DE1448946B2 - Wegemeßeinnchtung, insbesondere zum numerischen Steuern von Werkzeugmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wegemeßeinrichtung, insbesondere zum numerischen Steuern von Werkzeugmaschinen, mit einem die Meßstrecke abbildenden magnetisierbaren Aufzeichnungsträger und einer Abfragevorrichtung, die die auf dem Aufzeichnungsträger angebrachten, durch Magnetisierungen hervorgerufenen Teilungsstriche abzählt, wobei die Teilungsstriche mit der Längsrichtung des Aufzeichnungsträgers einen Winkel größer oder kleiner als 90° einschließen und eine zusätzliche Feinmessung durch Abfrage des Aufzeichnungsträgers in Querrichtung vorgesehen ist.

Bei diesen bekannten Einrichtungen, bei denen die auf einem Maßstab angebrachten Teilungsmarkierungen mittels optischer Verfahren (vgl. z. B. britische Patentschrift 932 917) oder mittels elektromagnetischer Verfahren (vgl. deutsche Patentanmeldung W 10 407) abgezählt werden, tritt der Nachteil auf, daß mit zunehmender Unterteilung des Maßstabes die Abzählung und damit die Herstellung des Maßstabes immer aufwendiger wird.

Um dies zu vermeiden, ist es bereits bekannt, die auf einem magnetisierbaren Grobmaßstab aufgebrachten Markierungen abzuzählen und dann die Feineinstellung zwischen zwei Teilmarken durch Verschieben der Abtastvorrichtung mittels einer Leitspindel vorzunehmen. Als Abtastvorrichtung für die magnetischen Markierungen können dabei Hallgeneratoren benutzt werden (vgl. deutsche Auslegeschrift 1 138 240).

Zur Erhöhung der Abfragegenauigkeit ist es fernerhin bei optischen Wegemeßeinrichtungen bekannt (vgl. britische Patentschrift 932 917), die Strichmarkierungen auf dem Aufzeichnungsträger schräg anzuordnen und die Abfragevorrichtung quer zum Aufzeichnungsträger einstellbar zu machen. Dieses Verfahren ist insofern nachteilig, als zur Verstellung eine verhältnismäßig aufwendige mechanische Vorrichtung notwendig ist, deren Toleranzen wiederum die Genauigkeit des Verfahrens beeinträchtigen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine magnetische Wegemeßeinrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß außer einer Grobmessung auch eine gleichzeitige Feinmessung möglich ist, und zwar ohne daß es komplizierter mechanischer Verstellapparaturen bedarf.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Abfragevorrichtung aus einer Reihe von voneinander unabhängigen Abtastköpfen besteht, die quer zum Aufzeichnungsträger in einer Linie angeordnet sind, und daß zur gleichzeitigen Grob- und Feinmessung einer der Zählsignale liefernden Abtastköpfe anwählbar ist.

Auf diese Weise kann — je nach Zahl der verwendeten Abtastköpfe — außer einer Grobmessung auch eine Feinmessung in Stufen vorgenommen werden, und zwar ohne daß es irgendwelcher mechanischer Verschiebeeinrichtungen bedarf.

Bei Verwendung von Hallgeneratoren als Abtastköpfe, bei denen der Nulldurchgang der Hallspannung als Zählsignal ausgewertet wird, erfolgt also die Grobeinstellung durch Zählen der Impulse und die Feineinstellung durch Verschieben des Nulldurchganges der Hallspannung entsprechend der seitlichen Versetzung des einzelnen Hallgenerators.

An Hand einer Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert; es zeigt

F i g. 1 einen Aufzeichnungsträger, bei dem die Teilungsmagnetisierungen durch einmaliges Magnetisieren erzeugt werden (sogenannter magnetischer Maßstab),

F i g. 2 einen Aufzeichnungsträger, bei dem die Teilungsmagnetisierungen durch einen Dauerstrom erzeugt werden (sogenannter elektrischer Maßstab),

F i g. 3 a den im Hallgenerator auftretenden Steuerfiuß bei verschiedenen Stellungen in Längsrichtung ίο des Maßstabes,

F i g. 3 b . die vom Hallgenerator bei Bewegung längs des Maßstabes erzeugte Spannung,

F i g. 3 c die aus der Hallspannung zur Zählung abgeleitete Signalspannung,

Fig. 4a einen Ausschnitt des Maßstabes mit verschiedenen Stellungen des Hallgenerators auf der Breite des Maßstabes,

F i g. 4 b die dabei auftretenden Steuerflüsse im Hallgenerator,

F i g. 4 c die für die verschiedenen Neigungen der Teilungsmagnetisierungen auftretenden Hallspannun- §^en>

F i g. 5 ein Blockschaltbild der Meßeinrichtung.

F i g. 1 zeigt einen sogenannten magnetischen Maßstab, bei dem die Oberfläche des magnetisierbaren Aufzeichnungsträgers 1 derart magnetisiert ist, daß Nord- und Südpole 2 bzw. 3 in der gezeichneten Weise aufeinander folgen und die Nord- und Südpole gegenüber der ή-Achse des,eingezeichneten Koordinantensystems um den Winkel α verdreht sind.

Wie F i g. 2 zeigt, kann eine derartig gewünschte Folge von Nord- und Südpolen auf dem Aufzeichnungsträger 1 auch durch eine geeignete elektrische Anordnung erreicht werden, indem ein elektrischer Leiter in der gewünschten Form der Magnetisierungen auf dem Träger befestigt ist. Fließt Strom in der eingezeichneten Richtung durch den Leiter 4, so bilden sich entsprechend dem FeIdverlauf um den Leiter Nord- und Südpole aus, wobei diese Pole wieder um den Winkel α gegenüber der /j-Achse verdreht sind. Ein solcher elektrischer Maßstab kann z. B. als gedruckte Schaltung ausgeführt sein.

F i g. 3 a zeigt den Hallgenerator 5 an verschiedenen Stellen 6 bis 10 längs des Maßstabes. Entsprechend der Stellung des Hallgenerators auf dem Maßstab ändert sich in ihm die Richtung des Steuerflusses von positiven zu negativen Werten und damit die von ihm abgegebene Spannung.

In Fig. 3 b ist.die Spannung dargestellt, die sich ergibt, wenn der Hallgenerator längs des> Maßstabes verschoben wird. Sie verläuft ungefähr nach einer Cosinusfunktion, wenn dabei als Nullpunkt die Stellung dient, bei der der Hallgenerator den größten Steuerfluß erhält. Den mit 6 bis 10 bezeichneten Spannungswerten entsprechen dabei die Stellungen 6 bis 10 des Hallgenerators in F i g. 3 a.

F i g. 3 c zeigt die von der Hallspannung zur Zählung abgeleitete Signalspannung Us- Sie besteht für jede Periode der Hallspannung aus jeweils einem Rechteckimpuls 11, der von einem Nulldurchgang 7 bis zum nächsten Nulldurchgang 9 andauert.

F i g. 4 a zeigt einen Ausschnitt des Maßstabes mit verschiedenen Stellungen 12 bis 14 des Hangenerators auf der Breite des Maßstabes. Die Stellungen 13 und 14 sind dabei gestrichelt angedeutet.

Infolge der Neigung der Teilungsmagnetisierungen

ergeben sich auch hier, wie F i g. 4 b zeigt, verschiedene Steuerflüsse im Hallgenerator.

F i g. 4 c zeigt dazu den entsprechenden Spannungsverlauf, der ähnlich dem in F i g. 3 b gezeigten Spannungsverlauf ist. Den mit 12 bis 14 bezeichneten Spannungswerten entsprechen dabei die Stellungen 12 bis 14 des Hallgenerators in F i g. 4 a und 4 b. Außerdem sind noch die Hallspannungen für die Extremneigungen a = 0° und α = 90° der Teilungsmagnetisierungen eingezeichnet.

In F i g. 5 sei an Hand eines Ausführungsbeispiels die Wirkungsweise der Einrichtung unter Verwendung eines Hallgenerators beschrieben. Von einem definierten ^Nullpunkt aus soll mit dem Hallgenerator 5 z.B. die Stellung 525,13mm auf dem Maßstab mit einer Genauigkeit von 0,01 mm angefahren werden. Hat z. B. der in F i g. 1 gezeigte Maßstab eine Breite von 100 mm und liegen die einzelnen Teilungsmarkierungen um 1 mm auseinander, so wird durch die Verstellvorrichtung 15 der Hallgenerator 5 um 13 mm in /i-Richtung und anschließend in x-Richtung verschoben. Aus den Nulldurchgängen der Hallspannung werden in einer Kippstufe 16 Rechteckimpulse gewonnen, die in einer Zählstufe 17 abgezählt werden. Nachdem 525 Teilmarkierungen, von denen jede 1 mm entspricht, abgezählt sind, wird durch die Steuerstufe 18 die Verstellvorrichtung 15 stillgesetzt. Durch die Verschiebung des Hallgenerators in Λ-Richtung erfolgte eine entsprechende Verschiebung des Nulldurchganges der Hallspannung, so daß nach 525 Teilmarkierungen der Hallgenerator genau auf der Stellung 525,13 steht. Der Übersichtlichkeit halber wurden beide Bewegungsvorgänge nacheinander dargestellt, in Wirklichkeit können beide Bewegungsvorgänge zeitlich gleichzeitig stattfinden. Dabei muß die Bewegung quer zum Maßstab abgeschlossen sein, bevor der Hallgenerator längs des Maßstabes zum Stillstand kommt. Soll vor Erreichen des Sollwertes abgeschaltet werden, um das Auslaufen der Maschine zu berücksichtigen, so kann dabei die Hallspannung zusätzlich benützt werden. Hierbei werden über eine Amplitudenüberwachungsstufe 19 entsprechende Schaltbefehle bei Absinken der Hallspannung unter einen eingestellten Wert gegeben.

Die relativ aufwendige und störanfällige mechanische Verstellvorrichtung kann nun dadurch vermieden werden, daß an Stelle der seitlichen Verschiebung des vorstehend genannten Hallgenerators mehrere Hallgeneratoren als Abtastköpfe nebeneinander in einer Linie angeordnet und je nach Bedarf angewählt werden.

Ist z. B. eine Einstellung der Werkzeugmaschine auf Vio mm genau erforderlich, aber mit sehr großer Genauigkeit, so kann man, statt den Hallgenerator quer zur Längsrichtung des Maßstabes zu verstellen,

ίο auch zehn Hallgeneratoren nebeneinander anbringen. Die jeweils gewünschte Position wird dann durch Anwählen eines der zehn Hallgeneratoren und durch Zählen der der Meßstrecke entsprechenden Impulse

'-■ eingestellt. -> ί-

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß die Bewegungen der Abfragevorrichtung ganz oder teilweise durch entsprechende Bewegungen des Maßstabes ersetzt werden können.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Wegemeßeinrichtung, insbesondere zum numerischen Steuern von Werkzeugmaschinen, mit einem die Meßstrecke abbildenden magnetisierbaren Aufzeichnungsträger und einer Abfragevorrichtung, die die auf dem Aufzeichnungsträger angebrachten, durch Magnetisierungen hervorgerufenen Teilungsstriche abzählt, wobei die Teilungsstriche mit der Längsrichtung des Aufzeichnungsträgers einen Winkel größer oder kleiner als 90° einschließen und eine zusätzliche Feinmessung durch Abfrage des Aufzeichnungsträgers in Querrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfragevorrichtung aus einer Reihe von voneinander unabhängigen Abtastköpfen (12 bis 14) besteht, die quer zum Aufzeichnungsträger (1) in einer Linie angeordnet sind, und daß zur gleichzeitigen Grob- und Feinmessung einer der Zählsignale liefernden Abtastköpfe anwählbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Abtastköpfe (12 bis 14) Hallgeneratoren dienen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulldurchgänge der Hallspannung (U]₁) in den Hallgeneratoren (12 bis 14) als Zählsignale für eine Zählstufe (17) dienen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen