DE102006025012B3 - Absolut codiertes Wegmesssystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein absolut codiertes Wegmesssystem, welches sich insbesondere für den Einsatz bei großen Temperaturschwankungen eignet. Das Wegmesssystem umfasst eine Bewegungseinheit, welche in einer Linearführung (02) relativ zu einem Grundkörper (01) verschiebbar gelagert ist und ein Codelineal (11) besitzt, das einen absolut codierten Maßstab trägt. Weiterhin ist eine Decodereinheit (14) vorgesehen, welche das Codelineal (11) abtastet und einen auf dem Codelineal (11) am Messpunkt abgebildeten Abstandscode dekodiert. Die Bewegungseinheit besitzt weiterhin einen Taststab (08), und einen Schlitten (06), wobei das Codelineal (11) und der Taststab (08) an dem Schlitten (06) montiert sind. Die Materialien für den Grundkörper (01), den Taststab (08), das Codelineal (11) und den Schlitten (06) sind derart gewählt, dass zumindest eine teilweise Kompensation der temperaturbedingten Längenänderung der Bestandteile des Messsystems erfolgt.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Wegmesssystem zur absoluten Längenmessung, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, welches insbesondere für den Einsatz im Außenbereich unter den dabei auftretenden Temperaturschwankungen von ca. –35°C bis ca. +60°C geeignet ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschieden Wegmesssysteme und Messprinzipien bekannt. Im Mikrometer- bis Zentimeterbereich (zu vermessende Längenänderung) haben sich induktive, kapazitive, optische und taktile Prinzipen bewährt. Die Auswahl des geeigneten Messprinzips hängt dabei entscheidend von der jeweiligen Messaufgabe ab.
  • Neben immer größer werdenden Ansprüchen an die Robustheit des Sensors und die Geschwindigkeit der Messung liegt die Hauptanforderung an ein Messsystem natürlich immer in einer möglichst geringen Messunsicherheit der Messergebnisse.
  • Aus der EP 0 660 085 B1 ist beispielsweise ein absolutes Positionsmesssystem bekannt, bei dem ein lichtdurchlässiges Codelineal ein Strichcodeträger ist, der mehrere parallel zueinander verlaufende Striche trägt, welche eine Winkelneigung gegenüber der Messrichtung aufweisen. Ein Sensorarray erfasst durch die Abtastung des Strichcodes senkrecht zur Messrichtung verschiedene Helligkeitswerte, aus deren Folge ein die Position abbildendes Analogsignal gebildet wird.
  • Die DE 34 27 067 C2 beschreibt ebenfalls ein optisches Längenmessverfahren, bei welchem als Codelineal allerdings ein seriell codierter Maßstab verwendet wird, bei dem die codierten Marken Strichcodierungen und die Maßstabsstriche Elemente der Strichkodierungen sind. Die Abtastung des Codelineals erfolgt in Messrichtung, indem mindestens eine Strichcodierung und ein Maßstabstrich erfasst und ausgewertet werden. Die Strichkodierungen beinhalten die vollständige Information der Lageposition des zugehörigen Maßstabsstriches und zusätzliche Informationen, die eine Lesefehlererkennung und eventuelle Fehlerkorrektur ermöglichen.
  • Aus dem Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, das Codelineal mit inkrementalen oder absoluten Strichmaßstäben zu versehen. Codelineale mit absolut codierten Strichmaßstäben weisen mehrere Spuren auf, die entsprechend codiert, den momentanen Abstand zum Nullpunkt des Lineals angeben. Als Lineal werden Glasmaßstäbe oder Metallmaßstäbe mit Goldbedampfung verwendet, die feinste Auflösung beträgt hier etwa 2 bis 5 μm. Die Abtastung erfolgt quer zur Messrichtung. Ein Vorteil der absolut codierten Maßstäbe liegt darin, dass der Messwert nur durch die Maßverkörperung an der Messstelle gegeben ist. Die Wahl des Codes für die Maßverkörperung ist maßgebend für die größtmögliche Sicherheit gegen Fehlereinflüssen. Insbesondere werden hier der Dualcode mit V-Abtastung und der Gray-Code verwendet.
  • Prinzipiell ist die Verwendung absolut codierte Längenmesssysteme vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung über einen langen Zeitraum genaue Messwerte liefern soll, ohne dass eine erneute Kalibrierung erforderlich wird. Ein absolut codiertes Messsystem kann daher auch nach einer Wiederinbetriebnahme, beispielsweise nach einer Abschaltung der Versorgungsspannung, sofort wieder genaue Messwerte einer überwachten Längenänderung liefern.
  • Unter Laborbedingungen können absolut codierte Längenmesssysteme hohe Genauigkeiten erreichen, die insbesondere von der Genauigkeit des verwendeten Maßstabs abhängig sind. Bei der Verwendung von absoluten Messsystemen für den Außenbereich erweisen sich insbesondere die Umgebungseinflüsse als bedeutend. Hierzu zählen z.B. Temperatureinflüsse, die Verformungen und Verspannungen des Messgerätes zur Folge haben. Bei besonders großen Temperaturschwankungen führen die Materialeigenschaften zu größeren Ungenauigkeiten, da der Maßstab mit der Maßverkörperung sich zusammenzieht oder ausdehnt.
  • In der DE 36 33 573 C1 ist eine Vorrichtung zur Kompensation von temperaturbedingten Verlagerungen eines Maschinenpunktes beschrieben. Solche temperaturbedingten Verlagerungen treten beispielsweise bei Fräsmaschinen auf, bei denen im Betrieb an der Arbeitsspindel erhöhte Temperaturen gegenüber dem Spindelschlitten herrschen. Diese Verlagerungen könne zu Messfehlern führen, da die Position der Arbeitsspindel mit einer Positionsmesseinrichtung am Spindelschlitten ermittelt wird. Die Vorrichtung zur Kompensierung der Verlagerungen umfasst eine zusätzliche Abtasteinrichtung, die mit einer Schubstange aus einem Material mit kleinem Temperaturkoeffizienten am Gehäuse der Arbeitsspindel angekoppelt ist, und eine Auswerteeinrichtung. Mit der Abtasteinrichtung wird die Verlagerung direkt nach Richtung und Betrag gemessen und in der Auswerteeinrichtung mit dem Positionswert der Positionsmesseinrichtung verrechnet.
  • Die DE 10 2004 023 645 A1 beinhaltet einen Längenmesstaster mit einem in einem Tastergehäuse bewegbar gelagerten Tastele- ment zur mechanischen Abtastung einer Werkstückoberfläche, einer im Tastergehäuse angeordneten und mit dem Tastelement verbunden Messeinrichtung zur Umsetzung der Auslenkung des Tastelement in ein analoges Messsignal, einer zur Kommunikation mit einem Computer ausgeführten Kommunikationseinrichtung und einer zwischen Messeinrichtung und Kommunikationseinrichtung angeordneten Ansteuerungs- und Verarbeitungseinrichtung, welche ein analoges Ansteuerungssignal erzeugt und das analoge Messsignal der Messeinrichtung derart verarbeitet, dass ein die jeweilige Auslenkung des Tastelement kennzeichnender digitaler Messwert erzeugt wird. In der Ansteuerungs- und Verarbeitungseinrichtung können tasterspezifische Daten, wie Tastertyp, Tasterkennlinie oder Empfindlichkeits- und Korrekturwerte abgespeichert werden, die Bedarfsweise zur Messwertkorrektur und beim Einmessen des Längenmesstasters verwendet werden können.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Wegmesssystem mit absoluter Wegmessung bereitzustellen, dass für den Einsatz im Außenbereich bei extremen Temperaturschwankungen von ca. –35°C bis +60°C geeignet ist, wobei bei einer Messlänge von bis zu 50 mm eine Messgenauigkeit von 1 μm und eine Auflösung von 0,5 μm erreicht werden sollen. Vorzugsweise soll das Wegmesssystem auch bei hoher Luftfeuchtigkeit und unter aggressiven Umgebungsbedingungen, beispielsweise salzhaltiger Außenluft über lange Zeit einsatzfähig bleiben und dauerhaft präzise Messwerte liefern. Eine weitere Teilaufgabe ist es, Messfehler, welche aufgrund von Temperaturschwankungen der Umgebung auftreten, bereits bei der Messung zu kompensieren.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Wegmesssystem mit dem Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere in der hohen erzielbaren Genauigkeit und sicheren Funktion zu sehen. Vorteilhaft ist es weiterhin, dass eine einmalige Justierung der Messeinrichtung bei Inbetriebnahme ausreichend ist, um sichere und genaue Messergebnisse zu erhalten, und dass dann keine Nachjustierungen erforderlich sind. Weitere Vorteile ergeben sich insbesondere durch den weiten Einsatzbereich und die hohe Genauigkeit des Messsystems. Vorteilhafterweise ist das erfindungsgemäße Messsystem geeignet zur Anbringung an Dehnungsfugen oder statisch wichtigen Bauwerksteilen, z.B. an Talsperren, Hochhäusern, Brücken, historischen Gebäuden und dergleichen.
  • Ein erfindungsgemäßes Wegmesssystem umfasst zunächst eine Bewegungseinheit mit einem Taststab und einem Codelineal. Der Taststab und das Codelineal sind an einem Schlitten angeordnet, welcher in einem Führungssystem beweglich gelagert ist. Das Führungssystem ist vorzugsweise als Wälzschubführung ausgeführt und an einem Grundkörper angeordnet. Vorzugsweise sind die Elemente des Führungssystems aus einem keramischen Material gefertigt, um die Betriebssicherheit insbesondere bei hoher Luftfeuchtigkeit und salzhaltiger Außenluft zu erhöhen.
  • Das Codelineal ist mit einer Codestruktur versehen, die eine Ermittlung der absoluten Position des Schlittens bzw. des Taststabes an jeder Stelle ermöglicht. Das Codelineal ist vorzugsweise justierbar am Schlitten angeordnet.
  • Eine Decodereinheit ist in der Nähe des Codelineals angeordnet. Vorzugsweise wird eine optische Wegmessung eingesetzt, d.h. auf dem Codelineal ist ein optisch auswertbarer Code vorgesehen und die Decodereinheit umfasst als Detektoren vorzugsweise Fotoelemente, deren Anordnung an den verwendeten Code angepasst ist.
  • Erfindungsgemäß wird für den Schlitten, den Taststab, das Codelineal und den Grundkörper eine derartige Werkstoffkombi nation gewählt, dass selbst bei großen Temperaturschwankungen nur eine im Vergleich zur angestrebten Messgenauigkeit sehr geringe Längenänderung des Gesamtsystems auftritt und dadurch der Messfehler minimiert wird. Dies wird erreicht, indem sich die temperaturbedingten, materialabhängigen Längenänderungen dieser Bestandteile zumindest teilweise gegeneinander aufheben.
  • Das Wegmesssystem verfügt vorzugsweise über einen Datenspeicher, der die Speicherung der gesammelten Daten über einen definierten Auswertezeitraum ermöglicht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird mittels eines am Wegmesssystem angebrachten Temperatursensors die Außentemperatur erfasst. Aufgrund der Materialwahl für Schlitten, Taststab, Codelineal und Grundkörper ist die Längenänderung des Gesamtsystems in Abhängigkeit von der Außentemperatur bekannt und ebenfalls im Datenspeicher abgelegt. Die tatsächlich gemessene Länge kann nun durch Berücksichtigung des Längenfehlers korrigiert werden, wobei sich der Längenfehler in Abhängigkeit von der gemessenen Außentemperatur rechnerisch bestimmen oder aus dem Speicher ablesen lässt. Der so erhaltene kompensierte Messwert wird ebenfalls im Datenspeicher abgelegt. Die den Messfehler beeinflussende Temperaturabhängigkeit kann herstellerseitig in einem Kalibriervorgang bestimmt und als Korrekturtabelle oder mathematische Funktion im Datenspeicher abgelegt sein.
  • Die gespeicherten Messergebnisse werden beispielsweise per Datenfernübertragung (z.B. per Funk) an eine Auswertestelle gesendet. Vorzugsweise ist weiterhin eine USB-Schnittstelle zur Verbindung mit einem PC oder einer anderen Auswerteeinheit vorgesehen.
  • Aufgrund der verwendeten Absolutcodierung des Messweges kann das Wegmesssystem vorteilhaft zu Langzeitüberwachungen eingesetzt werden. Die Stromversorgung kann autark über Batterien, Solarzellen, Windräder oder dergleichen erfolgen. Bei Langzeitmessungen ist es zumeist ausreichend, wenn das Messsystem in vorgegebenen Zeitabständen aktiviert wird, um einen Messwert aufzuzeichnen und ggf. an eine entfernte Überwachungsstelle zu senden. Zwischen den gewünschten Messzeiten kann das System stromfrei geschaltet werden, so dass die lokale, beschränkte Energiequelle geschont wird.
  • Eine abgewandelte Ausführungsform des Wegmesssystems besitzt einen Beschleunigungssensor, der beim Auftreten vorgegebener Beschleunigungswerte die Wegmessung startet. Diese Ausführungsform eignet sich besonders für Langzeitmessungen, beispielsweise an Brücken oder anderen Bauwerken, wo die zu überwachenden Längenänderungen, die auf eine besondere Belastung hinweisen, nur sporadisch und mit größeren zeitlichen Abständen auftreten. Das Wegmesssystem kann sich in einem Stand-By-Modus befinden und die absolute Wegmessung nur vornehmen, wenn es über den Beschleunigungssensor aktiviert wurde. Der Beschleunigungssensor kann am Gehäuse oder auf der Leiterplatte des Wegmesssystems angebracht sein und bei Bedarf in seiner Empfindlichkeit auf bestimmte Schwingungen abgestimmt werden.
  • Bei einer nochmals weitergebildeten Ausführungsform wird das Gehäuse gekapselt ausgeführt und mit einem Inertgas, z.B. Stickstoff befüllt. Im Gehäuse kann ein geringer Überdruck von etwa 0,05 bar herrschen. Dies dient in an sich bekannter Weise dem Schutz der inneren Komponenten vor Umwelteinflüssen und der Vermeidung einer Kondenswasserbildung, sodass ein über mehrere Jahre anhaltender, weitgehend wartungsfreier Betrieb gewährleistet werden kann.
  • Eine besonders bevorzugte Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass an dem verwendeten Codelineal, das als Maßstab zur Bestimmung der absoluten Position von einem Sensor abgetastet wird, mehrere Messspuren angebracht sind, wobei mindestens eine inkremental codierte Messspur und eine digital absolut codierte Messspur verwendet werden. Für eine fehlerfreie Abtastung ist es in diesem Fall erforderlich, dass der Sensor exakt zu der digital codierten Messspur ausgerichtet ist, damit insbesondere die Flanken der Abtastfelder korrekt erfasst werden können. Dazu ist ein Justageelement vorgesehen, welches eine dreidimensionale Ausrichtung des Sensors gegenüber dem Maßstab gestattet.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
  • Es zeigen:
  • 1 ein erfindungsgemäßes Wegmesssystem in zwei Längsschnittdarstellungen;
  • 2 eine Prinzipdarstellung der Komponenten des Wegmesssystems nach 1;
  • 3 eine Diagrammdarstellung von Längenänderungen des Wegmesssystems in Abhängigkeit von der Außentemperatur bei beispielhaften Materialkombinationen;
  • 4 eine perspektivische Darstellung eines Justageblocks zur Befestigung und Ausrichtung eines Sensors.
  • 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Wegmesssystem zur absolut codierten optischen Wegmessung in Längsschnittdarstellung in einer Seitenansicht (Abb. a) und einer Draufsicht (Abb. b).
  • An einem Grundkörper 01 ist eine Führungseinheit 02 angeordnet. Die Führungseinheit 02 ist eine Linearführung mit zwei Führungsschienen 03, die vorzugsweise aus einem Keramikmaterial gefertigt sind. Eine Wälzschubführung wird durch Kugeln oder Walzen 04 realisiert.
  • Ein Schlitten 06 ist in der Linearführung 02 gelagert, so dass er ausschließlich in Messrichtung (Pfeil 07) linear verschiebbar ist. Am Schlitten 06 ist ein Taststab 08 befestigt, welcher durch einen am Grundkörper 01 angeordneten Spannschaft 09 beweglich hindurchgeführt ist. Vorzugsweise ist der Taststab 08 am Spannschaft 09 abgedichtet, so dass Verschmutzungen in Inneren der Messanordnung minimiert werden können. In Messrichtung 07 an der gegenüberliegenden Seite des Schlittens 06 ist an diesem ein Codelineal 11 befestigt. Vorzugsweise ist an dieser Befestigung eine Justiereinrichtung 12 vorgesehen, mit welcher das Codelineal 11 bei der ersten Inbetriebnahme auf die optimalen Betriebsbedingungen eingestellt wird (Nullpunktjustage).
  • Das Codelineal 11 ist vorzugsweise ein Quarzglasmaßstab. Auf dem Codelineal 11 ist in bekannter Weise ein Code in mehreren Spuren, vorzugsweise ein Gray-Code, aufgebracht, der die absolute Entfernung der Spitze des Taststabes 08 zum jeweiligen Punkt auf dem Codelineal codiert. Auch inkrementale oder andere absolute Strichmaßstäbe sind hierfür unter Beachtung der messtechnischen Bedingungen geeignet.
  • Eine Platine 13 ist weiterhin vorgesehen, auf welcher eine Steuerelektronik und ein Datenspeicher zur Speicherung der Messergebnisse (nicht dargestellt) untergebracht sind. Vorzugsweise sind ca. zwanzigtausend Messwerte im Datenspeicher erfassbar. Die Platine 13 ist vorzugsweise eine gedruckte Schaltung.
  • Elektrisch verbunden mit der Platine 13 ist weiterhin eine Decodereinheit 14 angeordnet, welche eine Beleuchtungseinheit 16 und einen Decoder 17 umfasst, welche gegenüberliegend an zwei Seiten des Codelineals 11 angeordnet sind. Die Beleuchtungseinheit 16 erzeugt ein quasi paralleles Lichtbündel, vorzugsweise Infrarot-Licht, welches das Codelineal 11 durchleuchtet und auf den gegenüberliegenden Decoder 17 auftrifft, wo es durch eine dem Code entsprechende Anordnung von Fotoelementen detektiert und durch die Steuerelektronik auf der Platine 13 ausgewertet wird. Die Fotoelemente sind quer zur Messrichtung angeordnet und für jede auf dem Codelineal verwendete Spur vorhanden.
  • Der Fachmann kennt die verschiedenen Möglichkeiten der optischen Messverfahren und entsprechende Messanordnungen. Bei der Verwendung inkrementaler Strichmaßstäbe ist auch eine induktive oder kapazitive Auswertung denkbar. Auf dem Detektor 14 ist vorzugsweise eine Referenzanordnung des verwendeten Code auf einer Glasfläche 18 angebracht.
  • Ein Gehäuse 19 ist am Grundkörper 01 angeordnet und schützt Messtechnik und Führung 02 vor Umwelteinflüssen. Vorzugsweise ist das Gehäuse 19 abgedichtet.
  • Optional weist das Messsystem einen außen am Gehäuse 19 angeordneten Temperatursensor 21 und einen Feuchtesensor 22 auf, welche ihre Messwerte vorzugsweise an die Platine 13 liefern. Im Datenspeicher sind in dieser Ausführungsform weiterhin temperaturabhängige Längenänderungen der Bewegungseinheit und des Grundkörpers entsprechend der verwendeten Materialien gespeichert.
  • Da die Längenausdehnungskoeffizienten der für den Grundkörper 01 und der für die Bewegungseinheit verwendeten Materialien bekannt und im Datenspeicher hinterlegt sind, kann eine Auswerteelektronik auf der Platine 13 quasi zeitgleich mit der Längenmessung eine Kompensationsrechnung für die vom Temperatursensor 21 ermittelte Temperatur durchführen. Durch diese Maßnahme wird der Messfehler des Wegmesssystems weiter minimiert.
  • Weiterhin kann das Wegmesssystem einen Sender (z.B. Funk, Infrarot oder Bluetooth aufweisen, um die Übermittlung der Messwerte an eine entfernte Auswertestation zu ermöglichen. Eine weitere Schnittstelle, z.B. USB kann zum direkten Anschluss einer weiteren Auswertestation oder eines mobilen Computers vorgesehen sein.
  • Die Stromversorgung für die Platine 13 und die Decodereinheit 14 erfolgt vorzugsweise mit einem externen Netzteil oder bei fehlender Netzspannungsversorgung mit einer Batterie oder einem Akkumulator.
  • In 2 sind wichtige Komponenten des Wegmesssystems als Prinzipskizze dargestellt, anhand derer die Einflüsse der Materialeigenschaften auf den Messfehler berechnet bzw. abgeschätzt werden. Die auftretenden Temperaturschwankungen von etwa –35°C bis +60°C haben durch die unterschiedlichen Temperaturausdehnungskoeffizienten der eingesetzten Materialien einen erheblichen Einfluss auf die zu erzielende Genauigkeit des Wegmesssystems. Durch überschlägige Berechnungen ist die temperaturabhängige Drift abschätzbar. Da es sich bei den Bauteilen um Volumenkörper handelt, werden zwar auch Veränderungen in den von der Messrichtung verschiedenen Ausdehnungen auftreten, welche aber zu vernachlässigen sind. Für die Abschätzung der zu berücksichtigenden Längenänderung sind folgende in der 2 eingetragene Längen zu betrachten:
    • – die zu berücksichtigende Länge l01 des Grundkörpers 01, welche dem Abstand zwischen einer Einspannstelle des Grundkörpers 01 und der Position der Decodereinheit 14 auf dem Grundkörper 01 entspricht;
    • – die Länge l08 des Taststabes 08, wobei davon ausgegangen wird, dass der Taststab 08 das Messobjekt immer sicher antastet;
    • – die zu berücksichtigende Länge l06 des Schlittens 06, auf welchem das Codelineal befestigt ist,
    • – die Länge l11 des Codelineals 11.
  • In nachstehender Tabelle sind die Temperaturausdehnungskoeffizienten α für einige ausgewählte Materialien dargestellt.
    Material Temperaturausdehnungskoeffizient α
    Invar 1,5·10-6 K-1
    Automatenstahl 11,0·10-6 K-1
    90MnCrV8 11,5·10-6 K-1
    115CrV3 12,0·10-6 K-1
    18Cr8Ni 19,5·10-6 K-1
    Quarzglas 0,5·10-6 K-1
    ZERODUR 0
  • Die für die Messung zu berücksichtigende Längenänderung Δlges kann nach folgender Formel abgeschätzt werden: Δlges = Δl01 – (Δl06 + Δl11 + Δl08)
  • 3 zeigt die zu berücksichtigenden Längenänderungen Δlges in μm in Abhängigkeit von der Temperatur ϑ beispielhaft für drei verschiedene Materialkombinationen M1, M2 und M3, welche in bevorzugten Ausführungsformen verwendet werden. Dabei ist zu erkennen, dass bei der Materialkombination M3 die kleinste Längenänderung und damit der kleinste Messfehler auftritt.
  • Folgende Tabelle zeigt die bevorzugten Materialkombinationen M1, M2, M3 des Messsystems:
    M1 M2 M3
    Schlitten 06 90MnCrV8 115CrV3 115CrV3
    Taststab 08 Invar 90MnCrV8 90MnCrV8
    Codelineal 11 Quarzglas Quarzglas ZERODUR
    Grundkörper 01 Automatenstahl 18Cr8Ni 18Cr8Ni
  • Weitere Materialkombinationen können für ein erfindungsgemäßes Messsystem verwendet werden.
  • 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Justageblocks 30, welcher der Befestigung und Ausrichtung eines der Decodereinheit 14 zugeordneten Sensors (nicht gezeigt) dient. Um fehlerfreie Messergebnisse zu erhalten, soll der Sensor gegenüber dem Codelineal 11 so ausgerichtet werden, dass insbesondere die Flanken der digital codierten Messspuren exakt abgetastet werden können. Um eine Schrägstellung des Beobachtungsflecks des Sensors gegenüber dem Codelineal zu vermeiden, ist eine dreidimensionale Justage des Sensors notwendig. Der Sensor wird dazu an einem Anschlusswinkel 31 befestigt, an welchem auch ein elektrischer Anschlussstecker 32 für die Signalführung vorgesehen ist. Der Anschlusswinkel 31 ist über eine Rechteckführung 33 am Justageblock 30 befestigt. Der Anschlusswinkel 31 kann in der Rechteckführung 33 axial verschoben werden, wodurch eine erste Justiermöglichkeit für den Sensor gegeben ist.
  • Die Lage der Rechteckführung 33 im Raum lässt sich durch weitere Justiermöglichkeiten einstellen. Dazu sind am Justageblock 30 schräg zur Rechteckführung 33 verlaufende Spreizschlitze 34 eingearbeitet, die in Zusammenwirkung mit ersten Einstellschrauben 35 eine Verschwenkung des Anschlusswinkels 31 gestatten, wie dies durch den eingezeichneten Pfeil symbolisiert wird. Außerdem ist ein Parallelschlitz 36 in den Justageblock 30 eingearbeitet, der in Zusammenwirkung mit einer zweiten Einstellschraube 37 eine Verschwenkung des am Justageblock angebrachten Anschlusswinkels 31 in einer zweiten Ebene gestattet, wie dies wiederum durch einen Schwenkpfeil verdeutlicht wird. In dem zur Verfügung stehenden Einstellbereich kann der Sensor dreidimensional justiert werden, um die gewünschte ausgerichtete Position zum Codelineal einzunehmen.
  • Abstände
  • lges
    zu berücksichtigende Gesamtlänge
    l01
    zu berücksichtigende Länge des Grundkörpers 01
    l06
    zu berücksichtigende Länge des Schlittens 06
    l11
    zu berücksichtigende Länge des Codelineals 11
    l08
    zu berücksichtigende Länge des Taststabes 08

Claims (16)

  1. Absolut codiertes Wegmesssystem, insbesondere für den Einsatz bei großen Umgebungstemperaturschwankungen, umfassend: – eine Bewegungseinheit, welche in einer Linearführung (02) relativ zu einem Grundkörper (01) verschiebbar gelagert ist und ein Codelineal (11) besitzt, das einen absolut codierten Maßstab trägt; – eine Decodereinheit (14), welche das Codelineal (11) abtastet und einen auf dem Codelineal (11) am Messpunkt abgebildeten Positionscode dekodiert; dadurch gekennzeichnet, dass – die Bewegungseinheit weiterhin einen Taststab (08) und einen Schlitten (06) besitzt, wobei das Codelineal (11) und der Taststab (08) an dem Schlitten (06) montiert sind; – die Materialien für den Grundkörper (01), den Taststab (08), das Codelineal (11) und den Schlitten (06) derart gewählt sind, dass die temperaturbedingte resultierende Gesamtlängenänderung (Δlges) kleiner ist als die temperaturbedingten Einzellängenänderungen (Δl01, Δl06, Δl11, Δl08) der Bestandteile der Bewegungseinheit.
  2. Wegmesssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gesamtlängenänderung (Δlges) bestimmt als Differenz aus Änderung der wirksamen Länge (Δl01) des Grundkörpers (01) abzüglich der Summe aus Änderung der wirksamen Länge (Δl06) des Schlittens (06), Änderung der wirksamen Länge (Δl11) des Codelineals (11) und Änderung der wirksamen Länge (Δl08) des Taststabes (08).
  3. Wegmesssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Linearführung (02) durch eine Wälzschubführung gebildet wird.
  4. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Codelineal (11) aus einem Glaskeramik-Werkstoff oder Quarzglas besteht, während der Schlitten (06), der Taststab (08) und der Grundkörper (01) aus einer Stahllegierung oder Invar bestehen.
  5. Wegmesssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Codelineal (11) aus Quarzglas, der Schlitten (06) aus Edelstahl 90MnCrV8 oder Silberstahl 115CrV3, der Taststab (08) aus Invar oder Edelstahl 90MnCrV8 und der Grundkörper (01) aus Automatenstahl oder einer Stahl-Legierung 18Cr8Ni gefertigt sind.
  6. Wegmesssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Codelineal (11) aus Glaskeramik, der Schlitten (06) aus Silberstahl 115CrV3, der Taststab (08) aus Edelstahl 90MnCrV8 und der Grundkörper (01) aus einer Stahl-Legierung 18Cr8Ni gefertigt sind.
  7. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Datenspeicher umfasst, auf dem die Messwerte gespeichert werden.
  8. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin eine Schnittstelle zur Übertragung der Messwerte an eine Auswertestation umfasst.
  9. Wegmesssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle eine Infrarot- oder Funk- oder USB-Schnittstelle ist.
  10. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Temperatursensor (21) und eine Auswerteelektronik umfasst, wobei die temperaturabhängige resultierende Gesamtlängenänderung (Δlges) des Wegmesssystems zum gemessenen Weg, der durch das Decodersignal repräsentiert ist, addiert wird.
  11. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Feuchtesensor (22) umfasst.
  12. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin einen Beschleunigungssensor aufweist, welcher beim Auftreten eines vorgegebenen Beschleunigungswertes ein Steuersignal generiert, das die Decodereinheit (14) zur Abtastung des Codelineals (11) aktiviert.
  13. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ein gekapseltes Gehäuse (19) besitzt, welches mit einem Inertgas befüllt ist.
  14. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Justageelement (30) umfasst, welches die dreidimensionale Ausrichtung eines der Decodereinheit (14) zugeordneten Sensors gegenüber dem Codelineal (11) gestattet.
  15. Wegmesssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem Temperaturbereich von –30°C bis +50°C über eine Messlänge von mindestens 25 mm eine Messungenauigkeit von weniger als 1 μm aufweist.
  16. Wegmesssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Messauflösung von mindestens 0,5 μm aufweist.
DE200610025012 2006-05-26 2006-05-26 Absolut codiertes Wegmesssystem Withdrawn - After Issue DE102006025012B3 (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011109580A1 (de) * 2011-08-05 2013-02-07 Ralf Hörmann Messmaschine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3633573C1 (de) * 1986-10-02 1988-02-04 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Vorrichtung zur Kompensation von temperaturbedingten Verlagerungen eines Maschinenpunktes,insbesondere der temperaturbedingten Verlagerung einer Arbeitsspindelachse gegenueber einem Maschinen-Referenzpunkt
DE3427067C2 (de) * 1983-08-05 1993-11-18 Trumpold Harry Prof Dr Ing Hab Optisches Längenmeßverfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Teile
EP0660085B1 (de) * 1993-12-22 1997-07-09 Troll, Christian, Dr.-Ing. habil. Absolutes Positionsmesssystem
DE102004023645A1 (de) * 2004-05-08 2005-12-08 Carl Mahr Holding Gmbh Computer kompatibler Längenmesstaster und Messtastersystem

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3427067C2 (de) * 1983-08-05 1993-11-18 Trumpold Harry Prof Dr Ing Hab Optisches Längenmeßverfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Teile
DE3633573C1 (de) * 1986-10-02 1988-02-04 Heidenhain Gmbh Dr Johannes Vorrichtung zur Kompensation von temperaturbedingten Verlagerungen eines Maschinenpunktes,insbesondere der temperaturbedingten Verlagerung einer Arbeitsspindelachse gegenueber einem Maschinen-Referenzpunkt
EP0660085B1 (de) * 1993-12-22 1997-07-09 Troll, Christian, Dr.-Ing. habil. Absolutes Positionsmesssystem
DE102004023645A1 (de) * 2004-05-08 2005-12-08 Carl Mahr Holding Gmbh Computer kompatibler Längenmesstaster und Messtastersystem

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011109580A1 (de) * 2011-08-05 2013-02-07 Ralf Hörmann Messmaschine
DE102011109580B4 (de) * 2011-08-05 2014-08-28 Ralf Hörmann Messmaschine

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