DE1900260C3 - Ortsveränderungsmeßvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Größe und der Richtung von Ortsveränderungen eines in bezug auf einen anderen Gegenstand bewegbaren Gegenstandes mittels mindestens zweier in einem bestimmten Abstand voneinander auf einem der Gegenstände befestigter Abtastorgane, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs I Solche Vorrichtungen sind bekannt (DT-AS 10 60 609) und werden auch Verschiebungsvorrichtungen mit statischen Abnehmern genannt, da dabei die von den Abtastorganen stammenden Signale beim Stillstand Gleichstromsignale sind. Sie werden häufig für Messungen an Werkzeugmaschinen u.dgl. verwendet. Es werden dabei mindestens zwei, aber vorzugsweise vier Abtastorgane verwendet, deren Ausgangssignale paarweise in Differenzversiärkern derart kombiniert werden, daß eine etwaige Asymmetrie der Signale wenigstens teilweise beseitigt wird. Die Abtastorgane können opto-photoelcklrische, induktive oder kapazitive Abtastorgane sein. Asymmetrie der

ίο Signale der Abtastorgane bringt bei der weiteren Verarbeitung dieser Signale nach den Rechtecksignalbildern in dem Diskriminator Meßfehler mit sich und kann sogar die Signale vollständig verschwinden lassen. Die Asymmetrie ist auf Temperaturschwankungen und

Alterung der Abtastorgjne, z. B. Änderung des temperaturabhängigen Dunkelstroms, und die von Temperatur und Alterung abhängige Empfindlichkeit von Photozellen in opto-photoelektrischen Abtastorganen und weiterhin auf Verschmutzung der Meßlineale auf der Werkzeugmaschine und auf Änderung der Helligkeit der Lampe zurückzuführen.

In der Praxis hat sich ergeben, daß mit der bekannten Vorrichtung eine vollständige und zuverlässige Beseitigung der Asymmetrie nicht erzielt werden kann. Infolge

von Charukterislikunterschieden der Abtastorgane, insbesondere bei Photozellen, treten nachteilige Fehler auf.

Der Anmeldung liegt daher die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine vollständige und auch zuverliissige Beseitigung der Asymmetrie zu erzielen. Dies geschieht erfindungsgemäß dadurch, daß parallel zum Ausgang des Diskriminators eine Gleichrichtschaliung vorgesehen ist, daß die in der Gleichrichtschaltung gleichgerichteten Zählimpulse des Diskriminators als Steuersignal zusammen mit den den Rechtecksignalbildnern entstammenden Rechtecksignalen Vergleichsschaltungen zugeführt werden, derart, daß auf Grund dieser Signale in jeder der Vergleichsschaltungen die Symmetrie eines Rechtecksignals bestimmt und bei Asymmetrie ein Regelsignal erzeugt wird, welches Mitteln zum Ändern des genannten Referenzeinstellsignals des Abtastorgans zugeführt wird.

Durch diese Maßnahmen ergibt sich der Vorteil, daß die Bewahrung der Symmetrie im dynamischen Zustand schon mit einer im Vergleich zur bekannten Vorrichtung kleinen Anzahl von Abtastorganen in der Nähe der Meßlineale erreicht werden kann, und daß außerdem die Weiterverarbeitung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht komplizierter als mit der bekannten Vorrichtung ist.

Die vollständige oder partielle Asymmetrie läßt sich nämlich nicht einfach durch Glättung des Abtastsignals in einem Tiefbandpaßfilter und durch Vergleich mit dem halben Wert der Scheitelspannung eines erhaltenen Rechtecksignals bestimmen, denn das Signal ist ortsabhängig (statischer Abnehmer) und kann somit während längerer Zeit einen bestimmten Wert beibehalten. Es könnten sonst zu Unrecht örtliche Signalzustände als eine Asymmetrie betrachtet werden, so daß eine unerwünschte Regelung der Einstellung der Abtastorgane eintreten würde.

Es ist daher, da die Symmetrie im dynamischen Zustand bewahrt werden soll, bei der Vorrichtung nach der Erfindung notwendig, daß die Zählimpulse am Ausgang des Diskriminators eine Wiederholungsfreqiucn/. aufweisen, die hinreichend hoch ist, so daß mit Bestimmtheit nicht ein ortsabhüngiger Signalzustand als eine Asymmetrie, sondern die reelle Asymmetrie der

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AL astsignale in Betracht gezogen wird. Dies crfolgi in der Vorrichtung nach der Erfindung dadurch, daß die Vcrgleichsschaltungen durch die gleichgjrichlelen Zählimpulse gesteuert werden. Die Frequenz der ZühÜmpulse muß hinreichend hoch sein, um am Ausgang des Gleichrichters eine für die Vergleichsschaltungen effektive Steuerspannung zu erhalten.

Bei Asymmetrie eines Abtastsignals ist diese durch den Rechtecksignalbildner auch in dem Rechtecksignal vorhanden. Letzteres wird einer Vergleichsschaltung zugeführt. Am Ausgang der Vergleichsschaltung entsteht dann ein Signal, das als Regelsignal für die Referenzeinstellung des Abtastorgans benutzt wird. Die Referen/cinslellspannung oder der -strom des Abtastorgans wird dadurch derart gelindert, daß ein symmetrisches Ausgangssignal erhalten wird. Die Mittel zur Änderung des (der) Referenzeinsiellstroms oder -spannung bestehen /.. B. aus einem Poieniiomeler, dessen Abgriff von einem an sich vom Regelsignal gesteuerten Motor angetrieben wird.

Wenn die Meßlineale an den relativ bewegbaren Gegenständen 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 das Regelsignal der Vergleichsschaltung einen Vor- und Rückwäriszähler steuern, wobei der Zustand des Zählers über einen Digital-Analog-Wandler das erwünschte Referenzeinstellsignal liefert. Es sei bemerkt, daß bei Vorrichtungen nach der Erfindung im allgemeinen zwei Abtastorgane statt vier wie bei der bekannten Vorrichtung genügen, da es durch die effektive Regelung nach der Erfindung nicht notwendig ist, eine solche Kombination von Abtastsignalpaaren zu benutzen, daß auf diese Weise bereits ein Teil der Asymmetrie beseitigt wird. Eine hinreichende Beseitigung der Asymmetrie läßt sich durch die Vorrichtung nach der Erfindung pro Abtastorgan erzielen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine erste Ausführungsform,

F i g. 2 eine zweite Ausführungsform und

F i g. 3 eine bei den Ausführungsformen gemeinsame Einzelheit.

Entsprechende Einzelteile sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In F i g. 1 bezeichnen 11 und 12 Photozellen einer opto-photoelektrischen Ortsveränderungsmeßvorrichtung, deren Meßlineale und deren optisches System nicht dargestellt sind. Die Photozellcn 11 und 12 sind je für sich in eine Brücke A bzw. B eingefügt. Die Brücke A enthält weiterhin einen Widerstand 13, einen Widerstand 14, der auch eine Photozelle sein kann, und ein Potentiometer 9. Die Brücke B enthält ferner einen Widerstand 15, einen Widerstand 16, der ebenfalls eine Photozelle sein kann, und ein Potentiometer tO. Die Brücken sind an Klemmen a und b einer nicht dargestellten Speisequelle angeschlossen. Die Ausgangsklemmen der Brücke A sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 1 mit nachgeschaltctem Rechtecksignalbildner 1;) verbunden. Der Reehtecksignalbildner la liefert Rechteckabtastsignale S₁, und S_ih die einem Diskriminator 3 zugeführt werden. Die Ausgangsklemmen der Brücke B sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 2 mit nachge- «•hnHetem Rechtecksignalbildner 2a verbunden. Der Rechtecksignalbildner 2u liefert Rechteckabtastsignale Sw und S)O, die ebenfalls dem Diskriminator 3 zugeführt werden. In dem Diskriminator 3 werden die Signale S,* S,_h Sw und 3jw mittels eines logischen Netzwerkes in Vorwärts- oder Rückwärtszühlimpulse an den Klemmen H₁ Tje nach der Verschiebungsrichtung umgewandelt. Ein solcher Diskriminator ist z. B. in der niederländischen Patentanmeldung 66 11688, Fig. J beschrieben. Die Vor- und Rückwärtszühlimpulse werden durch ein ODER-Gatter 4a einer Gleichriehischaltung 4 zugeführt. Bei hinreichend hoher Frequenz der Vor- oder Rückwärtszählimpulse liefert die Gleichrichtschaltung 4 ein Steuersignal für die Vergleichsschaltungen 5 und 6. Der Vergleichsschaltung 5 werden die miteinander zu vergleichenden Signale S₁, und So, gegebenenfalls nach Durchgang durch ein Tiefbandpaßfiltcr, zugeführt. Der Vergleichsschaltung 6 werden die miteinander zu vergleichenden Signale Sm und Sw, gegebenenfalls nach Durchgang durch ein Tiefbandpaßfilter, zugeführt. Bei einem Unterschied zwischen den mittleren Werten, also beim Auftreten einer Asymmetrie der S_n-, S₁,- bzw. Sm-, Sm-Signale. erscheint in Abhängigkeit von der Richtung der Asymmetrie ein Regelsignal an einem der Ausgänge der Vergleichsschaltungen 5 bzw. 6. Die Vergleichsschaltung 5 ist mit einem Motor 7 und die Vergleichsschaltung 6 ist mit einem Motor 8 verbunden. Die Motoren werden von den auftretenden Regelsignalen gesteuert. Der Motor 7 treibt den Abgriff des Potentiometers 9 und der Motor 8 licibi den Abgriff des Potentiometers 10 an. Die Regelsignale bestimmen somit über die Motoren 7 bzw. 8 die Lagen der Potentiometer 9 und 10. Dadurch werden die betreffenden Brückeneinstellungen geändert, so daß die Referenzcinstellspaniumgen für die Photozellen 11 (und gegebenenfalls 14) bzw. 12 (und gegebenenfalls 16) sich derart andern, daß die Asymmetrien beseitigt werden.

F i g. 2 zeigt eine Vorrichtung zur schnellen Regelung des Rcfcrenzeinstellsignals für ein Abtastorgan.

Die Regelsignale der Vergleichsschaltungen 5 und 6 werden UND-Gattereingängen von Vor- und Rückwärtszählern 17 bzw. 18 zugeführt. Es wird diesen auch ein Taktimpulssignal t'i zugeführt, das einem nicht dargestellten Taktimpulsgenerator entnommen wird. Wenn ein Regelsignal positiv oder negativ vorhanden ist, werden über einen UND-Gattereingang dem Zähler 17 bzw. 18 Taktimpulse zugeführt, der in Abhängigkeit von dem Vorzeichen des Regelsignals die Impulse vorwärts oder rückwärts zählt. Die Zustände der Zähler 17 und 18 werden in Digital-Analog-Wandlern 19 b/w. 20 in eine analoge Referenzeinstellspannung umgewandelt, die hier z. B. einem Hingang des Differenzverstärkers 1 bzw. 2 zugeführt wird. Auf diese Weise läßt sich eine sehr schnelle Anpassung der Referer.zeinstellspannung für die Abtastorgane bewerkstelligen, so daß auch die Asymmetrie infolge örtlicher Verschmutzung von Meßlinealen behoben wird. Im Zusammenhang mit dieser Möglichkeit einer schnellen Anpassung sei bemerkt, daß ein solches System sich auch bei Laser-Meßsystemen verwenden läßt, in denen außer dem Hauptmodus noch schwach ein höherer odei niedrigerer axialer Modus im Lasorsignal vorhanden ist, wodurch örtliche Modulationsunterschiede des Interferenzmusters auftreten können. Der Einfluß solcher örtlichen Modulationsunicrschiedc kann durch ein solches, schnell wirkendes Regelsystem behoben wer den.

Fi g. 3 zeigt schematisch die Einzelteile 4a, 4, 5 (bzw.

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j) der Vorrichtung nach der Erfindung. Das ODER-Gatter 4a wird durch den Transistor 7Ί mit nachgeschaltetcr Verstärkerstufe mit dem Transistor Tj gebildet. Die Klemmen 30 und 31 bilden den Eingang, mit dem die Vor- und Rückwärtszählausgänge Γ und H des s Diskriminator 3 verbunden sind. Dem ODER-Gatter folgt die Gleichrichtschaltiing 4 mit der Diode D und einer Widerstand-Kondensator-Schallung /?Cmit nachgeschaltetem Emitterfolgetransistor Ti. An der Klemme 32 (Schalter S in der Lage S2, siehe weiter unten) erscheint bei einer hinreichenden Ladung des Kondensators C das gleichgerichtete Steuersignal für die Vergleichsschaltung 5 (bzw. 6). Eine Vergleichsschaltung kann wie folgt ausgebildet sein: Das Steuersignal des Gleichrichters 4 liegt an der Basis eines Transistors T4, der in der gemeinsamen Emittcrleitung zweier Transistoren T₅ und T_b vorhanden ist. Den Basen dieser Transistoren werden die Signale S,,. Ζ?,* (£χ>. Sw) zugeführt. Die ftC-Schahungcn bilden Tiefbandpaßfilter. Diese sind gegebenenfalls entbehrlich, da ein Motor 7 (oder 8) an sich eine Ticfbandpaßkennlinic aufweist. Bei Asymmetrie der S_n-, 5,-(&»-. S)o-)Signale entsteht in Abhängigkeit von der Richtung der Asymmetrie an dem Kollektor des Transistors Ts oder des Transistors 7J, ein Regelsignal für den Motor. Der Motor wird links oder rechts herum gedreht, wodurch der Potcntiomctcrabgriff auf- oder abwärts bewegt wird.

Es sei bemerkt, daß es in praktischen Fällen notwendig sein kann, eine Anlaßschaltung zuzuordnen. Beim Abschalten der ganzen Vorrichtung bleiben die Motoren 7 und 8 der Ausführungsform nach Fig. 1 selbstverständlich stehen, so daß die Abgriffe der Potentiometer 9 und tO am Ende des Arbeitstags in ihrer Lage stehen bleiben. Bei Neueinschaltung am nächsten Tag können die Umstände sich derart geändert haben, daß diese Einstellung vollkommen falsch ist, sogar in dem Maße, daß durch außerordentliche Asymmetrie keine Zählimpulsc mehr entstehen, wodurch die Regelung nicht wirksam wird.

Die Zähler (17,18) der Ausführiingsform nach F i g. 2 fallen in eine beliebige Lage beim Einschalten, wenn keine besonderen Elemente verwendet werden. Auch dies kann zu Unwirksamkeit führen.

Dies läßt sich durch einen Schalter 5 einfach lösen, der in Fig.3 dargestellt ist. Wird beim Einschalten der Maschine der Schalter Sin die Lage S_{ gedreht und wird gleichzeitig der Abnehmer bewegt, so ist die Regelung infolge einer hinreichenden Spannung am Punkt 33 zwischen den Widerständen R\ und K₂ wirksam, obgleich, wie gesagt, noch keine Zählimpulsc vorliegen können. Nach kurzer Zeit ist die Symmetrie eingestellt und es erscheinen Zählimpulsc, so daß der Schalter S in die normale Lage & gedreht werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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Patentansprüche:

!. Vorrichtung zum Messen der Größe und Richtung von Ortsveränderungen eines in bezug auf einen anderen Gegenstand bewegbaren Gegenstandes mittels mindestens zweier in einem bestimmten Abstand voneinander auf einem der erwähnten Gegenstünde befestigter Abtastorgane, in denen bei relativer Ortsveränderung der Gegenstande gegeneinander pnasenverschobene Wechselsignale entstehen, die je einem Differenzverstärker mit nachgeschaltetem Rechtecksignalbildner zugeführt werden und wobei jedem Differenzverstärker andererseits ein Referenzeinstellsignal zugeführt wird, und wobei weiter die Ausgänge jedes Rechtecksignalbildncrs mit einem Diskriminator, in dem die von den Rechtecksignalbildnern stammenden Signale in Vor- oder Rückwärtszählimpulse umgewandelt werden, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Ausgang des Diskriminators (3) eine Gleichriehtschallung (4) vorgesehen ist, daß die in der Gleichrichtschaltung (4) gleichgerichteten Zählimpulse des Diskriminators (3) als Steuersignal zusammen mit den den Rechtecksignalbildnern (1;), 2a) entstammenden Rechtecksignalen Vergleichsschaltungen (5,6) zugeführt werden, derart, daß auf Grund dieser Signale in jeder der Vergleichsschaltungen (5,6) die Symmetrie eines Rechtecksignals bestimmt und bei Asymmetrie ein Regelsignal erzeugt wird, welches Mitteln zum Ändern des genannten Referenzeinstellsignals des Abtastorgans (II, 12) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ändern des Referenzeinstellsignals des Abtastorgans (U bzw. 12) einen Motor (7 bzw. 8) und ein Potentiometer (9 bzw. 10) enthalten, wobei der von dem Regelsignal einer Vergleichsschaltung gesteuerte Motor einen Abgriff des Potentiometers antreibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ändern des Referenzeinstellsignals des Abtastorgans (11 bzw. 12) einen von dem Regelsignal einer Vergleichsschaltung (5 bzw. 6) gesteuerten Vor- und Rückwärtszähler (17 bzw. 18) und einen Digital-Analog-Wandler (19 bzw. 20) enthalten, und daß der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers (19 bzw. 20) das Referenzeinstellsignal liefert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schalter (S) vorgesehen ist, durch den während einer Anlaßperiode beim Einschalten der Vorrichtung eine feste Steuerspannung den Vergleichsschaltungen (5,6) zugeführt wird.