DE19939659A1

DE19939659A1 - Längenmeßvorrichtung

Info

Publication number: DE19939659A1
Application number: DE1999139659
Authority: DE
Inventors: Eckard Schewe; Ralph Bauer; Armin Wahl
Original assignee: NOESIS GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1999-08-20
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2001-02-22

Abstract

Eine Längenmessvorrichtung mit einer Informationsstreifeneinrichtung (12) mit einem Informationsband (26), auf der Informationen für eine zu vermessende Länge speicherbar sind und die an einer in Längsrichtung (L) vorhandenen Messstrecke (11) anordenbar ist, einer Sensoreinheit (14), die die Informationsstreifeneinrichtung (12) in Längsrichtung (L) abtastet und mittels derer die auf dem Informationsband (26) gespeicherte Information gelesen wird, wobei entweder die Sensoreinheit (14) oder die Informationsstreifeneinrichtung (12) relativ zueinander in Längsrichtung (L) bewegbar ist, und einer Auswerteinrichtung (16), die die Signale der Sensoreinheit (14) empfängt und auswertet und gegegenenfalls weiterleitet, zeichnet sich dadurch aus, dass die Informationsstreifeneinrichtung (12) als flexible Bandeinheit mit einer flexiblen, die Informationsstreifeneinrichtung (12) vollständig umgebenden Kapselung (22, 28; 32; 34, 36) umgeben ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Längenmessvor richtung mit

- einer Informationsstreifeneinrichtung mit einem Informationsband, auf der Informationen für eine zu vermessende Länge speicherbar sind und die an einer in Längsrichtung vorhandenen Messstrecke anordenbar ist,
- einer Sensoreinheit, die die Informationsstreifen einrichtung in Längsrichtung abtastet und mittels derer die auf dem Informationsband gespeicherte Information gelesen wird,
- wobei entweder die Sensoreinheit oder die Informations streifeneinrichtung relativ zueinander in Längsrichtung bewegbar ist,
- einer Auswerteinrichtung, die die Signale der Sensoreinheit empfängt und auswertet und gegebenenfalls weiterleitet.

STAND DER TECHNIK

Es sind Längenmesssysteme bekannt, die nach dem optischen Messprinzip oder dem magnetischen Messprinzip arbeiten.

Optische Messsysteme haben den Vorteil, dass sie eine relativ hohe Auflösung und Genauigkeit ermöglichen.

Allerdings besteht bei optischen Messsystemen eine hohe Empfindlichkeit gegen Schmutz. Desweiteren lassen sich mit optischen Messsystemen keine hohen Verfahrensgeschwin digkeiten umsetzen. Hinzu kommt bei derartigen Systemen ein relativ hohes Gewicht und ein einem wirtschaftlichen Einsatz entgegenwirkender relativ hoher Preis.

Konventionelle magnetische Messsysteme, bei denen eine Sensoreinheit ein in einer Linearführung angeordnetes Magnetband abtastet und dessen Signale von einer Auswerteinheit ausgewertet werden, zeichnen sich durch einen günstigen Preis, ein annehmbares Gewicht und eine sehr gute mechanische Integrationsfähigkeit aus. Allerdings besteht auch hier die Gefahr, dass das Magnetband mechanisch oder durch andere Mittel beschädigt wird, was einer zuverlässigen Informationsauswertung empfindliche Störungen verleihen kann. Desweiteren ist beiden bekannten magnetischen Messsystemen eine hohe Auflösung im Mikrometerbereich nicht umsetzbar.

Bei den bekannten magnetischen Messsystemen wird häufig ein flexibles Magnetband eingesetzt, das beispielsweise entlang der Messstrecke aufgeklebt wird. Weiterhin ist bekannt, Magnetbänder innerhalb von vorhandenen Nuten in starren Linearführungen anzuordnen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Ausgehend vom genannten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe bzw. das technische Problem zugrunde, eine Längenmessvorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, die eine hochpräzise, dauerhaft zuverlässig und wirtschaftlich einsetzbare Längenvermessung ermöglicht. Dabei sollen die guten Eigenschaften der optischen Systeme, nämlich hohe Auflösung und hohe Genauigkeit, und die Vorteile der magnetischen Messsysteme in Kombination umgesetzt werden. Damit sollen in punkto Leistung und Einsatzmöglichkeit neue Dimensionen eröffnet werden.

Die erfindungsgemäße Längenmessvorrichtung ist durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die erfindungsgemäße Längenmessvorrichtung zeichnet sich demgemäß dadurch aus, dass die Informationsstreifenein richtung als flexible Bandeinheit mit einer flexiblen, die Informationsstreifeneinrichtung vollständig umgebende Kapselung umgeben ist.

Durch die vollständig flexible Kapselung des Informationsbandes wird dieses dauerhaft zuverlässig gegen mechanische Beschädigungen geschützt. Aufgrund der Flexibilität ist eine einfache Handhabbarkeit weiterhin gewährleistet.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung, die auch unabhängig von der flexiblen Kapselung zu sehen ist, zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteinrichtung einen A/D-Wandler aufweist, der eine Wandlerauflösung größer gleich 12 bit besitzt.

Eine ebenfalls besonders bevorzugte Ausgestaltung, die auch unabhängig von den oben beschriebenen Ausführungsformen eingesetzt werden kann, zeichnet sich dadurch aus, dass die Auswerteinrichtung eine Prozessoreinrichtung aufweist, die als Signalprozessor ausgebildet ist. Der bisher nicht bekannt Einsatz eines Signalprozessors in derartigen Längenmessvorrichtungen ermöglicht eine optimierte Signalverarbeitung innerhalb der Auswerteinheit. So sind bei derartigen Signalprozessoren parallele Berechnungen, wie gleichzeitige Addition und Multiplikation, mit höchster Geschwindigkeit möglich, was dazu führt, dass mit der erfindungsgemäßen Längenmessvorrichtung sehr hohe Verfahrensgeschwindigkeiten unter Einhaltung einer sehr hohen Genauigkeit umgesetzt werden können.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Informationsstreifeneinrichtung als Magnetstreifenein richtung und das Informationsband als Magnetband ausgebildet.

Bei der erfindungsgemäßen Längenmessvorrichtung ist es gemäß der magnetischen Ausführungsvariante so, dass ein Hochleistungs-Sensor berührungslos über das geschützte Magnetband gleitet und jede Position absolut präzise mit einer Geschwindigkeit bis zu 600 m pro Minute erfasst wird. Damit ist für ein magnetisches Längenmesssystem die gleiche hohe Präzision wie bei einem optischen System möglich, wobei sämtliche Vorteile von magnetischen Systemen beibehalten werden. Zusätzlich ist eine kleine und leicht Bauweise umsetzbar. Dadurch, dass hohe Messgeschwindigkeiten problemlos gefahren werden können, eröffnet sich für derartige magnetische Längenmesssysteme auch der hochdynamische Bereich.

Dadurch, dass der Sensor berührungslos über das Informationsband gleitet ist ein verschleißfreies Verfahren gegeben, wobei darüberhinaus eine hohe Unempfindlichkeit gegenüber Verschmutzungen vorliegt. Die Sensoreinheit ermöglicht eine einfache Integration in neue und bestehende Maschinen und Anlagen.

Mit der erfindungsgemäßen Längenmessvorrichtung sind problemlos unterschiedlichste Systemkonfigurationen umsetzbar, wodurch ein Optimum an Wirtschaftlichkeit und Qualität erzielt wird. Dabei können absolute Genauigkeit von bis zu plusminus 3 µm bis 60 µm mit einer Auflösung von 0,1 µm bis 10 µm erreicht werden. Die Position kann hierbei bei Geschwindigkeiten bis zu 600 m pro Minute erfasst und ausgegeben werden. Darüber hinaus ist eine individuelle Handhabung der zur Verfügung stehenden Schnittstellen möglich. Diese können inkrementell als digitale Encodersignale, beispielsweise TTL5V, ausgebildet sein oder als absolute Schnittstellen, wie beispielsweise RS 232 oder RS 485.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Längenmessvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die flexible Kapselung der Informationsstreifeneinrichtung ein flexibles Trägerband aufweist, auf dem das Informationsband angeordnet ist, das auf beiden Seiten des Informationsbandes überstehende Bereiche aufweist und an den überstehenden Bereichen eine das Informationsband überdeckende Schutzfolie angeschlossen ist.

Das flexible Trägerband weist bevorzugt einen schlanken Rechteckquerschnitt auf und besteht beispielsweise aus metallischem Werkstoff, insbesondere Stahl.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist in den überstehenden Bereichen des Trägerbandes eine Schutzfolie, die bevorzugt aus metallischem Werkstoff besteht, mit dem Trägerband verschweißt, so dass insgesamt eine flexible Kapselung des Informationsbandes (Magnetbandes) gegeben ist.

Es ist auch möglich, dass die Schutzfolie in den überstehenden Bereichen mit dem Trägerband verklebt ist.

Das Trägerband und/oder die Schutzfolie kann auch aus Kunststoff, oder Kohlefaserstoff, oder Glasfaser oder dergleichen dauerhaft flexiblem Material bestehen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Trägerband eine Nut auf, in der das Informationsband angeordnet ist, so dass bereits bei der Vormontage eine gewisse Justierung des Informationsbandes innerhalb des Trägerbandes möglich ist.

Eine besonders vorteilhafte alternative Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die flexible Kapselung der Informationsstreifeneinrichtung durch eine das Informationsband vollständig umhüllende verschweißte oder geklebte Folie ausgebildet ist.

Es ist auch in einer alternativen Ausgestaltung möglich, die flexible Kapselung der Informationsstreifeneinrichtung als eine das Informationsband geschlossen umgebende Beschichtung auszubilden.

Weitere Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung ergeben sich durch die in den Ansprüchen ferner aufgeführten Merkma le sowie durch die nachstehend angegebenen Ausführungsbei spiele. Die Merkmale der Ansprüche können in beliebiger Wei se miteinander kombiniert werden, insoweit sie sich nicht offensichtlich gegenseitig ausschließen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungsformen und Wei terbildungen derselben werden im folgenden anhand der in der Zeichnung dargestellten Beispiele näher beschrieben und er läutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmen den Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in be liebiger Kombination erfindungsgemäß angewandt werden. Es zeigen:

Fig. 1 Stark schematisiertes Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Längenmessvorrichtung mit flexibler Informationsstreifeneinrichtung,

Fig. 2a schematische Detailperspektive einer flexiblen Informationsstreifeneinrichtung mit Trägerband, Informationsband und Schutzfolie,

Fig. 2b schematischer Querschnitt durch die Informations streifeneinrichtung gemäß Fig. 2a,

Fig. 3 schematischer Querschnitt durch eine zweite Ausführungsvariante einerflexiblen Informations streifeneinrichtung,

Fig. 4 schematischer Querschnitt durch eine dritte Ausführungsvariante einerflexiblen Informations streifeneinrichtung und

Fig. 5 schematischer Querschnitt durch eine vierte Ausführungsvariante einer flexiblen Informations streifeneinrichtung.

WEGE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG

Die in Fig. 1 blockschaltmäßig schematisch dargestellte Längenmessvorrichtung 10 besitzt eine Sensoreinheit 14, die entlang einer Messstrecke 11 in Längsrichtung L mit einer vorgebbaren Verfahrgeschwindigkeit verfahrbar ist. Die Sensoreinheit 14 kann beispielsweise an einer in einer Linearführung verschiebbaren - in Fig. 1 nicht dargestellten - Transporteinheit befestigt sein. Zwischen der Messstrecke 11 und der Sensoreinheit 14 ist eine Informationsstreifen einrichtung 12 parallel zu Längsrichtung L an der Messstrecke 11 vorhanden. Die Informationsstreifenein richtung 12 ist im vorliegenden Fall als Magnetstreifenein richtung 12 ausgebildet.

Die Sensoreinheit 14 gleitet berührungslos entlang der Magnetstreifeneinrichtung 12 und wertet die auf der Magnetstreifeneinrichtung 12 in magnetischer Form gespeicherten Informationen bezüglich der jeweils aktuellen Position aus. Über ein Kabel 48 gibt die Sensoreinheit 14 ihre Signale an eine Auswerteinrichtung 16 ab.

Innerhalb der Auswerteinheit 16 stehen die Signale der Sensoreinheit 14 an einem A/D-Wandler 42 an, der eine Wandlerauflösung größer gleich 12 bit besitzt. Die eigentliche Signalverarbeitung wird innerhalb einer in der Auswerteinrichtung 16 vorhandenen Prozessoreinheit 38 durchgeführt, die als Signalprozessor ausgebildet ist, d. h., dass hier ein Prozessor vorliegt, der speziell für signalverarbeitende Anwendungen hohe Zuverlässigkeiten und Geschwindigkeiten ermöglicht.

Über eine Ausgabeeinheit 44 können die ausgewerteten Signale an diverse Einheiten weitergegeben werden. Diese sind in Fig. 1 schematisch dargestellt. Derartige Einheiten können beispielsweise sein: eine Speichereinheit 24, eine Anzeigeeinheit 18, eine Druckereinheit 20 und eine Weiterverarbeitungseinheit 30.

Sämtliche genannten Einheiten können wiederum entweder direkt oder indirekt an eine Zentraleinheit 40 angeschlossen sein. Abhängig von der festgestellten Position der Sensoreinheit 14 werden dann beispielsweise weitere Ver- oder Bearbeitungsschritte innerhalb eines automatischen Fertigungsprozesses in die Wege geleitet.

Fig. 2a und b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Informationsstreifeneinrichtung 12.1, die als Magnetstrei feneinrichtung 12.1 ausgebildet ist. Basis der Einrichtung 12.1 bildet ein flexibles Trägerband 22, das aus Stahl besteht. Auf dem Trägerband 22 ist das Magnetband 26 angeordnet, wobei das Trägerband 22 eine derartige Breite B aufweist, dass gegenüber dem Magnetband 26 mit seiner Breite B1 überstehende Bereiche 27 vorhanden sind. Oberseitig an den überstehenden Bereichen 27 ist eine über das Magnetband 26 gezogene Schutzfolie 28, die bevorzugt als metallische Schutzfolie ausgebildet ist, angeschweißt.

Die Verbindung zwischen Trägerband 22 und Schutzfolie 28 kann auch als Klebe- und/oder Lötverbindung ausgebildet sein.

In Fig. 3 ist ein schematischer Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer Informationsstreifeneinrichtung 12.2 dargestellt. Im Gegensatz zu der Einrichtung 12.1 gemäß Fig. 2a und b ist bei dieser Streifeneinrichtung eine flexible, das flexible Magnetband 26 umgebende flexible Hülle 32 vorhanden, wobei die flexible Hülle als flexible Schutzfolie oder als flexible Beschichtung ausgebildet sein kann.

In dem dritten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist eine Informationsstreifeneinrichtung 12.3 dargestellt, deren Trägerband 34 eine Nut 46 aufweist, innerhalb derer das Magnetband 26 angeordnet ist. An die freien Endränder der Nut 46 sind nach außen weisende Flansche 35 des Trägerbands 34 angeformt, an denen eine Siegelfolie 36 angeschlossen (z. B. angeschweißt) ist, die das Magnetband 26 abdeckt. Auch die Informationsstreifeneinrichtung 12.3 mit ihren Bauteilen ist wie die Einrichtungen 12.1 und 12.2 insgesamt als flexible Einrichtung ausgebildet.

Die Fig. 5 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Informationsstreifeneinrichtung 12.4. Es wird das stählerne Trägerband 22 gemäß der Ausführungsform in Fig. 2a beziehungsweise 2b eingesetzt, auf dem das Magnetband 26 angeordnet ist. Links und rechts des Magnetbandes 26 sind ebenfalls überstehende Bereiche 27 vorhanden, auf denen Zwischenelemente 25 befestigt sind, so dass insgesamt ein nach oben offener U-Querschnitt vorhanden ist. Im Inneren des U-Querschnitts ist das Magnetband 26 angeordnet. Auf den Zwischenelementen 25 ist oberseitig die stählerne Schutzfolie 28 befestigt. Sämtliche Bauteile sind flexibel ausgebildet.

Claims

1. Längenmessvorrichtung (10) mit

- einer Informationsstreifeneinrichtung (12) mit einem Informationsband (26), auf der Informationen für eine zu vermessende Länge speicherbar sind und die an einer in Längsrichtung (L) vorhandenen Messstrecke (11) anordenbar ist,
- einer Sensoreinheit (14), die die Informationsstreifen einrichtung (12) in Längsrichtung (L) abtastet und mittels derer die auf dem Informationsband (26) gespeicherte Information gelesen wird,
- wobei entweder die Sensoreinheit (14) oder die Informationsstreifeneinrichtung (12) relativ zueinander in Längsrichtung (L) bewegbar ist,
- einer Auswerteinrichtung (16), die die Signale der Sensoreinheit (14) empfängt und auswertet und gegebenenfalls weiterleitet,

dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsstreifeneinrichtung (12) als flexible Bandeinheit mit einer flexiblen, die Informationsstrei feneinrichtung (12) vollständig umgebenden Kapselung (22, 28; 32; 34, 36) umgeben ist.

2. Längenmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (16) eine Prozessoreinheit (38) aufweist, die als Signalprozessor ausgebildet ist.

3. Längenmessvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 oder dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinrichtung (16) einen A/D-Wandler (42) aufweist, der eine Wandlerauflösung größer gleich 12 bit besitzt.

4. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Kapselung der Informationsstreifenein richtung (12) ein flexibles Trägerband (22) aufweist, auf dem das Informationsband (26) angeordnet ist und das auf beiden Seiten des Informationsbandes (26) überstehende Bereiche (27) aufweist, und an den überstehenden Bereichen (27) eine das Informationsband (26) überdeckende Schutzfolie (28) angeschlossen ist.

5. Längenmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das flexible Trägerband (22) einen schlanken Rechteck querschnitt aufweist.

6. Längenmessvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband (34) eine Nut (46) aufweist, in der das Informationsband (26) angeordnet ist.

7. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie (28) in den überstehenden Bereichen (27) mit dem Trägerband (22) verschweißt ist.

8. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie in den überstehenden Bereichen mit dem Trägerband verklebt ist.

9. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband (22) und/oder die Schutzfolie (28) aus metallischem Werkstoff, insbesondere Stahl, besteht.

10. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband und/oder die Schutzfolie aus Kunststoff besteht.

11. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerband und/oder die Schutzfolie aus Kohlefaserstoff oder Glasfaser besteht.

12. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Kapselung der Informationsstreifenein richtung (12) durch eine das Informationsband (26) vollständig umhüllende verschweißte oder verklebte Folie (32) ausgebildet ist.

13. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Kapselung der Informationsstreifenein richtung als eine das Informationsband geschlossen umgebende Beschichtung ausgebildet ist.

14. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsstreifeneinrichtung (12) als Magnetstrei feneinrichtung und das Informationsband (26) als Magnetband ausgebildet ist.

15. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationsstreifeneinrichtung mit ihrem Informationsband als optisch abtastbare Streifenein richtung ausgebildet ist.

16. Längenmessvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzfolie in den überstehenden Bereichen mit dem Trägerband verlötet ist.