeit, geringer Lleßauf'.vand, großer Ließbereich., geringe iviasse, bequeme Aufoewahrungs— und Transportmcglichkeit _t hohe Unempfindlichkeit gegen äußere Einflüsse, relativ einfache Prüfmöglichkeit, niedrige Anschaffungskosten und geringer 7/artungsanspruch stehen jedoch einige entscheidende Nachteile gegenüber, die vor allem die erreichbare Meßgenauigkeit und damit die Einsatzmöglichkeiten von Meßbändern insgesamt begrenzen. The known conventional Torteilen Had bands such as ease of handling, low Lleßauf'.vand, large-closing range., Low iviasse, comfortable and Aufoewahrungs- Transportmcglichkeit _t High resistance to external influences, relatively simple possibility of testing, low cost and low 7 / artungsanspruch but there are some crucial Disadvantages against that limit the achievable accuracy and thus the potential applications of measuring tapes overall.

Das sind hauptsächlich die Meßfehler, die auf Grund abweichender Spannkräfte bei der Anwendung der Meßbänder gegenüber der bei der Prüfung der Teilung angewendeten PrüfSpannkraft auftreten. Nachhaltig werden hiervon der Fehler durch Dehnung und der mit der Länge überproportional ansteigende Fehler durch Durchhang beeinflußt; hinzu kommen die Teilungs- und Temperaturfehler» Die genannten Fehler sind systematischer iiatur» Bei Kenntnis der Größe der jeweiligen Einflüsse kann das Meßergebnis durch Rechnung korrigiert werden· Bei den gegenwärtig eingesetzten Meßbändern einschließlich der Zusatzeinrichtungen sind solche Fehlerkorrekturen nur teilweise und nur manuell möglich und werden wegen des damit verbundenen Aufwandes in der Praxis nur sehr selten vorgenommen·These are mainly the measurement errors that occur due to deviating clamping forces in the application of the measuring bands against the applied during the examination of the division PrüfSpannkraft. For a long time, the error caused by stretching and the increase in length with disproportionately large errors are influenced by sag; In addition, the pitch and temperature errors »The errors mentioned are more systematic iiatur» With knowledge of the size of the respective influences, the measurement result can be corrected by calculation · In the currently used measuring tapes including the ancillary equipment such error corrections are only partially and only manually possible and because the associated effort in practice only very rarely

Wegmeßsysteme in Form einer transportablen Meßeinrichtung (Handmeßgerät) sind derzeit für große Längen nicht bekannt· Bisher werden ?/egmeßsysteme als Positioniereinrichtungen im Wennmaßbereich um 2000 mm an Werkzeugmaschinen und an festen Sondermeßständen eingesetzt. Des weiteren ist ein inkrementales Positionsmeßsystem für Meßlängen bis 20 000 mm der Firma Hahn & KoIb, Stuttgart bekannt, das insbesondere zur direkten Längenmessung an 7/erkzeugmaschinen vorgesehen ist. Die Anwendung des Positionsmeßsystems als leicht transportables Y/egmeßsystera sowie das Messen von Längen über 20 000 mm mit geringer Meßunsicherheit bzw» die automatische Korrektur der systematischen Meßfehler ist nicht möglich. Transportable Meßeinrichtungen, die im Nennmaßbereich konventioneller Meßbandmessungen liegen und die wesentlichen Vorteile des Meßbandes mit den Genauigkeiten digital-inkreinentaier· Wegmeßsysteme vereinen, sind gegenwärtig nicht bekannt.Position measuring systems in the form of a portable measuring device (hand-held measuring device) are currently not known for long lengths. So far, measuring systems have been used as positioning devices in the gauge range around 2000 mm on machine tools and on fixed special measuring stands. Furthermore, an incremental position measuring system for measuring lengths up to 20 000 mm Hahn & KoIb, Stuttgart is known, which is particularly intended for direct length measurement on 7 / erkzeugmaschinen. It is not possible to use the position measuring system as an easily transportable yaw rate sensor and to measure lengths over 20 000 mm with little measurement uncertainty or to automatically correct the systematic measuring errors. Transportable measuring devices, which are in the nominal range of conventional measuring tape measurements and combine the essential advantages of the measuring tape with the accuracies of digitally-incinerating measuring systems, are currently unknown.

-Siel der Erfindung-Siel of the invention

Ziel der Erfindung ist es, eine leicht transportable Meßeinrichtung für große Längen vorzuschlagen, die sich durch einfache Handhabbarkeit, großen Meßbereich, kleine lleßunsicherheit, hohe Auflösung und schnelle Bereitstellung des Meßergebnisses auszeichnet·The aim of the invention is to propose an easily transportable measuring device for long lengths, which is characterized by easy handling, large measuring range, small uncertainty, high resolution and fast provision of the measurement result.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, ein inkrementales Wegmeßsystem für große Längen zu entwickeln, welches als Maßverkörperung vorzugsweise ein speziell ausgeführtes Stahlband, das in Form und Abmessung analog dem bekannten Meßband gestaltet ist, verwendet und den digital anliegenden Meßwert um die auftretenden systematischen Meßfehler automatisch korrigiert· Der Anschluß von geeigneten Druckern bzw. die drahtlose Übertragung der Meßergebnisse zu gesonderten Auswerteeinrichtungen soll möglich sein·The object of the invention is to develop an incremental measuring system for long lengths, which preferably uses as a material measure a specially designed steel strip which is designed in shape and dimensions analogous to the known measuring tape and automatically corrects the digitally applied measured value by the occurring systematic measuring errors. The connection of suitable printers or the wireless transmission of the measurement results to separate evaluation devices should be possible ·

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein biegsames Band, in der Hegel ein Stahlband analog der bekannten Ausfuhrungsform von Meßbändern, in gleichmäßigen Abständen und in einer Ebene liegende Schlitze oder Bohrungen trägt und die Abtastung der derart gestalteten Maßverkörperung des Wegmeßsystems vorzugsweise mit Hilfe des bekannten Durch— lichtprinzips erfolgt» Bei dieser Ausführungsform des Stahlbandes sind gleichfalls induktive Abtastungen mittels Näherungs- oder Schlitzinitiatoren, möglich; prinzipiell lassen sich auch elektro-akustische und mechanische Abtastungen mit geeigneter Umwandlung der Singangsinformationen in elektrische Impulse verwenden. Ggf. kann das zur Maßverkörperung benutzte Band auch aus faserverstärktem Plast bestehen, wobei im Bedarfsfall geeignete Signalisierungen einlaminiert bzw. aufgebracht sind· Der bei dem vorgeschlagenen digital-inkrementalen Wegmeßsystem notwendige Richtimgsentscheid wird vorzugsweise aus zwei Rechteckimpulsen gebildet. Hierbei werden zwei um 90° phasenverschobene Hechteckimpulsfolgen mit zwei Fotodioden erzeugt, die nach der Beziehung a = (n + 1/4)^1 s gegeneinander versetzt angeordnet sind (4 s- Weginkrement j η - ganzzahliges Vielfaches, dessen Wert von den geometri-Abmessungen der verwendeten Fotodioden abhängt).According to the invention the object is achieved in that a flexible band, in which Hegel a steel strip analogous to the known embodiment of measuring tapes, evenly spaced and lying in a plane slits or holes and the scanning of the thus designed dimensional standard of the position measuring preferably by means of the known Through-beam principle takes place »In this embodiment of the steel strip inductive scanning by means of proximity or slot initiators is also possible; In principle, it is also possible to use electro-acoustic and mechanical scans with suitable conversion of the sound information into electrical impulses. Possibly. the band used for the material measure can also consist of fiber-reinforced plastic, with suitable signaling being laminated or applied if necessary. The directional decision required in the proposed digital incremental measuring system is preferably formed from two rectangular pulses. Here, two pike-time pulse sequences phase-shifted by 90 ° are generated with two photodiodes which are offset from each other according to the relationship a = (n + 1/4) ^ 1 s (4 s path increment j η - integer multiple whose value depends on the geometric Dimensions of the used photodiodes depends).

Der Richtungsentscheid kann ggf. auch aus drei aufeinanderfolgenden Impulsen oder aus einer Impulsfolge erzeugt werden· Srfindungsgeraäß erfolgt die Abtastung des Stahlbandes durch eine Relativbewegung zwischen Maßverkörperung und Abtastein— heit; vorzugsweise wird das Stahlband durch das Herausziehen aus einem Gehäuse bzw· durch das Aufrollen in diesem längs zur feststehenden lichtelektronischen Abtasteinheit bewegt* Für die erfindungsgemäße Lösung wird ein Auflösungsvermögen von vorzugsweise 0,5 mm angenommen·If necessary, the directional decision can also be generated from three successive pulses or from a pulse train. · Sintering device The steel belt is scanned by a relative movement between the material measure and the scanning unit; Preferably, the steel strip is moved by pulling it out of a housing or by rolling it up longitudinally relative to the stationary light-electronic scanning unit. For the solution according to the invention, a resolution of preferably 0.5 mm is assumed.

Damit sind die Voraussetzungen gegeben, über geeignete Zusatzeinrichtungen bzw, durch die Programmierung eines Mikroprozessors die systematischen Fehler einer solchen Messung, die ansons'ten in ihrer Technologie weitgehend der konventionellen Meßbandmessung ähnelt, automatisch zu korrigieren»This provides the prerequisites for automatically correcting, by means of the programming of a microprocessor, the systematic errors of such a measurement, which is similar in its technology largely to conventional measuring tape measurement, via suitable additional equipment.

Ein wesentlicher Teil der erfinderischen Lösung ist deshalb die Vorrichtung zum mei3baren Aufbringen der Spannkraft. Sie ist mit der lichtelektronischen Abtasteinheit und dem Mikroprozessor in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet, das gleichzeitig als Handgriff zum Anlegen und Spannen der Maß— Verkörperung (Stahlband) dient» Diese Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Klemmeinrichtung, die eine schlupf— freie kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stahlband und einer Feststelleinrichtung an beliebiger Stelle herstellt, und einer Meßeinrichtung zur Ermittlung der tatsächlich aufgebrachten Spannkraft, Zur Bestimmung und Berücksichtigung der Meßfehler in Abhängigkeit von der Anwendungsart des Weg·— meßsystems (durchhängendes bzw» aufliegendes Stahlband) ist eine handbediente Umschaltung vorgesehen, die das jeweilig zuständige Rechenprograsin des Mikroprozessors, in dem die entsprechenden Randbedingungen wie PrüfSpannkraft sowie Querschnitt, Elastizitätsmodul .und Dichte des Stahlbandes gespeichert sind bzw. dem die entsprechenden aktuellen Werte wie Ist-Spannkraft und Meßlänge automatisch eingegeben werden, wirksam werden läßt.An essential part of the inventive solution is therefore the device for mei3baren application of the clamping force. It is arranged with the light-electronic scanning unit and the microprocessor in a common housing, which also serves as a handle for applying and tensioning Maßge embossment (steel strip) »This device consists essentially of a clamping device that a slip-free positive connection between the A manual override is provided for determining and taking into account the measuring errors depending on the type of application of the displacement measuring system (sagging or resting steel strip) Respective computer programmer of the microprocessor, in which the corresponding boundary conditions such as test clamping force and cross section, elastic modulus and density of the steel strip are stored or to which the corresponding current values such as actual clamping force and Me length can be entered automatically take effect.

Der angeführte Mikroprozessor dient des weiteren zur automatischen Korrektur der Meßwerte um die Teilungs— und Temperaturfehler. Die für jeden Teilmeßbereich nach Größe und Richtung bestimmten und-im Mikroprozessor gespeicherten. Ist-The mentioned microprocessor also serves to automatically correct the measured values by the pitch and temperature errors. The specific for each Teilmeßbereich size and direction and stored in the microprocessor. actual

Werte der Liaßverkcrperung v/erden nit den jeweiligen SoIl-'7erten verglichen und im IüeI3ergebnis berücksichtigt. Analog dazu wird der ebenfalls längenabhängige Temperaturfehler korrigiert; die Ist-Temperatur wird mittels bekannter elektronischer Meßfühler erfaßt.Values of exposure are not compared with the respective salary and taken into account in the results of the loan. Similarly, the length-dependent temperature error is also corrected; the actual temperature is detected by means of known electronic sensor.

Der am Anzeigegerät der lichtelektronischen Abtasteinheit vorliegende korrigierte Meßwert kann ggf· in bekannter Weise ausgedruckt bzw. mit einer Anordnung gemäß V/P G Q1/205 575 drahtlos zu einer gesonderten Auswerteeinrichtung übertragen v; erden,The corrected measured value present on the display device of the light-electronic scanning unit can optionally be printed in a known manner or transmitted wirelessly to a separate evaluation device with an arrangement in accordance with V / P G Q1 / 205 575; earth,

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung steigt FigИ eine schematische darstellung des Wegmeßsystems·The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. In the accompanying drawing FigII rises a schematic representation of the measuring system ·

In einem Gehäuse 1, das gleichzeitig als Handgriff zum Anlegen und Spannen des Stahlbandes 2 dient, sind getrennt voneinander die lichtelektronische Äbtasteinheit 3 mit Meßanschlägen (in Beispiel Schneide 4 und AnsGhlagflache 5) und die Feststelleinrichtung 6 verschieblioh (im Beispiel rollengelagert) angeordnet· Für die Maßverkörperung sind auf dem Stahlband 2 in beschriebener Weise Schlitze angeordnet, die, da horizontale Abweichungen in der Stahlbandführung keinen Einfluß auf die Genauigkeit des Meßsystems haben, dessen einwandfrei reproduzierbare Arbeitsweise gewährleisten.In a housing 1, which also serves as a handle for applying and tensioning the steel strip 2, the light electronic scanning unit 3 with measuring stops (in example cutting edge 4 and starting surface 5) and the locking device 6 are arranged displaceably (in the example roller bearings) separately Measuring standard are arranged on the steel strip 2 in the manner described slots, which, since horizontal deviations in the steel strip guide have no effect on the accuracy of the measuring system, ensure its perfectly reproducible operation.

Die Fotodioden der Abtasteinheit 3 werden durch die Schlitze des Stahlbandes 2 mit einer Lichtwurflampe beleuchtet, so daß in ihnen ein annähernd sinusförmig pulsierender Liohtstron induziert wird, den die Dioden in einen sinusförmig pulsierenden Forostrom umwandeln. Diese Fotoströme werden verstärkt und jeweils mit einem Impulsformer in zwei Rechteckinpulsfolgen umgewandelt, die voneinander unabhängig sind* Yon bei.den Impulsfolgen werden zur Bildung der lichtungsentscheidimpulse in bekannxer Weise die invertierten Impulsfolgen gebildet.The photodiodes of the scanning unit 3 are illuminated by the slits of the steel strip 2 with a Lichtwurflampe, so that in them an approximately sinusoidal pulsating Liohtstron is induced, which convert the diodes into a sinusoidally pulsating Forostrom. These photocurrents are amplified and converted in each case by a pulse shaper into two rectangular pulse trains which are independent of each other. The pulse trains are formed in a known manner to form the light decision pulses, the inverted pulse trains.

über ein Hebelsystem 7 kann die Klemmeinrichtung 8, die bei Nichtbetätigung der Drucktaste 9 durch die Feder 10 auf dasvia a lever system 7, the clamping device 8, the non-actuation of the push button 9 by the spring 10 on the

Stahlband 2 drückt, und damit eine schlupffreie kraftschlüssige Verbindung zwischen Stahlband 2 und Peststelleinrichtung б herstellt » gelöst bzw· an beliebiger Stelle zur Wirkung gebracht werden. Wird bei festgeklemmten Stahlband 2 am Handgriff 11 in der Meßeinrichtung gezogen, so beaufschlagt die auftretende Spannkraft die Kraftmeßeinrichtung 12, die eine Verbindung zum Gehäuse 1 und Peststeileinrichtung б bewirkt· Die Meßwerte der Abtasteinheit 3» der Kraftmeßeinrichtung 12 sowie der Temperaturmeßfühler 16j17 werden über Drahtverbindungen dem Mikroprozessor 13 zugeführt, der die Umrechnung und Ausgabe des um die erfaßten systematischen Fehler korrigierten Meßwertes übernimmt· Der Temperaturmeßfühler 16 ist an den Meßanschlägen 4 bzw. 5 fest angeordnet und der Tenperaturmeßfühler 17 berührt die Maßverkörperung 2* in Porm eines Kontaktelementes·Steel strip 2 presses, and thus produces a slip-free frictional connection between steel strip 2 and Peststelleinrichtung б »solved or · brought to any point to act. Is pulled in clamped steel strip 2 on the handle 11 in the measuring device, the applied clamping force applied to the force measuring 12, which causes a connection to the housing 1 and Peststeileinrichtung б · The measured values of the scanning unit 3 »of the force 12 and the temperature 16j17 are via wire connections the The temperature sensor 16 is fixed to the measuring stops 4 or 5 and the temperature sensor 17 touches the measuring scale 2 * in the form of a contact element.

Zur Meßwertbestimmung wird die jeweilige Meßmarke durch Verschieben der Abtasteinheit 3 in der Meßrichtung*welches mittels geeignet gestalteter Vorrichtung 14 erfolgt, mit einem der Meßanschläge 4 oder 5 mechanisch angetastet· Das freie Ende des Meßbandes wird in einer geeignet nachgeschalteten Aufrolleinrichtung 15, die unmittelbar an dem Gehäuse 1 angekoppelt sein kann, aufgenommen·For determining the measured value, the respective measuring mark is mechanically scanned by displacing the scanning unit 3 in the measuring direction *, which is effected by means of a suitably designed device 14, with one of the measuring stops 4 or 5. The free end of the measuring tape is inserted in a suitably downstream roll-up device 15, which is located directly on the Housing 1 can be coupled, added ·

Claims

Effindungsanspruch

1 · Portable long-range digital-incremental Vegmeßsystea in which as SaßVerbbelung a flexible band, usually a band analogous to the known embodiments of Meßbändern, is used, characterized in that one with Meßanschlägen (4j5) and temperature sensors (16j 17) equipped photoelectronic scanning unit (3)> a device for measurable application of the clamping force and a microprocessor (13) in a housing (1) are arranged, which also serves as a handle for applying and tensioning the material measure (2) , and the measured value free of systematic Errors in the display (18) is shown ·

2. Long-distance measuring system according to item 1, characterized in that the temperature sensor (16) on the Meßanschlägen (4) or (5) is fixed and the temperature sensor (17) the MaßVerbörperung (2) in the form of a contact element touches ·

Longitudinal position measuring system according to item 1, characterized in that the assembly for measurably applying the clamping force is made from a clamping device (8) which establishes a non-positive connection between the MaßBerbörperung (2) and the locking device (6) at any point, and a force measuring device (12).

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