DE1798246B2 - Digital-positionsmessvorrichtung - Google Patents

Description

erreichten Stellungen gemessen wer-

Paieft si es jedoch aeeh vorteilhaft, die „_v ^„,„ang des beweglichen Gliedes innerhalb Grenzen einer Strecke des atellungsdetektors, ^s fefcafte des inneren Zahlers, zu kennen, digitalen Stellungsmeßgerät nach dem <*■ ist dieser Wert mir mittefs eines vom durchzuführenden Saöirakti mvorganii. ι»

der Fig. 1 sei dieser Vorgang erlaufe 4er Fig. ί bedeutet ZA die absolute Nullstellen* dii Bewegungen des beweglichen Gliedes der X-Achse und R·, Ri, Rl...RT... ,_s ö die Nullstellungen, die den Beginn der auffjöänderfofgendeö Strecken oder Schritte ρ 1, pt...pi'" de* StdlungsdetektOTS angeben. Es sei öefij daß die Strecken a*le gleich und von r Lange ρ sind. Λ soil min der Abstand der w> Nullstellung ZA vom Beginn R 0 der fäclistfofgenden Strecke sein (der Abstand ist eine lomtruktiv gegebene Größe der Maschine und ist insofern bekannt). Schließlich soll P die gegenwärtige Stellung des beweglichen Gliedes und XP bzw. xP die »5 absolute bzw. relative Koordinate der Stellung P fein. d. h. die mit Bezug auf die Ausgänge ZA b?w. R 6 gemessenen Koordinaten (R 6 ist deT Beginn der Strecke ρ 7, in welcher die Stellung P liegt). Damit gelten die folgenden Gleichungen:

XP =- η- ρ - A -t xP kP ~ XP (1 f n-p).

Π) (2)

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in welchen η die Anzahl der vollen Strecken zwischer den Stellungen R 0 und P bedeutet.

Unter Bezugnahme auf die Gleichung (2) überträgt der Bedienende die digitale Angabe der Darstellungseinrichtung (XP) und subtrahiert dann einen Wert (6 p + /1), der gleich ist dem Abstand zwischen der absoluten Nullstellung ZA der Maschine und der relativen Nullstellung R 6, welche den Beginn der Strecke pt darstellt, in welcher die Stellung P des beweglichen Gliedes liegt. Der zu subtrahierende Wert ist eine bestimmte Größe, die vom Bedienenden leicht abzuleiten ist. Tatsächlich sind A und ρ bekannt, während es, um η zu kennen, ausreicht, an dem Stellungsmeßgerat die Anzahl der vollen Schritte zwischen R 0 und P zu zählen.

Diese Operationen erfordern jedoch Zeil und Vorbereitung bzw. Vorkenntnis durch den Bedienenden. Darüber hinaus ist es bei digitalen Stcllungsmeßgeiiilcn notwendig, in der Lage zu sein, die Angabe einer Stellung, wenn sie durch Stromabfälle oder weil das Gerät für eine bestimmte Zeit außer Betrieb war, ohne daß das bewegliche Glied einer Bewegung unterlag, gelöscht worden ist, wiederherzustellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei der Dlgital-Stelltingsnicßvoirrichtung gcmiiß dem Haupi patent die vorgenannten Nachteile auszuschalten.

Diese Aufgabe wird bei einet Digital-Stellungsmcßvornchlung der vorher genannten Gattung crfindungsgemöß gelöst durch Hinrichtungen zur NuII-punkteinstellütig, die die digitalen Inhatte des ersten Zählers und des /weiten Zählers in Nullstellung halten können derail, dall die folgende Operation der zwei Zähler das Erhallen einer Darstellung der relativen Stellung dss beweglichen Gliedes innerhalb der Grenzen einer der Strecken oder eines der Sdnirxs is visueller digtaler Form durch die DarsieÜHEgsejiricfatang erlaubt.

Vorzugsweise sind die Nunpnnkteinsidhmgsetnrichtungen an einen An-Aus-Scaalter für die Vorrichtung mechanisch angeschlossen und hallen die zwei Zahler in Nullstellung, wenn die Vorrichtung für die Dauer der flüchtigen Einscfaaltperiode angeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand e'iies in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispieb näher erläutert. Dabei ist die

F i g. 2 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsfonn.

Das digitale Stellungsmeßgerät MP ist folgendermaßen aufgebaut:

Ein innerer Zähler 10 speichert xP in zwei in Kaskade geschalteten Dekaden IOC und IOD. Der Digita/wert an den Leitungen II wird durch einen Konverter 9 in Abhängigkeit von einem 10-kHz-Oszillator 12 zu einem periodischen analogen Signal umgewandelt Der analoge Ausgang an den Leitungen 7 und g wird den Windungen 3 und 4 im festen Teil 1 ein:» SteHungswandlers T zugeführt. Der bewegliche Teil 2 ist bei 6 mit dem beweglichen Glied B verbunden und seine Windung 5 gibt ein Fehlersignal über Leitung 13 an einen Verstärker 14, dessen Ausgang 15 an eine Steuereinheit 16 angeschlossen ist.

Der Oszillator 12 speist einen Quadrierer 38 und einen Schaltkreis 39, der nach rechts phasenverschobenen Impulse KM und KC erzeugt. Die Einheit 16 spricht auf die Impulse KM an und bestimmt bei jedem Zyklus das Zeichen und diskriminiert die Größe des Fehlersignals. In Abhängigkeit von dem Zeichen wird der einen oder der anderen der beiden Leitungen A und / Energie zugeführt, um den Zähler 10 und einen äußeren Zähler 42 zu veranlassen, vorwärts oder lückwärts zu zählen. Der äußere Zähler enthält vier in Kaskade geschaltete Dekaden 42 C, 42 D, 42 U und 42 E. Unterhalb einer bestimmten Schwelle des Fehlersignals wird einer Leitung C Energie zugeführt und öffnet eine Tovschaltung 41, um über die Leitung 44 den Zählimpuls KC den am wenigsten kennzeichnenden Dekaden IOC und 42C zuzuführen. Oberhalb dieser Schwelle wird einer Leitung D Energie zugeführt und öffnet eine Torschaltung 40, um über die Leitung 43 den Zählimpuls KC den nächsten meistkennzeichnenden Dekaden IOD und 42 D zuzuführen.

Nachfolgend werden die Einrichtungen beschrieben, die es ermöglichen, ein Maß der Stellung des beweglichen Gliedes B unabhängig von einem Schritt des Stellungsdetektors T zu erhalten, d. h. mit Bezug auf Fig. 1, zu welcher angenommen ist, daß P die gegenwärtige oder tatsächliche Stellung des beweglichen Gliedes entlang der Verschiebungsachse X wiedergibt, also den Wert der relativen Koordinate jcP, gemessen in bezug auf die. Nullstellung R 6, die den Beginn des Schrittes ρ 7 wiedergibt, innerhalb welchem die Stellung P fällt, zu erhalten. Diese Messung ist möglich, wenn das bewegliche Glied in irgendeiner Stellung entlang der relativen Verschiebungsachsc feststeht.

F i g. 2 zeigt ferner eine Darstellungseinrichtung V von bekanntem Typ, die eine Anzahl von Ablesestcllcn hat, welche gleich der Anzahl der Stufen des äußeren Zählers 42 ist. Bei dem Beispiel der F i g. 2

sind, entsprechend den vier Dekaden 42 C, 42 D, 42 ü und 42 E und von diesen unmittelbar gesteuert, vier Ablesestellen vorgesehen, von welchen jede eine visuelle Darstellung des in der zugehörigen Dekade des äußeren Zählers 42 enthaltenen Dezimaldigits S liefern kann.

Ferner zeigt F i g. 2 einen von Hand betätigbaren Wählschalter 46 mit zwei Stellungen RE, ZE. In der Stellung RE verbindet der Schalter die Stufen 10 C, IOD des inneren Zählers und die Stufen 42C, 42D, 42 U, 42 E des äußeren Zählers 42 über den Leiter 49, eine Torschaltung 48 und einen Leiter 47 mit einer konstanten Spannung VO, welche die NuIlpunkteinstellung der digitalen Inhalte der beiden Zähler bewirkt. In der anderen Stellung ZE des Schalters 46 ist die Spannung VO abgeschaltet.

Das Signal 47 geht auch durch ein Verzögerungselement 50 und einen Inverter 51, um ein Signal 52 entstehen zu lassen, das die Torschaltung 48 wirksam macht. ^ao

Das Verzögerungselement 50 ist so gewählt, daß seine Verzögerung geringfügig größer ist als die flüchtige Einschaltperiode des Gerätes, während welcher das System in Arbeitszustand gebracht wird. Das Signal 52, welches die Torschaltung 48 wirksam »5 macht, wird deshalb abgetrennt, wenn das Gerät zu dieser Zeit in seinem Arbeitszustand ist.

Der Wählschalter 46 ist mechanisch mit dem An-Aus-Schalter für den elektrischen Anschluß des Gerätes (was in der Zeichnung nicht dargestellt ist) verbunden. Die Stellung ZE des Schalters 46 entspricht dem elektrischen Anschluß »aus«, während die Stellung RE dem elektrischen Anschluß »an« entspricht.

Wenn dem Stellungsmeßgerät MP Energie zugeführt wird, wird der Schalter 46 in die Stellung RE gebracht, wobei das Signal 52 vorhanden und insofern die Torschaltung 48 wirksam ist, und die zwei Zähler 10 und 42 liegen an der Spannung VO, welche diese in der Nullpunktstellung hält. Dieser Zustand erstreckt sich über die flüchtige Einschaltperiode des Gerätes hin, nach welcher das Signal 52 verschwindet und die Nullpunkteinstellung der zwei Zähler deshalb beendet wird.

Wenn das bewegliche Glied B nicht auf einer der Nullstellungen des Stellungsdetektors Γ ist, so er- +5 scheint ein Fehlersignal am Ausgang des Detektors T und steuert das Zählen der zwei Zähler 10 und 42 durch die Steuereinheit 16 in der Weise, daß eine stufenweise Löschung des Fehlers erfolgt Der Gleichgewichtszustand wird erreicht, wenn die digitalen Inhalte des inneren Zählers 10 gleich der Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb eines Schrittes des Detektors T sind.

Aufgrund der Wirkung der identischen Inbetriebsetzungszustände hat in diesem Zustand der Zähler 42 einen digitalen Inhalt, der gleich dem des inneren Zählers 10 ist.

Das Stellungsmeßgerät MP ist dann im normalen Betriebszustand. Nach der Hauptanmeldung ist dabei der äußere Zähler 42 mit Einrichtungen versehen, um die Inhalte und den Eingang des Zeichens zu ändern, und es ist in diesem Punkt möglich, die Inhalte dieses Zählers durch Einführen des Wertes XP oder eines anderen vorgewählten Anfangswertes zu ändern, bevor mit den folgenden Messungen fortgefahren wird.

Wie bereits vorher hier erwähnt wurde, wird der Bedienende, wenn es erwünscht ist, die Ablesung der absoluten Koordinate XP an der Darstellungseinrichtung V erscheinen zu lassen, die Gleichung (1) benutzen, in welcher Δ und ρ bekannte konstruktive Werte sind, während P durch die vorher beschriebenen Operationen gefunden wurde und η an einer eingeteilten, mit dem festen Teil 1 starr verbundenen Skala abgelesen wird, und er wird die im Hauptpatent beschriebenen Einrichtungen benutzen, um die Inhalte und das Zeichen in den äußeren Zähler 42 einzubring;en.

Es sei nun andererseits angenommen, daß das Stellungsmeßgerät MP mit Energie versorgt ist und aufeinanderfolgende Messungen durchgeführt hat, die durch den Zähler 42 addiert worden sind.

Das bewegliche Glied B des digitalen Stellungsmeßgeirätes MP sei in einer gegebenen Stellung P (F ig. I) fest und das bewegliche Teil 2 des Stellungsdetektors T, welches an B mit der mechanischen Verbindung 6 angeschlossen ist, sei folglich ebenfalls fest. Das Servosystem ist im Gleichgewichtszustand, in welchem der innere Zähler IU einen digitalen Inhalt hat, der die gegenwärtige Stellung des beweglichen Teils 2 in bezug auf die Nullstellung R 6 des festen Teils 1 darstellt. Andererseits wird der äußere Zähler 42 im allgemeinen einen unterschiedlichen digitalen Inhalt haben.

Wenn es erwünscht ist, eine visuelle digitale Anzeige der Stellung des beweglichen Gliedes B innerhalb der Grenzen eines Schrittes des Stellungsdetektors T zu erhalten, wird es notwendig, die Inhalte des äußeren Zählers 42 zu löschen und auf diesen die Inhalte des inneren Zählers 10 zu übertragen und dadurch eine visuelle Aufzeichnung durch die Darstellungsemrichtung V zu erhalten.

Um dieses Ergebnis zu erreichen, genügt es, das Gerät für einen Augenblick von der Energiezufuhr zu trennen, d. h., der Wählschalter 46 wird in die Stellung ZE gebracht, und dann die Energiezufuhr zum Gerät wiederaufzunehmen, d. h., der Wählschalter 46 wird zurück in die Stellung RE gebracht. Die vorher bereits angestellten Betrachtungen treten insofern auf.

In bezug auf F i g. 1 ist darauf zu achten, daß, wenn P die Stellung des beweglichen Gliedes B innerhalb des Schrittes ρ 7 des Stellungsdetektors Γ darstellt, die Anfangsoperation der Nullpunkteinstellung der Zähler den Zähler 10 in einen digitalen Zustand bringt, der ohne Unterschied die Nullstellung R 6 oder die Nullstellung R 7 darstellt. Wenn die Schleife des Servosystems wieder geschlossen wird, beginnt der Zähler 10 zu zählen, bis er den Gleichgewichtswert xP erreicht. Wie im Hauptpatent bereits erklärt, kann der innere Zähler 10 vorwärts und rückwärts zählen und dieses Zählen wird deshalb bewirkt, damit der Wert xP durch Folgen auf dem kürzesten Weg — und damit innerhalb der kürzesten Zeit — erreicht wird und folglich ist der Ausgang eine der beiden Nullstellen R 6 bzw. R 7, nämlich diejenige, die näher zu P liegt Wenn das Zählen von R6 gegen P, d.h. progressiv, erfolgt, versorgt die Steuereinheit 16 den Vorwärtszählkanal A mit Energie oder aktiviert diesen, während bei Zählen von R 7 nach P, d. h. regressiv vom Maximumwert den der Zähler enthalten kann, die Steuereinheit 16 den Rückwärtszählkanal / mit Energie versorgt

Der äußere Zähler 42 kann in zum inneren Zähler 10 identischer Weise arbeiten. Wenn es jedoch, wie bereits im erwähnten Hauptpatent festgestellt er-

(ο

wünscht ist, daß der äußere Zähler mit Einrichtungen zum Einführen der Inhalte und des Zeichens versehen sein soll, ist es zweckmäßig, wenn der Zähler bei Null beginnt und die Steuereinheit 16 einen Rückwärtszählvorgang steuert, damit der Zähler als progressiver Zähler mit einem negativen Vorzeichen arbeitet. Wenn Rückwärtszählbedingungen vorhanden sind, wird folglich der äußere Zähler 42, wenn der Gleichgewichtszustand in der Servosystemschleife erreicht ist, einen negativen Wert zählen, der gleich ist dem Komplement des im inneren Zähler 10 enthaltenen Wertes. Das heißt bezogen auf F i g. 1 und unter den vorerwähnten Gleichgewichtsbedingungen, daß der innere Zähler 10 einen die relative Koordinate xP darstellenden Wert zählen wird, während der

äußere Zähler 42 einen Wert mit einem Zeichen gleich ~(p—xP) zählen wird. In diesem Fall wird ein geschulter Bedienender, der diesen letzten Wert an der Darstellungseinrichtung V abliest, sofort in der Lage sein, den Wert der relativen Koordinate xP abzuleiten.

Eis ist notwendig, zum Schluß darauf hinzuweisen, daß geeignete Einrichtungen vorgesehen sind, um zu verhindern, daß der innere Zähler 10 in dem Fall

ίο der Stellungsmessung P genau im Zentrum eines Schrittes nach der anfänglichen Nullpunkteinstellung, in diesem Zustand, der nicht den Wert der relativen Koordinate xP darstellt, gesperrt bleiben muß, während ein Nullfehler am Ausgang 13 des Stellungsdetektors T hervorgerufen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

einem auf das analoge Signal und die tatsächliche Patentansprüche: Stellung des beweglichen Gliedes ansprechende« Stellungsdetektor zur Abgabe eines Fehlersignals, das

1. Digital-Positionsmeßvorrichtung zum Mes- die Übertragung von Zählimpulsen zum ersten Zähsen der Verschiebung eines in bezug auf ein festes 5 ler uad zu gleicher Zeit zum zweiten Zähler steuert, Glied entlang einer Achse beweglichen Gliedes, welcher gleichzeitig mit dem ersten Zähler zählen welche mit einer Reihe von Nullstellungen, die kann und an eine Einrichtung zur Darstellung seiner um eine konstante Strecke voneinander getrennt digitalen Inhalte angeschlossen ist.

sind, versehen ist, mit einem ersten Zähler und Bei dem digitalen Stellungsmeßgerät gemäß dem

Einrichtungen für die Umwandlung seiner digita- io Hauptpatent werden der analoge Vergleich und die len Inhalte, die die relative Stellung des beweg- Erzeugung des Fehlersignals durch einen zyklischen liehen Gliedes innerhalb jedes Schrittes darstellen, Stellungsdetektor (Stellungsmeßwandler) bewirkt und in ein analoges Signal, mit einem auf das analoge der innere Zähler kann eine digitale Anzeige der Signal und die tatsächliche Stellung des beweg- gegenwärtigen Stellung des beweglichen Gliedes inlichen Gliedes ansprechenden Stellungsdetektor 15 nerhalb der Grenzen eines jeden Zyklus des Stelzur Abgabe eines Fehlersignals, das die Übertra- lungsdetektors liefern. Das digitale Stellungsmeßgung von Zählimpulsen zum ersten Zähler und zu gerät enthält darüber hinaus einen durch die gleichen gleicher Zeit zum zweiten Zähler steuert, wel- Zählimpulse, die dsm inneren Zähler zugeführt wercher gleichzeitig mit dem ersten Zähler zählen den, gesteuerten äußeren Zähler, der von einer größekann und an eine Einrichtung zur Darstellung ao ren Anzahl Stufen gebildet ist als der innere Zähler seiner digitalen Inhalte angeschlossen ist, nach und deshalb auch als Zähler, der die Zählzyklen des Patent 1498173, gekennzeichnet durch inneren Zählers summiert, arbeiten kann.
Einrichtungen zur Nullpunkteinstellung (46 bis Aufgrund des Aufbaues des Stellungsdetektors, der

52), die die digitalen Inhalte des ersten Zäh- in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Nullstellunlers (10) und des zweiten Zahlers (42) in Null- as gen, die voneinander um einen gleichen Schritt oder stellung halten können derart, daß die fol- eine gleiche Strecke entfernt sind, arbeitet, liefert gende Operation der zwei Zähler (10, 42) das deshalb der innere Zähler eine digitale Stellungs-Erhalten einer Darstellung der relativen Stellung anzeige, die abhängig ist von einer der Nullstellen, des beweglichen Gliedes (b) innerhalb der Gren- Der äußere Zähler ist mit Einrichtungen zur NuIlzen einer der Strecken (pl bis pl) in visueller 30 punkteinstellung oder Veränderung seiner digitalen digitaler Form durch die Darstellungseinrich- Inhalte unabhängig vom inneren Zähler versehen, tung (V) erlaubt. Der äußere Zähler kann deshalb eine digitale An-

2. Digital-Positionsmeßvorrichtung nach An- zeige der Stellung mit Bezug auf die absolute Nullspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Null- stellung der Maschine oder mit Bezug auf eine anpunkteinstellungseinrichtungen an einen An-Aus- 35 dere willkürlich gewählte Nullstellung der Maschine Schalter (46) für die Vorrichtung mechanisch an- liefern.

geschlossen sind und die zwei Zähler (JO, 42) in Da es bei herkömmlichen Anwendungen (beispiels-

Nullstellung halten, wenn die Vorrichtung für die weise Prüfen der Abmessungen eines Teiles bzw. Dauer der flüchtigen Einschaltperiode angeschal- Werkstückes oder Einstellen des beweglichen Gliedes tet ist. 40 einer Maschine in vorbestimmten Stellungen) im all

gemeinen notwendig ist, die Koordinatenwerte längs

mehr als einer Achse zu prüfen, um die Tafeln für

das Lesen der digitalen Anzeigen nicht übermäßig zu komplizieren und um vor allem die Gesamtkosten des

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer 45 Gerätes nicht anwachsen zu lassen, werden digitale Digital-Positionsmeßvorrichtung zum Messen der Steilungsmeßgeräte nach dem Hauptpatent verwendet Verschiebung eines beweglichen Gliedes in bezug auf (genau gesagt, eines für jede Verschiebungsachse der ein feststehendes Glied, die einen internen Zähler Maschine), die mit einer einzigen Darstellungseinaufweist, dessen in Analogform umgewandelte digi- richtung versehen sind, welche es ermöglicht, die Intale Inhalte fortwährend mit einer analogen Größe 50 halte des äußeren Zählers zu lesen. Hierbei wird das verglichen werden, welche die tatsächliche Stellung bewegliche Glied, wenn es erwünscht ist die vom des beweglichen Gliedes wiedergibt, um ein Fehler- äußeren Zähler (und damit von der Darstellungseinsignal zu liefern, welches die Übertragung der Zähl- richtung) gegebenen Ablesungen zur absoluten Nullimpulse zu diesem Zähler steuert, wobei letzterer stellung der Maschine in Beziehung zu bringen, anselektiv mit verschiedenen Zählgeschwindigkeiten in 55 fangs zu derjenigen Stellung gebracht die dadurch zu Abhängigkeit von der Geschwindigkeit des beweg- erkennen ist, daß das digitale Stellungsmeßgerät mit liehen Gliedes betrieben werden kann, nach Patent Einrichtungen versehen ist, die die Übereinstimmung 98 173. des beweglichen Gliedes mit dem absoluten Bezugs-

Die Erfindung bezieht sich damit insbesondere auf punkt festzustellen erlauben. Unter diesen Bedinguneine Digital-Positionsmeßvorrichtung zum Messen 60 gen wird der äußere Zähler auf den Nullpunkt eingeder Verschiebung eines in bezug auf ein festes Glied stellt. Wenn danach die Bewegung des beweglichen entlang einer Achse beweglichen Gliedes, welche mit Gliedes eingeleitet wird, legen die durch die Darsteleiner Reihe von Nullstellungen, die um eine kon- lungseinrichtung zugeführten digitalen Angaben die stante Strecke voneinander getrennt sind, versehen absoluten Koordinaten jeder von dem beweglichen ist, mit einem ersten Zähler und Einrichtungen für 65 Glied erreichten Stellungen fest,
die Umwandlung seiner digitalen Inhalte, die die re- Durch einen gleichartigen Vorgang ist es möglich,

lative Stellung des beweglichen Gliedes innerhalb irgendeine andere Nullstellung der Maschine, von jedes Schrittes darstellen, in ein analoges Signal, mit welcher die Koordinaten der jeweiligen von dem be-