DD279541A1

DD279541A1 - Verfahren und einrichtung zur zentrierung von massverkoerperungen fuer rotatorische messsysteme

Info

Publication number: DD279541A1
Application number: DD26682084A
Authority: DD
Inventors: Herrmann Merkel; Volkmar Weiland; Manfred Lindner; Rainer Von Der Goenne
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1984-08-31
Filing date: 1984-08-31
Publication date: 1990-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zentrierung von Massverkoerperungen fuer rotatorische Messsysteme mit dem Ziel, den Herstellungsaufwand zu senken und die Messgenauigkeit zu erhoehen. Aufgabe ist es vor allem, objektiv und optimal eine Zentrierung der Massverkoerperung in bezug auf die Drehachse einer Aufnahme zu gewaehrleisten. Das Verfahren besteht darin, dass die Teilung der Massverkoerperung durch Abtastelemente abgetastet wird und deren phasenverschobenen Ausgangssignale ueber einen Verstaerker und eine Impulsformerstufe einem Phasenmesser zugefuehrt werden, welcher die Phasendifferenz erfasst. Die Ausgangssignale des Phasenmessers werden u. a. einem Antriebssystem zugefuehrt, das mit einem Positionierglied verbunden ist, welches mit der Massverkoerperung in Wirkverbindung steht. Eine Verschiebung der Massverkoerperung in bezug auf die Drehachse einer Aufnahme erfolgt so, dass die Phasendifferenz zwischen einem Mess- und einem Referenzsignal ein Minimum erreicht.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Zentrierung von Maßverkörperungen für rotatorische Meßsysteme, insbesondere zur Beseitigung der Exzentrizität des Teilungszentrum·; der Maßverkörperung in bezug au^f die Drehachse derselben im Meßgerät.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei Maßverkörpeiungen für Winkelmeßgeräte und rotatorische Meßsysteme treten infolge von Fertigungsungenauigkeiten einerseits Exzentrizitäten bei der Lagerung der Maßverkörperung im Gerät und andererseits Exzentrizitäten zwischen Teilungszentrum und mechanischer Achse auf, die zu Meßfehlern bei der Ablösung oder Abtastung der Teilung führen. Aus Demmbich/Seyfert „Instrumentenkunde der Vermessungstechnik", VEB Vorlag Technik Berlin, 1957, Seiten 161-165, und Lehmann „Leitfaden der Längenmeßtechnik", VEB Verlag Technik Berlin, 1960, Seiten 371-372, ist es bekannt, bei Meßgeräten den Exzentrizitätsfehler, der bei Nichtübereinstimmung der Drehachse der Lagerung der Maßverkörperung mit der Achse der Teilung auftritt, dadurch bei der Ablesung und Abtastung der Teilung zu eliminieren, daß die Teilung an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen abgelesen bzw. abgetastet wird und aus den so ermittelten Werten oder elektrischen Signalen durch Mittelwertbildung ein Meßwert bestimmt wird.

Eine fotoelektrische Meßeinrichtung zur inkrementalen Winkelmessung ist in der DD-PS 143953 beschrieben und dargestellt, bei welcher eine Teilung einer Strichgitterscheibe durch diametral gegenüberliegende Abtastgitter und Fotoempfänger abgetastet wird. Die von diesen Fotoempfängern gewonnenen Signale werden digitalisiert, und über eine Mittelwertbildung und über eine an sich bekannte Weiterverarbeitung wird ein von Exzentrizitätsfehlern weitestgehend freier Meßwert erhalten. Die Ansprüche an eine rationelle Fertigung von rotatorischen Meßsystemen der höheren Genauigkeitsklassen erfordern Justier- und Prüfmethoden, die weitestger.snd frei von subjektiven Einflußgrößen sind. Die bisher in der Praxis angewendeten Methoden zur Zentrierung der Maßverkörperung auf einem drehbar im Meßgerät gelagerten Träger basieren auf der Ausnutzung des statischen Prinzips der optischen Koinzidenz. Dabei ergeben sich beim binokularen Vergleich zweier Teilbilder miteinander im Soll-Ist-Vergleich subjektiv bedingte Fehleinschätzungen erheblicher Größenordnung (etwa 10%) durch den Prüfenden. Eine spätere Korrektur der auf dem Träger mit einer Exzentrizität befestigten Maßverkörperung ist dann bei einem nachfolgenden diametralen fotoelektrischen Abgleich nicht mehr möglich.

Ziel der Erfindung

Es ist der Zweck der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen, den Fertigungs- und Justieraufwand bei der Herstellung rotatorischer Meßsysteme zu verringern und die Meßgenauigkeit derartiger Meßsysteme zu erhöhen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zu schaffen, mit welchen die Zentrierung der Maßverkörperung in bezug auf die Achse einer im Meßgerät drehbar gelagerten Aufnahme unter Ausnutzung der hei der Abtastung der Teilung der Vlaßverkörperung gewonnenen Signale objektiv und optimal durchzuführen ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Zentrierung von Maßverköperungen für rotatorische Meßsysteme, bei welchem mindestens ein Abtastelement so zum mittleren Radius der Maßverkörperung ausgerichtf l wird, daß beim Drehen der Maßverkörperung sinusförmige Signale erzeugt werden, dadurch gelöst, daß die Teilung der Maßverkörperung durch ein erstes Abtastelement abgetastet wird und daß die bei der Drehung der Maßverkörperung um die Drehachse einer Aufnahme erzeugten, sinusförmigen Meßsignale dieses ersten Abtastelementes und die von einem extern vorgesehenen Schwingungsgenerator oder von einem zweiten zusammen mit dem ersten Abtastelement und der Drehachse der Aufnahme für die Maßverkörperung auf einer Geraden angeordneten Abtastelement erzeugten, sinusförmige Referenzsignale vorzugsweise über einen Verstärkerund eine Impulsformerstufe einem die Phasendifferenz zwischen den Meß- und Referenzsignalen erfassenden Phasenmesser zugeführt werden, dessen Ausgangssignale einer Anzeigevorrichtung oder einem Antriebssystem zugeführt werden, und daß eine Verschiebung der Maßverkörperung in bezug auf die Drehachse der Aufnahme mit Hilfe eines Antriebssystems und eines Positioniergliedes derart erfolgt, daß die genannt? Phasendifferenz zwischen den Meß- und Referenzsignalen ein Minimum erreicht.

Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem die Teilung der drehbar um eine Achse im Meßgerät angeordneten Maßverkörperung abtastenden Abtastelement zur Erzeugung sinusförmiger elektrischer Meßsignale besteht darin, daß ein zusammen mit dem Meßsignale liefernden Abtastelement und mit der Drehachse der Aufnahme für die Maßverkörporung auf einer Geraden diametral zur Teilung angeordnetes zweites sinusförmige Referenzsignale erzeugendes Abtastelement vorgesehen ist, und daß die Ausgänge beider Abtastelemente jeweils vorzugsweise über einen Verstärker und eine Impulsformerstufe mit einem die Phasendifferenz zwischen Meß- und Referenzsignal erfassenden Phasenmessar und dieser Phasenmesser mit einem Antriebssystem und/oder einer Anzeigevorrichtung für die Phasendifferenz verbunden sind, wobei das Antriebssystem mit vorzugsweise einem mit der Maßverkörperung in Wirkverbindung stehenden Positionierglied gekoppelt ist.

Eine weitere derartige Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein sinusförmige Referenzsignale erzeugender Schwingungsgenerator vorgesehen ist und daß die Ausgänge des Schwingungserzeugers und des Abtasteiementes jeweils vorzugsweise über einen Verstärker und eine Impulsformerstufe mit einem die Phasendifferenz zwischen Meß- und Referenzsignal erfassenden Phasenmesser und dieser Phasenmesser mit einem Antriebssystem nicht oder einer Anzeigevorrichtung für die Phasendifferenz verbunden sind, wobei das Antriebssystem mit vorzugsweise einem mit der Maßverkörperung in Wirkverbindung stehenden Positionierglied gekoppelt ist.

Vorteilhaft ist bei der Einrichtung, daß eines der Abtastelemente tangenial zur Maßverkcrperung verstellbar angeordnet ist. Die genannte Phasendifferenz zwischen Meß- und Referenzsignalen ist ein Maß für die exzentrische Verlagerung der Maßverkörperung in bezug auf i ire Aufnahme hinsichtlich Betrag und Richtung, die um eine Achse drehbar in dem Meßgerät gelagert ist. Diese Exzentrizität k jnn also entweder unter Zuhilfenahme der Anzeigevorrichtung manuell korrigiert oder durch eine direkte Kopplung mit dem F'ositioniergeber und dem Antriebssystem, die mit der Maßverkörperung verbunden sind, beeinflußt werden.

Bei dieser Lagekorrektur der Maßverkörperung wird darauf hingewirkt, daß die Phasendifferenz zwischen Meß- und Referenzsignal ein Minimum erreicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Einrichtung zur Zentrierung von Maßverkörperungen ist es möglich, optimal die Verhältnisse im Meßsystem, in das später die Maßverkörperung eingebaut wird, zu simulieren. Es können die Exzentrizitäten fast vollständig bei der Fertigung und Montage der Meßsysteme beseitigt werden, weil durch das dynamische Meßverfahren kontinuierliche Meßwerte zur Verfügung stehen, die eine rasche quantitative Ermittlung der Exzentrizitätsfehler und die sofortige Rückkopplung auf die Lage der Maßverkörperung ermöglichen.

Weiterhin ist eine Anwendung des Verfahrens und der Einrichtung auch dort voi .eilhaft, wo aus Platzgründen oder durch Vorgabe bestimmter Teilungsdurchmesser die Zugänglichkeit für die bisher verwendeten Zentriermikroskope nicht gegeben ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1: schematisch eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens und Fig. 2: den Signalverlauf von Meß- und Referenzsignal.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung ist auf einer im Meßgerät drehbar gelagerten Aufnahme 1 eine mit einer Teilung 2 oder einem Raster versehene Maßverkörperung 3, z. B. ein Teilkreis, angeordnet. Diese Maßverkörperung 3 besitzt eine Exzentrizität k in bezug auf die Aufnahme 1, d. h. das Zentrum 4 der Maßverkörr erung 3 und die Drehachse 5 der Aufnahme 1 besitzen einen Abstand voneinander. Zur Abtastung der Teilung 2 sind ein erste s und ein zweites fotoelektrisches Abtastelement 6; 7 vorgesehen, welche zusammen mit der Drehachse 5 auf einer Geraden 8, die in Fig. 1 die x-Achse bildet, liegen. Diese Abtastelemente 6; 7 sind so zum mittleren Radius R_n, der Teilung 2 ausgerichtet, daß beim Drehen der Aufnahme 1 und der Maßverkörperur.g 3 sinusförmige Meß- und Referenzsignale Se; S₇ erzeugt werden.

Dabei werden durch das erste Abtastelement 6 die Meßsignale S₆ und durch das zweite Abtastelement S₇ die Referenzsignale S₇ erzeugt, zwischen denen Phasenverschiebungen auftreten.

Das Meßsignal S₆ und das Referenzsignal S/werden vorzugsweise über Verstärker 9; 10 und Impuuformerstufer 11; 12 einem die Phasendifferenz zwischen den Signalen erfassenden Phasenmesser 13 zugeführt, der mit einer Anzeigevorrirntung 14 oder über ein Positionierglied 17 mit einem Antriebssystem 15 verbunden ist.

Anstelle des zweiten Meßsystems 7, welches die Referenzsignale S liefert, kann auch ein extern angeordneter. Sinusförmige Referenzsignale e;zeugender Schwingungsgenerator 16 vorgesehen werden, der dann ebenfalls über den Verstärker 10 und die Impulsfotmerstufe 12 mit dem Phasenmesser 13 verbunden ist.

Eine Verschiebung der Maßverkörperung 3 in bezug auf die Drehachse 5 der Aufnahme 1 erfolgt durch das vom Positionierglied 17, welches m^;t dem f- ntriebssystem 15 verbunden ist und mit der Maßverkörperung 3 in Wirkverbindung steht, in der Weise, daß die genannte Phas endifferenz zwischen Meß- und Referenzsignal Se; S₇ ein Minimum erreicht.

Die Beeinflussung der Exzentrizität k kann auch unter Zuhilfenahme der Anzeige der Phasendifferenz an der Anzeigevorrichtung 14 manuell durch entuprechendes Verschieben des Positionie.-gliedes 17 erfolgen, wobei bei der Lagekorrektur der Maßverkörperung 3 auf der Aufnahme 1 eine Verschiebung des Positioniergliedes 17 so erfolgt, daß die Phasendifferenz stets ein Minimum erreicht.

Wie aus Fig. 2 bei dem Verlauf des Meß- und Referenzsignals S₆; S₇ ersichtlich, setzi sich die Phasendifferenz 0 aus einem konstanten Anteil 0_O, der die gegenseitige Zuordnung des Abtastelementes 6 und d }s Abtastelementes 7 beschreibt, und aus einem mit der Drehung der Maßverkörperung 3 um die Drehachse 5 wechselnden A iteil 0| zusammen. Der Phasenwinkel 0_O, der sich zunächst zufällig ergibt, ist durch Verschiebung des Abtastelementes 7 tangential zur Maßverkörperung 3, d. h. senkrecht zu den Strukturen der Teilung 2, veränderbar, und zweckmäßig ist eine solche Verschiebung auszuführen, daß 0_O = 0 erreicht wird. In diesem Falle sind auch die Beträge der Extrema der Phasenverschiebungen 0_max und 0_mi„ während einer Umdrehung der Maßverkörperung 3 gleich groß und haben entgegengesetzte Vorzeichen, so daß es möglich ist, bei Vorgabe einer Drehrichtung der Maßverkörpeiung 3 aus dem Vorzeichen von 0 die Richtung zu ermitteln, in welcher die Maßverkörperung 3 verschoben werden muß, um eine Übereinstimmung der Drehachse 5 mit dem Zentrum der Maßverkörperung 3 herzustellen und so die Exzentrizität k zu beseitigen. Nichtkorrigierbare Restexzentrizitäten können hierbei gemessen und, falls erforderlich, für eine Korrekturrechnung verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Zentrierung von Maßverkörperungen für rotatorische Meßsysteme, bei welchem mindestens ein Abtastelement so zum mittleren Radius der Maßverkörperung ausgerichtet wird, daß beim Drehen der Maßverkörperung sinusförmige Signale erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung der Maßverkörperung durch ein erstes Abtastelement abgetastet wird, und daß die bei der Drehung der Maßverkörperung um die Drehachse einer Aufnahme erzeugten, sinusförmigen Meßsignale dieses ersten Abtasi elementes und die von einem extern vorgesehenen Schwingungsgenerator oder von einem zweiten, zusammen mit dem ersten Abtastelement und der Drehachse der Aufnahme für die Maßverkörperung auf einer Geraden angeordneten Abtastelement erzeugten, sinusförmigen Referenzsignale vorzugsweise über einen Verstärker und eine Impulsformerstufe einem die Phasendifferenz zwischen den Meß- und Referenzsignalen erfassenden Phasenmesser zugeführt werden, dessen Ausgangssignale einer Anzeigevorrichtung oder einem Antriebssystem zugeführt werden, und daß eine Verschiebung der Maßverkörperung in bezug auf die Drehachse der Aufnahme mit Hilfe eines Antriebssystems und eines Positioniergliedes derart erfolgt, daß die genannte Phasendifferenz zwischen den Meß· und Referenzsignalen ein Minimum erreicht.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit mindestens einem der Teilung _rdsr um eine Achse im Meßgerät drehbar angeordneten Maßverkörperung zugeordneten Abtastelement zur Erzeugung sinusförmiger elektrischer Meßsignale, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusammen mit dem Meßsignale liefernden Abtastelement und mit der Drehachse der Aufnahme für die Maßverkörperung auf einer Geraden diametral zur Teilung angeordnetes zweites, sinusförmiges, Referenzsignale erzeugendes Abtastelement vorgesehen ist, und daß die Ausgänge beider Abtastelemente jeweils vorzugsweise über einen Verstärker und eine Impulsformerstufe mit einem die Phasendifferenz zwischen Meß- und Referenzsignal erfassenden Phasenmesser und dieser Phasenmesser mit einem Antriebssystem und/oder einer Anzeigevorrichtung für die Phasendifferenz verbunden sind, wobei das Antriebssystem mit vorzugsweise einem mit der Maßverkörperung in Wirkverbindung stehenden Positionierglied gekoppelt ist.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem die Teilung der Maßverkörperung abtastenden, elektrische Meßsignale erzeugenden Abtastelement, dadurch gekennzeichnet, daß ein sinusförmige Referenzsignale erzeugender Schwingungsgenerator vorgesehen ist, und daß die Ausgänge des Schwingungserzeugers und des Abtastelementes jeweils vorzugsweise über einen Verstärker und eine impulsformerstufe mit einem die Phasendifferenz zwischen Meß- und Referenzsignal erfassenden Phasenmesser und dieser Phasenmesser mit einem Antriebssystem und/oder einer Anzeigevorrichtung für die Phasendifferenz verbunden sind, wobei das Antriebssystem mit vorzugsweise einem mit der Maßverkörperung in Wirkverbindung stehenden Positionierglied gekr-pelt ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Abtastelemente tangential zur Maßverkörperung verstellbar angeordnet ist.