DD256910A1 - MEASUREMENT FOR A ABSOLUTELY MEASURING DIGITAL POSITION MEASUREMENT DEVICE - Google Patents
MEASUREMENT FOR A ABSOLUTELY MEASURING DIGITAL POSITION MEASUREMENT DEVICE Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Massstab fuer eine absolut messende digitale Positionsmesseinrichtung an relativ zueinander bewegbaren Maschinenteilen, wobei die Abtastspur des Massstabs von einer Sensorzeile, die sich quer zur Richtung der relativen Bewegung ueber die Abtastspur und beidseitig darueber hinaus erstreckt, dynamisch abgetastet wird, ueber ein oder mehrere Teilungsperioden lang ist und je Teilungsperiode mit einer ueber deren Laenge verlaufenden Bezugsmarkierung sowie mit einer Positionsmarkierung versehen ist. Erfindungsgemaess ist in der Abtastspur des Massstabs parallel zur Bezugsmarkierung eine Pruefmarkierung aufgebracht, wodurch vom Massstab sowohl die Positionsinformationen fuer die eigentliche Messung als auch Pruefinformationen fuer die Ueberwachung der Positionsmesseinrichtung abgetastet werden koennen. Fig. 1The invention relates to a scale for an absolutely measuring digital position measuring device on relatively movable machine parts, wherein the scanning track of the scale is dynamically scanned by a sensor line which extends transversely to the direction of relative movement over the scanning track and on both sides beyond, via several graduation periods is long and each graduation period is provided with an extending over the length of their reference mark and a position marker. According to the invention, a test mark is applied in the scanning track of the scale parallel to the reference mark, whereby both the position information for the actual measurement and also test information for the monitoring of the position measuring device can be scanned from the scale. Fig. 1
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
DFe Erfindung betrifft einen Maßstab für eine absolut messende digitale Positionsmeßeinrichtung an relativ zueinander bewegbaren Maschinenteilen, wobei die Abtastspur des Maßstabs von einer Sensorzeile, die sich quer zur Richtung der relativen Bewegung über die Abtastspur und beidseitig darüber hinaus erstreckt, dynamisch abgetastet wird, über eine oder mehrere Teilungsperioden lang ist und je Teilungsperiode mit einer über deren Länge verlaufenden Bezugsmarkierung sowie mit einer Positionsmarkierung versehen ist.The invention relates to a scale for an absolute digital position measuring device on relatively movable machine parts, wherein the scanning track of the scale is scanned dynamically by a sensor line extending transversely to the direction of relative movement across the scanning track and on both sides several graduation periods is long and each graduation period is provided over its length extending reference mark and with a position marker.
Angewendet werden kann die Erfindung an Meßeinrichtungen der vorgenannten Art, diefür Positions-, Längen- oder Winkelmessungen vorgesehen sind. Besonders geeignet ist die Erfindung für die Anwendung in Vyegmeßsystemen von Werkzeugmaschinen.The invention can be applied to measuring devices of the aforementioned type, which are provided for position, length or angle measurements. The invention is particularly suitable for use in vibration measuring systems of machine tools.
Maßstäbe für absolut messende digitale Positionsmeßeinrichtungen sind in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Ihr Aufbau richtet sich nach den für die Abtastung zur Verfügung stehenden Meßwertgebern. Die gelieferten Meßwerte werden in einer nachfolgenden Auswerteschaltung für eine Anzeige oder in ein Rückmeldesignal für ein Servosystem umgewandelt.Standards for absolute digital position measuring devices are known in various embodiments. Their design depends on the sensors available for the sampling. The supplied measured values are converted in a subsequent evaluation circuit for a display or in a feedback signal for a servo system.
Mit dem Einsatz von Sensorzeilen als Meßwertgeber wurden auch neuartige Absolut-Maßstäbe bekannt.With the use of sensor lines as transducers also novel absolute standards were known.
So wird in der EP-PS 0042178 A2 ein Absolut-Maßstab vorgestellt, dessen Abtastspur über die Längsausdehnung des Maßstabs in mehrere Teilungsperioden unterteilt ist. Über jede Teilungsperiode erstreckt sich einein Längsrichtung des Maßstabs linear ansteigende Positionsmarkierung. Parallel zur Spur der Positionsmarkierung sind eine Gray-Codierung in weiteren Abtastspuren und eine über alle Teilungsperioden verlaufende Bezugsmarkierung aufgetragen. Die zur Abtastung vorgesehene Sensorzeile erstreckt sich quer zur Längsausdehnung des Maßstabs bzw. quer zur Richtung der Relativbewegung zwischen Maßstab und Sensorzeile über die Abtastspuren und beidseitig darüber hinaus. Die absolute Position einer Teilungsperiode ergibt sich aus der jeweils zugeordneten Gray-Code-Kombination, während die absolute Position innerhalb einer Teilungsperiode an der jeweiligen Stelle durch den Abstand quer zu Bewegungsrichtung zwischen der Bezugsmarkierung und der Positionsmarkierung gegeben ist. Der dynamisch betriebene Zeilensensor liefert beim Abtasten an den Markierungen markante Signalveränderungen, die entsprechend ausgewertet werden.Thus, in EP-PS 0042178 A2 an absolute scale is presented, the scanning track is divided over the longitudinal extent of the scale in several graduation periods. Over each pitch period, a position marker linearly increasing in the longitudinal direction of the scale extends. Parallel to the track of the position marking, a gray coding is applied in further scanning tracks and a reference mark extending over all graduation periods. The sensor line provided for scanning extends transversely to the longitudinal extent of the scale or transversely to the direction of the relative movement between scale and sensor line on the Abtastspuren and on both sides beyond. The absolute position of a pitch period results from the respectively assigned Gray code combination, while the absolute position within a pitch period at the respective location is given by the distance transversely to the direction of movement between the reference mark and the position mark. The dynamically operated line sensor delivers marked signal changes when scanning at the markings, which are evaluated accordingly.
Um Fehlmessungen, z. B. infolge von Bauelementealterung bzw. -ausfall oder infolge von durch Verschmutzung hervorgerufenen Störsignalen auszuschließen, ist eine Überwachung der Baugruppen einer solchen Positionsmeßeinrichtung unabdingbar, um gefährliche Bewegungen in Lagestellantrieben, z. B. an Werkzeugmaschinen zu vermeiden. Für die bekannte Lösung ist eine solche Überwachung nicht aufgezeigt.To incorrect measurements, z. B. as a result of component aging or failure or as a result of pollution caused by interference signals, monitoring of the modules of such a position measuring is essential to dangerous movements in positioner drives, z. B. to avoid machine tools. For the known solution such monitoring is not shown.
Bekannt ist, zur Erkennung von Fehlfunktionen zusätzliche Prüfeinrichtungen vorzusehen.It is known to provide additional testing facilities to detect malfunctions.
So ist in der DE-PS 3010611 eine Prüfeinrichtung für absolute oder inkrementale Längen-oder Winkelmeßeinrichtungen angegeben, mit der die richtige Einstellung der Schwellenspannung der in der Auswerteschaltung enthaltenen Triggerstufen feststellbar ist. Dazu werden die Eingänge der Triggerstufen mit einer ersten Prüfspannung beaufschlagt. Ferner kann bei einerThus, in DE-PS 3010611 a test device for absolute or incremental length or Winkelmeßeinrichtungen specified, with the correct setting of the threshold voltage of the trigger stages contained in the evaluation circuit can be determined. For this purpose, the inputs of the trigger stages are subjected to a first test voltage. Furthermore, at a
derartigen Meßeinrichtung, bei der als Beleuchtungseinrichtung mehrere lichtemittierende Dioden vorgesehen sind, einer vorzeitigen Helligkeitseinbuße infolge Alterung frühzeitig durch Austausch begegnet werden. Hierzu wird eine zweite Prüfspannung über geeignete Schaltmittel zugeführt.Such measuring device, in which a plurality of light-emitting diodes are provided as a lighting device, premature loss of brightness due to aging are counteracted early by exchange. For this purpose, a second test voltage is supplied via suitable switching means.
Die aufgeschalteten Prüfsignale werden von der zu prüfenden Meßeinrichtung wie Meßwerte behandelt und ausgewertet, wobei die Anzeige über die ohnehin vorhandene Positionsanzeige erfolgt.The activated test signals are treated and evaluated by the measuring device to be tested like measured values, whereby the display is made via the already existing position display.
Während in dieser Prüfeinrichtung die Prüfsignale von Gleichspannungsquellen gebildet werden, ist bei einer ähnlich wirkenden Prüfeinrichtung (DE-PS 3103485) eine Wechselspannung für die Bildung der Prüfsignale vorgesehen. Mit dieser Prüfmethode kann zwar die Überwachung im gewissen Umfang gewährleistet werden; nachteilig ist jedoch, daß die Prüfung der Meßeinrichtung nur in Wartungsphasen vor oder nach der Messung erfolgen kann, wozu die betreffende Maschine ihre Arbeit unterbrechen muß. Eine durchgängige Überwachung während der Bearbeitung ist nicht möglich, so daß Havarien nicht ausgeschlossen werden können.While in this test device, the test signals are formed by DC sources, an AC voltage for the formation of the test signals is provided in a similarly acting test device (DE-PS 3103485). Although this test method can be used to ensure the monitoring to a certain extent; However, it is disadvantageous that the testing of the measuring device can only take place during maintenance phases before or after the measurement, for which purpose the machine concerned must interrupt its work. A continuous monitoring during processing is not possible, so that accidents can not be excluded.
Außerdem ist diese Prüfmethode zu aufwendig, weil in jedem Fall ein Prüfsignalgenerator, der die variierbaren Prüfsignale erzeugt, und Schaltmittel erforderlich sind, welche die Prüfsignale zu den zu prüfenden Baugruppen durchschalten.In addition, this test method is too expensive, because in any case a test signal generator that generates the variable test signals, and switching means are required, which switch through the test signals to the modules to be tested.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Überwachung der Positionsmeßeinrichtungen kontinuierlich zu gewährleisten, ohne daß während des Prüfvorganges die Messungen an den sich relativ zueinander bewegenden Maschinenteilen unterbrochen werden müssen, wobei der für die Überwachung notwendige technische Aufwand vernachlässigbar klein sein soll.The object of the invention is to ensure continuous monitoring of the position measuring devices, without the measurements on the machine parts moving relative to one another having to be interrupted during the testing process, whereby the technical effort required for the monitoring should be negligibly small.
Die vorgenannten Mängel des Standes der Technik sind dadurch bedingt, daß aus den ausgewerteten Abtastsignalen der bekannten Maßstäbe nicht sofort und direkt Fehlfunktionen erkennbar sind und folglich auch keine Sofortmaßnahmen zur Schadensverhütung bei auftretenden Störungen abgeleitet werden können.The aforementioned deficiencies of the prior art are due to the fact that from the evaluated scanning signals of the known standards are not immediately and directly recognizable malfunctions and consequently no immediate measures to prevent damage in case of disturbances can be derived.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Maßstab für eine absolut messende, digitale Positionsmeßeinrichtung mit dynamischer Zeilensensorabtastung nach der Art des Oberbegriffs des 1. Patentanspruchs erfinderisch so auszubilden, daß sein Abtastsignal sowohl die Positionsinformation für die eigentliche Messung als auch die Prüfinformation für eine reaktionsschnelle Überwachung der Positionsmeßeinrichtung enthält.Accordingly, the invention has the object, a scale for an absolute measuring, digital position measuring with dynamic line sensor scanning according to the type of the preamble of the first claim inventive in such a way that its scanning signal both the position information for the actual measurement and the test information for a fast reaction Monitoring the position measuring device contains.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in der Abtastspur parallel zu jeder Bezugsmarkierung eine Prüfmarkierung aufgebracht ist.According to the invention the object is achieved in that a test mark is applied in the Abtastspur parallel to each reference mark.
Dabei ist es zweckmäßig, daß zwischen der Prüfmarkierung und der Bezugsmarkierung die Positionsmarkierung aufgebrachtIt is expedient that applied between the test mark and the reference mark the position marker
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß entlang jeder Teilungsperiode der Abtastspur die Prüfmarkierung und die Bezugsmarkierung jeweils in einem Abstand zur Positionsmarkierung aufgebracht sind, der sich aus einer linearen oder sinusförmigen positionsabhängigen Größe und einer konstanten Größe zusammensetzt.A further embodiment of the invention is that along each graduation period of the Abtastspur the Prüfmarkierung and the reference mark are each applied at a distance from the position marker, which is composed of a linear or sinusoidal position-dependent size and a constant size.
Vorteilhaft ist es auch, wenn die Prüfmarkierung den einen Längsrand der Abtastspur und die Bezugsmarkierung den anderen Längsrand der Abtastspur bilden.It is also advantageous if the test mark the one longitudinal edge of the Abtastspur and the reference mark form the other longitudinal edge of the Abtastspur.
Zur Messung der Position zweier relativ zueinander beweglicher Maschinenteile ist der Maßstab mit dem einen Maschinenteil und die den Maßstab abtastende Sensorzeile mit dem anderen Maschinenteil verbunden.For measuring the position of two relatively movable machine parts, the scale is connected to one machine part and the sensor line scanning the scale is connected to the other machine part.
Die Maßverkörperung für die jeweilige Position, die die Sensorzeile abtastet, ist durch den Abstand zwischen der Bezugsmarkierung und der Positionsmarkierung quer zur Richtung der relativen Bewegung bzw. quer zur Meßrichtung gegeben.The measuring standard for the respective position which scans the sensor line is given by the distance between the reference marking and the position marking transversely to the direction of the relative movement or transversely to the measuring direction.
Der Abstand zwischen der Bezugsmarkierung und der Prüf markierung bildet an dieser Position die Maßverkörperung für die Prüfinformation im Abtastsignal. Dieser Abstand ist über die gesamte Länge des Maßstabs konstant.The distance between the reference mark and the test mark forms the material measure for the test information in the scanning signal at this position. This distance is constant over the entire length of the scale.
Mit jedem Abtastdurchlauf der Sensorzeile wird folglich sowohl die Maßverkörperung für die jeweilige Position als auch die Maßverkörperung für die Prüfinformation abgetastet. Zusätzlich kann aus dem Abtastsignal für die gleiche Position eine zweite Positionsinformation abgeleitet werden.Consequently, with each scan pass of the sensor line, both the material measure for the respective position and the material measure for the check information are scanned. In addition, a second position information can be derived from the scanning signal for the same position.
Die im Abtastsignal außer der Positionsinformation enthaltene Prüfinformation wird in der nachfolgenden Auswerteschaltung genauso behandelt wie die Positionsinformation und in einen proportionalen digitalen Zahlenwert umgewandelt. Da die Maßverkörperung für die Prüfinformation in jeder Position des Maßstabs gleich groß ist, muß bei funktionsfähiger Positionsmeßeinrichtung (Zailensensor und dessen Ansteuerschaltung, Auswerteschaltung) in jedem Abtastdurchlauf ein unveränderter digitaler Zahlenwert gebildet werden. Abweichungen davon sind der Nachweis dafür, daß die Positionsmeßeinrichtung fehlerhaitarbeitet.The test information contained in the scanning signal except the position information is treated in the subsequent evaluation circuit as well as the position information and converted into a proportional digital numerical value. Since the material measure for the Prüfinformation in each position of the scale is the same size, an unchanged digital numerical value must be formed in functional scanning position (Zailensensor and its drive circuit, evaluation circuit) in each scan. Deviations from this are the proof that the position measuring device is faulty.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung wird nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert Die zugehörigen Zeichnungen enthalten folgende Darstellungen: ·The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawings contain the following illustrations:
Fig. 1: Maßstab mit linearer PositionsabhängigkeitFig. 1: scale with linear position dependence
Fig.2: Maßstab mit linearer Positionsabhängigkeit mit Grob- und FeinstufeFig.2: scale with linear position dependency with coarse and fine steps
Fig.3: Maßstab mit linearer Positionsabhängigkeit zur Messung von Winkellagen Fig.4: Maßstab mit sinusförmiger PositionsabhängigkeitFig.3: Scale with linear position dependency for the measurement of angular positions Fig.4: Scale with sinusoidal position dependency
Fig. 5: Blockschaltbild einer Positionsmeßeinrichtung5 shows a block diagram of a position measuring device
Fig.6: Maßstabsgestaltung im Übergangsbereich zwischen zwei TeilungsperiodenFig.6: Scale design in the transition region between two graduation periods
Der Maßstab 1 nach Fig. 1 enthält in seiner Abtastspur 2 eine Bezugsmarkierung 3 und eine Prüfmarkierung 4. Zwischen der Bezugsmarkierung 3 und der Prüf markierung 4 verläuft die Positionsmarkierung 5. Diese hat in Längsrichtung des Maßstabs 1 einen linearen Anstieg. Die Abtastspur 2 erstreckt sich über eineTeilungsperiode 6, die im vorliegenden Fall gleich der Länge des Maßstabs 1 ist, und wird von einer Sensorzeile 7, die sich quer über die Abtastspur 2 und beidseitig darüber hinaus erstreckt, dynamisch abgetastet.The scale 1 of Fig. 1 in its Abtastspur 2 a reference mark 3 and a test mark 4. Between the reference mark 3 and the test mark 4, the position marker 5 extends. This has a linear increase in the longitudinal direction of the scale 1. The scanning track 2 extends over a graduation period 6, which in the present case is equal to the length of the scale 1, and is dynamically scanned by a sensor line 7 which extends across the scanning track 2 and on both sides beyond.
Die Maßverkörperung 8 für die jeweilige Position (Positionsihformation) der Abtastspur 2 des Maßstabs 1 ist durch den Abstand zwischen der Bezugsmarkierung 3 und der Positionsmarkierung 5 quer zur Längsausdehnung bzw. quer zur Richtung der Relativbewegung gegeben. Der entsprechende Abstand zwischen der Bezugsmarkierung 3 und der Prüfmarkierung 5 ist auf der gesamten Länge der Abtastspur 2 konstant und bildet die Maßverkörperung 9 für die Prüfinformation.The measuring graduation 8 for the respective position (position information) of the scanning track 2 of the scale 1 is given by the distance between the reference mark 3 and the position marking 5 transversely to the longitudinal extent or transversely to the direction of the relative movement. The corresponding distance between the reference mark 3 and the test mark 5 is constant over the entire length of the scanning track 2 and forms the material measure 9 for the test information.
Der erfindungsgemäße Maßstab kann weitere Ausgestaltungsformen haben. Einige davon sind in den Fig. 2-4 dargestellt.The scale according to the invention can have further embodiments. Some of these are shown in Figs. 2-4.
Der Maßstab 1 nach Fig. 2 (Ausschnittdarstellung) ist zweispurig aufgebaut und enthält eine Grobstufe 10 und eine Feinstufe 11.The scale 1 of FIG. 2 (detail view) is constructed in two lanes and contains a coarse stage 10 and a fine stage eleventh
Die Grobstufe 10 ist wie der Maßstab in Fig. 1 aufgebaut. Die Abtastspur 2 der Feinstufe 11 ist gleichfalls mit einer Bezugsmarkierung 3 und einer Prüf markierung 4 versehen, ist aber bezüglich der Positionsmarkierung 5 in mehrere Teilungsperioden 6 unterteilt, von denen vier Teilungsperioden dangestellt sind. In jeder Teilungsperiode 6 verläuft eine linear ansteigende Positionsmarkierung 5. Die Abtastspuren 2 der Grobstufe 10 und der Feinstufe 11 werden jeweils von einerThe coarse stage 10 is constructed like the scale in FIG. The Abtastspur 2 of the fine stage 11 is also provided with a reference mark 3 and a test mark 4, but is divided with respect to the position marker 5 in a plurality of graduation periods 6, of which four graduation periods are dangestellt. In each division period 6 is a linearly increasing position marker 5. The Abtastspuren 2 of the coarse stage 10 and the fine stage 11 are each of a
Sensorzeile 7 abgetastet. .Sensor line 7 scanned. ,
Fig.3 zeigt einen kreisringförmigen Maßstab zur Messung von Winkellagen. Die Bezugsmarkierung 3 und die Prüfmarkierung 4 der Abtastspur 2 sind als konzentrische Kreise ausgebildet, während die Positionsmarkierung 5 beginnend an der Bezugsmarkierung 3 im Uhrzeigersinn spiralförmig über einen Winkel von 360° nach außen verläuft und die Prüfmarkierung 4 erreicht.3 shows an annular scale for the measurement of angular positions. The reference mark 3 and the check mark 4 of the scanning track 2 are formed as concentric circles, while the position marker 5, beginning at the reference mark 3 clockwise spirally over an angle of 360 ° to the outside and reaches the test mark 4.
Für die Messung von Winkellagen kann der Maßstab auch ringförmig auf die Mantelfläche eines Zylinders aufgebracht sein (nicht dargestellt), wobei der Aufbau analog zu Fig. 2 auch zweispurig sein kann.For the measurement of angular positions, the scale may also be annularly applied to the lateral surface of a cylinder (not shown), the structure may also be two lanes analogous to FIG.
Der Maßstab nach Fig.4 hat eine sinusförmige Positionsabhängigkeit, wobei die Bezugsmarkierung 3 und die Prüfmarkierung 4 gleichphasig und in gleichem Abstand verlaufen. Die Positionsmarkierung 5 verläuft in diesem Fall als Gerade. Die Bezugs- und die Pürfmarkierung können auch wie in Fig. 1 und 2 geradlinig parallel auf den Maßstab 1 aufgebracht sein. In diesem Fall hat die Positionsmarkierung einen sinusförmigen Verlauf, wobei eine Periode (2 π) einer Teilungsperiode entspricht (nicht dargestellt).The scale of Figure 4 has a sinusoidal position dependency, wherein the reference mark 3 and the test mark 4 in-phase and in the same distance. The position marker 5 runs in this case as a straight line. The reference and the Pürfmarkierung can also be applied as shown in FIGS. 1 and 2 in a straight line parallel to the scale 1. In this case, the position marker has a sinusoidal waveform, where one period (2π) corresponds to one division period (not shown).
Bezüglich der Abtastung und der Maßverkörperungen gelten für die Maßstäbe nach den Fig. 2-4 die Darlegungen zum Maßstab gemäß Fig. !sinngemäß.With regard to the scanning and the dimensional standards, the statements on the scale according to FIG. 1 apply mutatis mutandis to the scales according to FIGS.
Die Maßstäbe können aus Glas hergestellt sein. Die Markierungen auf der Abtastspur sind lichtdurchlässig, während die restliche Fläche des Maßstabs mit einer lichtundurchlässigen Schicht versehen ist. Solche Maßstäbe sind für die optische Abtastung nach dem Durchlichtverfahren geeignet.The scales can be made of glass. The marks on the scanning track are translucent, while the remaining area of the scale is provided with an opaque layer. Such scales are suitable for optical scanning by the transmitted light method.
Bei kapazitiver Abtastung kann ebenfalls Glas als Trägermaterial für den Maßstab verwendet werden, dessen Markierungen von einem leitfähigen Metallbelag gebildet werden.For capacitive sensing, glass can also be used as a scale support material whose marks are formed by a conductive metal coating.
Bei Stahlmaßstäben wird zweckmäßigerweise mit der Auflichtabtastung gearbeitet. Die Markierungen weisen eine hohe Reflexion auf, während die verbleibenden Bereiche des Maßstabs matt gehalten sind.For steel scales, it is expedient to work with the reflected light scan. The markers have high reflectivity while the remaining areas of the scale are dull.
Die Bereitstellung der Prüfinformationen durch den erfindungsgemäßen Maßstab und deren Auswertung hinsichtlich der Funktionsfähigkeit der Positionsmeßeinrichtung wird im einzelnen anhand von Fig. 5 erläutert.The provision of the test information by the scale according to the invention and its evaluation with regard to the functionality of the position measuring device will be explained in detail with reference to FIG. 5.
Zur Messung der Relativlage zweier Objekte, insbesondere zweier Maschinenteile von Werkzeugmaschinen, ist der Maßstab 1 mit dem einen Maschinenteil und die Sensorzeile 7 mit dem anderen Maschinenteil verbunden (nicht dargestellt). Die Richtung der Relativbewegung zwischen beiden Maschinenteilen und damit zwischen dem Maßstab 1 mit der Abtastspur 2 und der Sensorzeile 7 ergibt sich aus dem Richtungspfeil 12. Die Sensorzeile 7, deren Ansteuerschaltung nicht dargestellt ist, liegt quer zur Richtung der Relativbewegung unmittelbar über der Abtastspur 2 des Maßstabs 1 und besteht aus nahezu lückenlos aneinandergereihten Einzelsensoren, die mittels der Ansteuerschaltung nacheinander in zyklischer Folge angesteuert werden.For measuring the relative position of two objects, in particular two machine parts of machine tools, the scale 1 is connected to the one machine part and the sensor line 7 to the other machine part (not shown). The direction of the relative movement between the two machine parts and thus between the scale 1 with the Abtastspur 2 and the sensor line 7 results from the directional arrow 12. The sensor line 7, the drive circuit is not shown, is transverse to the direction of relative movement immediately above the Abtastspur 2 of Scale 1 and consists of virtually seamless juxtaposed individual sensors, which are controlled by the drive circuit successively in a cyclic sequence.
Die Sensorzeile ragt beidseitig über die Abtastspur 2 hinaus.The sensor line protrudes beyond the scanning track 2 on both sides.
Die Ausgänge dieser Einzelsensoren sind auf eine Auswerteschaltung 13 geführt, in der die von der Sensorzeile 7 gelieferten Abtastsignale aufbereitet und in digitale Zahlenwerte umgewandelt werden.The outputs of these individual sensors are routed to an evaluation circuit 13, in which the scanning signals supplied by the sensor line 7 are processed and converted into digital numerical values.
Die Auswerteschaltung 13 ist mit einem Rechner 14 verbunden, derBestandteil der Gesamtsteuerung der Werkzeugmaschine ist und der zusätzlich zur eigentlichen Steuerung die eingegebenen digitalen Zahlenwerte für die Positionsinformationen und die Prüfinformationen nach Maßgabe eines Prüf- und Überwachunlgsprogrammes auswertet.The evaluation circuit 13 is connected to a computer 14 which is part of the overall control of the machine tool and which, in addition to the actual control, evaluates the input digital numerical values for the position information and the test information in accordance with a test and monitoring program.
Die Erzeugung der konkreten, aus der Maßverkörperung 9 der Prüfinformation abgeleiteten Prüfwerte für die Positionsmeßeinrichtung während der Abtastung des Maßstabs 1 durch die Sensorzeile 7 wird anhand der Wirkungsweise vorgenannter Schaltung (Fig. 5) erläutert:The generation of the concrete test values for the position measuring device derived from the material measure 9 of the test information during the scanning of the scale 1 by the sensor line 7 will be explained on the basis of the operation of the aforementioned circuit (FIG.
Die Ansteuerimpulse für die Einzelsensoren der Sensorzeile 7 sind auf dem Zeitstrahl 15 dargestellt. Das aus den Einzelsensorsignalen gebildete Gesamtabtastsignal und dessen Verlauf sind aus dem Zeitstrahl 16 ersichtlich, wobei zum ZeitpunkttO ein jeder Abtastdurchlauf beginnt. Die Impulsgruppe J1 ist ein Abbild der Bezugsmarkierung 3. Diempulsgruppe J 2 stellt ein Abbild der Positionsmarkierung 5 dar und die Impulsgruppe J 3 ist ein Abbild der Prüfmarkierung 4. Demnach ist der zeitliche Abstand (ti—12) zwischen den Impulsgruppen J1 und J 2 der Maßverkörperung 8 für die aktuelle Position proportional und ein Maß für diese (Positionswert). Der zeitliche Abstand (t 1-t3) zwischen den Impulsgruppen J1 und J 3, der als Prüfwert bezeichnet wird, entspricht der Maßverkörperung 9 für die Prüfinformation.The drive pulses for the individual sensors of the sensor line 7 are shown on the time beam 15. The overall sample signal formed by the individual sensor signals and the course thereof can be seen from the time stream 16, wherein at the time t0 each sampling cycle begins. The pulse group J1 is an image of the reference mark 3. Diempuls group J2 represents an image of the position mark 5, and the pulse group J3 is an image of the test mark 4. Thus, the time interval (ti-12) between the pulse groups J1 and J2 is Material measure 8 is proportional to the current position and a measure of this (position value). The time interval (t 1-t 3) between the pulse groups J 1 and J 3, which is referred to as the test value, corresponds to the material measure 9 for the test information.
Der zeitliche Abstand (t2-t 3) zwischen den Impulsgruppen J 2 und J 3 ist ebenfalls ein Maß für die aktuelle Position. In der Auswerteschaltung 13 werden die Zeitbereiche (tO-t1), (tO-t2) und (tO-t3) in proportionale digitale Zahlenwerte Z 1,Z2 und Z3 umgesetzt, so daß aus jedem Abtastdurchlauf drei digitale Zahlenwerte resultieren, die dem Rechner 14 zur Steuerung der Werkzeugmaschine und zürn Zwecke der Prüfung der Positionsmeßeinrichtung zugeführt werden.The time interval (t2-t 3) between the pulse groups J 2 and J 3 is also a measure of the current position. In the evaluation circuit 13, the time ranges (tO-t1), (tO-t2) and (tO-t3) are converted into proportional digital numerical values Z 1, Z2 and Z3 so that three digital numerical values result from each scan pass which are sent to the computer 14 be fed to the control of the machine tool and zürn purposes of testing the position measuring.
Der Rechner 14 ermittelt aus der Differenz Z2 — Z1 den aktuellen Positionswert und aus der Differenz Z3 - Z1 den digitalen Zahlenwert, der dann als Prüfwert verwendet wird. Da der Abstand zwischen der Bezugsmarkierung 3 und der Prüfmarkierung 4 auf der gesamten Länge des Maßstabs 1 konstant ist, muß der aus der Differenz Z3 — Z1 resultierende digitale Zahlenwert bei vollfunktionsfähiger Positionsmeßeinrichtung in jeder Position des Maßstabs 1 und nach jedem Abtastdurchlauf gleich groß sein und mit einem konstanten Prüfsollwert übereinstimmen. Andernfalls liegt eine Funktionsstörung vor.The computer 14 determines from the difference Z2 - Z1 the current position value and from the difference Z3 - Z1 the digital numerical value, which is then used as a test value. Since the distance between the reference mark 3 and the check mark 4 is constant over the entire length of the scale 1, the digital numerical value resulting from the difference Z3 - Z1 must be the same and at full scale in every position of the scale 1 and after each scanning pass match a constant test setpoint. Otherwise there is a malfunction.
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Der erfindungsgemäße Maßstab gestattet zusätzlich eine weitere Möglichkeit der Funktionsprüfung. Aus der Differenz Z3 kann ein zweiter Positionswert für die gleiche aktuelle Position gebildet werden. Der erste und der zweite Positionswert verha sich zueinander gegenläufig, wobei die Summe der digitalen Zahlenwerte für den ersten und den zweiten Positionswert gle der Differenz Z3 - Z1 bzw. gleich dem digitalen Zahlenwert für den Prüfwert bzw. Prüfsollwert sein muß. Bei Erfüllung dies Bedingung kann ebenfalls von der Funktionssicherheit der Positionsmeßeinrichtung ausgegangen werden.The scale according to the invention additionally allows a further possibility of functional testing. From the difference Z3, a second position value for the same current position can be formed. The first and the second position value behave in opposite directions, whereby the sum of the digital numerical values for the first and the second position value gle must be the difference Z3-Z1 or equal to the digital numerical value for the test value or test setpoint. Upon fulfillment of this condition can also be expected from the reliability of the position measuring.
Mit beiden vorgenannten Prüfmöglichkeiten sind Fehler, die in der Ansteuerschaltung der Sensorzeile 7, in der Sensorzeile selbst und in der Auswerteschaltung 13 der Positionsmeßeinrichtung liegen, im großen Umfang feststellbar:With both of the aforementioned test options are errors that are in the drive circuit of the sensor line 7, in the sensor line itself and in the evaluation circuit 13 of the position measuring detectable on a large scale:
Ist beispielsweise (Z2 — Z2) + (Z3 - Z2) nicht gleich dem konstanten Prüfsollwert, so liegt ein Fehlerzwischen der Abtastgeschwindigkeit und der Digitalisierungszeitbasis vor. Der Meßwert ist somit fehlerhaft. Er kann ausgehend von der Abweichung von (Z3 — Z1) gegen den konstanten Prüfsollwert in gewissen Grenzen korrigiert werden.For example, if (Z2 - Z2) + (Z3 - Z2) is not equal to the constant test set point, then there is an error between the scan speed and the digitization time base. The measured value is thus incorrect. It can be corrected within certain limits starting from the deviation from (Z3 - Z1) against the constant test setpoint.
Bei fehlenden Z3 und/oder Z2 und/oder Z1 liegt ein Defekt in der Sensorzeile 7 oder deren Ansteuerschaltung vor. Aus eim zeitlich schwankenden Abweichung von (Z3 - Z1) gegenüber dem konstanten Prüfsollwert kann auf eine unzulässige seitli Bewegung eines der Maschinenteile geschlossen werden. Durch die Ermittlung von zwei Positionswerten für eine aktuelle Position bleibt der Fehlereinfluß für kleine seitliche Schwingbewegungen noch klein, so daß zunächst nicht gleich Fehlmessungen auftreten.In the absence of Z3 and / or Z2 and / or Z1 there is a defect in the sensor line 7 or its drive circuit. From a time-varying deviation from (Z3 - Z1) compared to the constant test setpoint, it is possible to conclude that an inadmissible lateral movement of one of the machine parts has occurred. By determining two position values for a current position, the error influence for small lateral oscillatory movements still remains small, so that incorrect measurements do not initially occur.
Weichen die beiden aus einem Abtastdurchlauf ermittelten und durch entsprechende Umrechnung vergleichbar gemachte Positionswerte stark voneinander ab, so deutet dies auf eine Verschmutzung an einer der beiden Maßverkörperungen für d jeweilige Position hin.If the two position values determined from a scanning pass and made comparable by corresponding conversion deviate strongly from one another, this indicates a contamination on one of the two material measures for the respective position.
Außer den beispielhaft genannten Überwachungsmöglichkeiten kann die Meßwertstreuung des ermittelten Positionswertf durch eine nachfolgende Mittelwertbildung aus dem abgetasteten ersten Positionswert und dem umgerechneten zweiten Positionswert wesentlich verringert werden. Dazu wird vom Prüfwert die Differenz aus dem Prüfwert und dem ersten Positionswert in Abzug gebracht. Die erhaltene Differenzgröße ist neben dem ersten Positionswert die zweite Größe für die Mittelwertbildung.In addition to the monitoring possibilities exemplified, the measured value spread of the determined position value f can be substantially reduced by subsequent averaging from the sampled first position value and the converted second position value. For this purpose, the difference between the test value and the first position value is deducted from the test value. The obtained difference size is next to the first position value, the second size for the averaging.
Die vorstehenden Erläuterungen beziehen sich nicht auf Positionen auf der Abtastspur 2 des Maßstabs 1, die in der Übergangszone zwischen zwei aufeinanderfolgenden Teilungsperioden 6 liegen.The above explanations do not relate to positions on the scanning track 2 of the scale 1, which lie in the transition zone between two successive graduation periods 6.
Um auch an diesen Stellen eindeutige Verhältnisse zu haben, können im einfachsten Fall die Positionsmarkierungen 5 benachbarter Teilungsperioden so ausgeführt sein, daß diese eine ausreichende Überdeckung bzw. Überlappung aufweise Eine solche Ausgestaltung ist in Fig.6 dargestellt. Es ist auch möglich, zwei um Trversetzte Sensorzeilen einzusetzen, um in Übergangszonen eindeutige Meßwerte zu erhalten.In order to have unambiguous conditions even at these points, in the simplest case the position markings 5 of adjacent graduation periods can be designed so that they have sufficient overlap or overlap. Such an embodiment is shown in FIG. It is also possible to use two sensor lines displaced by Tr, in order to obtain unambiguous measured values in transition zones.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Prüfinformation aus dem Abstand zwischen der ansteigenden Flanke der Impulsgruppe J1 der Bezugsmarkierung 3 und der abfallenden Flanke der Impulsgruppe J 3 der Prüfmarkierung 4 abgeleiü wird, während die Positionsinformation nur aus den ansteigenden Flanken der Impulsgruppen J1 und J 2 der Bezugs- und Positionsmarkierung 3 und 5 abgeleitet wird.Another possibility is that the check information is derived from the distance between the rising edge of the pulse group J1 of the reference mark 3 and the falling edge of the pulse group J3 of the check mark 4, while the position information is derived only from the rising edges of the pulse groups J1 and J2 the reference and position mark 3 and 5 is derived.
Mit dem erfindungsgemäßen Maßstab ist somit eine reaktionsschnelle Überwachung der Positionsmeßeinrichtung möglic Gleichzeitig kann die Streuung des gemessenen Positionswertes je Abtastdurchlauf durch die Möglichkeit der Mittelwertbild wesentlich verringert werden. Damit kann die realisierbare Wegauflösung auf das Doppelte angehoben werden, ohne daß zusätzliche Mittel und eine feinere Teilung des Maßstabs notwendig werden.At the same time, the scattering of the measured position value per scanning pass can be substantially reduced by the possibility of the averaging image. Thus, the achievable path resolution can be doubled without the need for additional resources and a finer division of the scale.
Der Aufwand für das Aufbringen der Prüfmarkierung 4 auf den Maßstab 1 ist niedrig, da die Maßverkörperung für die Prüfinformation auf dem Maßstab von konstanter positionsunabhängiger Größe ist. Für die Abtastung dieser Maßverkörper werden vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Abtastmittel benötigt, so daß die Überprüfung der Abtastung direkt durch di die Abtastung vorgesehenen Mittel nach dem Prinzip der Eigenüberwachung erfolgt.The cost of applying the test mark 4 on the scale 1 is low because the material measure for the test information on the scale of constant position independent size. For the sampling of these Maßverkörper advantageously no additional scanning means are needed, so that the verification of the scan is carried out directly by di the sampling means provided on the principle of self-monitoring.
Claims (5)
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