DE1900260A1 - Ortsveraenderungsmessvorrichtung - Google Patents

Description

TSr. Hrrbert Seh.1« ,JJ₀,/MHY.

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N-V.?!*" Cioeiiampenfabrissen .

aw· im» PHN- 2934 19 r. ■ 13 r

2. Jan. 1969

Ortsveranderungsmessvorrichtunt«

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der und der Richtung der Ortsveränderungen eines in bezug auf einen anderen Gegenstand bewegbaren Gegenstandes mittels mindestens zweier in einem bestimmten Abstand voneinander auf einem der Gegenstände befestigter Abtaaiorgane, in denen bei relativer Verschiebung der Gegenstände gegeneinander phasenverschobene Wechselsignale «ntstehen, die je einem Differenzverstärker mit nachgeschaltetem Eechtecksignalbildner zugeführt werden und ein Diskriminator vorgesehen ist, in dem die von den Reqhtecksignalbildern stammenden Signale in Vor- und Rückwärtszählimpulse umgewandelt werden. Solche Vorrichtungen sind bekannt (britieche Patentschrift 810.478, D.A.S. I.O6O.6O9) und werden auch Verschiebungsvorrichtungen mit statischen Abnehmern genannt, da dabei die von den Abtastorganen stammenden oignale bein Stillstand Gleichstromsignale sind. Sie werden häufig für Messungen an Werkzeugmaschinen und dgl. verwendet. £3 werden dabei mindestens zwei, aber vorzugsweise vier Abtastorgane verwendet, deren Auegangssignale paar-

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weise in Differenzverstärker!! derar« Kombiniert werden, dass eine etwaige Asymmetrie der Signale wenigstens teilweise beseitigt wird. Die Abtaster» gane können opto-photoelektrisshe₅ induktive oder kapazitive Abtastorgane sein· Asymmetrie der Signale der Abtastorgane bringt bei der weiteren Verarbeitung dieser Signale nach den Rechtecksignalbildern in dem Diskrimine« tor Messfehler mit sich und kann sogar die Signale vollständig verschwinden lassen., Die Asymmetrie ist auf fentperaturschwaiikungen und Alterung der Abtastorgane, z.B. Snderung des tensperaturabhangigen Dunkelstroms, und die von Temperatur und Alterung- abhängige Empfindlichkeit von Photozellen in opto-photoelektrisehen Abtastorganen und weiterhin auf Verachmu ·« zung der Messlineale auf der Werkzeugmaschine und auf Änderung der Helligkeit der Lampe zurückzuführen,

In der Praxis hat sich ergeben, dass mit der bekannten Vorrichtung nicht eine vollständige und zuverlässige Beseitigung der Asymmetrie erzielt werden kann. Infolge von Charakteristikunterschieden der 'Aatastorgane, insbesondere bei Photozellen, treten hinderliche Fehler aui¹.. Die Vorrichtung nach der Erfindung behebt diesen Nachteil und ist dadurot gekennzeichnet, dass eine Gleichrichtschaltung mit nachgeschalteten Ver« gleichsschaltungen vorgesehen ist, dass die in der Gleichrichtschaltung gleichgerichteten ZShlimpulse des Biel:rirainators die Vergleicheechaltüffgei: steuern und in jeder der Vergleichsschaltungen die Symmetrie eines einer-Rechtecksignalbildner entstammenden Rechtecksignals bestimmt wird und bei Asymmetrie ein ßegeleignal erzeugt wird, das Mitteln zum Indern eines Beferenzeinstellsignals des Abtastorgans zugeführt wird· Die vollständige oder partielle Asymmetrie Hast sich nicht einfach durch GlSttung des Abtaatsignala in einem Tiefbandpassfilter und durch Vergleich mit dem halben tfert der Scheiteispännung eines erhaltenen Rechtecksignals bestimmen, da das Signal ortsabhängig (statischer Abnehmer) ist und somit während lingerer Zeit einen bestimmten Wert beibehalten kann. £s kSnnten dann zu Un-

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recht örtliche SignalzustSnde als eine Asyrcmetrie betrachtet werden, so uass oine unerwünschte Regelung der einstellung der Abtaetergane feictreten würde.

Es ist daher bei der Vorrichtung nach der Erfindung notwendig, aase die Z.thlimpulse am Ausgang des Discriminators eine Wieäerholungsfre« cuenz aufweisen, die hinreichend hoch i£i, se dass mit Bestimmtheit nicht ein ortsubhängiger Signalzustand als eine Aeymmetrie, sondern die reelle Asymmetrie der Abtasteignale in Betracht gesoger, wird*; Dies¹ erfolgt is. dir "■"orrachtun_t. nach der Erfindung dadurch, dass die Vergleicnsschaitungen durch die gleichgerichteten Zählimpulse gesteuert werden» Die Frequenz der Zählimpulse muss hinreichend hoch sein, us am Ausgang des Sieichrichters eine für die Vergleichsschaltungen effektive Steuerspannung zu erhalten« bei Asymmetrie eines Abtastsignals, die durch den Rechtecksignalbildner, auch in dem Reckecksignal vorhanden ist, dae einer Vergleichsschaltung zugeführt wird, entsteht am Ausgang der Vergleichsschaltung ein Signal, das als Regelsignal für die Referenzeinstellung des Abtastorgans benutzt wird· Die Referenzeinstellspannung oder -strom des Abtastorgane wird dadurch derart gelindert, dass ein symmetrisches Ausgangssignal erhalten wird. Die Mittel zur Änderung des (der) Referenzeinstellstroms oder -spannung bestehen z.E, aus einem Potentiometer, dessen Abgriff von einem an sich voa Regelsignal gesteuerten Motor angetrieben wird·

Wenn die Messlineale an den relativ bewegbaren Gegenstanden verschmutzt sind, tritt eine sich schnell ändernde Asymmetrie im Abtastsignal beim Passieren der verschmutzten Stellen auf. Dazu ist eine schnelle Regelung des Referenzeinstellsignals notwendig. Zu diesem Zweck kann in einer weiteren Ausbildung der Erfindung d&s Regelsignal einer Vergleichsschaltung einen Vor- und RückwSrtszShler steuern, wobei der Zustand des Zählers über einen Digital-Analog-Wandler das erwünschte Referenzeinstellsignal liefert. Es sei bemerkt, dass bei Verrichtungen nach der Erfindung

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im allgemeinen zwei Abtastorgane statt Tier wie bei der bekannten Verrichtung genügen, da es durch die effektive Regelung nach der Erfindung nicht notwendig iat, eine solche Kombination von Äbtastsignalpaaren zu be« nutzen, dass auf diese Weise bereits ein Teil der Asymmetrie beseitigt wird« Eine hinreichende Beseitigung der Asymßetrie ISsst sich durch die Vorrichtung nach der Erfindung pro Abtastorgan erzielen.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung nSher erlSutert, Es zeigenί

Fig· 1 eine erste ·Aueftthrungeform der Erfindung« Fig* 2 eine zweite Aueführungeform der Erfindung, und Fig. 3 eine Einzelheit der Vorrichtung nach der Erfindung* Entsprechende Einselteile sind in den Figuren mit den ^rI ei ab en Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 1 bezeichnen 11 und 12 Photosellen einer opto«-phot-G-elektrischen OrtsverSnderungsmessvorrichtung, deren Messlineale und, der^-n optischen System nicht dargestellt sind. Die Photozellen 11 und 12 rind ^e fur sich in eine Brücke A bzw. B eingefügt. Die Brücke A enthSlt weiterhin einen Widerstand 13t einen Wideretand 14» ä.er auch eine Fhctozelle sein kann* und ein Potentiometer 9· Die Brücke B enthüllt ferner einen Widerstand ΐ5* einen Widerstand 16, der auch eine Photozelle sein kann, und ein Potentiometer 10. Die Brücken sind an Klemmen a und b einer nicht dargestellten Speisequelle angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der Brücke A sind mit den Eingängen eines Differenzverstärker 1 mit nachgeschaltetem Eechtecksignalbildner 1a verbunden. Der Eechteckelgnalbildner 1 a liefert Rechteck« abtastsignale S und S , die einem Diskriminator 3 zugeführt werden* Die Ausgangsklemmen der Brücke B sind mit den Eingangen eines Differenzverstärkers 2 mit nachgeschalteten! Eechtecksignalbildner 2a verbunden« Der flechtecksignalbildner 2a liefert Eechteckabtastsignale S_qfJ und S_Qr)i die auch den Diskriminator J zugeführt werden. In dem Diskriminator 3 werden

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,SAD ORIGINAL

dii Sigiaile S , S , 3~λ und SL^ xittels sines 'ogiat-asv- ildt-rr/erk^u j~ Y-o.?* flirts- cder RückwltrtszShlimpulse an lan Klemmen H₁ f je nach der Verschiebung« richtung umgewandelt, Ein aniuher Diskriminator .'.:*: a»B* in dar nisdarlandiachen Patentanmeldung o.611.6i3S„ Fi₆, 3 (?2!?, 1853) beijh-ria^n, Die Vor- und RüskwärtsaShliapulae werden durch ein CDJäR-Gatter 4j. «ä--?~ Qleichrichtschaltung 4 zugeführt. Bei hinreichend hohs.? Frequenz issr ei'-od rr ittlckwSrt a zähl impulse liefert die Gleichrie'viaehaltuag 4 ein Siauü.?=» für die Vergleichsachaltungen 5 und 6. Der Vergleichsschalcung 5

r'l'in die miteinander zu vergleichenden Signale S "and S , gegebene.-ial j.3

nach Durchgang durch ein Tiefbandpassfilter, zugeführt, Der schaltung 6 werden die miteinander zu vergleichenden Signale S_q0 und 5_qA gegebenenfalls nach Durchgang durch ein Tiefbsndpassfilter zugeführt. 3ai ο ir»or. Unterschied zwischen den mittleren Werten, also beim Auftreten ,äin-ar Asvrmetrie der S -, 5 -bzw· S_qc-, S^-Signale erscheint in AbhRngigkei% ron dar Richtung der Asymmetrie ein Regelsignal an ainsm der Ausgänge der Yerelüiihsschaltungen 5 bzw. 6. Die Vergleichsschaltung 5 ist mit eiasai .,oi^r 7 und die Vergleichsschaltung 6 ist mit einem Motor 8 verbunden. Di* Motoren werden von den auftretenden Regelsignalen gesteuert. Der Motor ? treibt den Abgriff des Potentiometers 9 und der Motor 8 treibt den Abgriff des Potentiometers 10 an« Die Regelsignale bestimmen somit über die Motoren ? --sw. θ die Lagen der Potentiometer 9 und 10. Dadurch werden die betreffenden Brückeneinstellungen geändert, so dass die Referenzeinstellspannungen für die Photozellen 11 (und gegebenenfalls 14) bzw. 12 (und gegebenenfalls 16} sich derart andern, dass die Asymmetrien beseitigt werden·

Fit·. 2 zeigt eine Vorrichtung zur schnellen Regelung des Referenzeinstellsignal· für ein Abtastorgan·

Sie Regelsignale der Vergleichsschaltungen 3 und 6 werden UHD-Gattereingangen von Vor- und Rückwärtszählern 17 bzw· 13 zugeführt· Ss wird diesen auch ein Taktimpilssignal c. zugeführt, das einem nicht dargestell-

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tan Ta.:·-, nlapuiiä^eneraiox «niaoas^i viruj "fi-anr, viii liagsix^rnal poaitlv -sdar" negativ vorhanden iat, werden über ainsn UND-6at fcereingaß.3 dem Zahler 17

Ee&elsignala die Impulse vorwärts oder rückwärts zShit. Die Zustände d«^s Zähler 17 und 1Ö werden in Digiial-Analog-Wandlern I9 bzw, 20 in eine atiw löge Referenzeinefcelläpannung umgewandali, dia hier z.3. einem Eingang des Differenzverstärkers 1 bzw. 2 zugeführt wird. Auf dissa Weise läas^ sich eine sehr schnelle Anpassung der Referenzeinstellspannung für di® aa^ tastorgane bewerkstelligen, so dass auch die Asymmetrie infolge Örtlicher Verschmutzung von Uesslinealen behoben wird* Ia Zusammenbaus mit dieser W~j lichkeit einer schnellen Anpassung sei bemerki, dasa ein solches Systjxi sioh auch bei Laser-Messystemen verwenden lässt, in denen ausser dem Hau:;.-· modus noch schwach ein hSherer oder niedrigerer axialer Modus im Lasersignal vorhanden ist, wodurch örtliche Modulationsunterschiede des Inter· ferenamuaters auftreten können. Der Einfluss solcher örtlichen Modulation-^ unterschiede kann durch ein solches, schnell wirkendes Regelsystem behoben werden·

Fig. 3 zeigt soheaatisch die Einzelteile 4a, 4,5 (bzw» 6) ü-ΐν Vorrichtung nach der Erfindung. Das ODER-Gatter 4a wird durch den Transistor T₁ mit nachgeschalteter Verstärkerstufe mit dem Transistor T._? gebildet. Die Klemmen 30 und 31 bilden den Eingang, mit dem die Vor- und üuckwEr^- zählausgänge T und H des Diskriminator3 3 verbunden sind. Dem ODER-Gat,te~ folgt die GIeianriehtschaltung 4 mit der Diode D und einer Widerstand-Kondensator-Schaltung RC mit nachgeschaltetem Emitterfolgetransistor T,· An der Klemme 32 (Schalter S in der Lage S-, siehe weiter unten) erscheint bei einer hinreichenden Ladung des Kondensators C das gleichgerichtete Steuersignal für die Vergleichsschaltung 5 (bzw. 5). Eine Vergleichsschaltung kann wie folgt ausgebildet sein: Das Steuersignal des Gleichrichters 4 liegt an der Basis eines Transistors T., der in der gemeinsamen Saitter-

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leitung zweier Transistoren T- und Tg vorhanden ist« Bei?, Baser, die-eer Traneistoren werden die Signale S₁S, (S_Qn, S_qn) sttfffShrt» Bie SC»Soh&ltungen bilden Tiefbandpassfiiter. Diese sind gegebenenfalls entbehrlich, da ein Motor 7 (oder 8) an sich eine Tiefbandpasskennlinie aufweist« BeS A-fynunetrie der S -, S -(Sq₀-, S_qQ-)Signale entsteht in Abhängigkeit vor. der Richtung der Aeyemetrie an deß Kollektor des Transistors 5L oder des Transistor* T^ ein RegeIsignal für den Motor» Βer Motor wird links oder rechte herum gedreht, wodurch der Potentiometerabgriff auf- oder ebwfirts bewegt wird.

£· sei fceaerkt, dass ee in praktischen Fällen notwendig sein kann, eine Anlas schaltung zuzuordnen* Bein Abschalten <J*r ganzen Vorrichtung cleiben die Motoren 7 und 8 der Ausftt'hrungsform nach Fig·, i selbgtrerstEndlich stehen, so dass die Abgriffe der Potentiometer 9 und 10 am Snde des Arbeitstags in ihrer Lage stehen bleiben* Bei Heueinechaltung act nächsten Ta*- kSnnen die UmatSnde sich derart geändert haben, dass diese Einstellung vollkommen falsch iet, sogar in den Masse, dass durch susserordentliche A-symnietrie keine ZShllapulse mehr entstehen, wodurch die Regelung nicht wirksam wird.

Die Zahler (17118) der Ausführungsform nach Fig. 2 fallen in eine beliebige Lage beim Einschalten, wenn keine besonderen Elemente verwendet werden. Auch dies kann zu Unwirksamkeit führen.

Dies lasst sich durch einen Schalter S einfach lösen, der in Fit. 3 dargestellt ist. Wird beim Einschalten der Maschine der Schalter S in die Lage S. gedreht und wird gleichzeitig der Abnehmer bewegt, so iet die Regelung infolge einer hinreichenden Spannung am Punkt 33 «wischen den Widerstanden R. und R„ wirksam, obgleich, wie gesagt, noch keine ZShliapulse vorliegen können. Hach kurzer Zeit ist die Symmetrie eingestellt und es erscheinen ZShlinpulse, so dass der Schalter S in die normale Lage S„ gedreht werden kann·

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Claims (3)

-ο- PHR. 2934. PAfEHgAHSFRUECHE.

1. Vorrichtung zum Messen der GrBsse und Richtung yon OrtsVeränderungen eineβ in bezug auf einen anderen Gegenstand bewegbaren Gegenstandes mittels mindestens zweier in einem bestimmten Abstand voneinander auf einem der erwShnten Gegenstände befestigter Abtastorgane, in denen bei relativer Ortsveranderung der Gegenstande gegen einander phasenverschobene Wechselsignale entstehen, die je einem Differenzverstärker mit nachgeschalteteia Rechtecksignalbildner zugeführt werden und ein Diskriminator vorgesehen ist» in dem die von den Rechtecksignalbildnern stammenden Signale in Vor- oder RuckwSrtszShlimpulse umgewandelt werden_t

' dadurch gekennzeichnet, dass eine Gleichrichtschaltung (4) mit nachgeschalteten Vergleichsschaltungen (5, 6} vorgesehen ist_f dass die in der Gleichrichtschaltung (4} gleichgerichteten Zählimpulse des Diskriminator die Vergleichsschaltungen (5, 6} steuern und in «jeder der Vergleichsschaltungen (5» 6) die Symmetrie eines einem Rechtecksignalbildner (la bzw. 1b) entstammenden Rechtecksignals bestimmt wird und bei Asymmetrie ein Regelsignal erzeugt wird, das Mitteln zum Ändern eines -leferenzeinstellsignals des Abtastorcans (11,12) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die LIittel zum Ändern des Referenzeinstellsignals des Abtastorgans (11 bzw. 12) einen Motor (7 bzw. θ) und ein Potentiometer (9* bzw. 1OJ enthalten, wobei der von dem Regelsignal einer Vergleichsschaltung gesteuerte kotor einen Abgriff des Potentiometers antreibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum ."indem des Referenzeinstellsignals des Abtastorgans (11, bzw. 12) einen von dem Regelsignal einer Vergleichsschaltung (5 bzw. 6) gesteuerten Vor- und HückwSrts-

Q zähler (I?, bzw. 18) und einen Digital-Analog-Wandler (I9 bzw. 20) enthalten, und

dass der Ausgang des Digital-Analog-VTandlers (I9 bzw. 20) das Referenzeinetell-

—* Signal liefert.

4· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schalter (s)

K> vorgesehen ist, durch den wahrend einer Anlassperiode beim Einschalten der Vorrichtung eine feste Steuerspannung den Vergleicheschaltungen (5,6) zugeführt wird,

8AO ORDINAL

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