DE1805900C3 - Meßvorrichtung zum Abmessen einer Strecke - Google Patents

Description

enindungsgemäßen Meßvorrichtung lediglich eine Rolle ohne Schlupf auf der Meßoberfläche abrollen muß.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

F i g. 1 eine schematische Teilansicht einer Meßvorrichtung nach der Erfindung,

Fi g. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Schaltung, die in Verbindung mit der Meßvorrichtung nach Fig. 1 benutzt wird,

Fig.3 ein detailliertes Schaltbild, welches Einzelheiten des Blockschaltbildes nach F i g. 2 erkennen läßt.

F i g. Γ zeigt eine Meßvorrichtung 10 mit einer Meßrolle 12, die von einer im Gehäuse 16 gelagerten Welle 14 getragen wird. Das Gehäuse 16 ist an einem Ende 18 mit einem Schlitz 19 versehen durch den ein kleiner Abschnitt 20 des Umfangs der Rolle 12 vorstehen kann. Das Ende 18 des Gehäuses 16 ist mit einem Filzbelag 21 versehen, durch den der Abschnitt 20 der Rolle 12 ebenfalls vorsteht und dieser Filzbclag bewirkt eine Abdichtung, um das Eindringen von Schmutz, öl usw. in das Innere des Gehäuses zu vermeiden.

Koaxial zu der Rolle 12 ist auf der Welle 14 ein »Spielverhinderungs«-Zahnrad 22 gelagert, das mit einem Zahnrad 24 kämmt, welches von einer ebenfalls im Gehäuse 16 gelagerten Welle 26 getragen wird. Ein weiteres »Spielverhinderungs«-Zahnrad 28 ist koaxial zu dem Zahnrad 24 auf der Welle 26 gelagert und steht mit einem Zahnrad 30 im Eingriff, welches von einer ebenfalls im Gehäuse 16 gelagerten Welle 32 getragen wird.

Koaxial zu dem Zahnrad 30 ist auf der Welle 32 eine Scheibe 34 angeordnet, die auf einem in der Nähe des Umfangs 36 liegenden Radiuskreis mit mehreren im gleichen Winkelabstand zueinander angeordneten Löchern 38 ausgestattet ist.

Zwei im Winkelabstand zueinander angeordnete photoelektrischc Einrichtungen 40, 42, die je aus einer Stahlungsquelle (nicht dargestellt), z. B. einem Festkörperinfrarotstrahler, und einem ebenfalls nicht dargestellten Empfänger, z. B. einer Sonnenzelle, bestehen, sind in der Nähe des Umfangs 36 der Scheibe 34 derart angeordnet, daß die Verbindungslinie zwischen der Strahlungsciuelle und dem Strahlungsempfänger die Scheibe 34 auf einem Radius schneidet, auf dem die Löcher 38 liegen. Die Ausgangslcitungen 44 und 46 der photoelektrischen Einrichtungen 40 und 42 sind durch eine öffnung 48 im Gehäuse 16 nach außen geführt.

Die Lage der photoelektrischen Einrichtungen kann in Uml'angsrichtung der Scheibe 34 mittels einer Einstellschraube 50 fein eingestellt werden, die durch das Gehäuse 16 vorsteht.

Im Betrieb wird die Meßvorrichtung 10 auf einem der beiden relativ zueinander beweglichen und in der Zeichnung nichtdargestellten Bauteile montiert, wobei dieser Bauteil beispielsweise der Schlitten, der Support oder ein anderer bewegter Teil einer Werkzeugmaschine sein kann und diese Vorrichtung wird durch nichtdargestcllte Federn in gleitfreie Rollberührung mit einer Meßoberfläche 51 des anderen Bauteils 52 gebracht, der beispielsweise vom Maschinenbett oder einem anderen festen Teil der Werkzeugmaschine gebildet sein kann. Der durch die Feder ausgeübte Druck kann ungefähr 20 Kilo betragen. Der Filzbelag 21 liegt zwischen dem Gehäuse 16 und dem Bauteil 52, wodurch das Eindringen von Schmutz, öl od. dgl. in das Gehäuse 16 über den Schlitz 19 vermieden wird.

Wenn eine Relativbewegung der Bauteile einsetzt, dann dreht sich die Rolle 12 ohne Schlupf, da sie schlupffrei auf der Meßoberfläche 51 des Bauteils 52 abläuft. Die Rolle 12 treibt die Scheibe 34 über die Zahnräder 22, 24, 28 und 30 an, wodurch periodisch Strahlung von der Strahlungsquelle der photoelektrischen Einrichtung 40 und 42 nach den entsprechenden Strahlungsempfängern über die Löcher 38 stattfinden

ίο kann.

So tritt an jedem Ausgang 44, 46 der photoelektrischen Einrichtung 40, 42 ein Signal auf, das aus einer vorbestimmten Zahl elektrischer Impulse pro Einheitswinkeldrehung der Scheibe 34 besteht, wobei die Gesamtzahl der bei einer gegebenen Messung erzeugten Impulse in einer Richtung den Gesamtwinkel anzeigt, über den die Rolle 12 während der Messung gedreht wurde und hierdurch wird die Entfernung angezeigt, die der eine Bauteil gegenüber dem anderen zurückgelegt hat. Die Lage der photoeleklrischen Einrichtung 42 wird durch eine Einstellschraube 50 so lange verstellt, bis die Impulse des Ausgangs 46 um 90° gegenüber den Impulsen des Ausgangs 44 der photoelektrischen Einrichtung 40 verschoben sind und diesen vorzugsweise um den Winkel von 90° nacheilen.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Meßvoirichtung 10 derart zu montieren, daß die Achse der Rolle 12 ein wenig nach der Meßoberfläche 51 und von dieser weg neigbar ist, wodurch der wirksame Durchmesser der Rolle 12 zum Zwecke der Kalibrierung etwas geändert werden kann.

Die Scheibe 34 kann mit anderen Mitteln als mit den Löchern 68 versehen sein, um periodisch einen Strahlungsdurchtritt zu ermöglichen, z. B. könnten radial nach innen gerichtete Schlitze vorgesehen sein. Die Rolle 12 könnte auch durch andere Mittel als durch eine Feder in schlupffreie Rollberührung mit der Meßoberfläche 51 des anderen Bauteils 52 gebracht werden, z. B. durch einen innerhalb eines Zylinders verschiebbaren Kolben.

Die Ausgänge 44 und 46 der photoelektrischen Einrichtungen 40 und 42 sind an Eingänge 51 bzw. 52 einer Schaltung 54 (F i g. 2) angeschaltet.

Die Eingänge 51 und 52 sind ihrerseits über Rechteckimpulsverstärker 55 und 56 an Eingänge 57 bzw. 58 zweier bistabiler Stufen 59 und 60 angeschaltet. Die bistabilen Stufen 59 und 60 haben je zwei Ausgänge 61, 62 bzw. 63 und 64 und sämtliche vier Ausgange sind an jeden zweier Gatterkreise 66,67 angeschaltet.

Die Ausgänge 69,70 der Gatterkreise 66,67 sind über monostabile Stufen 71, 72 mit zwei Eingängen 73, 74 eines nicht komplementierenden Gatters 67 mit vier Eingängen bzw. mit den Eingängen 80, 81 einer bistabilen Stufe 82 über die Dioden 86a. 87a verbunden.

Der Ausgang 88 eines UND-Gatters 89 mit Mehrfacheingang ist außerdem mit den Eingängen 80, 81 der bistabilen Stufe 82 über Dioden 86 bzw. 87 verbunden. Die Eingänge 96 des Gatters 89 sind mit entsprechenden Nullanzeigestufen eines Zweirichtungszählers (nicht dargestellt) verbunden. Die Ausgange 83 und 84 der bistabilen Stufe 82 sind mit den anderen zwei Eingängen 75 bzw. 76 des nicht komplementierenden Gatters 77 verbunden und über entsprechende Leistungsverstärker 91, 92 mit dem Plus- bzw. Minusanzeiger der Zweirichtungszählstufe. Das Gatter 77 hat zwei Ausgänge 78, 79, die mit dem Addierungs- bzw. Subtrahierungseingang der Zweirichtungszählstufe verbunden sind.

Die Zweirichtungszählstufe wird vorzugsweise von einem Ringzähler gebildet und ist mit einer manuell bedienbaren Steuerung (nicht dargestellt) versehen, durch welche der Zähler auf jeden beliebigen Wert eingestellt werden kann.

Im Betrieb empfängt die Stufe 54 am Eingang 51, 52 Impulse von den Ausgängen 44 bzw. 46 der photoelcktrischen Einrichtungen 40 bzw. 42, die in der beschriebenen Weise erzeugt wurden. Die Impulse werden in den Rechteckimpulsverstärkern 55,56 in eine Rechteckwellenform überführt und den Eingängen 57, 58 der bistabilen Stufen 59, 60 zugeführt. Die Spannungen an den Ausgängen 61, 62 der bistabilen Stufe 59 sind um 180° phasenverschoben, und in gleicher Weise sind auch die Spannungen an den Ausgängen 63, 64 der bistabilen Stufe 60 phasenverschoben. ] e nach der Richtung der Drehung der Rolle 12 und der Scheibe 34 (die Richtungen sollen nachfolgend als «Vorwärtsrichtung« bzw. »Rückwärtsrichtung« bezeichnet werden) eilt die Spannung am Ausgang 61 der bistabilen Stufe 59 _zo der Spannung am Ausgang 63 der Stufe 60 um 90° vor oder ist gegenüber dieser um 90° verzögert, je nachdem, ob eine Drehung nach vorwärts oder nach rückwärts erfolgt, und die Spannung am Ausgang 62 der bistabilen Stufe 59 eilt der Spannung am Ausgang 64 der bistabilen _ϊ5 Stufe 60 um 90° vor oder ist gegenüber dieser um 9(T verzögert, wenn eine Drehung nach vorwärts bzw. rückwärts erfolgt.

Die Spannungen an allen vier Ausgängen 61, 62, 63, 64 der bistabilen Stufen 59, 60 werden jedem der Gatterkreise 66, 67 zugeführt, die die Spannungen derart kombinieren, daß während der Vorwärtsdrehung nur der Gattcrkrcis 66 Spannungsimpulsc aussendet und während der Rückwärtsdrchung nur der Gatterkreis 67. Die Galicrkreise 66 und 67 wirken als X4-Mulliplikator und erzeugen vier Aiisgangsimpulsc für jeden von der betreffenden photoelcklrischcn Einrichtung erzeugten Impuls.

Es soll angenommen werden, daß sich die Rolle 12 in Rückwärtsrichtung dreht und daß der Plusan/.ciger des Zählers erregt ist. Dann werden die Impulse um Ausgang 70 des Gulierkreiscs 67 über die monostabile Stufe 72, welche eine Zeitverzögerung von 7 Mikrosckünden einführt, dem Hingang 74 des nicht-komplemen· tiefenden Gatters 77 zugeführt, welches die Impulse nach seinem Ausgang 79 und dann nach dem Subtraktionscingang der Zählstufe überführt. Der Zähler subtrahiert somit eine Stelle von dem angezeigten Gesamtwert bei jedem Impuls des nicht-komplemcntiercnden Gatters 77, bis der Zähler den Wert Null anzeigt. Wenn der Zähler den Wert Null erreicht, wird ein Signal am Ausgang 88 des UND-Gatters 89 erzeugt, das die bistabile Stufe 82 triggert, so daß diese in den anderen Zustand umschaltet. Die Änderung des Zustandes der bistabilen Stufe 82 erregt gleichzeitig den Minusanzeiger des Zählers und entregt den Plusanzeiger über die Leistungsverstärker 91, 92 und das nicht-komplemcntierendc Gatter wird veranlaßt, die an seinem Eingang 74 ankommenden Impulse nach dem Ausgang 78 zu überführen (und demgemäß zum Addicrungscingang des Zählers) anstelle wie vorher nach dem Ausgang 79.

Wenn die Messung bei einer Einstellung des Zählers auf Null beginnt, werden die Plus- und Minusanzeiger gemäß der Drehrichtung der Rolle 12 durch den Vorderrand des ersten Impulses des jeweiligen Ausgangs der Gatterkreise 66, 67 eingestellt und dieser Rand triggert die bistabile Stufe 82 und stellt so den entsprechenden Anzeiger über die Leistungsverstärker 91,92 ein.

So ist es möglich, eine Zahl von Messungen zurückgelegter Entfernungen in jeder Richtung zu schaffen und ebenfalls auf beiden Seiten einer willkürlichen Nullstellung und jede Messung ist absolut und nicht eine Zuwachsmessung.

Es ist auch möglich, die Anzeiger der Zähler auf irgendeine beliebige Ablesung mittels der Handsteuerung einzustellen, so daß z. B. eine Bewegung so lange stattfindet, bis der Zähler auf dem Wert Null steht.

Eine detaillierte Schaltung, die diese Funktionen durchführt, ist in Fig.3 dargestellt. In dieser Schaltung sind auch hierfür geeignete Transistoren und Dioden bezeichnet.

Die in den Fig.2 und 3 dargestellten Schaltungen können modifiziert werden. Zum Beispiel könnte das nieht-komplemcnticrendc Gatter 77 durch eines oder mehrere in geeigneter Weise gesteuerte Umschaltrelais ersetzt werden und in gleicher Weise könnten die Gatterkreise 66, 67 durch einen phuscncmpfimllicher Detektor ersetzt werden,der ein Umschaltrelais steuert

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Meßvorrichtung zur Messung einer Strecke, die einer von zwei relativ zueinander beweglichen Teilen gegenüber dem anderen durchlaufen hai, mit einer Meßrolle, die drehbar an einem der Teile so gelagert ist, daß sie in schlupffreier Berührung mit einer Meßoberfläche steht, die auf dem anderen Teil vorgesehen ist, mit einer drehbar gelagerten Scheibe, die von der Rolle antreibbar ist und mehrere, im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete; lichtdurchlässige Abschnitte aufweist, die auf einer Umfangslinie in der Nähe des Umfangs der Scheibe angeordnet sind, und mit einem photoelektrischen Fühler, der mit der Scheibe zusammenwirkt und elektrische Impulse erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß der photoelektrische Fühler zwei Einheiten (40, 42) aufweist, von denen jede eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor aufweist, deren Verbindungslinien die Umfangslinie der Scheibe (34) schneiden, daß die beiden photoelektrischen Einheiten (40, 42) winkelmäßig versetzt derart angeordnet sind, daß eine Drehung der Scheibe (34) pro Winkeleinheit in jeder photoelektrischen Einheit (40, 42) zu einer Impulsfolge vorbestimmter Frequenz führt, wobei die eine Impulsfolgefrequenz in fester Phasenbeziehung zu der Impulsfolgefrequenz der anderen Einheit steht, und daß eine an sich bekannte Stufe vorgesehen ist, die auf die Impulsfolgen mit fester Phasenbeziehung anspricht und hieraus die Drehrichtung der Scheibe (34) und demgemäß die Drehrichtung der hiermit antriebsmäßig verbundenen Rolle (12) ableitet.

   Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Messung einer Strecke, die einer von zwei relativ zueinander bewegten Teilen gegenüber dem anderen durchlaufen hat, mit einer Meßrolle, die drehbar an einem der Teile so gelagert ist, daß sie in schlupffreier Berührung mit einer Meßoberfläche steht, die auf dem anderen Teil vorgesehen ist, mit einer drehbar gelagerten Scheibe, die von der Rolle antreibbar ist, und mehrere im gleichen Winkelabstand zueinander angeordnete, lichtdurchlässige Abschnitte aufweist, die auf einer Umfangslinie in der Nähe des Umfangs der Scheibe angeordnet sind und mit einem photoelektrischen Fühler, der mit der Scheibe zusammenwirkt und elektrische Impulse erzeugt.

   Derartige Meßvorrichtungen sind aus den US-PS 85 082, 27 83 540 und 33 13 129 bekannt. Diese Meßvorrichtungen haben gegenüber solchen Meßvorrichtungen gemäß der DT-PS 8 66 253, bei denen die Ablesung mechanisch über mehrere mechanisch angetriebene Zeiger erfolgt, und die Gefahr eines Schlupfes wegen des zu überragenden Drehmomentes besteht, den Vorteil daß ein geringeres Drehmoment zu übertragen ist. Völlig ausgeschaltet wird das Übertragungsmoment nur bei den bekannten photoelektrischen Übertragern, da bei den magnetischen Übertragern noch ein Drehmoment erforderlich ist, das einen Schlupf ⁶S zwischen der Meßrolle und der Meßoberfläche befürchten läßt. Bei der bekannten photoelektrischen Anordnung, die mit einer einzigen Lichtquelle und zwei im Winkelabstand zueinander angeordneten Photozellen über versetzte Schlitze arbeitet, ergibt sich der Nachteil, daß die Phasenbeziehung zwischen den Ausgängen der beiden Photozellen nicht auf einen optimalen Wert eingestellt werden kann und eine zusätzliche Abschirmung mit hoher Präzision angeordnet werden muß, weil die Schlitze sehr schmal sein müssen und dicht aneinanderliegen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und betriebssicher arbeitende Distanz-Meßvorrichtung zu schaffen, die auf enfachste Weise an den relativ zueinander bewegten Teilen, beispielsweise einer Werkzeugmaschine angebracht werden kann und eine bequeme Ablesung gestattet.

   Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Meßvorrichtung der eingangs genannten Gattung dadurch gelöst, daß der photoelektrische Fühler zwei Einheiten aufweist, von denen jede eine Strahlungsquelle und einen Strahlungsdetektor aufweist, deren Verbindungslinien die Umfanglinie der Scheibe schneiden, daß die beiden pholoelektrischen Einheiten winkelmäßig versetzt derart angeordnet sind, daß eine Drehung der Scheibe pro Winkeleinheit in jeder photoelektrischen Einheit zu einer Impulsfolge vorbestimmter Frequenz führt, wobei die eine Impulsfolgefrequenz in fester Phasenbeziehung zu der Impulsfolgefrequenz der anderen Einheit steht, und daß eine an sich bekannte Stufe vorgesehen ist, die auf die Impulsfolgen mit fester Phasenbeziehung anspricht und hieraus die Drehrichtung der Scheibe und demgemäß die Drehrichtung der hiermit antriebsmäßig verbundenen Rolle ableitet.

   Durch die Benutzung zweier Strahlungsquellen be der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung in Verbindung mit zwei Strahlungsdetektoren wird der Vortei erreicht, daß jede Kombination von Strahlungsquelle und Detektor längs einer Umfangslinie der Scheibe möglich ist, wobei eine Versetzung um 180° erreichbai ist. Der Winkelabstand stellt ein ungeradzahlige: Vielfaches der Winkelversetzung der benachbarter transparenten Abschnitte dar, und die Phasenbeziehun gen zwischen den Impulszügen können leicht über der vollen Bereich zwischen Null Grad und 360° einfacr dadurch geändert werden, daß eine Kombination irr Winkel über einen Bereich einstellbar ist, der den Winkelabstand benachbarter transparenter Abschnitte entspricht. Dabei ist keine Abschirmung erforderlich und die Auflösung wird durch den Winkelabstand de: transparenten Abschnitte bestimmt, und dieser Abstanc kann mühelos außerordentlich klein gehalten werden.

   Es ist zwar durch die DT-PS 10 40 268 bereits eint Meßvorrichtung zum Bestimmen von Größe unc Richtung relativ zueinander bewegten Körper bekannt wobei gleichartige Gitter benutzt werden, deren Strich« einen sehr kleinen Winkel zueinander einschließen, se daß auf den zyklischen Gitterbildern abwechselndei Lichtdurchlässigkeit und Lichtundurchlässigkeit vor zwei Lichtbündeln die Bewegung abgeleitet wird Hierbei handet es sich jedoch um eine gattungsmäßig andere Vorrichtung, bei der in Übereinstimmung mi der Erfindung lediglich die Drehrichtung aus zwe Impulsfolgen abgeleitet wird. Dabei werden jedoch d^:ii beiden außer Phase liegenden Impulsfolgen auf seh komplizierte Weise abgeleitet, während im Falle de Erfindung diese Phasensignale durch eine mechaniscl und elektrisch sehr einfache Vorrichtung erhalten werden. Im bekannten Falle ist nämlich zur Ausrichtuni eine hohe Genauigkeit erforderlich, während bei de