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Anordnung zum Bestimmen der T'elativlage zweier Teile Die Erfindung
betrifft eine Anordnung zum Bestimmen der Relativlage zweier Teile, von denen eines
Träger eines aus mehreren rUeilstücken zusammengesetzten Maßstabes ist, während
das andere Teil mit der Abtasteinrichtung eines inkrementalen Meßsystems verbunden
ist.
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Die genannten Teile können z. B. das feststehende Bett und ein hierauf
längsverschiebbarer Schlitten einer Maschine oder eines Gerätes mit großem Arbeitsbereich
sein.
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Bei bekannten Anordnungen werden die einzelnen Naßstabteilstücke an
der Maschine so zueinander justiert, daß an den Stoßstellen der Abstand zwischen
zwei benachbarten Teilstrichen einem Intervall oder einen Intervallvielfachen der
Teilung entspricht. Nach erfolgter Justierung werden die Maßstabteilstücke mittels
Befestigungselemente - z. 3. Spannpratzen - mit ihrem Trägerteil fest verbunden.
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Nachteilig bei Anordnungen der vorstehenden Art ist, daß bei Temperaturänderungen
die Maßstabteilstücke sowie deren Trägerteil aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten
und/oder unterschiedlicher Massenverhältnisse unterschiedliche Längenänderungen
erfahren, was zu Verformungen der Ma#stabteilstücke und schließlich zu Abstandsveränderungen
an den Stoßstellen des Maßstabes führen kann. Solche Abstandsänderungen können eine
Verschlechterung der optischen Signale an der Stoßstelle nach sich ziehen, die dann
z. B. von einer nachgeschalteten fotoelektrischen Abtasteinrichtung des inkrementalen
Meßsystems nicht mehr eindeutig wahrgenommen werden können, was zu Meßfehlern führt.
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Zwar sind bereits Anordnungen bekannt. geworden, bei denen nach Justierung
des Teilungsintervalles an den Stoßstellen die Maßstabteilstücke an der Stoßstelle
mittels Verbindungselemente zu einer Einheit zusammengefügt werden. Der in sich
zusammenhängende Piaßstab wird hierbei nue an einem Ende mit seinem Trägerteil fest
verbunden, während die übrigen in Führungen gelagerten Partien des Maßstabes in
Längsrichtung relativ zum Trägerteil beweglich sind.
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Bei Anordnungen der vorstehenden Art ist aber immer noch die Justierung
des Teilungsintervalles an den Stoßstellen des Maßstabes zur Erhaltung abtastfähiger
optischer
Signale erforderlich.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Nachteile bekannter Anerdnungen
zu beheben und bei einer Anordnung der eingangs genennten Art zu erreichen, da#
aufwendige justierungen an den Ma#stabsto#-stellen entf@ llen können, ohne d ß d
bei beim Überfahren der M #st@ bsto#stellen Unsicherheiten bei der Abtsstung auftreten.
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Die gestellte Aufgebe wird erfindungsgemä# dadurch gelöst, dß wenigstens
zwei mechanisch starr mitein-nder verbtlndene Abtasteinrichtungen für die Ma#-stabteilstücke
vorgesehen sind, die @it@els Schaltmittel wechselweise einschaltbar sind, in der
Weise, daß vor Erreichen einer Stoßstelle der Ma#stabteilstücke die bis dahin Zählipulse
abgebende Abtesteinrichtung abgeschaltet wird, während gleichzeitig die andere sich
bereits auf dem benacharten Maßstabteilstück befindliche Abtasteinrichtung eingeschaltet
wird.
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Durch die Erfindung entfullt die Justierung an den Sto#stellen des
ma#stabes, weil durch den vorstehend genannten wechselweisen Binsctz zweier Abtasteinrichtungen
das sich zwischen benachbarten Teilstücken
an der Stoßstelle ergebende
Intervall nicht abgetastet wird.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele naher erläutert.
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Es zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung,
bei den die Abtasteinrichtungen mittels fotoelektrischer Schaltmittel gesteuert
werden, Figur 2 verkleinert eine Einzelheit zu Figur 1, in der die zur Steuerung
der Abtasteinrichtungen benutzten Teilungsspuren ersichtlich sind, Figur 3 eine
Draufsicht auf Figur 2, Figur 4 stark vergrößert eine einzelne zur Steuerung der
Abtasteinrichtungen auf dem IIaßstsb und Abtastplatte vorgesehene Teilungsspur,
Figur 5 eine Signalkurve zu Figur 4, Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Anordnung, bei dem die Abtatt-@ einrichtungen über mechanische
Schaltkulissen gesteuert werden, Figur 7 eine Einzelheit zu Figur 6, in der vergrößert
eine mechanische Schaltlnilisse gezeigt ist.
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In Figur 1 sind zur Abtastung eines aus mehreren Teilstücken 10 bestehenden
Maßstabes erfindungsgemäß zwei gleiche Abtasteinrichtungen z. B. fotoelektrischer
Bauart vorgesehen, die über eine in der Zeichnung r-ll schematisch angedeutete mechanische
Kupplung 9 starr miteinander verbunden sind. Jede dieser Abtasteinrichtungen enthält
eine Abt astplatte íi bzw. 111, die in Richtung des Pfeiles 16 verschiebbar sind.
Der Maßstab 10 sowie die im geringen Abstand darüber gleitende Abtastplatte 11 und
111 sind in üblicher nicht gezeigter Weise an den relativ zueinander beweglichen
Teilen z. B. einer Maschine oder dgl. befestigt. Die Teilung 12/12t von Ma#stab
10 und abtastplatte 11 und 111 besteht aus je einer Folge gleich breiter transparenter
und nichttransparenter Teilfelder. Auf der Abtastplatte 11 und 111 sind in üblicher
gleise zur Richtungsunterscheidung des verschiebbaren Teils zwei gegeneinander versetzte
Teilungsspuren 12' aufgebracht.
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In Fig. 1 bis 3 sind auf dem Meßstab 10 und der Abtastplatte 11 und
111 noch weitere Teilungsspuren 15/15 vorgesehen, die zur Erzeugung von Schaltimpulsen
S (Fig. 5) für die zwei Abtasteinrichtungen herangezogen werden. Der Schaltimpuls
S soll bewirken, daß vor Erreichen einer Ma#stabsto#stelle die bis dahin Zählimpulse
abgebende Abtasteinrichtung abgeschaltet
wird und gleichzeitig die
andere sich bereits auf dem benechbarten Ma#stabteilstück befindliche Abtasteinrichtung
eingeschaltet wird.
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Die hierzu benutzte Teilung 15/15' besteht z. B. aus unter sich gleich
breiten.Feldern, die z. B. gemäß Fig. 4 in ungleichen Abständen aufeinanderfolgen.
Das der Teilung 15/15' nachgeschaltete fotoelektronische Bauelement 22 oder 221
liefert bei Relativverschiebungen von Naßstab 10 und Abtastplatte 11 und 111 ein
elektrisches Signal als Schaltimpuls, das in der Nähe einer bestinnten gegenseitigen
Lagezuordnung der Teilung 15/15' eine wesentlich steilere Änderung eines Betrages
erfahrt als in anderen Lagezuordnungen.
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Weitere für die erfindungsgemä#e unordnung zweckmäßige Teilungen zum
Erzeugen von elektrischen Schaltimpulsen der vorstephenden Art können der eigenen
unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung P 15 48 869.4 entnonmen werden.
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Der Maßstab 10 und die Abtastplatte 11 und 111 werden in Fig. 1 mittels
einer Lampe 17 und 171 und eines Kondensors 18 und 181 beleuchtet. Die Lichtbündel
durchsetzen die Gitterteilung 12/12t bzw. 15/15' und werden mittels Objektive 19,
20 und 21 bzw. 191, 2°1 und 211 auf die Lichteintrittsfläche der nachgeschalteten
fotoelektronischen Bauelemente
13, 14 und 22 bzw. 131, 141 und 221
konzentriert.
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Die elektrischen Ausgangssignale der fotoelektronischen Bpuelemente
13, 14 und zur bzw. 13i, 141 und 221 erden über elektrische Leitungen 23, 24 und
25 bzw.
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231, 241 und 251 Verstärkern 26, 27 und 28 bzw. 261, 271 und 281 und
über deren Ausgänge 31, 32 und 33 bzw.
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311, 321 und 331 Impulsformerstufen 34, 35 und 36 bzw.
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341, 351 und 36i zugeführt, wo sie in Rechteckimpulse umgeformt werden.
Über die Ausgänge 40 und 41 bzw. 401 und 411 der Impulsformerstufen 34 und 35 bzw.
341 und werden Impulse an Und-Tore 42 und 43 bzw. 421 und 431 abgegeben, ar deren
anderen Eingängen über Leitungen 44 und 441 Impulse eines sog. "set-reset-flip-flop"
45 zugeführt werden. Die über die Ausgä 50 46 und 47 der Und-Tore 42 und 43 oder
421 und 431 abgegebenen Impulse werden einem elektronischen Richtungsdiskriminator
48 bekannter Art zugeführt, dessen eine Ausgangsleitung 49 am Vorwärtseingang V
und dessen andere Ausgangsleitung 50 am Rückwärtseingang R eines elektronischen
Zählers 51 zngeschlossen ist. In der elektronischen Richtungsdiskrininstor-/Zählschaltung
48/51 werden die von den Impulsformerstufen 34, 35 oder 341, 351 gelieferten Impulse
entsprechend ihrem Informationsgehalt in Längenangaben umgesetzt. Die Ausgänge 49
und 50 des Richtungodiskriminators 48 sind außerdem an ein Oder-Tor 53 angeschlossen,
das über seine Ausgangsleitung 54 nur dann Impulse an Und-Tore 55 bzw. 551 abgibt,
wenn entweder
an der Leitung 49 oder an der Leistung 50 Impulse
anstehen. Dem anderen Eingang des Und-Tores 55 oder 551 werden über eine elektrische
Leitung 56 oder 561 von der Teilung 15/15' abgeleitete Schaltimpulse zugeführt.
Die über den Ausgang 57 oder 571 des UndTores 55 oder 551 abgegebenen Impulse steuern
den Flip-Flop 45.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Einrichtung ist folgende:
Als Beispiel sei angenommen, daß in Fig. 1 die Abtastplatte 11 und 111 von links
nech rechts relativ zum Maßstab 10 verschoben wird. Beim Verfahren der Abtasteinrichtungen
in dieser Richtung werden z. B. über die elektrische Leitung 49 Impulse an den Vorwärtseingang
V des Zählers 51 sowie auch an das Oder-Tor 53 abgegeben, wobei in der in Fig. 1
gezeigten Stellung noch immer die links vom Ma#stabstoß sich befindliche Abtasteinrichtung
eingeschaltet sein soll. Verschieben sich nun in Fig. 1 die über Kupplungen 9 starr
miteinander verbundenen Abtastplatten 11 und 111 weiter nach rechts, dann wird an
der Teilungaspur 15/15' von Nsßstab 10 und Abtestplatte 111 ein Schaltimpuls S erzeugt
(Fig. 5), der im Zusammenwirken mit den an der Teilung 12/12' erzeugten Zählimpulsen
die andere rechts vom MaRstabstoß liegende Abtasteinrichtung einschaltet.
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Der Umschsltvorgang für den wechselweisen Einsatz der zwei Abtasteinrichtungen
wird, wie bereits genannt,
vom Schaltimpuls ausgelëst, der in der
vorstehenden angenommenen Relativlage von Abtastplatte 11 und 111 und Ma#stab 10
über die Leitung 561 dem Und-Tor zugeführt wird. Da ST. deren Eingang des Urd-Tores
55 bereits über die Leitung 54. des Cder-Teres 5 zugeführte Impulse anstehen, wird
über den Ausgang 571 des Und-Tores 551 ein Impuls an den Flip-Flcp 45 abgegeben,
der iipt, und über sei9nen Ausgang 441 Impulse an die Und-Tore 421 bzw. 431 abgibt.
Da zugleich aucil an deren Eingang der Und-Tore 421 und über die Leitung 4C1 und
411 zugeführte Impulse anstehen, werden übr die Ausgänge 46 und 47 Impulse an die
elektronische Richtungsidiskriminator-/Zählschaltung 48/51 abgegeben.
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Wird von der vorstehender Stellung aus, bei der an der Teilungsspur
15/15' von Na#stab 10 und Abtastplatte 111 ein Schalitimpuls erzeugt worden ist,
die Abtastplatte 11 und 111 weiter nach rechts verfahren, dann kippt der Flip-Flop
45 erst denn wieder um, wenn die Teilungsspur 15' der Abtastplatte 11 wieder auf
eine Strichgruppe 15 des Ma#stabes 10 trifft, z. B. in Fig. 2 und 3, die einen kompletten
Maßstab zeigt, auf die sechste Strichguppe 15 vom linken Ma#stabsende.
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An der zuletzt genannten Stelle, bei der an der Teilungsspur 15/15'
von Ma#stab 10 und Abtastplatte 11 ein Schaltimpuls erzeugt worden ist, wird dann
wieder die rit der Abtastplatte 11 versehene Abtasteinrichtung wirksam.
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Das Umschalten von einer Abstasteinrichtung auf die andere Abtasteinrichtung
erfolgt stets unmittelbar nach einem an der Teilung 12/12' erzeugten Zählimpuls,
womit verhindert wird, daß beim triederholten Überfahren einer Schaltstelle Fehler
aufsummiert werden.
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Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann selbstverständlich
auch so gestaltet sein, daß anstelle von zwei Abtastplatten eine in einem einzigen
Gerat angebrachte Abtastplatte Verwendung findet, auf der zwei Zählspuren und weiters
zwei Teilungsspuren für die Schaltimpulse aufgebracht sind. In diesem Falle kann
die Abtastplatte mittels einer einzigen Lampe über einen Eondensor beleuchtet werden.
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Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei einen Ma#stab
10' abtastende fotoelektrische Auflicht-Abtasteinrichtungen 60 und 601 bekannter
Art vorgesehen sind, die über eine Kupplung 9' starr miteinander verbunden sind.
Zum Umschalten der Abtasteinrichtungen 60 und 6°1 ist in Fig. 6 ein elektrischer
Schalter 61 vorgesehen, dessen beweglicher Taster 62 in eine insgesant mit 68 bezeichnete
mechanische Schaltkulisse eingreift. Die Schaltkulisse 68 besteht in Fig. 6 und
7 beispielsweise aus zwei
Leisten 63 und 64-, die auf einer Trägerplatte
65 befestigt sind. Der elektrische Uclter 61 ist in einem Halter 66 eingesetzt,
der unverrückbar am Gerät 60 befestigt ist.
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Die in Fig. 6 gezeigte eleLtronische huswerteschaltung für die elektrischen
Schaltimpulse und Zählimpulse ist in ihren Aufbau gleich der in Fig. 1 gezeigten
Schaltung.
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Die Abtasteinrichtung 60 und 6C1 kann z. B. entsprechend der in deutschen
Gbm 1 911 234 beschriebenen Abtasteinrichtung gestaltet sein. Die Teilung 12: des
Naßstabes 10' besteht in Fig. 6 aus abwechselnd licht absorbierenden und lichtreflektierenden
Feldern.
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Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende: Es sei angenommen,
dß sich in Fig. 6 die Abtasteinrichtung 60 und 601 von liks nach rechts relativ
zum Ma#stab 10' bewegt. In der in der Zeichnung gezeigten Stellung wird gerade die
Abstasteinrichtung 60 abgeschaltet und die rechts vcm Stoß liegende Abtasteinrichtung
601 eingeschaltet. Wird von dieser Stelle aus die Abtasteinrichtung 60 und 601 so
weit nach rechts verschoben, bis der Tester 62 des Schalters 61 in die rechts vom
Maßstabstoß befindliche Rulisse 68 eingreift, dann wird wieder auf die Abtasteinrichtung
60 zurückgeschaltet.
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Die Erfindung ist nicht darauf beschränkt, daß die in der Zeichnung
gezeigten Abtasteinrichtungen fotoelektrische Gitterabtasteinrichtungen sind, sondern
es ist selbstverständlich auch möglich, andere inkrementele Me#systeme z. B. kapazitiver,
induktiver, magnetischer Art usf. bei der Erfindung anzuwenden.