-
Digitale Längenmeß- und Positioniereinrichtung Die Erfindung betrifft
eine digitale Längenmeß und Positioniereinrichtung zum Messen der Verschiebung eines
beweglichen Teiles gegenüber einem festen Teil einer Maschine, bei der ein Meßdraht
mit einem Teil der Maschine verbunden ist und sich dieser bei der Verschiebung auf
einen Zylinder auf und abwickelt und durch die Drehbewegung des Zylinders eine Impulsscheibe
angetrieben wird von der in an sich bekannter Weise richtungsabhängige Impulse abgeleitet
werden.
-
Eine bekannte digitale Längenmeß- und Positioniereinrichtung ist so
ausgebildet, daß die Drehbewegung einer Antriebsgewindespindel oder eine Kugelumlaufspindel
einer Maschine ausgenutzt wird, um eine Impulssoheibe oder Wegmeßeinrichtung direkt
anzutreiben, wobei die Teilung der Impulsscheibe entspreohend der Steigung der Antriebsspindel
so ausgewählt ist, daß ihr kleinster Teilstrichabstand einer Verschiebung von 0,01
mm entspricht.
-
Dabei kann die Impulsscheibe eine lichtdurchlässige oder reflektierende
Strichteilung aufweisen oder auch eine Codeteilung zur absoluten Lagebestimmung
tragen, die lichtelektronisoh abgetastet werden. Es können auch mehrere Impulsscheiben
dieser Art hintereinander angeordnet sein, die entsprechend der größeren Weglänge
unter setzt angetrieben werden, Auoh ist es üblich, zur Maßverkörperung Impulsträ
ger mit induktiver oder kapazitiver Wirkungsweise einsusetzen, Nachteilig ist hierbei
der einer Antriebsspindel anhaftende Verschleiß in Polige der großen KraftUbertragung
und die damit entstehenden Meßfehler sowie die Umkehrspanne.
-
Weitere bekannte digitale Längenme#- und Positioniereinrichtungen
vermeiden diesen Nachteil dadurch, daß zum Antrieb neben die eigentliche Transportspindel
der Maschine parallel gelagerte Meßtriebe - vorwiegend Kugelschraubtriebe oder Zahnstangenme#triebe
- benutzt werden0 Auf diese wirken nur noch die zum Antrieb des Meßsystems und zur
Überwindung der Lagerreibung erforderlichen, geringe Drehmomente ein, weswegen die
Meßgenauigkeit über einen längeren Zeitraum eingehalten werden kann. Die Anordnung
der Meßtriebe an der Maschine ist Jedoch sehr aufwendig und ihre Herstellung selbst
kostspielig, Diese sogenannten indirekten Meßsysteme müssen bei Bearbeitungsmaschinen
außerdem gut gegen Verschmutzung geschützt werden.
-
Weitere bekannte, direkt wirkende Meßsysteme arbeiten berührungslos
und verschleißfrei mit vorwiegend lichtelek -tronischer oder induktiver Abtastung,
da parallel neben der Antriebsspindel einer Maschine angeordnete Linearmaßstäbe
eingesetzt werden, auf die Je nach Arbeitsweise eine Längenteilung, Rasterteilung
oder Codefelderteilung au£getragen ist. Nachteilig ist, daß diese Elemente der Meßverkörperung
bei entsprechender Teilungsgenauigkeit sehr teuer sind und das sie an eine Maschine
mit hoher Genauigkeit parallel zur Bewegungsrichtung und auf entsprechend vorgearbeitete
Flächen guter Ebenheit montiert werden mUs sein. Daraus erklärt sich, daß vielfach
noch Maßstabträger erforderlich sind, um mehrere Einzelstücke solcher Ma#stäbe hintereinander
fluchtend und aneinander maßlich genau ansetzen zu können Die Maßstäbe mUbsen ebenfalls
gut gegen Staub, Späne und Benetzung mit Flüssigkeiten ger schützt werden.
-
Alle geschilderten Bestandteile der genannten digitalen Lägenme#-
und Positioniersinrichtungen müssen Init einem hohen technologischen Atfwand maßlich
au#erordentlich genau hergestellt werden woraus sich die hohen Herstellungskosten
erklären.
-
Sie werden darüberhinaus von vornherein für bestimmte Meßlängen der
entsprechenden Koordinaten ausgelegt und bringen dadurch für die Lagerhaltung ein
großes Sortiment, sowohl beim Hersteller als auch beim Anwender solcher Einrichtungen.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Längenmeß und Positioniereinrichtung
zu schaffen, die die Nachteile und Mängel der beschriebenen Einrichtungen vermeidet
uS besonders durch eine Einsparung der aufwendigen maßverkörpernden Elemente gegenüber
bekannten Meßsystemen wesentliche Vorteile in bezug auf die Entfeinerung der Toleranzen
für ihre Herstellung, Verringerung des Montageaufwan des an der Maschine, einen
Minimalaufwand für Schùtzmaßnahmen gegen Verschmutzung und die Lagerhaltung mit
sich bringt.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Meßdraht
mit dem einen Teil einer Maschine verbunden wird und daß sich dieser bei der Verschiebung
auf einen Zylinder auf- und abwickelt und daß durch die Drehbewegung des Zylindera
eine Impulsecheibe angetrieben wird von der in an sich bekannter Weise richtungsabhängige
Impulse abgeleitet werden können, Die entstehenden richtungsbehaftenden Impulse
können in bekannter Weise einen nachfolgenden, vorzugsweise elektronisoh arbeitenden
Zähler, zum Beispiel zur Anzeige der Position des beweglichen Teiles einer Maschine,
zugeleitet werden. Diese Einrichtung kann damit auch der numerischen Istwerterfassung
einer Maschine dienen, Die erfindungsgemäße Einrichtung gestattet einen schlupffreien
und spielfreien Ablauf des Meßdrahtes als Verbindungselement zum beweglichen Teil
einer Maschine und arbeitet praktisch verschleißfrei
Mit der Einrichtung
ist es durch die geringen Abmessungen des Drahtes möglich, die Meßstelle an einen
für die Maschine meßtechnisch günstigen Ort zu legen.
-
Die Einrichtung gestattet es, bis zur maximalen Abwicklung des Meßdrahtes,
also bis zur größten meßbaren Weglänge, ohne vorherige Vorbereitung oder Einschränkung
auch Jede kleinere Weglänge zu überfahrenO Der Mehraufwand für eine größere Meßlänge
ist gegenüber bekannten Systemen bedeutend geringer, Vorteilhaft ist die Erfindung
so gestaltet, daß der sich auf dem Zylinder auf oder abwickelnde Meßdraht durch
eine Führungsdüse läuft und damit keine Übe rdeokung der Windungen eintreten kann.
Der Zylinder kann auch Gewindegänge tragen, in denen der Meßdraht zusätzlich geführt
wird und durch eine radial angeordnete feste Schneide oder Hülse kann ein Herausspringen
aus den Gewindegängen vermieden werden.
-
Die Anordnung der Bauelemente ist derart gestaltet, daß die Tolereanzen
der Einzelteile im einzelnen keine bedeutende Auswirkung auf die Meßgenauigkeit
haben, wenn die Impulescheibe einen Umfang aufweist, der durch das beabsichtigte
kleinste Inkrement der Meßstrecke teilbar ist0 In der Regel wird das ein Bruchteil
eine Millimeters, zum Beispiel 0,1; 0,01 oder 0,001 mm oder kleine Intervalls aus
dem Zollmaßsystem sein.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, auf der
Impulsscheibe eret nach der Montage die Unterteilung der Wegstrecke auszubilden,
indem mittels einer verschiebbaren Teilvorrichtung der Meßdraht oder die Positioniereinrichtung
um stets einen, dem kleinsten Inkrement .ntepre chenden Betrag vereohoben wird,
bis die ueber den Zuhntrieb mit einem geteilten Ritzel spielfrei angetriebene Impulsscheibe
eine volle Umdrehung abgelaufen ist.
-
Duroh die in dieser Weise hergestellte Impulsscheibe wird der Einfluß
des Durchmesserfehlers des Zylinders und des Ubersetzungsfehlers des Zahnradtriebes
ausgeschaltet.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann die Längenmeß-und Positioniereinrichtung
auch derart ausgebildet sein, daß sie an einem Teil der Maschine befestigt wird
und der Meßdraht an beiden Enden am anderen Teil einer Maschine straff gespannt
befestigt wird, wobei der Meßdraht den Zylinder eine oder mehrere Windungen umschlingt
und die Führungsdüsen fest in das Gehäuse eingebaut sind. Durch diese Anordnung
wird es möglich, den Einfluß der Dehnung des Meßdrahtes auszuschalten und mühelos
größere Meßlängen zu erreichen.
-
Desweiteren kann die Abtastung der Impulsscheibe durch eine lichtelektronisch,
induktiv oder kapazitiv wirkende Abtasteinrichtung erfolgen, die in an sich bekannter
Weise mehrere Impulse gleichzeitig erfaßt oder auch alle auf dem Umfang oder der
Scheibenfläche aufgetragene Impulse an der Abtastung beteiligt.
-
Die Erfindung soll vereinfacht an einem Ausführungabeispeil dargestellt
werden.
-
Es zeigen die Figur 1: den schematischen Aufbau der Längenmeß- und
Positioniereinrichtung mit einem an einer Seite mit einem Klemmstück versehenen
Meßdraht im Sohnitt, Figur 2:den schematischen Aufbau der Längenmeß- und Positioniereinrichtung
mit einem an beiden Seiten mit einem Klemmstück versehenen Meßdraht, Figur 3t eine
Prinzipskizze für die Anwendung an einer Werkzeugmaschine.
-
Die in der Figur dargestellte digitale LEngenmeß-und Positioniereinrichtung
wird als Weggeber für eine numerische Positionsanzeige oder eine numerische Steuerung
einer Werkzeugmaschine eingesetzt, In einem Gehäuse 1 sind zwei ellen 2 und 3 gelagert
und über ein Zahnrad 4 und ein geteiltes Zahnrad 5 dessen Hälften zur Beseitigung
des Eingriffsspieles gegeneinander federn, verbunden, Mit der Welle 2 ist der Zylinder
6 verbunden, auf dem der Meßdraht 7 aufgewickelt ist, der an seinem freien Ende
mit einem Klemmstück 8 verbunden ist, das zur Befestigung, zum Beispiel an einem
beweglichen Teil einer Werkzeugmaschinet dient. Der Meßdraht 7 versetzt bei der
Bewegung in Pfeilrichtung den Zylinder 6 in Drehung, die sich auf die Welle 3 überträgt,
auf der eine Impulsscheibe 9 befestigt ist.
-
Die Welle 3 trägt im mittleren Bereich ein Gewinde durch das ein Mutterstück
10, das mittels eines Stiftes 11 gegen Verdrehung gesichert ist, axial bewegt vJird
und somit einen am Mutterstück 10 gelagerten Hebel 12 bewegt, dessen Drehpunkt 13
am Gehäuse 1 liegt. Dies bewirkt eine der Gewindesteigung und der Hebelübersetzung
lentsprechende Bewegung der Führungsdü.se 14, die gleichzeitig einen elastischen
Abstreifer 15 trägt, damit der Meßdraht 7 ständig gereinigt wird und von außen keine
Schmutzteilchen auf den Zylinder gelangen können. Das Klemmstück 8 liegt in Ausgangslage
am Gehäuse 1 an und wird durch eine Torsionsfeder 16 ständig auf Zug gehalten. Die
Federkraft nimmt mit wachsender Entfernung des Klemmstückes 8 vom Gehäuse 1 zu und
wirkt somit einer Durohbiegung des Meßdrahtes 7 entgegen. Auf dem Zylinder 6 können
zusätzlich Gewindegänge geschnitten sein, in denen der Meßdraht 7 geführt wird,
Duroh eine feste Schneide oder Hülse 21 wird verhindert, daß der Meßdraht aus diesen
Gewindegängen herausspringen kann.
-
Der Meßdraht kann auch an beiden Seiten aus dem Gehause 1 herausgeführt
werden und sich auf der einen Seite des Zylinders 6 aufwickeln und diesen nach einer
oder mehreren Umschlingungen wieder verlassen, Die PE1rungadüsen 14 sind dann fest
in das Gehäuse 1 eingesetzt und der Me#draht beiderseitig mit einem Teil einer Maschine
unter gewisser Zugspannung, zum Beispiel durch eine Zugfeder 22 herbeigeführt, verbunden.
-
Durch zwei beispielsweise induktiv wirkende Abtasteinrichtungen 17
und 18, deren Abtastspalt in bekannter Weise um einen Bruchteil der Impulsbreite
versetzt angeordnet sind, werden die Signale einer Verstärker- und Triggereinheit
19 und einer Schaltungsanordnung 20 zugeleitet, die je nach Laufrichtung der Impulsscheibe
9 Vorwärts- oder Rückwärtssignale ausgibt.
-
Anstelle einer magnetischen Impulssoheibe 9 kann auch eine optische
oder kapazitive Scheibe bei entsprechender Signalauswertung Verwendung finden. Die
geschilderte Einrichtung kann auch Scheiben mit einer codierten Felderteilung tragen,
wenn keine inkrementale sondern eine absolute Arbeitsweise verwirklicht werden soll,