DE1293500B

DE1293500B - Method and device for distance measurement for the numerical point control of machine tools

Info

Publication number: DE1293500B
Application number: DE1962M0054412
Authority: DE
Inventors: Obstfelder Guenther; Masing; Dr Walter
Original assignee: Masing & Co KG Dr
Current assignee: Masing & Co KG Dr
Priority date: 1962-10-06
Filing date: 1962-10-06
Publication date: 1969-04-24

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Wegmessung für die numerische Punktregelung von Werkzeugmaschinen.The invention relates to a method and a device for distance measurement for the numerical point control of machine tools.

Bei den bekannten numerischen Punktregelungen sind im wesentlichen zwei Verfahren zur Gewinnung der Steuersignale üblich. Es sind dies das Inkremental- und das Absolutverfahren.In the case of the known numerical point controls, essentially two methods for obtaining the control signals are common. These are the incremental and the absolute method.

Bei dem Inkrementalverfahren wird, wenn das Organ, dessen Lage geregelt werden soll, z. B. der Schlitten einer Werkzeugmaschine, einen bestimmten Weg zurücklegt, eine ihm proportionale Anzahl von elektrischen Impulsen erzeugt. Sie werden mittels geeigeter Zählwerke gezählt. Das Ergebnis der Zählung kennzeichnet die Stellung des Schlittens, wenn der Punkt bekannt ist, von dem aus die Zählung begonnen wurde, oder allgemeiner ausgedrückt, wenn zumindest die Zuordnung einer Zählerangabe zu einer Stellung bekannt ist.In the incremental process, if the organ, its position is regulated should be, z. B. the slide of a machine tool travels a certain distance, generates a proportional number of electrical impulses. You will mean counted by suitable counters. The result of the count marks the position of the carriage, if the point from which the count was started is known, or, in more general terms, if at least the assignment of a meter indication to a position is known.

Der Vorteil des Inkrementalverfahrens besteht vor allem in seiner einfachen Durchführbarkeit und dem geringen dazu erforderlichen Aufwand. Ein weiterer Vorteil ist die außerordentlich einfache Verschiebung des relativen Nullpunktes. Er kann z. B. auf jede mögliche Stellung des Schlittens gelegt werden, indem die bei ihr vorhandene Zählerangabe gelöscht wird. Das Löschen ist bei den gebräuchlichen elektronischen Zählern aber meist durch einen einfachen Tastendruck zu erreichen.The main advantage of the incremental method is its simple feasibility and the little effort required for this. Another The advantage is the extremely simple shifting of the relative zero point. He can z. B. be placed on every possible position of the slide by the existing meter information is deleted. The deletion is common electronic counters can usually be reached by simply pressing a button.

Diesen Vorteilen steht jedoch ein schwerwiegender Nachteil gegenüber, denn unabhängig davon, ob die Impulse durch die Bewegung der Verstelleinrichtung selbst, etwa bei der Drehung der Leitspindel erzeugt werden oder ob die Impulse durch Abtastung eines fest mit dem Maschinenbett verbundenen Inkrementalmaßstabes durch eine mit dem Schlitten verbundene Abtasteinrichtung erfolgt, wird die Lagebestimmung schon ungenau, wenn auch nur ein einziger Störimpuls mitgezählt wird.However, these advantages are offset by a serious disadvantage, because regardless of whether the pulses are due to the movement of the adjustment device itself, for example generated during the rotation of the lead screw or whether the pulses by scanning an incremental scale that is permanently connected to the machine bed is carried out by a scanning device connected to the slide, the position determination already inaccurate if only a single interference pulse is counted.

In der Praxis hat es sich als außerordentlich schwierig erwiesen, das Auftreten von Störimpulsen zu vermeiden, ohne den an sich erforderlichen geringen Aufwand an elektronischen Mitteln derart zu vergrößern, daß der Hauptvorteil des Inkrementalverfahrens verlorengeht.In practice it has proven extremely difficult to avoid the occurrence of glitches without the small amount required per se To increase the amount of electronic means that the main advantage of the Incremental process is lost.

Die Absolutverfahren sind frei von Fehlern durch Störimpulse. Sie haben sich jedoch wegen anderer Nachteile nicht durchsetzen können.The absolute methods are free from errors caused by interference pulses. she however, have not been able to establish themselves because of other disadvantages.

Bei den Absolutverfahren ist die Lage des zu positionierenden Gliedes, z. B. des Schlittens, fest mit einer Anzeigeeinrichtung gekuppelt. Seine Lage wird also ständig als Abstand von einem im wesentlichen festen Nullpunkt angezeigt. Da die Anzeigevorrichtung maschinell abgelesen werden soll, erfolgt die Anzeige durch ein hierfür geeignetes Codebild.In the case of the absolute method, the position of the link to be positioned is z. B. the carriage, firmly coupled to a display device. Its location will thus constantly displayed as a distance from an essentially fixed zero point. There the display device is to be read by machine, the display is carried out by a code image suitable for this.

Numerische Punktregelungen nach den Absolutverfahren weisen also grundsätzlich eine eindeutige Zuordnung zwischen der Lage des Schlittens und dem sie darstellenden Codebild auf. Dies gilt jedoch nur innerhalb eines verhältnismäßig großen Fehlerbereiches. Er ergibt sich als Summe von verschiedenen nicht zu vermeidenden Fehlern. Sie wäre bei Verwendung eines Codelineals, d. h. eines mit Codezeichen versehenen Maßstabes, der wie der Inkrementalmaßstab am Maschinenbett angebracht ist und der mittels einer fest mit dem Schlitten verbundenen Ableseeinrichtung abgelesen wird, verhältnismäßig klein. Derartige Codelineale sind jedoch in den für Werkzeugmaschinen im allgemeinen erforderlichen großen Abmessungen bei erträglichem Aufwand nicht mit der notwendigen feinen Teilung auszuführen.Numerical point regulations according to the absolute method therefore show in principle a clear assignment between the position of the slide and the one representing it Code image on. However, this only applies within a relatively large error range. It results from the sum of various unavoidable errors. You would be when using a code ruler, d. H. a scale provided with code symbols, which, like the incremental scale, is attached to the machine bed and which by means of a is read fixedly connected to the slide reading device, relatively small. Such code rulers are, however, in general for machine tools required large dimensions with bearable effort not with the necessary fine division.

Die praktische Durchführung der Absolutverfahren erfolgt daher mittels Codescheiben, die von der Spindel der Maschine über Übersetzungsgetriebe angetrieben werden. Die einen großen Aufwand an elektronischen Mitteln erfordernde Ablesung des durch die Stellung der einzelnen Codescheiben gegebenen Codebildes ergibt auch bei richtiger Ablesung einen großen Fehler, da die Anzeige selbst ungenau ist. Sie stellt nämlich ein Meßergebnis dar, das Fehler enthält, wie z. B. Steigungsfehler der Spindel, Fehler durch Torsion der Spindel infolge ihres Antriebes, durch Spiel und Abnutzung an Spindel, Schlitten und Übersetzungsgetrieben.The practical implementation of the absolute procedures is therefore carried out by means of Code disks driven by the machine spindle via transmission gears will. The reading, which requires a great deal of electronic means of the code image given by the position of the individual code disks also results a big mistake if read correctly, as the display itself is imprecise. she namely represents a measurement result that contains errors such. B. Slope error the spindle, error due to torsion of the spindle as a result of its drive, due to play and wear on the spindle, slide and transmission gears.

Eine Schwierigkeit ergibt sich dazu noch bei der Ablesung des Codebildes, wenn sich der Meßwert in der Nähe eines Punktes befindet, bei dem das Codebild wechselt. Hier können an sich sehr kleine Ungenauigkeiten zur scheinbaren Darstellung falscher Zahlen führen. Fehler dieser Art lassen sich zwar durch Anwendung der bekannten, sogenannte V-Abtastung vermeiden. Dadurch wird aber der bei der Absolutmethode an sich schon hohe Aufwand an elektronischen Mitteln weiter erhöht und damit die Möglichkeit für das Auftreten von Defekten vergrößert, ohne daß die Genauigkeit der Messung selbst verbessert wird.Another difficulty arises when reading the code image, when the measured value is near a point at which the code image changes. Here, very small inaccuracies can make the appearance of the display incorrect Numbers lead. Errors of this kind can be eliminated by applying the known, Avoid so-called V-scanning. However, this becomes the case with the absolute method The high expenditure of electronic means increases further and with it the possibility enlarged for the occurrence of defects without affecting the accuracy of the measurement itself is improved.

Es ist bekannt, bei der Lagemessung beide Verfahren zu kombinieren. Die Kombination geschieht dabei in der Weise, daß die Grobmessung nach dem Absolut-, die Feinmessung aber nach dem Inkrementalverfahren vorgenommen wird. Die beiden Meßverfahren werden also jeweils nacheinander durchgeführt. Die Genauigkeit der Messung wird deshalb durch das ungenauere der beiden kombinierten Meßverfahren bestimmt.It is known to combine both methods for position measurement. The combination is done in such a way that the rough measurement according to the absolute, however, the fine measurement is carried out according to the incremental method. The two Measurement processes are therefore carried out one after the other. The accuracy of the Measurement is therefore determined by the less precise of the two combined measurement methods.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Wegmessung für die numerische Punktregelung von Werkzeugmaschinen unter gleichzeitiger Anwendung des absoluten und des inkrementalen Meßverfahrens liegt die Aufgabe zugrunde, die den Absolutverfahren und den Inkrementalverfahren eigenen Vorteile auszunutzen und ihre Mängel jedoch zu vermeiden.The method according to the invention for distance measurement for the numerical Point control of machine tools with simultaneous application of the absolute and the incremental measuring method is based on the task of the absolute method and to take advantage of the inherent advantages of the incremental method and their shortcomings, however to avoid.

Diese Aufgabe wird bei einem derartigen Verfahren erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die absolute und die inkrementale Wegmessung parallel arbeiten, die absolute Messung jedoch nur dann wirksam wird, wenn die inkrementale Wegmessung ein Signal abgibt, und daß der absolut gemessene Wert bis zur nächstfolgenden Messung gespeichert bleibt.This object is achieved in accordance with the invention in such a method solved by the fact that the absolute and the incremental distance measurement work in parallel, however, the absolute measurement only becomes effective if the incremental position measurement emits a signal, and that the absolute measured value up to the next measurement remains stored.

Weil die absolute Messung nur dann wirksam wird, wenn die inkrementale Wegmessung ein Signal abgibt, wird erreicht, daß die Ablesung des Absolutwertes immer dann und nur dann erfolgt, wenn sich das Organ, dessen Lage geregelt werden soll, in derjenigen Lage befindet, die dem gerade absolut angezeigten Wert mit der durch den Inkrementalmaßstab gegebenen Genauigkeit entspricht. Störimpulse können sich nicht auswirken, da die Inkremente nicht gezählt werden. Im ungünstigsten Fall können Störimpulse eine Ablesung des Codebildes zu einem Zeitpunkt auslösen, in dem der angezeigte Wert nicht mit der Genauigkeit der Lage entspricht, wie zu dem Zeitpunkt eines regulären Impulses. Ein Fehler dieser Art hat praktisch jedoch keine Bedeutung, da die fälschlich abgelesene Lage mit außerordentlich großer Sicherheit nicht mit dem Sollwert übereinstimmt und deshalb keine Schaltvorgänge auslöst und eine übernahme des Fehlers nicht stattfindet.Because the absolute measurement is only effective if the incremental Distance measurement emits a signal, it is achieved that the reading of the absolute value always then and only then takes place when the organ whose position is to be regulated should, is in the position that corresponds to the absolute value just displayed with the corresponds to the accuracy given by the incremental scale. Glitches can have no effect because the increments are not counted. In the worst case glitches can trigger a reading of the code image at a point in time in to which the displayed value does not correspond with the accuracy of the position, as to that Time of a regular pulse. However, a bug of this kind has practically none Significance, since the wrongly read location with extraordinarily large safety does not match the setpoint and therefore does not trigger any switching processes and the error is not taken over.

Die beim Absolutverfahren nur umständlich vermeidbaren Fehler, die beim Ablesen des von den Codescheiben angezeigten Wertes in einer Zeit, an der das Codebild wechselt, auftreten können, sind bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeschlossen.The errors that are difficult to avoid in the absolute process, the when reading the value displayed by the code disks at a time when the Code image changes that can occur are excluded in the method according to the invention.

Bei einer Wegmeßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung, bei durch Stellung des Organs, dessen Lage geregelt werden soll, ständig mittels eines Codebildes als absoluter Wert erfaßt und in maschinell lesbarer Form angezeigt wird und bei der ein zusätzlicher Inkrementalmaßstab am Maschinenbett angebracht ist, dem eine eigene Ablesevorrichtung zugeordnet ist, derart, daß das absolute und das inkrementale Meßsystem zusammenwirken, ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die vom Inkrementalmaßstab in der ihm zugeordneten Ablesevorrichtung (7) erzeugten Impulse zur Gewinnung des Ablesesignals einer Impulsformerstufe zugeführt sind, die über einen Umschalter mit der Ablesevorrichtung für das Codebild verbunden ist, deren Ausgang auf einen Signalspeicher führt.In the case of a position measuring device for carrying out the method of the invention, in the case of the position of the organ whose position is to be regulated, constantly by means of of a code image recorded as an absolute value and displayed in machine-readable form and where an additional incremental scale is attached to the machine bed is, which is assigned its own reading device, such that the absolute and the incremental measuring system cooperate, it is provided according to the invention that those generated by the incremental scale in the reading device (7) assigned to it Pulses for obtaining the reading signal are fed to a pulse shaper stage, which is connected to the reading device for the code image via a switch, whose output leads to a signal memory.

Die Abbildung zeigt in schematischer Darstellung ein Beispiel für eine Wegmeßeinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das zu positionierende Organ wird hierbei durch den Schlitten 1 gebildet. Er kann mittels der Spindel 2 von dem Antriebsaggregat 3 bewegt werden. Die Stellung des Schlittens 1 wird über die ein Codebild liefernde Positionsanzeigevorrichtung 4 angezeigt, die über ein Getriebe 5 mit dem Antriebsaggregat 3 und daher auch mit der Spindel 2 gekuppelt ist.The figure shows a schematic illustration of an example of a distance measuring device for carrying out the method according to the invention. That too The positioning organ is formed here by the carriage 1. He can by means of the spindle 2 can be moved by the drive unit 3. The position of the slide 1 is displayed via the position display device 4 providing a code image, via a gear 5 with the drive unit 3 and therefore also with the spindle 2 is coupled.

Das Codebild an der Anzeigevorrichtung 4 kann mittels der Ablesevorrichtung 6 selbsttätig abgelesen werden. Da eine Ablesung immer dann und nur dann erfolgen soll, wenn sich das Bild etwa in der Mitte zwischen zwei Stellungen befindet, bei denen das Codebild wechselt, muß der Steuerbefehl dieser Bedingung entsprechend kommen. Er wird aus einem mittels der auf dem Schlitten 1 angebrachten Ablesevorrichtung 7 beim Erreichen eines der auf dem Inkrementalmaßstab 8 angebrachten Marken erzeugten Impuls gewonnen. Dieser Impuls gelangt zunächst an die Impulsformerstufe 9. Es ist zweckmäßig, diese derart auszubilden, daß bei hohen Impulsfolgefrequenzen, d. h. bei Bewegungen des Schlittens im Schnellgang, die Flankensteilheit der Impulse kleiner gemacht wird, als bei kleinen Geschwindigkeiten. Der als Steuerbefehl dienende Impuls gelangt über eine Umschalteinrichtung 10 an die Ablesevorrichtung 6, wobei er eine Ablesung bewirkt.The code image on the display device 4 can be read automatically by means of the reading device 6. Since a reading should always take place when and only when the image is approximately in the middle between two positions at which the code image changes, the control command must come according to this condition. It is obtained from a pulse generated by means of the reading device 7 mounted on the carriage 1 when one of the marks on the incremental scale 8 is reached. This pulse first arrives at the pulse shaper stage 9. It is useful to design it in such a way that at high pulse repetition frequencies, ie when the carriage moves at high speed, the edge steepness of the pulses is made smaller than at low speeds. The pulse serving as a control command arrives at the reading device 6 via a switching device 10, whereby it effects a reading.

Das Ergebnis dieser Ablesung wird gespeichert und mit dem, in der Vergleichseinrichtung 12 voreingestellten Wert verglichen. Wenn dieser mit der Ablesung übereinstimmt, wird ein Signal gebildet, das erstens das Antriebsaggregat 3 auf eine geringere Geschwindigkeit, den Schleichgang, herunterschaltet, zweitens ein Umlegen der Umschalteinrichtung 10 bewirkt und drittens eine Änderung entweder der Ablesung des Codebildes oder eine entsprechende Änderung des voreingestellten Wertes auf den Sollwert bewirkt.The result of this reading is stored and compared with the value preset in the comparison device 12. If this agrees with the reading, a signal is generated which firstly shifts the drive unit 3 down to a lower speed, the creep speed, secondly causes the switching device 10 to be switched , and thirdly a change in either the reading of the code image or a corresponding change in the preset value causes on the setpoint.

Die Umschalteinrichtung 10 dient zur Feineinstellung auf zwischen zwei Inkrementalmarken liegenden Abschaltwerten.The switching device 10 is used for fine adjustment to between two incremental marks.

Durch die Umlegung der Umschalteinrichtung 10 tritt an die Stelle der fest mit dem Schlitten 1 verbundenen Ableseeinrichtung 7 die willkürlich um mindestens den Abstand zweier Marken des Inkrementalmaßstabes verstellbare Ableseeinrichtung 13. Die von ihr abgelesenen Impulse gelangen, analog zu denen der Ableseeinrichtung 7, über eine Impulsformerstufe und die Umschalteinrichtung 10 an die Ableseeinrichtung 6.By moving the switching device 10 , the reading device 7, which is permanently connected to the carriage 1, is replaced by the reading device 13, which can be arbitrarily adjusted by at least the distance of two marks on the incremental scale and the switching device 10 to the reading device 6.

Im Zusammenwirken zwischen ihr, dem Speicher 11 und der Vergleichseinrichtung 12 wird beim Erreichen der Sollstellung ein Steuerbefehl gewonnen, der das Antriebsaggregat 3 über die Leitung 15 stillsetzt, wenn der Schlitten 1 seine Sollstellung erreicht hat.In the interaction between it, the memory 11 and the comparison device 12, when the target position is reached, a control command is obtained that controls the drive unit 3 stops via the line 15 when the carriage 1 reaches its desired position Has.

Claims

Claims: 1. Method for distance measurement for numerical point control of machine tools with simultaneous application of the absolute and the incremental Measuring method, d a -characterized in that the absolute and the incremental Distance measurement work in parallel, but the absolute measurement only becomes effective when the incremental distance measurement emits a signal, and that the absolute measured The value remains stored until the next measurement.

2. Position measuring device for carrying out the method according to claim 1, in which the position of the organ whose position is to be regulated is constantly recorded as an absolute value by means of a code image and displayed in machine-readable form and in which an additional incremental scale is attached to the machine bed, which is assigned its own reading device, in such a way that the absolute and the incremental measuring system interact, characterized in that the pulses generated by the incremental scale in the reading device (7) assigned to it are fed to a pulse shaper stage (9) for obtaining the reading signal, which is fed via a Changeover switch (10) is connected to the reading device (6) for the code image, the output of which leads to a signal memory (11).

3. Distance measuring device according to claim 2, characterized in that at least one arbitrarily adjustable by the distance between two marks on the incremental scale (8) an additional reading device (13) attached to the organ (1) is provided, by means of a switch (10) instead of the reading device (7) for the incremental scale can be switched on.

4. Distance measuring device according to claim 2 or 3, characterized in that that the edge steepness of the reading devices for the incremental scale (7 or 13) delivered pulses is reduced at high pulse frequency.