DE10163444A1

DE10163444A1 - Meßsystem

Info

Publication number: DE10163444A1
Application number: DE10163444A
Authority: DE
Inventors: Christoph Rosner
Original assignee: Hans Rosner & Sohn GmbH
Current assignee: Hans Rosner & Sohn GmbH
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zur Maßbestimmung von Achs- oder Winkellagen. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß ein zweites Element relativ zum ersten Element bewegbar angeordnet ist und ein Umsetzungsmittel, welches das Maß der relativen Position bzw. Positionsänderung vom ersten und zweiten Element in ein hierzu proportionales, analoges Signal umsetzt und dieses Signal einer Digitalisierungseinrichtung und dann einer Auswerte-, Anzeige- und/oder Speichereinrichtung zuleitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßsystem zur Maßbestimmung von Achs- oder Winkellagen beziehungsweise Positionsänderungen zwischen einem ersten und einem zweiten Element in feinwerktechnischen Geräten und Vorrichtungen, insbesondere Montagevorrichtungen in der Dentaltechnik.
Eine Montagevorrichtung, zum Beispiel für die Dentaltechnik mit einer Grundplatte, einer Montageplatte, die gegenüber einer Grundplatte in zwei Ebenen verstellbar und feststellbar ist, mit Meßskalen und Markierungen für die Verstellebenen ist aus der DE 39 21 684 bekannt. Nach der Ausgestaltung des vorgenannten Patentes sind auf den jeweiligen Längs- oder Rotationsachsen Markierungen über die Winkellage, die zum Beispiel mit Hilfe von Linsen gelesen werden können, angeordnet. Die hieraus resultierende Genauigkeit ist beschränkt. Sie orientiert sich an der Strichbreite der jeweiligen Markierungen. Dabei ist eine Genauigkeit von zirka ±0,25 bis 0,5° erreichbar.
Insbesondere für ein elektronisches Auswerten des Signals (zum Beispiel für den Computer) sind elektrooptische oder magnetische Varianten bekannt.
Bei der elektrooptischen Variante wird von einer Diode Licht ausgesandt, die von einer Empfänger-Diode aufgenommen wird und in den Zwischenraum zwischen Sende- und Empfängerdiode wird mit einem Strichcode die Anzahl der Impulse gezählt. Die Anzahl der Impulse ist dabei ein direktes Maß für das zu messende Maß. Man multipliziert dabei einfach die Anzahl der Impulse mit dem Abstand zwischen den Strichcodes. Gerade im feinwerktechnischen Bereich ist eine solche Meßanordnung nicht günstig, da auch hier nur eine Genauigkeit von ±1° erreicht wird.
Bei der magnetischen Messung wird auf der Meßstrecke eine alternierende Polarität mit definiertem Abstand aufgebracht und dies mit einem Peilsensor oder einer sonstigen Spule in induktiver Weise abgegriffen. Die hierzu bekannten Vorrichtungen sind sehr aufwendig, da in die Meßstrecke die Magnete mit unterschiedlicher Polarität eingearbeitet werden müssen und auch der Sensor sowie die Spule verhältnismäßig groß aufgebaut und deswegen zum Beispiel in feinwerktechnischen Anordnungen nicht eingesetzt werden können.
Gerade bei Meßaufnahmen von Winkellagen wird die Genauigkeit erhöht, wenn die Meßanordnung im verhältnismäßig großen Abstand vom Drehpunkt angeordnet wird. Da eine derartige Meßanordnung zum Beispiel aber in feinwerktechnischen oder feinmechanischen Konstruktionen realisiert werden muß, bestehen zum Beispiel für einen Durchmesser kleiner 25 mm keine brauchbaren Lösungen mehr beziehungsweise die Anordnungen werden zu ungenau. Die Fehlerquote liegt dabei ebenfalls bei ±1°.

Ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik hat es sich die Erfindung daher zur Aufgabe gemacht, ein Meßsystem auch im feinwerktechnischen Maßstab zur Verfügung zu stellen, das zum einen Abmessungen aufweist, die einen Einsatz in diesen feinwerktechnischen Geräten erlaubt und das zudem eine sehr hohe Genauigkeit besitzt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 16.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, daß ein Meßsystem zur Maßbestimmung von Achs- oder Winkellagen beziehungsweise Positionsänderungen zwischen einem ersten und einem zweiten Element in feinwerktechnischen Geräten und Vorrichtungen, insbesondere Montagevorrichtungen in der Dentaltechnik, zur Verfügung gestellt wird, bei dem das zweite Element relativ zum ersten Element bewegbar angeordnet ist und ein Umsetzungsmittel, welches das Maß der relativen Position beziehungsweise Posititionsänderung von erstem und zweitem Element in ein hierzu proportionales, analoges Signal umsetzt und dieses Signal einer Digitalisierungseinrichtung und dann einer Auswerte-, Anzeig- und/oder Speicherreinrichtung zuleitet.

Durch ein derartiges Meßsystem wird erreicht, daß ein elektrisch ausführbares Meßsystem für feinwerktechnische Geräte zur Verfügung gestellt wird, welches eine sehr hohe Genauigkeit erlaubt und zum anderen von ihren Abmaßen her insbesondere dazu geeignet ist, in feinwerktechnischen Geräten, die eine sehr kleine Abmessung des Meßsystems erfordern, eingesetzt zu werden. Das zu messende Maß wird analog, mit entsprechender Genauigkeit abgegriffen. Die Digitalisierung begrenzt jetzt die Genauigkeit, die aber entsprechend der Konverterbreite (16, 24 oder 32 Bit) einstellbar, und gegebenenfalls auch erhöhbar ist. Es steht somit ein elektronisch, digitalisiertes Signal hoher Genauigkeit zur Verfügung.

In einer vorteilhaften Weiterbildung dieses zuvor beschriebenen Meßsystems ist ein elektrisches Umsetzungsmittel vorgesehen ist.

Hierbei wird das Umsetzungsmittel durch eine Spannungsquelle und an den zu messenden Achsen beziehungsweise Winkellagen angeordneten elektrischen Widerständen mit veränderbarem Widerstand, deren Widerstandsänderung jeweils proportional zur Länge beziehungsweise zum Drehwinkel ist, angegeben.

Ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Umsetzungsmittel vorgesehen ist.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das optische Umsetzungsmittel auf Transmission oder Reflektion ausgerichtet ist und eine Sende- und Empfangsdiode aufweist.

Eine Weiterbildung der zuvor beschriebenen Lösung ist dadurch gekennzeichnet, daß das optische Umsetzungsmittel im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich arbeitet.

Es ist weiterhin vorgesehen, daß das elektrische beziehungsweise das optische Umsetzungsmittel über einen Frequenzgenerator gespeist wird und das aufgenommene Signal mit der eingespeisten Frequenz getriggert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das zweite Element durch ein Zwischenstück des Umsetzungsmittels zur Verfügung gestellt.

Als vorteilhaft hat sich auch herausgestellt, daß das Zwischenstück beziehungsweise das zweite Element einen Durchlaßspalt oder eine Reflektionsschicht aufweist und die Breite des Durchlaßspaltes oder der Reflektionsschicht mit dem zu messenden Maß proportional korrespondiert. Durch diese Lösungen wird insbesondere erreicht, daß mit Hilfe von wenigen und einfachen Bauelementen kleine Baugrößen erreicht werden und dennoch sehr hohe Genauigkeiten bezüglich der Meßergebnisse realisiert werden können.

In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist es vorgesehen, daß das Zwischenstück beziehungsweise das zweite Element eine Widerstandsanordnung trägt und der an der Widerstandsanordnung abgreifbare Spannungsabfall mit dem zu messenden Maß proportional korrespondiert.

Das erfindungsgemäße Meßsystem ist auch dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zueinander verschiebbar gelagert sind und die relative Verschiebung dabei das zu bestimmende Maß ist.

Entsprechend einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Elemente zueinander verdrehbar gelagert sind und die relative Verdrehung das zu bestimmende Maß ist.

Die Erfindung betrifft auch ein Meßsystem, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß das optische Umsetzungsmittel durch mindestens eine Sende-Diode, die an den abzumessenden Wegstrecken beziehungsweise Winkellagen angeordnet ist, und eine Empfänger-Diode gebildet wird, die derart angeordnet ist, daß sie die von der Sende-Diode gesendeten Signale erfasst, wenn diese entweder von einer Reflektionsschicht beziehungsweise durch mindestens einen Durchlaßspalt, die am beziehungsweise auf dem Zwischenstück zur Bestimmung der abzutastenden Wegstrecken beziehungsweise Winkellagen angeordnet sind, reflektiert werden beziehungsweise durchtreten.

Ein weiterer Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß der Durchlaßspalt beziehungsweise die Reflektionsschicht keilförmig oder sichelartig ausgebildet ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Sende- und Empfangs-Dioden auf einem einzigen Chip angeordnet sind, derart, daß die Ebene der Reflektion in der Brennebene von Sende- und Empfangs-Diode angeordnet ist. Dabei stellt diese Ausführung eine besonders vorteilhafte Weiterbildung dar, weil mit dieser Lösung insbesondere sehr kleine Baugrößen realisierbar sind.

Es wurde auch gefunden, daß es von Vorteil ist, wenn die Elemente platten- oder scheibenartig ausgebildet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen weiter beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Ausführung des erfindungsgemäßen Meßsystems mit einer auf dem Zwischenstück angeordneten Reflektionsschicht;
Fig. 2 Eine Ausführungsform der Erfindung mit einem, auf dem Zwischenstück angeordneten Durchlaßspalt;
Fig. 1a und 1b zeigen eine Ausführungssform der erfindungsgemäßen Lösung, wobei an dem Zwischenstück 6 eine Reflektionsschicht 2/2 angeordnet ist. Fig. 1a zeigt dabei schematisch die Anordnung der einzelnen Elemente des Meßsystemes. In Fig. 1b ist ausschnittmäßig die Ausbildung der Reflektionsschicht dargestellt. Eine Spannungsquelle ist an dem Oszillator beziehungsweise Frequenzgenerator 1 angeschlossen. Dieser Frequenzgenerator 1 ist mit einer Einrichtung zur Meßwerterfassung 2 verbunden. Von dem Frequenzgenerator 1 ist ein Verbindungsmittel 3 zu dem in der Nähe des Zwischenstückes 6 angeordneten Sende- beziehungsweise Strahlungssensor 1/1 geschaltet. Die ausgestrahlten Wellen treffen auf die Reflektionsschicht 2/2, wobei sie dort entsprechend der jeweiligen Winkellage in einem bestimmten Winkel reflektiert werden. Dies ist mit den beiden kleinen Pfeilen schematisch angedeutet. Reflektierende Strahlen treffen dann auf den Empfangssensor 2/1. Die aufgefangenen Signale werden über das Verbindungsmittel 3 in die Einrichtung zur Meßwerterfassung 2 geleitet. Über einen Konvertor 4 werden die empfangenen und konvertierten Signale einer Auswerte- und Speichereinrichtung 5 zugeführt. Diese Auswerte- und Speichereinrichtung 5 kann auch ein Personalcomputer sein. In der Fig. 1a ist lediglich noch einmal das Zwischenstück 6 abgebildet. Die Reflektionsschicht 2/2 ist, wie deutlich ersichtlich, keilförmig ausgebildet. Die Verstellachsen für das Zwischenstück 6 sind mit den Bezugszeichen I, II und III bezeichnet.
Fig. 2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Meßsystems. Dabei ist in dieser Ausführungsform anstelle der Reflektionsschicht 2/2 ein Durchlaßspalt 6/1 angeordnet. In Fig. 2b ist dazu ein Ausschnitt gezeigt, der die Anordnung des Durchlaßspaltes 6/1 an beziehungsweise in dem Zwischenstück 6 verdeutlicht. Die Spannungsquelle ist in dieser Ausführungsform an der Einrichtung zur Meßwerterfassung 2 angeordnet. Diese Einrichtung zur Meßwerterfassung ist dabei mit dem Frequenzgenerator 1 über Verbindungsmittel 3 verbunden.
Von dem Frequenzgenerator 1 gelangen beispielsweise Infrarotstrahlen zum Sende- beziehungsweise Strahlungssensor 1/1. Die Strahlen treffen auf das Zwischenstück 6 auf und gelangen durch den Durchlaßspalt 6/1, der sichelförmig ausgebildet ist, durch das Zwischenstück 6 hindurch und treffen dort auf den in der Nähe des Zwischenstückes angeordneten Empfangssensor 2/1. Die empfangenen Signale werden dann über Verbindungsmittel 3 zu der Einrichtung zur Meßwerterfassung 2 geleitet. Die Einrichtung zur Meßwerterfassung 2 ist ihrerseits verbunden mit dem Konvertor 4. Dies kann beispielsweise ein Analogdigitalkonverter sein, welcher über Verbindungsmittel 3 dann mit der Auswerte- und Speichereinrichtung 5 verbunden ist. Auch in dieser Ausführungsform ist selbstverständlich die Möglichkeit gegeben, als Auswerte- und Speichereinrichtung 5 einen Personalcomputer einzusetzen. Die Verstellachsen sind wie in Fig. 1 mit den Bezugszeichen I, II und III dargestellt. In der Fig. 2b ist verdeutlicht, wie der Durchlaßspalt 6/1 an dem Zwischenstück 6 angeordnet ist.
Es werden nachfolgend noch Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Meßsystemes beschrieben. In einer weiteren Ausführung ist es beispielsweise vorgesehen, daß an dem zu messenden System selbst eine zur Länge beziehungsweise zum Drehwinkel proportionale Spannung erzeugt und die Spannung hernach digitalisiert wird. Nachdem die Spannung digitalisiert ist, kann sie beispielsweise in einer ersten Möglichkeit derart genutzt werden, daß beispielsweise die Längenänderung proportional zu einer Widerstandsänderung, zum Beispiel eines Schiebewiderstandes, oder aber bei der Rotation beispielsweise zur Messung der Winkellage durch eine entsprechende Widerstandsänderung eingesetzt werden.
Eine weitere Möglichkeit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß die elektrischen Signale mit einem optischen Erfassungssystem kombiniert werden. In dem Falle wird aus einer Sende-Diode Licht ausgestrahlt, welches die veränderbaren Wegstrecken abtastet. Dabei kann entweder eine Reflektionsschicht oder ein Durchlaßspalt in Keilform, wie bereits vorbeschrieben, an den jeweils zu messenden Wegen beziehungsweise Achsen angeordnet werden. Dadurch wird erreicht, daß die Intensität, die von der Empfänger-Diode aufgenommen werden kann von dem Maß der Transmission oder von der Reflektion linear von der jeweiligen Stellung der Meßanordnung abhängig ist. Dadurch wird weiter erreicht, daß berührungslos funktionssichere Meßwerte erreicht werden, die eine direkte Proportionalität von Meßwert und abgreifbarer Spannung zur Verfügung stellen. Das vorgenannte Prinzip kann dabei sowohl für Linearbewegungen beziehungsweise Linearachsen eingesetzt werden, oder beispielsweise auch bei Drehbewegungen für Rotationsachsen.
Insbesondere bei der Bestimmung der Stellung der Rotationsachsen erhält man einen sehr platzsparenden Aufbau, wenn zum Beispiel die Sende- beziehungsweise Empfangs-Dioden auf einem einzigen Chip angeordnet sind und die Ebene der Reflektions in der Brennebene angeordnet ist. Dabei ist es wichtig, daß ein ausreichender Kontrast vorhanden ist. Dies kann beispielsweise durch die entsprechende Wahl der Wellenlänge (Infrarotstrahlung) erreicht werden.
Insbesondere auf dem Gebiet der Feinwerktechnik ist eine oder mehrere dieser Ausführungsformen besonders vorteilhaft einzusetzen. Dabei können beispielweise folgende Bauelemente einer derartigen Einrichtung gemessen werden. Dies sind beispielsweise die Stellung einer Grundplatte, einer Montageplatte, die gegenüber der Grundplatte in zwei Ebenen verstellbar und feststellbar ist. Diese kann weiterhin eine an der gleichen Montagevorrichtung angeordnete, an der Montageplatte gelagerten zweiten Achse sein, die sich im wesentlichen rechtwinklig kreuzen. Es können weiterhin gemessen werden ein elastisch zwischen den sich kreuzenden Achsen vorgesehenes und an diesem mittelbar oder unmittelbar anliegenden Zwischenstück und es ist weiterhin die Stellung der Montageplatte gegenüber der ersten wie auch der zweiten Achse durch ein zuvor beschriebenes Meßsystem bei entsprechender Anordnung der Strahlungs- und Empfangssensoren und der dazu notwendigen Reflektionsschichten beziehungsweise Elemente problemlos festzustellen.
Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind Versuche zur Formulierung ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
Merkmale, die bislang nur in der Beschreibung offenbart wurden, können im Laufe des Verfahrens als von erfindungswesentlicher Bedeutung, zum Beispiel zur Abgrenzung vom Stand der Technik beansprucht werden.

Claims

1. Meßsystem zur Maßbestimmung von Achs- oder Winkellagen beziehungsweise Positionsänderungen zwischen einem ersten und zweiten Element in feinwerktechnischen Geräten und Vorrichtungen, insbesondere Montagevorrichtungen in der Dentaltechnik, wobei das zweite Element relativ zum ersten Element bewegbar angeordnet ist und ein Umsetzungsmittel, welches das Maß der relativen Position beziehungsweise Positionsänderung von ersten und zweiten Element in ein hierzu proportionales, analoges Signal umsetzt und dieses Signal einer Digitalisierungseinrichtung (4) und dann einer Auswert-, Anzeig- und/oder Speichereinrichtung (5) zuleitet.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Umsetzungsmittel vorgesehen ist.

3. Meßsystem nach einem oder beiden der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Umsetzungsmittel durch eine Spannungsquelle und an den zu messenden Achsen beziehungsweise Winkellagen angeordneten elektrischen Widerständen mit veränderbarem Widerstand, deren Widerstandsänderung jeweils proportional zur Länge beziehungsweise Drehwinkel ist, angegeben ist.

4. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein optisches Umsetzungsmittel vorgesehen ist.

5. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Umsetzungsmittel auf Transmission oder Reflektion ausgerichtet ist und eine Sende- (1/1) und Empfangsdiode (2/1) aufweist.

6. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Umsetzungsmittel im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich arbeitet.

7. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische beziehungsweise optische Umsetzungsmittel über einen Frequenzgenerator (1) gespeist wird und das aufgenommene Signal mit der eingespeisten Frequenz getriggert wird.

8. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element ein Zwischenstück (6) des Umsetzungsmittels aufweist.

9. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (6) beziehungsweise das zweite Element einen Durchlaßspalt (6/1) oder eine Reflektionsschicht (2/2) aufweist und die Breite des Durchlaßspaltes (6/1) oder der Reflektionsschicht (2/2) mit dem zu messenden Maß proportional korrespondiert.

10. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenstück (6) beziehungsweise das zweite Element eine Widerstandsanordnung trägt und der an der Widerstandsanordnung abgreifbare Spannungsabfall mit dem zu messenden Maß proportional korrespondiert.

11. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zueinander verschiebbar gelagert sind und die relative Verschiebung das zu bestimmende Maß ist.

12. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zueinander verdrehbar gelagert sind und die relative Verdrehung das zu bestimmende Maß ist.

13. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Umsetzungsmittel durch mindestens eine Sendediode (1/1), die an den abzumessenden Wegstrecken beziehungsweise Winkellagen angeordnet ist, und eine Empfängerdiode (2/1) gebildet wird, die derart angeordnet ist, dass sie die von der Sendediode (1/1) gesendeten Signale erfasst, wenn diese entweder von einer Reflektionsschicht (2/2) beziehungsweise durch mindestens einen Durchlaßspalt (6/1), die am beziehungsweise auf dem Zwischenstück (6) zur Bestimmung der abzutastenden Wegstrecken beziehungsweise Winkellagen angeordnet sind, reflektiert werden beziehungsweise durchtreten.

14. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaßspalt (6/1) beziehungsweise die Reflektionsschicht (2/2) keilförmig oder sichelartig ausgebildet ist.

15. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende- und Empfangsdioden (1/1 und 2/1) auf einem einzigen Chip angeordnet sind, derart, dass die Ebene der Reflektion in der Brennebene von Sende- und Empfangsdiode (1/1 und 2/1) angeordnet ist.

16. Meßsystem nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente platten- oder scheibenartig ausgebildet sind.