DD284772A5 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR MONITORING AN ANGLE OR LENGTH MEASUREMENT SYSTEM ON A MACHINE - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur UEberwachung eines Winkel- oder Laengenmeszsystems an einer Maschine. Die Erfindung besteht darin, dasz bei Stillstand der zueinander beweglichen Maschinenelemente (4, 6) mit Hilfe einer Positioniereinrichtung * die ein Verstellelement (12) und Fixierelemente (18, 19) auf einem maszstabilen Basiselement (20) beinhaltet, eine definierte Verstellung einer Abtasteinrichtung (5) oder eines Teilungstraegers (1) in Teilungsrichtung (9) erreicht wird. Der vorzeichenbehaftete Verstellweg (14) wird mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung (7) aus den Zaehlsignalen der Abtasteinrichtung (5) ermittelt. Nach einem Vergleich des ermittelten Verstellweges (14) mit einem gespeicherten Normalwert (17) wird entweder eine Fehlermeldung abgegeben oder bei UEbereinstimmung beider Werte wird in der einen stabilen Position der Meszwert des Meszsystems direkt der Relativlage zwischen den beiden Maschinelementen (4, 6) zugeordnet und in der anderen stabilen Position wird der Meszwert des Meszsystems vor der Zuordnung zur Relativlage zwischen den Maschinenelementen (4, 6) mit dem vorzeichenbehafteten Verstellweg (14) korrigiert. Figur{UEberwachung; Winkel; Laenge; Meszsystem; Maschine; Positioniereinrichtung; Verstelleinrichtung; Abtasteinrichtung; Teilungstraeger; Fixierelemente; Verstellweg; Maschinenelement}The invention relates to a method and an arrangement for monitoring an angle or length measuring system on a machine. The invention consists in the fact that at standstill of the machine elements (4, 6) which are movable relative to each other with the aid of a positioning device * which includes an adjusting element (12) and fixing elements (18, 19) on a non-deformable base element (20), a defined adjustment of a scanning device (FIG. 5) or a Teilungsstraegers (1) in the division direction (9) is achieved. The signed adjustment path (14) is determined by means of an evaluation device (7) from the count signals of the scanning device (5). After a comparison of the ascertained adjustment path (14) with a stored normal value (17), either an error message is output or if both values are in agreement, the mesz value of the measuring system is directly assigned to the relative position between the two machine elements (4, 6) in one stable position and in the other stable position of the Meszwert the Meszsystems before the assignment to the relative position between the machine elements (4, 6) is corrected with the signed adjustment path (14). FIG {monitoring; Corner; Length; Meszsystem; Machine; positioning; adjusting device; pickup; Teilungstraeger; fixing elements; displacement; Machine element}
Description
Dabei gibt es jedoch keine funktionsgerechte Kontrolle der metrologischen Richtigkeit der Anzeige des Meßsystems, d. h. selbst wenn die kontrollierten Parameter in Ordnung sind, können Anzeigefehler des Meßsystems nicht ausgeschlossen werden. Deshalb werden mit anderen Lösungen, z. B. DT 1 214892 A1, die Anzeigen des Meßsystems mit Zusatzinformationen, die in Hilfsmarken auf der Maßstabsteilung enthalten sind, verglichen. Damit wird die Zählung funktionsgerecht kontrolliert, der Nachteil ist jedoch, daß mit dieser Methode beim Test die Maschine verfahren werden muß, was jedoch aus den eingangs gesagten Gründen im Fehlerfall gefährlich sein kann. Gleiches gilt für die Kontrolle des Meßsystems in der Maschine mittels eines Fremd-Meßsystems, zumeist eines Laser-Wegmeßsystems, wie dies auch bei der Maschinen-Abnahme oder einer Korrekturwert-Ermittlung erfolgtHowever, there is no functional control of the metrological correctness of the display of the measuring system, d. H. even if the controlled parameters are correct, display errors of the measuring system can not be excluded. Therefore, with other solutions, such. B. DT 1 214892 A1, the displays of the measuring system with additional information contained in auxiliary marks on the graduation scale compared. Thus, the count is functionally controlled, the disadvantage is that with this method during the test, the machine must be moved, but this can be dangerous in the event of a fault for the reasons mentioned above. The same applies to the control of the measuring system in the machine by means of a foreign measuring system, usually a laser Wegmeßsystems, as is done in the machine acceptance or a correction value determination
R. Schröter: „Anwendung von Laserwegmeßsystemen in der Fertigungsmeßtechnik" R. Schröter: "Application of Laser Path Measuring Systems in Manufacturing Measuring Technology"
Feingerätetechnik 1984/9 „Calibration of Machine Tool" Laser Measurement System - Application Note 156-4 Hewlett Packard J.Möbius „Anwendung des Lasermeßsystems LMS 100 in der Fertigungsmeßtechnik"Feierätetechnik 1984/9 "Calibration of Machine Tool" Laser Measurement System - Application Note 156-4 Hewlett Packard J. Möbius "Application of the Laser Measurement System LMS 100 in Manufacturing Measuring Technology"
Feingerätetechnik 1984/12 Zudem ist der Anbau eines Fremd-Meßsystems zum Test des maschineneigenen Meßsystems aufwendig und zeitraubend.Feingerätetechnik 1984/12 In addition, the installation of a third-party measuring system for testing the machine's own measuring system is complex and time-consuming.
Ziel der Erfindung ist es, für ein an einer Maschine einzusetzendes Längen-oder Winkelmeßsystem eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mittels denen ein Überwachungstest schnell und funktionsgerecht einschließlich Prüfung der metrologischen Richtigkeit des Anzeigeergebnisses durchgeführt werden kann.The aim of the invention is to provide an arrangement and a method for a length or angle measuring system to be used on a machine, by means of which a monitoring test can be carried out quickly and functionally, including checking the metrological accuracy of the display result.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine Anordnung zu entwickeln, die eine Überwachung eines Winkel- oder Längenmeßsystems mit einfachen Mitteln bei Stillstand der relativ zueinander beweglichen Maschinenelemente ermöglicht.The invention has for its object to provide a method and to develop an arrangement that allows monitoring of an angle or length measuring system with simple means at standstill of relatively movable machine elements.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren und bei einer Anordnung mit einem Winkel oder Längenmeßsystem, welches aus einer Rasterteilung mit Referenzmarken auf einem Teilungsträger, aus einer Abtasteinrichtung zur Abtastung der Rasterteilung und der Referenzmarken und aus einer Auswerte- und Anzeigeeinheit besteht, das Meßsystem nicht in üblicher Weise mit dem Teilungsträger an einem ersten Maschinenelement und der Abtasteinrichtung an einem zweiten Maschinenelement abgebracht ist, wobei die Relativbewegung zwischen erstem und zweitem Maschinenelement zu messen ist, sondern entweder die Abtasteinrichtung oder der Teilungsträger zunächst in eine Positioniereinrichtung aufgenommen ist und über diese Positioniereinrichtung die Verbindung zum ersten bzw. zweiten Maschinenelement hergestellt ist. Diese Positioniereinrichtung ist so ausgelegt, daß sie für die Abtasteinrichtung bzw. den Teilungsträger in Teilungsrichtung, d. h. folglich auch in Meßrichtung, zwei unterschiedliche feste Positionen realisieren kann. Der Verstellweg zwischen diesen beiden Positionen wird einmalig bestimmt und ist somit als Normal wert bekannt, er kann durch die Differenz der Meßsystemanzeige in beiden Positionen bestimmt werden. Dieser Normalwert ist von nun an ein Testkriterium für die Funktion des Meßsystems, d. h. in beliebiger Relativlage zwischen erstem und zweitem Maschinenelement und somit an beliebigen Stellen des Meßbereiches des Meßsystems muß fernerhin die Differenz zwischen den Anzeigen der einen zur anderen Position in der Positioniereinrichtung, d. h. also der zurückgelegte Verstellweg, gleich dem erstmals ermittelten Normalwert sein, wenn zu Testzwecken die Position in der Positioniereinrichtung gewechselt wird und das Meßsystem in Ordnung ist. Zu diesem Zweck enthält die Positioniereinrichtung neben den beiden stabilen Fixierelementen ein Verstellelement, welches den Übergang von der einen in die andere stabile Position bewirkt. Weiterhin müssen erfindungsgemäß Mittel in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung enthalten sein, welche den mechanisch initiierten Verstellweg anhand der Zählsignale des Meßsystems erfassen können. Dieses ist beim reinen Inkrementalsystem, z. B. der Hauptzähler selbst, beim reinen Absolutwertsystem wäre es ein Differenzbildner für die beiden den stabilen Positionen zugeordneten Absolutwerte und bei einem hybriden System wäre es z. B. ein eigens dafür vorgesehener Zähler für die inkrementale Zählfolge, der jedoch beim Überfahren von abstandscodierten Referenzmarken nicht wie der Hauptzähler von einem Absolutwert überschrieben würde. Der mit diesen Mitteln erfaßte Verstellweg wird mit geeigneten Mitteln, z.B. elektronischer Vergleichsschaltung, numerischer Vergleich mittels Steuerrechner o.a., mit dem Normalwert verglichen. Im Falle der Übereinstimmung ist an der getesteten Stelle das Meßsystem in Ordnung, anderenfalls erfolgt Fehlermeldung. Dabei erfolgt dieser Überwachungstest bei Stillstand des ersten gegenüber dem zweiten Maschinenelement.The object is achieved in that in a method and in an arrangement with an angle or length measuring system, which consists of a grid division with reference marks on a graduation carrier, a scanning device for scanning the grid division and the reference marks and an evaluation and display unit, the measuring system is not dismounted in the usual way with the graduation carrier on a first machine element and the scanning device on a second machine element, wherein the relative movement between the first and second machine element is to be measured, but either the scanning device or the graduation carrier is first received in a positioning and over this positioning device is the connection to the first and second machine element is made. This positioning device is designed so that it for the scanning device or the graduation carrier in the division direction, d. H. Consequently, also in the measuring direction, two different fixed positions can be realized. The adjustment between these two positions is determined once and is thus known as normal value, it can be determined by the difference of the Meßsystemsanzeige in both positions. This normal value is from now on a test criterion for the function of the measuring system, ie. H. In any relative position between the first and second machine element and thus at arbitrary locations of the measuring range of the measuring system, the difference between the indications of one to the other position in the positioning device, d. H. Thus, the distance traveled, be equal to the first normal value determined when the position in the positioning device is changed for test purposes and the measuring system is in order. For this purpose, the positioning device in addition to the two stable fixing elements includes an adjustment, which causes the transition from one to the other stable position. Furthermore, according to the invention, means must be included in the evaluation and display device which can detect the mechanically initiated adjustment path on the basis of the counting signals of the measuring system. This is the pure incremental system, z. As the main counter itself, the pure absolute value system, it would be a subtractor for the two absolute values associated with the absolute positions and in a hybrid system, it would be z. Example, a specially provided counter for the incremental counting sequence, which would not be overwritten when passing over distance-coded reference marks as the main counter of an absolute value. The displacement detected by these means is detected by suitable means, e.g. electronic comparison circuit, numerical comparison by means of control computer or similar, compared with the normal value. In the case of agreement, the measuring system is in order at the point tested, otherwise an error message occurs. In this case, this monitoring test takes place at standstill of the first relative to the second machine element.
Während für den Vergleich mit dem Normalwert nur der Betrag des Verstellweges herangezogen wird, kann das Vorzeichen des Verstellweges zur Unterscheidung der ersten stabilen Position von der zweiten stabilen Position der Abtasteinrichtung bzw. des Teilungsträgers in der Positioniereinrichtung herangezogen werden, dazu könnten aber auch andere Mittel geschaffen oder eine richtungsvorgebende Ansteuerung des Verstellelementes genutzt werden. Wenn sich die Maschinen-Grundeinstellung bzw. die Maschinen-Abnahme auf die Stellung der Abtasteinrichtung bzw. des Teilungsträgers in der ersten stabilen Position in der Positioniereinrichtung bezog, dann muß, wenn nach einem Überwachungstest in der zweiten stabilen Position verblieben wird, die Anzeige des Meßsystems entweder im Meßsystem selbst oder in der Steuerung der Maschine um den vorzeichenbehafteten Verstellweg, der gleich dem Normalwert ist, korrigiert werden. Dies ist eine einfache Korrektur mit einem Konstantbetrag. Der beschriebene Überwachungstest kann nach erfolgten Störungen an der Maschine zur Kontrolle des Meßsystfems an den Stellen der Relativzuordnung zwischen erstem und zweitem Maschinenelement, also an den Stellen des Meßbereiches, wo die Störung auftrat, erfolgen. Er kann weiterhin grundsätzlich nach allen Einschaltvorgängen oder grundsätzlich zu Beginn eines neuen Bearbeitungszyklus erfolgen. Es ist auch mit maschinen- bzw. meßsystemeigenen Mitteln eine KomplettüberprüfungWhile only the amount of the adjustment path is used for the comparison with the normal value, the sign of the adjustment path for distinguishing the first stable position from the second stable position of the scanning device or the graduation carrier in the positioning device can be used, but other means could also be provided for this purpose or a directional control of the adjustment can be used. If the machine default was related to the position of the scanner in the first stable position in the positioner, then if left after a monitoring test in the second stable position, the display of the measuring system must be displayed either corrected in the measuring system itself or in the control of the machine by the signed displacement, which is equal to the normal value. This is a simple correction with a constant amount. The described monitoring test can be carried out after failures on the machine to control the Meßsystfems at the points of relative assignment between the first and second machine element, ie at the points of the measuring range where the fault occurred. In principle, it can also take place after all switch-on processes or, in principle, at the beginning of a new processing cycle. It is also a complete check with machine or measuring system own means
möglich, indem der Überwachungstest wiederholt im Abstand von jeweils höchstens dem Verstellweg über dem gesamten Meßbereich des Meßsystems durchgeführt wird. Die Positioniereinrichtung kann vorteilhafterweise so ausgelegt werden, daß der Verstellweg in der Größenordnung weniger mm bis zu einigen cm liegt. Es sind Verstellelemente bekannt, die für solche Verstellwege die Verstellung in Bruchteilen von Sekunde realisieren können und somit dieser Überwachungstest die Maschine zeitlich kaum belastet.possible by the monitoring test is performed repeatedly at a distance of at most the adjustment over the entire measuring range of the measuring system. The positioning can be advantageously designed so that the adjustment is in the order of a few mm up to a few cm. There are adjusting known, which can realize the adjustment in fractions of a second for such adjustment paths and thus this monitoring test, the machine hardly weighed time.
Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment.
Das in der Zeichnung schematisch dargestellt hybride Längenmeßsystem besteht aus folgenden Elementen:The hybrid length measuring system shown schematically in the drawing consists of the following elements:
Auf einem Teilungsträger 1 von 1 m Länge sei einerseits eine Rasterteilung 2 mit einer Rasterperiode von 8 pm und andererseits eine Referenzmarkenfolge 3 aufgebracht, wobei die beiden ersten Referenzmarken auf dem Teilungsträger leinen Abstand von 1 cm zueinander haben und sich dieser Abstand bei allen folgenden Referenzmarken um jeweils 8 pm verkürzt.On a graduation support 1 of 1 m length on the one hand a grid division 2 with a grid period of 8 pm and on the other hand applied a reference mark sequence 3, wherein the two first reference marks on the graduation carrier linen distance of 1 cm to each other and this distance at all subsequent reference marks order shortened by 8 pm.
Anhand der durch die Abtasteinrichtung 5 gewonnenen Zähl- und Referenzsignale wird in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung 7 in bekannter Weise ein durch Absolutwertangaben gestützter Zählwert gebildet und als Anzeige 22 des Meßsystems ausgegeben.Based on the obtained by the scanning device 5 counting and reference signals in the evaluation and display device 7 in a known manner based on absolute values of count value is formed and output as a display 22 of the measuring system.
Der Teilungsträger 1 ist fest am ersten Maschinenelement, dem Maschinenbett 4 angebracht. Die Abstandseinrichtung 5 ist am zweiten Maschinenelement, einem Support 6 mittels der Positioniereinrichtung 8 angebracht. Diese besteht aus dem maßstabilen Basiselement 20, an welchem zwei 2 mechanische Anschläge 18 und 19 angebracht sind sowie aus einem Verstellelement 12, welches z. B. durch einen durch Federn vorgespannten Schubmagneten realisiert sein kann.The graduation carrier 1 is firmly attached to the first machine element, the machine bed 4. The spacer device 5 is attached to the second machine element, a support 6 by means of the positioning device 8. This consists of the dimensionally stable base member 20, to which two mechanical stops 18 and 19 are mounted and from an adjusting element 12, which z. B. can be realized by a biased by springs thrust magnet.
Die Abtasteinrichtung 5 befindet sich in einer stabilen Lage 10, wenn sie durch das Verstellelement 12 an den mechanischen Anschlag 18 gedrückt wird und in der zweiten stabilen Lage 11, wenn sie an den mechanischen Anschlag 19 gedrückt wird.The scanning device 5 is in a stable position 10 when it is pressed by the adjusting element 12 to the mechanical stop 18 and in the second stable position 11 when it is pressed against the mechanical stop 19.
Zwischen beiden stabilen Lagen ergibt sich in Teilungsrichtung 9 ein Verstellweg 14 von etwa 25mm gemäß Tolerierung der mechanischen Teile.Between two stable positions results in pitch 9 an adjustment 14 of about 25mm according to tolerancing of the mechanical parts.
Der präzise Verstellweg 14, der als Normalwert 17 in der Auswerte-und Anzeigeeinrichtung 7 zu speichern ist, möge sich beim Einmessen bzw. beim ursprünglichen Funktionstest des Meßsystems zu 24,982 mm ergeben.The precise adjustment path 14, which is to be stored as a normal value 17 in the evaluation and display device 7, may result in measuring or in the original functional test of the measuring system to 24.982 mm.
Beim Überwachungstest, z.B. nach einem Stromausfall an der Maschine, wird mittels Verstellelement 12 die stabile Position 10 bzw. 11 gegen die jeweils andere gewechselt. Die dabei entstehenden Zählsignale des Meßsystems 15 werden in einem Verstellwegzähler 13 erfaßt. Der so erfaßte Verstellweg 14 wird mittels einer Vergleichslogik 16 mit dem gespeicherten Normalwert 17 verglichen. Die Vergleichslogik 16 ist so ausgelegt, daß bei Abweichungen von größer als ±1 pm vom Normalwert von 24,982 mm die Signalleitung 21 für die Fehlermeldung Η-Pegel erhält, im anderen Fall L-Pegel.In the monitoring test, e.g. after a power failure on the machine, the stable position 10 or 11 is changed by means of adjusting 12 against the other. The resulting counting signals of the measuring system 15 are detected in a Verstellwegzähler 13. The thus detected adjustment path 14 is compared by means of a comparison logic 16 with the stored normal value 17. The comparison logic 16 is designed so that for deviations greater than ± 1 pm from the normal value of 24.982 mm the signal line 21 for the error message Η level receives, in the other case L level.
In der Auswerte-und Anzeigeeinrichtung 7 wird anhand des Vorzeichens beim Verstellwegzähler 13 erkannt, ob sich die Abtasteinrichtung 5 in der ersten stabilen Lage 10 oder der zweiten stabilen Lage 11 befindet.In the evaluation and display device 7 is detected on the basis of the sign when Verstellwegzähler 13, whether the scanning device 5 is in the first stable position 10 or the second stable layer 11.
Wenn sich die ursprüngliche Maschinenjustierung bzw. Maschinenabnahme auf die erste Lage 10 bezog, dann wird in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung im Falle der zweiten stabilen Lage 11 mit nicht dargestelltem Mittel der Normalwert = 24,982 mm zur Anzeige 22 des Meßsystems addiert. Diese additive Korrektur mit einem Konstantwert kann auch in der Maschinensteuerung erfolgen, für die die Anzeige 22 die Eingangsgröße darstellt.If the original machine adjustment or machine acceptance referred to the first layer 10, then the normal value = 24.982 mm is added to the display 22 of the measuring system in the evaluation and display device in the case of the second stable layer 11 with not shown means. This additive correction with a constant value can also take place in the machine control, for which the display 22 represents the input variable.
Claims (3)
Carl Zeiss Jena - Firmenschrift
Gebrauchsanleitung Inkrementales Durchlicht-L-ängenmeßsystem IDL 01 Anzeigeeinheit AE 101 L.In machine tool construction and in general mechanical engineering, length and angle measuring systems are used on a large scale. Basically, two types are known, one type being described under the term absolute value system and the other type under the term incremental counting system. Absolute value systems, eg CH 374207 and incremental systems, eg CH 499091, each have a number of specific advantages and disadvantages. A number of solutions combined with specific hybrid solutions, the advantages of both or avoids their disadvantages, eg. B. DT 2416212 B 2 or DE 3144334 C2. For use in modern manufacturing systems, a high level of functional reliability of these measuring systems is of utmost importance, since false readings of the measuring systems can cause considerable damage. Therefore, there is considerable effort to obtain a timely detection of errors by means of monitoring tests and thus prevent consequential damage. Many solutions evaluate electrical / electronic parameters in order to trigger error messages in the event of deviations from prescribed functional parameters, eg CH 499091; CH 472021, DD 130685; DE 2020393 A1; DE 3528796 A1; DE 3431841 A1;
Carl Zeiss Jena - Company publication
Instructions for use Incremental transmitted light length measuring system IDL 01 Display unit AE 101 L.
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