DE102004037647A1

DE102004037647A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Messen von Winkeln und Längen

Info

Publication number: DE102004037647A1
Application number: DE200410037647
Authority: DE
Inventors: Shaoming Dr. Xinzhuang Minhang Zhu
Original assignee: Hans Einhell GmbH Industriegelande
Current assignee: Einhell Germany AG
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-03-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Winkeln und Längen. Sie sieht eine Gittereinrichtung (10) vor, die abwechselnd in bestimmten Abständen erste (11, 12) und zweite (13, 14) Gitterelemente aufweist. Ferner sind eine erste (210) und zweite (220) räumlich fest zueinander angeordnete Gitterabtasteinrichtungen vorgesehen, die relativ zur Gittereinrichtung (10) bewegbar sind und diese derart abzutasten vermögen, dass sie je nachdem, ob ein erstes (11, 12) oder zweites (13, 14) Gitterelement abgetastet wird, ein erstes bzw. zweites vorbestimmtes Signal ausgeben. Zudem ist eine Prozessoreinrichtung vorgesehen, die bezüglich einer Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung (10) und den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung (10) die Anzahl der Wechsel zwischen erstem und zweitem Signal zählt, wobei die Zählrichtung aus einem vorgegebenen Versatz der Signalwechsel für die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung abgeleitet wird. Zur Ausgabe wenigstens eines aus einem der Zählerstände abgeleiteten Signals ist eine Ausgabeeinrichtung (30) vorgesehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen von Winkeln und Längen. Die Erfindung wird in Bezug auf eine Anwendung als Winkelmesseinrichtung für eine Kappsäge beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass dies ist nicht der einzig mögliche Einsatzbereich ist. Erfindungsgemäße Vorrichtungen eignen sich zum Beispiel auch für andere Vorrichtungen, insbesondere Werkzeuge für die Winkel oder Längen zu messen und/oder einzustellen sind.

Üblicherweise werden zur dynamischen Messung von Winkeln in verschiedenen Anwendungen, insbesondere automatisierten oder digitalen Messungen, je nach Messbereich und Genauigkeitsanforderungen Potentiometer, Drehtransformatoren, Inductosyn^®-Messgeber, kapazitive, optische und magnetische Gitter sowie optische Codierer verwendet. Drehtransformatoren werden beispielsweise eingesetzt, um Winkelabweichungen im Bereich von ±60° zu messen.

Kapazitive, optische und magnetische Gitter sowie optische Codierer kommen für präzise Messungen zum Einsatz, während die Messgenauigkeit von Inductosyn^®-Messgebern und Potentiometern verhältnismäßig geringer ist.

Die bei den oben genannten Messverfahren eingesetzten Vorrichtungen sind verhältnismäßig teuer. Daneben sind die sich aus den engen mechanischen Toleranzen ergebenden Qualitätsanforderungen bei Produktion und Zusammenbau von kapazitiven, optischen und magnetischen Gittern sehr hoch.

Dies erlaubt praktisch keinen Einsatz von Vorrichtungen der obigen Art, ohne auch die Vorrichtung, für welche die Winkel- und/oder Längenmesseinrichtung eingesetzt wird, wie beispielsweise eine Kappsäge, hinsichtlich ihrer Montage und/oder ihres Aufbaus entsprechend anzupassen.

Ferner müssen im Falle der Verwendung von Potentiometern als Winkel- und/oder Längenmesseinrichtung, deren Ausgangssignal analog ist, für eine digitale Darstellung teure Analog-Digital-Umsetzer verwendet werden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige Vorrichtung sowie ein praktikables Verfahren zur Messung von Winkeln und Längen zu schaffen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Das erfindungsgemäße Verfahren ist Gegenstand des Anspruchs 19. Bevorzugte Verfahrensergänzungen, Ausführungsformen, Weiterbildungen und Verwendungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind insbesondere insofern vorteilhaft, als eine kostengünstige, robuste digitale Winkel- und Längenmessung ermöglicht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sieht wenigstens eine Gittereinrichtung vor, die entlang wenigstens einer Raumbahn abwechselnd in vorbestimmten Abständen erste und zweite Gitterelemente aufweist.

Bevorzugt handelt es sich bei den ersten Gitterelementen um Vorsprünge und bei den zweiten Gitterelementen um Lücken. Entscheidend ist jedoch, dass sich die ersten und die zweiten Gitterelemente in wenigstens einer erfassbaren Eigenschaft unterscheiden. Beispielsweise können sich die ersten und zweiten Gitterelemente auch hinsichtlich ihrer Farbe oder ihres Reflexionsvermögens unterscheiden.

Weiterhin sind erfindungsgemäß wenigstens eine erste und zweite Gitterabtasteinrichtung vorgesehen, wobei die Gitterabtasteinrichtungen und die Gittereinrichtung relativ zu einander bewegbar sind und wobei die Gitterabtasteinrichtungen geeignet sind, wenigstens ein erstes Signal auszugeben, wenn im Wesentlichen ein erstes Gitterelement abgetastet wird und wenigstens ein zweites Signal auszugeben, wenn im Wesentlichen ein zweites Gitterelement abgetastet wird. Dabei sind die Gitterabtasteinrichtungen räumlich fest bezüglich einander angeordnet.

Erfindungsgemäß ist bei Anordnung der ersten Gitterabtasteinrichtung in einer ersten Lage zu einem vorbestimmten zweiten Gitterelement die zweite Gitterabtasteinrichtung vorbestimmt räumlich versetzt zur ersten Lage bezüglich des gleichen oder eines weiteren vorbestimmten zweiten Gitterelements.

Zudem weist die erfindungsgemäße Vorrichtung wenigstens eine mit den Gitterabtasteinrichtungen signalverbundene Prozessoreinrichtung auf, die wenigstens bezüglich einer Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung und den Gitterabtasteinrichtungen bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung die Anzahl der Wechsel zwischen erstem und zweitem Signal zählt, wobei die Zählrichtung aus dem Versatz der Signalwechsel für die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung abgeleitet wird.

Bevorzugt wird entweder ein erstes oder ein zweites Signal ausgegeben, wobei jeder Relativposition zwischen der Gittereinrichtung und der ersten bzw. zweiten Gitterabtasteinrichtung genau ein Signal zugeordnet ist.

Erfindungsgemäß ist weiterhin wenigstens eine Ausgabeeinrichtung vorgesehen, die mit der Prozessoreinrichtung signalverbunden und zur Ausgabe wenigstens eines aus einem der Zählerstände abgeleiteten Signals geeignet ist.

Bevorzugt kommen als Ausgabeeinrichtung kostengünstige optische digitale Anzeigeeinrichtungen zum Einsatz, wie beispielsweise LCD Displays, LED-Skalen- oder 7-Segmentanzeigen.

Wegen der üblicherweise geringen Relativgeschwindigkeit zwischen Gittereinrichtung und Gitterabtasteinrichtungen beim Einstellen werden als Prozessoreinrichtungen bevorzugt kostengünstige integrierte Standard-Mikroprozessoren mit niedrigen Verarbeitungstaktraten von weniger als 4 kHz verwendet.

Als Gittereinrichtung wird im Rahmen der Erfindung eine Einrichtung verstanden, die entlang wenigstens einer Raumbahn abwechselnd in vorbestimmten Abständen durch geeignete Sensoren erfassbar unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Bevorzugt alterniert dabei die von den Sensoren erfassbare Messgröße, durch welche sich die Eigenschaft charakterisieren lässt, zwischen einem hohen und einem niedrigen Wert, um die Abtastfehlerwahrscheinlichkeit zu minimieren.

Gitterabtasteinrichtungen im Sinne der Erfindung sind Sensoren, welche diese unterschiedlichen Eigenschaften der Gittereinrichtung erfassen und damit erste von zweiten Gitterelementen unterscheiden können.

Der durch den hohen Wert der Messgröße charakterisierte Abschnitt der Gittereinrichtung bildet in bevorzugten Ausführungsformen ein erstes Gitterelement im Sinne der vorliegenden Erfindung, während der durch den niedrigen Wert der Messgröße charakterisierte Abschnitt der Gittereinrichtung ein zweites Gitterelement darstellt.

Vorzugsweise unterscheiden sich die ersten Gitterelemente und zweiten Gitterelemente der Gittereinrichtung in wenigstens einer von den Gitterabtasteinrichtungen abtastbaren Eigenschaft, bevorzugt einer physikalischen Eigenschaft, die aus einer Gruppe von Eigenschaften ausgewählt ist, welche Transmissivität, Reflektivität, Permeabilität, Dielektrizität, Resitivität und dergleichen enthält.

Besonders bevorzugt kommen kostengünstig herzustellende mittels Lichtschrankeneinrichtungen als optischen Schaltern optisch abtastbare Gittereinrichtungen zum Einsatz. Bevorzugt können diese beispielsweise in einfacher Weise durch Ausstanzen aus Metallblech oder auch durch Spritzguss aus nicht transparentem Kunststoff hergestellt werden.

Dabei sind einerseits Ausführungsformen denkbar, bei denen die Gitterabtasteinrichtungen bzw. Komponenten der Gitterabtasteinrichtungen beidseitig bezüglich der Gittereinrichtung angeordnet sind, wie z. B. im Falle von Lichtschrankeneinrichtungen mit auf einer Seite der Gittereinrichtung angeordnetem Sender und auf der anderen Seite der Gittereinrichtung angeordnetem Empfänger, also auf unterschiedlicher Transmissivität von erstem und zweitem Gitterelement beruhende Ausführungsformen. Bevorzugt sind dabei die ersten Gitterelemente lichtabsorbierend.

Andererseits können Ausführungsformen bevorzugt sein, bei denen die Gitterabtasteinrichtungen bzw. Komponenten der Gitterabtasteinrichtungen nur auf einer Seite der Gittereinrichtung angeordnet sind, wie z. B. im Falle von Lichtschrankeneinrichtungen mit auf der gleichen Seite der Gittereinrichtung angeordnetem Sender und Empfänger, also auf unterschiedlicher Reflektivität von erstem und zweitem Gitterelement beruhende Ausführungsformen.

Hier ist auch denkbar, im Falle von Aussparungen als zweiten Gitterelementen, dass der auf der bzgl. der Lichtschrankeneinrichtungen anderen Seite der Gittereinrichtung angeordnete Körper eine andere Reflektivität als die ersten Gitterelemente aufweist, so z. B bei absorbierenden ersten Gitterelementen ein spiegelartiger Hintergrund der Gittereinrichtung oder auch umgekehrt bei spiegelartigen ersten Gitterelementen ein absorbierender Hintergrund der Gittereinrichtung.

Andere bevorzugte Ausführungsformen verwenden magnetische Gittereinrichtungen, wobei sich erste und zweite Gitterelemente in der magnetischen Flussdichte unterscheiden, welche von hallsondenartigen Gitterabtasteinrichtungen abgetastet werden kann.

Bevorzugt können Staubschutzeinrichtungen oder Selbstreinigungseinrichtungen wie z. B. Bürsten vorgesehen sein, welche die Gittereinrichtung und Gitterabtasteinrichtungen vor einem Funktionsausfall beispielsweise durch von Staub verdeckten Lichtschrankensendern bzw. – empfängern oder verstopften lückenartigen zweiten Gitterelementen bewahren.

Vorzugsweise ist die Gittereinrichtung ortsfest an der Lagereinrichtung der winkel- oder längeneinstellbaren Teileinheit der Vorrichtung, für welche die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz kommt, bevorzugt eines Werkzeugs, wie z. B. an der Winkeleinstellungswelle einer Kappsäge befestigt.

In anderen bevorzugten Ausführungsformen können jedoch auch zwischen der winkel- oder längeneinstellbaren Teileinheit und der Gittereinrichtung Getriebeeinrichtungen vorgesehen sein, beispielsweise um durch Übersetzungsgetriebe, deren vorbestimmtes Übersetzungsverhältnis bei der Berechnung der die Relativbewegung charakterisierenden Messgröße in der Prozessoreinrichtung berücksichtigt wird, höhere Messbereichsauflösungen zu erzielen.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann sich ein vorbestimmtes zweites Gitterelement aus seiner Position in Referenzlage auf einer im Wesentlichen kreisbogenförmigen Bahn bezüglich der Gitterabtasteinrichtungen bewegen, wobei das aus wenigstens einem der Zählerstände abgeleitete Signal wenigstens der Winkel des Kreisbogens zwischen aktuellen Position des vorbestimmten zweiten Gitterelements bezüglich seiner Position in Referenzlage ist.

In diesem Fall ordnet bevorzugt die Prozessoreinrichtung einem vorgegebenen Zählerstand bzw. einer vorgegebenen Anzahl von Signalen einen bestimmten Winkel zu.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann sich ein vorbestimmtes zweites Gitterelement aus seiner Position in Referenzlage auf einer im Wesentlichen geradlinigen Bahn bezüglich der Gitterabtasteinrichtungen bewegen, wobei das aus wenigstens einem der Zählerstände abgeleitete Signal wenigstens die Länge des Abstands des vorbestimmten zweiten Gitterelements zur seiner Position in Referenzlage ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine dritte Gitterabtasteinrichtung vorgesehen, welche dazu geeignet ist – bevorzugt in der Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung einerseits und der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtung andererseits – über ein Rücksetzsignal die Zählerstände der Prozessoreinrichtung zurückzusetzen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weisen die ersten und zweiten Gitterelemente einen vorbestimmten im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander auf.

Denkbar sind jedoch auch Ausführungsformen mit sich vorbestimmt ändernden Abständen zwischen ersten und zweiten Gitterelementen, um beispielsweise auf einfache Weise anwendungsspezifische Vorskalierungen der Längen- oder Winkeleinstellungen zu realisieren.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Gittereinrichtung als zweireihiger Zahnträger ausgeführt, wobei die ersten und zweiten Gitterelemente durch Zähne bzw. Zahnlücken gebildet werden und die Zahnreihen bevorzugt gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um einen Bruchteil einer halben Zahnbreite und besonders bevorzugt um eine Viertelzahnbreite oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Zahnbreite zuzüglich einer weiteren Viertelzahnbreite.

Die Prozessoreinrichtung ist dazu geeignet, aus dem sich daraus ergebenden entsprechenden zeitlichen Versatz der Wechsel der Abtastsignale der ersten hinsichtlich der zweiten Gitterabtasteinrichtung die Richtung der Bewegung der Gittereinrichtung zu ermitteln. ' In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Gittereinrichtung als einreihiger Zahnträger ausgeführt, wobei die ersten und zweiten Gitterelemente durch Zähne bzw. Zahnlücken gebildet werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Zahnträger geradlinig ausgebildet und eignet sich in dieser Ausführungsform insbesondere zur Längenmessung.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Zahnträger bogenförmig, bevorzugt kreisbogenförmig ausgebildet und eignet sich in dieser Ausführungsform insbesondere zur Winkelmessung.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weisen die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung wenigstens einen im Wesentlichen U-förmigen Abschnitt auf, und sind so bezüglich der Gittereinrichtung angeordnet, dass wenigstens jeweils ein Abschnitt der Gittereinrichtung im Wesentlichen innerhalb der U-förmigen Abschnitte angeordnet. Bevorzugt werden bestimmte Abschnitte der Gittereinrichtung während einer Relativbewegung zwischen Gitterabtasteinrichtungen und Gittereinrichtung innerhalb der U-förmigen Abschnitte geführt.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist bei einer Relativbewegung zwischen Gitterabtasteinrichtungen und einem zweireihigen Zahnträger als Gittereinrichtung wenigstens ein Abschnitt der ersten Zahnreihe im Wesentlichen innerhalb des U-förmigen Abschnitts der ersten Gitterabtasteinrichtung und wenigstens ein Abschnitt der zweiten Zahnreihe innerhalb des U-förmigen Abschnitts der zweiten Gitterabtasteinrichtung angeordnet, wobei die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung bzgl. eines vorbestimmten Zahns einer Zahnreihe senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zahnträgers im Wesentlichen fluchtend angeordnet sind.

In dieser Ausführungsform wird der Versatz der Abtastsignalwechsel der ersten bzgl. der zweiten Gitterabtasteinrichtung bevorzugt über den Versatz der ersten und zweiten Zahnreihe gegeneinander erzielt, welche bevorzugt eine Viertelzahnbreite beträgt. Dies führt zu im Wesentlichen 90°-phasenverscho-benen Ausgangssignalverläufen der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtung, aus denen die Prozessoreinrichtung eine Bewegungsrichtung besonders gut ableiten kann.

Es sind jedoch auch Ausführungsformen denkbar, in denen sowohl die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung als auch die erste und zweite Zahnreihe gegeneinander versetzt sind. Dabei muss jedoch der Fall vermieden werden, der zu im Wesentlichen inversphasigen Ausgangssignalverläufen der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtung führt, aus denen die Prozessoreinrichtung keine Bewegungsrichtung mehr ableiten kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist bei einer Relativbewegung zwischen Gitterabtasteinrichtungen und einem einreihigen Zahnträger als Gittereinrichtung wenigstens ein Abschnitt der Zahnreihe im Wesentlichen innerhalb der U-förmigen Abschnitte der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtungen angeordnet, wobei die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung parallel zur Bewegungsrichtung des Zahnträgers gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um einen Bruchteil einer halben Zahnbreite und besonders bevorzugt um eine Viertelzahnbreite oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Zahnbreite zuzüglich einer weiteren Viertelzahnbreite.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist wenigstens eine der Gitterabtasteinrichtungen eine optische Abtasteinrichtung auf, bevorzugt wenigstens eine Lichtschrankeneinrichtung, die vorzugsweise zwischen den Flanken des U-förmigen Abschnitts angeordnet ist.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist bei im Wesentlichen kreisbogenförmiger Gittereinrichtung bezüglich der Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung und den Gitterabtasteinrichtungen bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung ein Winkelintervall von –180° bis +180°, bevorzugt –60° bis +60° und besonders bevorzugt von –45° bis +45° überstreichbar.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegt bei im Wesentlichen kreisbogenförmiger Gittereinrichtung der Winkelabstand α zwischen den Mitten benachbarter erster und zweiter Gitterelemente im Intervall ] 0°; 10° ], bevorzugt im Intervall ] 0°; 2° ] und besonders bevorzugt im Intervall ] 0°; 0,5° ].

In einer bevorzugten Ausführungsform ist bei im Wesentlichen geradliniger Gittereinrichtung bezüglich der Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung und den Gitterabtasteinrichtungen bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung ein Längenintervall von –200 mm bis +200 mm, bevorzugt –100 mm bis +100 mm und besonders bevorzugt von –50 mm bis +50 mm überstreichbar.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt bei im Wesentlichen geradliniger Gittereinrichtung der Abstand zwischen den Mitten benachbarter erster und zweiter Gitterelemente im Intervall ] 0; 10 mm ], bevorzugt im Intervall ] 0; 5 mm ] und besonders bevorzugt im Intervall ] 0; 1 mm].

Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Messen von Winkeln und Längen gerichtet, welches wenigstens die folgenden Schritte umfasst:

• Ausführen einer Relativbewegung zwischen wenigstens einer Gittereinrichtung, die entlang wenigstens einer Raumbahn abwechselnd in vorbestimmten Abständen erste und zweite Gitterelemente aufweist, sowie eine erste und zweite Gitterabtasteinrichtung, wobei die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung räumlich fest bezüglich einander angeordnet sind;
• Abtastung der Gittereinrichtung durch die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung;
• Ausgabe eines erstes Signals bei Abtastung im Wesentlichen eines ersten Gitterelements bzw. Ausgabe eines zweiten Signals bei Abtastung im Wesentlichen eines zweites Gitterelements, wobei bei Anordnung der ersten Gitterabtasteinrichtung in einer ersten Lage zur einem vorbestimmten zweiten Gitterelement die zweite Gitterabtasteinrichtung vorbestimmt räumlich versetzt zur ersten Lage bezüglich des gleichen oder eines weiteren vorbestimmten zweiten Gitterelements ist;
• Ableitung einer Zählrichtung aus dem Versatz der Signalwechsel für die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung;
• Zählen der Anzahl der Wechsel zwischen erstem und zweitem Signal bezüglich einer Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung und den Gitterabtasteinrichtungen bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung durch wenigstens eine mit den Gitterabtasteinrichtungen signalverbundene Prozessoreinrichtung;
• Ausgabe wenigstens eines aus einem der Zählerstände abgeleiteten Signals auf wenigstens einer mit der Prozessoreinrichtung signalverbundenen Ausgabeeinrichtung.

Weitere Vorteile und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele und den beiliegenden Zeichnungen.

Darin zeigen:
1 eine perspektivische Ausschnittsansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Winkelmessung;
2 eine schematische Darstellung der Ausgangssignale der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtungen gemäß 1;
3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Winkelmessung.
In 1 ist ein perspektivischer Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Messen von Winkeln dargestellt. Die erfindungsgemäße Gittereinrichtung 10 ist hier als – beispielsweise durch Ausstanzen aus einem ebenen Metallblech geformter – kreisbogenförmiger zweireihiger Zahnträger ausgeführt.
Dabei sind die jeweils gleich breiten Zahnlücken 13 und Zähne 11 der in 1 oberen Zahnreihe mit im Wesentlichen rechteckigem Querschnitt, gegenüber den in gleicher Weise geformten Zahnlücken 14 und Zähne 12 der unteren Zahnreihe um eine Viertelzahnbreite nach links versetzt. Die Zähne 11, 12 und Zahnlücken 13, 14 bilden in dieser Ausführungsform die erfindungsgemäßen ersten und zweiten Gitterelemente.
In der Perspektive nach 1 rechts oben ist die erste Gitterabtasteinrichtung 210 gezeigt, welche mit ihrem U-förmigen Abschnitt 212 einen Zahn 11 der oberen Zahnreihe zu über die Hälfte seiner Länge umgreift, ohne ihn jedoch zu berühren. Spiegelbildlich entsprechend ist die zweite Gitterabtasteinrichtung 220 mit ihrem U-förmigen Abschnitt 222 bezüglich der unteren Zahnreihe angeordnet.
Zur Ermittlung der Drehrichtung der Gittereinrichtung 10 sind bei im Ausführungsbeispiel gemäß 1 bereits gegeneinander versetzten oberen und unteren Zahnreihe der Gittereinrichtung 10, die Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 bezüglich einer geometrischen Senkrechten auf die durch den Pfeil P gekennzeichneten Bewegungsrichtung der Gittereinrichtung 10 zwischen den Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 im Wesentlichen fluchtend angeordnet.
Während die Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 mittels der Befestigungseinrichtungen 216 und 226 ortsfest angeordnet ist, kann sich die Gittereinrichtung 10 längs ihres zentralen Stegs auf einer kreisbogenförmigen Bahn zwischen den Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 relativ zu diesen bewegen. Dazu ist sie beispielsweise über zwei seitliche Schenkel 161, 162 analog zu 3, im Mittelpunkt 165 des Kreisbogens drehbar gelagert.
Beide Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 verfügen über eine zwischen den Schenkeln ihrer U-förmigen Abschnitte orientierte Lichtschrankenstrecke, um je nachdem, ob im U-förmigen Abschnitt gerade ein Zahn 11, 12 oder eine Zahnlücke 13, 14 angeordnet ist, ein erstes bzw. zweites Signal auszugeben.
Diese Signale werden einer nicht dargestellten Prozessoreinrichtung zugeführt. Die Prozessoreinrichtung verfügt über zwei Zähler, um die Anzahl der Signalwechsel zwischen erstem und zweitem Signal bei einer Drehung der Gittereinrichtung 10 gegenüber den fest angeordneten Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 ausgehend von einer Referenzwinkelstellung der Gittereinrichtung 10 für beide Gitterabtasteinrichtungen 210, 220 getrennt zu zählen.
Da die Zähne 11, 12 und Zahnlücken 13, 14 bezüglich einander einen bestimmten bekannten Winkel α der kreisbogenförmigen Gittereinrichtung 10 einnehmen, kann über die Prozessoreinrichtung durch einfache Multiplikation der Anzahl mit Bezug auf die Referenzwinkelstellung überstrichenen Zähne bzw. Zahnlücken der insgesamt diesbezüglich überstrichene Winkel berechnet werden.
Die Ausgabe des so bestimmten Winkels kann über eine verbundene Ausgabeeinrichtung, wie z. B. die in 3 dargestellte, aus kostengünstigen 7-Segment-LED-Elementen 35 bestehende Digitalanzeige 30 erfolgen.
Dabei leitet die Prozessoreinrichtung aus dem sich aus dem örtlichen Versatz der oberen und unteren Zahnreihen ergebenden zeitlichem Versatz der Abtastsignalwechsel für die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung 210, 220 mittels einer geeigneten Logikschaltung die Drehrichtung der Gittereinrichtung 10 ab. Über die ermittelte Drehrichtung wird das Vorzeichen der Winkeländerung bestimmt und die Zählrichtung für die beiden Signalwechselzähler entsprechend festgelegt.
Wird die Gittereinrichtung 10 in 1 gegen den Uhrzeigersinn gedreht, detektiert die Lichtschrankeneinrichtung der zweiten Gitterabtasteinrichtung 220 immer zeitlich vor jener der ersten Gitterabtasteinrichtung 210 eine Zahnlücke. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn hingegen detektiert immer die Lichtschrankeneinrichtung der ersten Gitterabtasteinrichtung 210 zeitlich vor jener der zweiten Gitterabtasteinrichtung 220 die Zahnlücke.
Genauer gesagt detektiert bei einer Drehung mit konstanter Geschwindigkeit entgegen dem Uhrzeigersinn die erste Gitterabtasteinrichtung 210 in relativ kurzem zeitlichen Abstand vor der zweiten Gitterabtasteinrichtung 220 eine Zahnlücke, während umgekehrt die zweite Gitterabtasteinrichtung 220 in relativ kurzem zeitlichen Abstand nach der ersten Gitterabtasteinrichtung 210 die Zahnlücke detektiert. Bei einer Drehung im Uhrzeigersinn kehren sich die jeweiligen zeitlichen Abstände um, so dass auf diese Weise die Drehrichtung ermittelt werden kann.
In 2 sind die zeitlichen Verläufe der Ausgangssignale der Lichtschrankeneinrichtung der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtung 210, 220 für den Fall einer Drehung der Gittereinrichtung 10 gegen den Uhrzeigersinn dargestellt. Darin zeigt der untere Signalverlauf 112 den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals der Lichtschrankeneinrichtung der zweiten Gitterabtasteinrichtung 220, bei dem der Wechsel von niedrigem auf hohen Signalwert, wenn also das zweite Gitterelement das Licht passieren lässt entsprechend des Rechtsversatzes der unteren gegenüber der oberen Zahnreihe, immer zeitlich vor dem entsprechenden Wechsel des Signals der Lichtschrankeneinrichtung der oberen ersten Gitterabtasteinrichtung 210 erfolgt, wie der entsprechende Signalverlauf 111 verdeutlicht.
Zudem zeigt 2 im untersten Signalverlauf ein Rücksetzsignal 150, durch welches die Signalwechselzähler der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtung auf 0 zurückgesetzt werden können.
Im Ausführungsbeispiel gemäß 3 wird das Rücksetzsignal von der dritten Gitterabtasteinrichtung 215 erzeugt, sobald diese beispielsweise über eine weitere Lichtschrankeneinrichtung die mittig in dem kreisbogenförmigen Trägerteil 16 der Gittereinrichtung 10 vorgesehene Öffnung 115 detektiert. Die Öffnung 115 markiert damit die Referenzlage zwischen Gittereinrichtung 10 und der ersten und zweiten Gitterabtasteinrichtung 210, 220, von der aus die Winkelstellung der Gittereinrichtung 10 gemessen wird. Alternativ kann auch ein erstes oder zweites Gitterelement besonders gestaltet sein, um das Rücksetzsignal zu bewirken.

Claims

Vorrichtung zum Messen von Winkeln und Längen, insbesondere für Kapp- und Gehrungssägen, mit: wenigstens einer Gittereinrichtung (10), die entlang wenigstens einer Raumbahn abwechselnd in vorbestimmten Abständen erste (11, 12) und zweite Gitterelemente (13, 14) aufweist, wenigstens einer ersten (210) und zweiten (220) Gitterabtasteinrichtung, wobei die Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) und die Gittereinrichtung (10) relativ zu einander bewegbar sind und wobei die Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) geeignet sind, wenigstens ein erstes Signal auszugeben, wenn im Wesentlichen ein erstes Gitterelement (11, 12) abgetastet wird und wenigstens ein zweites Signal auszugeben, wenn im Wesentlichen ein zweites Gitterelement (13, 14) abgetastet wird, wobei die Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) räumlich fest bezüglich einander angeordnet sind, wobei bei Anordnung der ersten Gitterabtasteinrichtung (210) in einer ersten Lage zu einem vorbestimmten zweiten Gitterelement (13, 14) die zweite Gitterabtasteinrichtung (220) vorbestimmt räumlich versetzt zur ersten Lage bezüglich des gleichen oder eines weiteren vorbestimmten zweiten Gitterelements (13, 14) angeordnet ist, und wenigstens einer mit den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) signalverbunden Prozessoreinrichtung, die wenigstens bezüglich einer Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung (10) und den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung (10) die Anzahl der Wechsel zwischen erstem und zweitem Signal zählt, wobei die Zählrichtung aus dem Versatz der Signalwechsel für die erste und zweite Gitterabtasteinrichtung (210, 220) abgeleitet wird, sowie wenigstens einer Ausgabeeinrichtung (30), die mit der Prozessoreinrichtung signalverbunden und zur Ausgabe wenigstens eines aus einem der Zählerstände abgeleiteten Signals geeignet ist.
Vorrichtung, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein vorbestimmtes zweites Gitterelement (13, 14) aus seiner Position in Referenzlage auf einer im Wesentlichen kreisbogenförmigen Bahn bezüglich der Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bewegen kann und das aus wenigstens einem der Zählerstände abgeleitete Signal wenigstens der Winkel des Kreisbogens zwischen aktuellen Position des vorbestimmten zweiten Gitterelements (13, 14) bezüglich seiner Position in Referenzlage ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein vorbestimmtes zweites Gitterelement (13, 14) aus seiner Position in Referenzlage auf einer im Wesentlichen geradlinigen Bahn bezüglich der Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bewegen kann und das aus wenigstens einem der Zählerstände abgeleitete Signal wenigstens die Länge des Abstands des vorbestimmten zweiten Gitterelements (13, 14) zur seiner Position in Referenzlage ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (11, 12) und zweiten (13, 14) Gitterelemente der Gittereinrichtung (10) sich in wenigstens einer von den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) abtastbaren Eigenschaft, bevorzugt einer physikalischen Eigenschaft unterscheiden, die aus einer Gruppe von Eigenschaften ausgewählt ist, welche Transmissivität, Reflektivität, Permeabilität, Dielektrizität, Resitivität und dergleichen enthält.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine dritte Gitterabtasteinrichtung (215) vorgesehen ist, welche dazu geeignet ist – bevorzugt in der Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung (10) einerseits und der ersten (210) und zweiten (220) Gitterabtasteinrichtung anderseits – über ein Rücksetzsignal die Zählerstände der Prozessoreinrichtung zurückzusetzen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten (11, 12) und zweiten (13, 14) Gitterelemente einen vorbestimmten im Wesentlichen konstanten Abstand voneinander aufweisen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gittereinrichtung (10) als zweireihiger Zahnträger ausgeführt ist, wobei die ersten (11, 12) und zweiten (13, 14) Gitterelemente durch Zähne und Zahnlücken gebildet werden und die Zahnreihen bevorzugt gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um einen Bruchteil einer halben Zahnbreite und besonders bevorzugt um eine Viertelzahnbreite oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Zahnbreite zuzüglich einer weiteren Viertelzahnbreite.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gittereinrichtung (10) als einreihiger Zahnträger ausgeführt ist, wobei die ersten (11, 12) und zweiten (13, 14) Gitterelemente durch Zähne und Zahnlücken gebildet werden.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnträger geradlinig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnträger bogenförmig, bevorzugt kreisbogenförmig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung wenigstens einen im Wesentlichen U-förmigen Abschnitt (212, 222) aufweisen, und so bezüglich der Gittereinrichtung (10) angeordnet sind, dass wenigstens jeweils ein Abschnitt der Gittereinrichtung (10) im Wesentlichen innerhalb der U-förmigen Abschnitte (212, 222) angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Relativbewegung zwischen Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) und einem zweireihigen Zahnträger als Gittereinrichtung (10) wenigstens ein Abschnitt der ersten Zahnreihe im Wesentlichen innerhalb des U-förmigen Abschnitts (212) der ersten Gitterabtasteinrichtung (210) und wenigstens ein Abschnitt der zweiten Zahnreihe innerhalb des U-förmigen Abschnitts (222) der zweiten Gitterabtasteinrichtung (220) angeordnet ist, wobei die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung bzgl. eines vorbestimmten Zahns einer Zahnreihe senkrecht zur Bewegungsrichtung des Zahnträgers im Wesentlichen fluchtend angeordnet sind.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Relativbewegung zwischen Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) und einem einreihigen Zahnträger als Gittereinrichtung (10) wenigstens ein Abschnitt der Zahnreihe im Wesentlichen innerhalb der U-förmigen Abschnitte (212, 222) der ersten (210) und zweiten (220) Gitterabtasteinrichtungen angeordnet ist, wobei die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung parallel zur Bewegungsrichtung des Zahnträgers gegeneinander versetzt sind, vorzugsweise um einen Bruchteil einer halben Zahnbreite und besonders bevorzugt um eine Viertelzahnbreite oder ein ganzzahliges Vielfaches einer Zahnbreite zuzüglich einer weiteren Viertelzahnbreite.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) eine optische Abtasteinrichtung aufweist, bevorzugt wenigstens eine Lichtschrankeneinrichtung, die vorzugsweise zwischen den Flanken des U-förmigen Abschnitts (212, 222) angeordnet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Wesentlichen kreisbogenförmiger Gittereinrichtung (10) bezüglich der Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung (10) und den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung (10) ein Winkelintervall von –180° bis +180°, bevorzugt –60° bis +60° und besonders bevorzugt von –45° bis +45° überstreichbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Wesentlichen kreisbogenförmiger Gittereinrichtung (10) der Winkelabstand α zwischen den Mitten benachbarter erster (11, 12) und zweiter (13, 14) Gitterelemente im Intervall ] 0°; 10° ], bevorzugt im Intervall ] 0°; 2° ] und besonders bevorzugt im Intervall ] 0°; 0,5° ] liegt.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Wesentlichen geradliniger Gittereinrichtung (10) bezüglich der Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung (10) und den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung (10) ein Längenintervall von –200 mm bis +200 mm, bevorzugt –100 mm bis +100 mm und besonders bevorzugt von –50 mm bis +50 mm überstreichbar ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei im Wesentlichen geradliniger Gittereinrichtung (10) der Abstand zwischen den Mitten benachbarter erster (11, 12) und zweiter (13, 14) Gitterelemente im Intervall ] 0; 10 mm ], bevorzugt im Intervall ] 0; 5 mm ] und besonders bevorzugt im Intervall ] 0; 1 mm] liegt.
Verfahren zum Messen von Winkeln und Längen, insbesondere für Kapp- und Gehrungssägen, mit den Schritten: • Ausführen einer Relativbewegung zwischen wenigstens einer Gittereinrichtung (10), die entlang wenigstens einer Raumbahn abwechselnd in vorbestimmten Abständen erste (11, 12) und zweite (13, 14) Gitterelemente aufweist, sowie einer ersten (210) und zweiten (220) Gitterabtasteinrichtung, wobei die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung räumlich fest bezüglich einander angeordnet sind; • Abtastung der Gittereinrichtung (10) durch die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung; • Ausgabe eines erstes Signals bei Abtastung im Wesentlichen eines ersten (11, 12) Gitterelements bzw. Ausgabe eines zweiten Signals bei Abtastung im Wesentlichen eines zweites (13, 14) Gitterelements, wobei bei Anordnung der ersten Gitterabtasteinrichtung (210) in einer ersten Lage zu einem vorbestimmten zweiten Gitterelement (13, 14) die zweite (220) Gitterabtasteinrichtung vorbestimmt räumlich versetzt zur ersten Lage bezüglich des gleichen oder eines weiteren vorbestimmten zweiten Gitterelements (13, 14) ist; • Ableitung einer Zählrichtung aus dem Versatz der Signalwechsel für die erste (210) und zweite (220) Gitterabtasteinrichtung; • Zählen der Anzahl der Wechsel zwischen erstem und zweitem Signal bezüglich einer Referenzlage zwischen der Gittereinrichtung (10) und den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) bei einer Relativbewegung der Gittereinrichtung (10) durch wenigstens eine mit den Gitterabtasteinrichtungen (210, 220) signalverbundene Prozessoreinrichtung; • Ausgabe wenigstens eines aus einem der Zählerstände abgeleiteten Signals auf wenigstens einer mit der Prozessoreinrichtung signalverbundenen Ausgabeeinrichtung (30).
Kappsäge mit wenigstens einer Vorrichtung zum Messen von Winkelstellungen der Säge gegenüber wenigstens einer Referenzebene, dadurch gekennzeichnet, dass diese wenigstens eine Vorrichtung zum Messen von Winkeln nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.