DE1957919U - Wegmessgeraet, insbesondere fuer diesteuerung von bearbeitungsmaschinen. - Google Patents

Description

' . Aktiengesellschaft

Erlangen, den Werner-von-Siemens-Straße 50

61/ 1373

Wegmeßger.ät,· insbesondere für die Steuerung . von Bearbeitungsmaschinen.

Für die. Messung, Steuerung "und'Regelung von längs- und Drehbewegungen, beispielsweise- den Vorschub bei Werkzeugmaschinen, ist * bereits eine Vielzahl verschiedener. Meßeinrichtungen bekanntge- _ worden. Sie arbeiten .beispielsweise nach dem Durchleuchtungsver-. fahren mit optischen'Mitteln oder, als aktive magnetische Meßein- . richtungen,mit. eingeprägter Magnetisierung. Während beim optischen

.. Verfahren der. Maßstab von beiden Seiten zugänglich sein 'muß, ergibt .sich'bei aktiven magnetischen Meßeinrichtungen eine erhöhte

' . Störanfälligkeit gegenüber Preindfeldern. Ferner sind Verfahren bekannt, die iikoh dem. Drehmelderprinzip - für Längsbewegungen mit " in die. Ebene·'aufgerolltem Drehmelder - arbeiten. In diesem Falle

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-. " .·" sind Anschlußleitungen sowohl am ortsfesten als auch am beweg-

. · liehen Teil erforderlich. Darüber hinaus wirken sich der geringe

-■ Signalpegel und- Störabstand dieser Meßgeräte ungünstig aus.

Der- u liegt die Aufgabe zu Grunde, die den bekannten Meßgeräten anhaftenden. Nachteile zu vermeiden und mit geringem Auf-, wand eine Wegmessung ausreichender Genauigkeit zu ermöglichen. ·

Es wird dabei, von der bekannten Tatsache ausgegangen, daß man durch Vorbeiführen, von Eisenteilen am Luftspalt eines im wesentlichen geschlossenen Magnetkreises, der magnetisch erregt wird und im Flußweg einen'Hallgenerator enthält, eine Veränderung der vom Hallgenerator abgegebenen-Spannung registrieren kann. Dieses Prinzip ist bisher beispielsweise bei magnetischen Endschaltern, bei Achszähleinrichtungen im.Eisenbahnsicherungswesen und ähnlichen Fallen angewandt worden·.. ' . . .

Gegenstand der ist ein Wegmeßgerät mit Rastermaßstab ,.und Lesekopf, an-dem-Sin elektrisches- Signal als Maß für den Weg abnehmbar ist... Die ist dadurch gekennzeichnet, daß der 4, } ' ■ Maßstab als weichmagnetisches Strichraster ausgebildet ist, und . '. daß ä-e*· ·Lesekopf im Flußweg eines im wesentlichen geschlossenen magnetisch erregten Kreises mit Fühlspalt eine» Hallgenerator

tetüt, dessen Hallspannuhg vom Grad der Überbrückung des,Fühlspaltes

.durch das "Strichraster und damit, von der Stellung des Lesekopfes abhängig., ist.; . .":·'■'_. . . · ■" ■ ■ ' ' . >■

Da₁ der Maßstab-"keine eingeprägte Magnetisierung aufweist also "passiv" arbeitet, bleiben Fremdfelder weitgehend wirkungslos. Der Maßstab braucht ,'auch nur von einer Seite, zugänglich zu sein und

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·. benötigt /keinerlei"elektrische Anschlüsse. Er kann auf beliebige Länge geschnitten werden, so daß man sich an die Maschinenlänge anpassen kann und nicht, an ein bestimmtes Vielfaches von Einheits- - längen gebunden-ist. "

/Zur'magnetischen Erregung des Lesekopfes kann man grundsätzlich ■einen Permanentmagneten verwenden, der im Flußweg angeordnet ist. Statt dessen kann man auch eine elektromagnetische Erregung mit Gleich- oder Wechselstrom, je nach dem vorliegenden Anwendungszweck vorsehen.

Das- weichmagnetische Strichraster kann so hergestellt werden, daß auf einer- unmagnetischen Grundplatte mitt&.s eines geeigneten Klebers· eine weichmagnetische Folie hoher magnetischer Leitfähigkeit aufgebracht wird. Durch photographische Übertragung der Strichgi1i.te.Ttellung und-anschließende Ätzung erhält man nach einem Verfahren ähnlich der Herstellung geätzter Schaltungen einen Maßstab, der ohne weiteres bis zu einer Auflösung von 1 mm und darunter aus-. gebildet werden kann.; ■ ■

Ist eine noch bessere..Auflösung gefordert, so ergeben sich infolge des geringen Abstandes benachbarter Striche Schwierigkeiten sowohl . in der Herstellung.als auch in der Messung. In diesem Falle kann man beispielsweise- durch Anordnung mehrerer Leseköpfe die Auflösung erhöhen. ■

^ . . . . _v · .Einzelheiten der und der durch sie erzielten-Vorteile sollen im folgenden an Hand der· Beschreibung von Ausführungsbeispie lea erläutert werden·, die in der Zeichnung schematisch dargestellt "sind. " ■..'■·. r

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, · .Fig.T zeigt .eine Möglichkeit zur Ausbildung des magnetisch erregr ; ·., . '' -ten 'Kreises _:1,.. d.er annähernd E-Porm hat. Er weist, zwei Pühlspalte ■'....··■ . .'·:._ . ··■ _: ' . : - ■ ·

• ■ .·-. . 2 und 3 auf, .die einen Abstand von zwei Einheiten a der Strichgit- '. .·. terteilung oder ein beliebiges Vielfaches von zwei Einheiten haben, ^! ' derart', daß beiden- Fühlspalten j^eweü^s entweder ein Strich 4 des Rasters öder-eine Lücke gegenübersteht. In Fig.1 ist das Gtrichraster übertrieben groß dargestellt, so daß■der Mittenabstand der beiden Pühlspalte .durch 2a charakterisiert ist..

'Im Mittelschenkel,5 des.Kreises 1 ist in einem schmalen Luftspalt '. ) ein Hällgenerator 6 angeordnet. Auf dem gleichen Mittelschenkel ist zur magnetischen Erregung eine Wicklung 7 vorgesehen, die über Klemmen 8 und 9 die Erregergleichspannung U_E erhält. Die beiden

'Polschuhe io, 11 des Kreises sind an ihren dem Strichraster zugewandten Flächen etwa ebenso groß ausgebildet wie das Endstück 12 • . - des Mittelschenkels.. Handelt es sich um ein Strichraster mit einer Teilung.a = 1 mm, so soll der Mittelschenkel eine Dicke von (2n + 1) mm haben, so daß die. benachbarten Fühlspalte 2 und 3 jeweils gerade einer Lücke oder einem. Strich des Rasters gegenüber stehen.

■-·· . ^Λ -Die elektrischen Anschlüsse des Hallgenerators sind in Fig.2 ange-. . ■ deutet; Dem Hal.lgenera'tor wird über Klemmen 13, 14 ein Steuer-. ■■ wechselstrom mit der -Spannung ..U« zugeführt, während an den HaIlelektröd-eh 1-5»-.16.die Hallspannung Ur,, die ebenfalls als Wechselspannung auftritt, abnehmbar ist. An die Klemmen 17, 18 können dann ■ · geeignete Auswerteinrichtungen, beispielsweise Impulsformerstufen ■ . ■ , und Zählketten, angeschlossen werden.

■· Die Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 1 ergibt sich ohne wei-•teres unter Berücksichtigung der Tatsache, daß der Magnetkreis nur

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■"..<3"ann über die Fühlspaltö geschlossen ist, wenn ihnen Striche 4 •gegenüber .stehen.' Ih diesem Fall wird die Hallspannung tL, ein Maximum, s&in.. Bleiben die Fühlspalte jedoch, wie in Fig. 1' gezeich-'-■.-" -· ·' ne't, unüb.erbrückt,. so erreicht die Hallspannung ein Minimum. Mini-• ■■'··".... mum und Maximum der'Hallspannung folgen also bei Bewegung des Lese-■-".*;:■ ' -■■ kopfes um jeweils eine Strichteilung a aufeinander, so daß mit , .. Hilfe einer .geeigneten,Zähleinrichtung der insgesamt zurückgelegte .Weg bestimmt werden kann.

.Wie bereits erwähnt,- kann man den Maßstab dadurch herstellen, daß Λ..) 'auf eine weichmagnetische Unterlage 19, wie in Fig.3 dargestellt, . '"■■ ' eine Folie 20 aufgeklebt und mittels eines der bekannten Verfahren . -. . mit der Strichteilung versehen wird.'Statt eines linearen Maßstabes '. ■■■-". gemäß Fig.3 kann man, Wie in Fig.4 angedeutet, eine entsprechende ' .■ Folie auch auf eine Trommel 21 aufkleben, um Drehbewegungen zu messen. .

^- Grundsätzlich ist die Art·der Erregung und der Steuerstromversor-' ' ■ . gung des Hallgenera'tors beliebig» Man kann sowohl den Erregerstrom als auch den' Steuerstrom"als Gleichstrom zuführen, so. daß sich

">·-·^/ · eine Hallgleichspannung ergibt. Für manche ■ Anwendungsfälle ist es

■ ■ . jedoch zweckmäßig, eine Hallwechselspannung zu erzeugen, die ent-. -. ■-..- sprechend der Verschiebung des Lesekopfes ,amplitudenmoduliert wird. ''-■:.',;■'Die elektromagnetische'Erregung .des Kreises 1 und die Steuerstrom- · . ■·:■■ -..zufuhr sind in inrer ,Leistung hur durch die konstruktiven Gegeben-

' heiten beschränkt, so daß. sich ein relativ hoher'Signalpegel in /..- " Formed er Hall spannung: Ut₁ ergibt». . .

·. Aus technologischen Erwägungen'wird zweckmäßig die Auflösung nicht unter eine Strichteilung von etwa 0,1 mm zu treiben sein. Um eine

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-, . Messung'.mit höherer'Auflösung zu ermöglichen, kann man mehrere

Leseköpfe, anwenden,- wie in Pig.5- stark schematisiert dargestellt* "· · '■"'■ ■■'■■ Es handelt' sich dort um die -Verwendung von 10 'Leseköpfen K 0 bis ·-■·■;· K 9, die "sämtlich identisch mit' dem Lesekopf nach Pig.1 ausge-' : ·:'-. . bildet .'.seih 'können» Die einzelnen Leseköpfe sind längs des Maßstabes" jeweils um einen Bruchteil der Strichteilung gegeneinander , ' ■ versetzt. In Pig.5 sind durch Striche nur die Symmetrieachsen der einzelnen Leseköpfe angedeutet. Diese Symmetrieachsen haben voneinander 'den Abstand b, der sich aus der Grundteilung a, z.B. 1 mm, ■ ^ . und dem/verlangten Auflösungsvermögen k zu b = η . a - k ergibt ' '. .. , (ή = 1,2,3·.....). Be.i dem verlangten Auslösungsvermögen von k = 0,1mm ■ - ist" b = 0,9 im.,. Mit anderen V/orten, die Symmetrieachsen der einzelnen Leseköpfe sind gegen.die Mitten άβχφzugehörigen Lücken des ■'■Rasters jeweils um -,ή/9/, des · Strichabstandes a versetzt. Mit Rück- -;,·. ■ ■ sieht auf den Raumbedarf der einzelnen Leseköpfe läßt sich die -.. - .■■■ schematische Anordnung-nach Pig. 5 in der dargestellten Form nicht " .. ' realisieren, sondern es'ist. jeweils zwischen den einzelnen Köpfen noch' ein·Abstand'von einem beliebigen geradzahligen Vielfachen ; • . von. a Vorzusehen. .'Man'.kann auch die einzelnen Köpfe grundsätzlich nebeneinander, jedoch um das erwähnte Maß b gegeneinander versetzt, anordnen und'die-gesamte; Baugruppe an einem Rastermaßstab geeigneter Breite verschieben. . : ' · . ■

, ersf'eJ.Lesekopf KO gibt jeweils die vorletzte Dezimale an. Ist diese festgelegt, so wird ;im Erregerkreis, im Steuerstiromkreis des 'Haiigenerators oder'in der Auswerteinrichtung auf denjenigen Kopf umgeschaltet,' der für die· letzte Dezimale maßgeblich ist. Handelt es "sieh· dabei'-._ beispielsweise um den Kopf K 4, so gibt dieser nach der.Umscnaltung noch.nicht das. Maximum seiner Hallspannung ab. Dies

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... ist erst darm- der-Fall ν wenn die Symmetrieachse des Kopfes mit der ■ · Mitte zwischen zwei-Strichen'.'4'übereinstimmt .,Hierzu ist der Lese-'■kopf noch··.um 0,4"mm zu ..versphieben. Auch b^i dieser Ausiführungs-

;^:-· . form kann :mah Steuerstrom.', oder;. Erreger.strom in ?orm vonV/echsel- . ■.·■■;· strom zuführen,· was eine" b'equeme Weiterverarbeitung durch Trans- . • ^; formation .und Wechselspannungsverstärker ermöglicht.

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5 Figuren '

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