DE202012005284U1 - Linear displacement measuring system - Google Patents
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Abstract
Lineares Wegmesssystem zum Bestimmen von einer Position eines Laufschlittens in Relation zu einer aus einer Mehrzahl von Einzelschienen (12', 12'', 12''') linear zusammengesetzten Laufschiene (10), entlang welcher der Laufschlitten führbar ist, mit einer Mehrzahl von jeweils entlang von den Einzelschienen (12', 12'', 12''') aufgetragenen Messskalen (16, 18), auf welchen jeweils Positionsmarkierungen (20, 22) angeordnet sind, und zumindest einer am Laufschlitten angebrachten Abtastvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Positionsmarkierungen (20, 22) abzutasten, wodurch die jeweilige Position des Laufschlittens in Relation zu einer jeweiligen Einzelschiene, auf welche der Laufschlitten geführt ist, bestimmbar ist, wobei bei allen Einzelschienen (12', 12'', 12''') die Positionsmarkierungen (20, 22) identisch auf der jeweiligen Mehrzahl von Messskalen (16, 18) angeordnet sind, und an den Einzelschienen (12', 12'', 12''') jeweils eine separate Individualkodierung (24', 24'', 24''') bereitgestellt ist, welche durch die Abtastvorrichtung abtastbar ist, wodurch eine individuelle Information über eine jeweilige Einzelschiene, auf welche der Laufschlitten...Linear position measuring system for determining a position of a running carriage in relation to a running rail (10) composed linearly of a plurality of individual rails (12 ', 12' ', 12' ''), along which the running carriage can be guided, with a plurality of each along measuring scales (16, 18) applied by the individual rails (12 ', 12' ', 12' ''), on which position markings (20, 22) are arranged, and at least one scanning device attached to the carriage, which is designed to to scan the position markings (20, 22), whereby the respective position of the carriage in relation to a respective individual rail on which the carriage is guided can be determined, with all individual rails (12 ', 12' ', 12' '') Position markings (20, 22) are arranged identically on the respective plurality of measuring scales (16, 18) and on the individual rails (12 ', 12' ', 12' '') each have a separate individual coding (24 ', 24' ', 24 '' ') calc Is provided, which can be scanned by the scanning device, whereby an individual information about a respective single rail on which the carriage ...
Description
Die Erfindung betrifft ein lineares Wegmesssystem nach Patentanspruch 1.The invention relates to a linear displacement measuring system according to claim 1.
Systeme zum Bestimmen einer Position eines Laufschlittens in Relation zu einer Laufschiene der vorstehend genannten Art werden beispielsweise in Kombination mit Führungssystemen, z. B. Linearführungen, verwendet. Linearführungen umfassen einen ersten Körper und einen relativ zum ersten Körper bewegbaren, an dem ersten Körper geführten zweiten Körper und haben dabei die Aufgabe, eine Bestimmung der Position des zweiten Körpers relativ zum ersten Körper zu ermöglichen. Zu diesem Zweck können beispielsweise eine Messskala der jeweiligen Vorrichtung zur Bestimmung einer Position ortsfest relativ zum ersten Körper und eine jeweilige Abtastvorrichtung ortsfest relativ zum zweiten Körper angeordnet sein.Systems for determining a position of a carriage in relation to a track of the type mentioned above, for example, in combination with guide systems, for. As linear guides used. Linear guides comprise a first body and a second body, which is movable relative to the first body and guided on the first body, and have the task of enabling a determination of the position of the second body relative to the first body. For this purpose, for example, a measuring scale of the respective device for determining a position can be arranged stationary relative to the first body and a respective scanning device stationary relative to the second body.
Es sind beispielsweise lineare Wegmesssysteme zur Bestimmung einer absoluten Position bekannt, welche die Messskala mit darauf aufgetragenen Messpunkten und eine relativ zur Messskala bewegbare Abtastvorrichtung zum Abtasten der jeweiligen Messpunkte umfassen. Diese Messpunkte sind beispielsweise durch eine oder mehrere erfassbare Positionsmarkierungen zur Kennzeichnung einer Position gebildet. Diese Positionsmarkierungen können beispielsweise optisch oder magnetisch abgetastet bzw. erfasst werden.For example, linear displacement measuring systems for determining an absolute position are known which comprise the measuring scale with measuring points plotted thereon and a scanning device movable relative to the measuring scale for scanning the respective measuring points. These measuring points are formed for example by one or more detectable position markings for identifying a position. These position markings can be scanned or detected optically or magnetically, for example.
Im Falle der optischen Abtastung umfasst die Abtastvorrichtung einen Sensor zum Erfassen eines Bildes der Messpunkte und zum Bereitstellen von Signalen, welche eine Bestimmung der Position der Abtastvorrichtung relativ zur Messskala ermöglichen. Im Falle der magnetischen Abtastung umfasst die Abtastvorrichtung einen Magnetfeldsensor zum Erfassen eines Magnetfeldverlaufes von einzelnen Permanentmagneten, welche in diesem Fall die Messpunkte der Messskala ausbilden.In the case of optical scanning, the scanning device comprises a sensor for acquiring an image of the measuring points and for providing signals which enable a determination of the position of the scanning device relative to the measuring scale. In the case of magnetic scanning, the scanning device comprises a magnetic field sensor for detecting a magnetic field profile of individual permanent magnets, which in this case form the measuring points of the measuring scale.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Messskala (optisch/magnetisch) können derartige Systeme beispielsweise verwendet werden, um eine relative Veränderung einer Position der Abtastvorrichtung in Relation zu einer Ausgangsposition zu messen.For example, depending on the particular measurement scale (optical / magnetic), such systems may be used to measure a relative change in a position of the scanning device in relation to a home position.
Um zu erreichen, dass derartige Systeme relative Veränderungen der Position der Abtastvorrichtung bezüglich der Messskala messen können, kann die jeweilige Messskala beispielsweise als inkrementale Skala ausgebildet sein und dementsprechend eine Folge von mehreren identischen, periodisch angeordneten inkrementalen Markierungen umfassen, welche in gleichen Abständen längs einer vorgegebenen Linie bzw. der Messskala angeordnet sind. Um beispielsweise eine optische Abtastung einer derartigen inkrementalen Messskala zu ermöglichen, kann die Abtastvorrichtung ein optisches Bild der jeweiligen Markierungen auf einen Sensor in Form eines fotoelektrischen Detektors projizieren. Um relative Veränderungen der Position der Abtastvorrichtung bezüglich der Messskala zu messen, wird die Abtastvorrichtung entlang der Spur der Markierungen bewegt. Die Bewegung der Abtastvorrichtung resultiert dabei in einer periodischen Veränderung eines Signals, welche beispielsweise Aufschluss gibt über die Anzahl der inkrementalen Markierungen, an welchen die Abtastvorrichtung innerhalb einer vorbestimmten Zeit vorbeibewegt wurde.For example, in order to allow such systems to measure relative changes in the position of the scanning device with respect to the measuring scale, the respective measuring scale may be formed as an incremental scale and accordingly comprise a series of a plurality of identical, periodically arranged incremental markings spaced equidistantly along a predetermined scale Line or the measuring scale are arranged. For example, to enable optical scanning of such an incremental measuring scale, the scanning device can project an optical image of the respective markings onto a sensor in the form of a photoelectric detector. In order to measure relative changes in the position of the scanning device relative to the measuring scale, the scanning device is moved along the track of the marks. The movement of the scanning device results in a periodic change of a signal, which provides, for example, information about the number of incremental markings at which the scanning device was moved within a predetermined time.
Zusammengefasst, kann die jeweilige Änderung der relativen Position der Abtastvorrichtung durch Abtasten der Messpunkte bzw. inkrementalen Markierungen einer inkrementalen Messskala bestimmt werden. Hierzu werden sogenannte Inkrementalgeber verwendet, welche vergleichsweise einfach aufgebaut sind und eine hohe Auflösung haben.In summary, the respective change in the relative position of the scanning device can be determined by scanning the measuring points or incremental markings of an incremental measuring scale. For this purpose, so-called incremental encoders are used, which are comparatively simple and have a high resolution.
Neben der Erfassung der relativen Bewegung zwischen Laufschiene und Laufwagen bzw. Abtastvorrichtung kann das System auch ausgelegt sein, eine absolute Position der Abtastvorrichtung bezüglich einer weiteren Messskala, nämlich einer absoluten Messskala festzustellen, welche absolute Markierungen enthält. Hierbei kann die jeweilige absolute Position der Abtastvorrichtung an einem beliebigen Ort entlang der Laufschiene bestimmt werden, indem eine Änderung der relativen Position der Abtastvorrichtung bezüglich eines bestimmten Referenzpunktes gemessen wird. Die Abtastung der absoluten Markierungen muss hierbei besonders zuverlässig erfolgen, da eine jegliche Fehlinterpretation zu einer völlig falschen Aussage bezüglich der Position des Laufschlittens in Bezug auf die Laufschiene führen würde.In addition to detecting the relative movement between the track and carriage or scanning device, the system can also be designed to determine an absolute position of the scanning device with respect to a further measuring scale, namely an absolute measuring scale, which contains absolute markings. Here, the respective absolute position of the scanning device can be determined at any location along the track by a change in the relative position of the scanning device is measured with respect to a certain reference point. The scanning of the absolute markings must be done very reliably, since any misinterpretation would lead to a completely wrong statement regarding the position of the carriage relative to the track.
Zu diesem Zweck kann die Referenzskala längs der vorgegebenen Linie die absoluten Markierungen enthalten, welche jeweils eine bestimmte absolute Position spezifizieren. Zur Bestimmung der Position kann die zuvor genannte Abtastvorrichtung längs der vorgegebenen Linie bewegt werden, um die jeweiligen absoluten Markierungen mittels der Abtastvorrichtung optisch oder magnetisch abzutasten.For this purpose, the reference scale along the predetermined line may contain the absolute markers, each specifying a particular absolute position. For determining the position, the aforementioned scanning device can be moved along the predetermined line in order to optically or magnetically scan the respective absolute markings by means of the scanning device.
Zusammengefasst, übertragen solche sogenannten Absolutwertgeber stets die gesamte Positionsinformation und sind deshalb sehr gut zur Positionsbestimmung und -regelung geeignet. Die konventionelle Art besteht im Auslesen einer binären Information, wobei für jede binäre Stelle eine entsprechende optische oder magnetische Abtastung nötig ist. Alle diese Abtastungen müssen zueinander so eingestellt sein, dass unter allen Betriebsbedingungen kein Lesefehler auftreten kann.In summary, such so-called absolute value transmitters always transmit the entire position information and are therefore very well suited for position determination and regulation. The conventional way is to read a binary information, with a corresponding optical or magnetic sampling necessary for each binary location. All these samples must be adjusted to each other so that no read error can occur under all operating conditions.
Laufschienen sind aus fertigungstechnischen Gründen, z. B. maschinelles Schleifen, nur mit einer beschränkten maximalen Länge herstellbar. Die maximale Länge einer einstückigen Laufschiene beträgt derzeit ca. 6 m. Werden längere Laufschienen benötigt, so ist es bekannt, die Laufschiene aus mehreren linear hintereinander angeordneten Einzelschienen zusammenzusetzen. Runners are for manufacturing reasons, eg. B. machine grinding, only with a limited maximum length produced. The maximum length of a one-piece track is currently about 6 m. If longer rails are needed, it is known to assemble the track from several linearly arranged one behind the other rails.
An den Stossstellen von den mehreren linear hintereinander angeordneten Einzelschienen mit integriertem Massstab werden die Massstäbe mit Hilfe von Messwerkzeugen mechanisch so eingestellt, dass die Massstabskodierung mit möglichst geringem Fehler in Phase gebracht wird. Die Detektion von einer absoluten Position des Laufschlittens wird durch einen extern angebrachten Schaltnocken realisiert. Von diesem Referenzpunkt aus wird dann die aktuelle Position des Laufschlittens berechnet. Jedoch wird bei einem Ausschalten des linearen Wegmesssystems die aktuelle Position des Laufschlittens nicht gespeichert. Es besteht daher ein Nachteil darin, dass bei einem Einschalten des linearen Wegmesssystems nunmehr der Laufschlitten zur Kalibrierung einen langen Verfahrweg zurücklegen muss bis ein Referenzpunkt erreicht wird. Dies ist insbesondere bei einer langen Laufschiene mit einem hohen Zeitaufwand verbunden.At the joints of the several linearly arranged individual rails with integrated scale, the scales are mechanically adjusted with the aid of measuring tools so that the scale coding is brought into phase with the least possible error. The detection of an absolute position of the carriage is realized by an externally mounted switching cam. From this reference point, the current position of the carriage is then calculated. However, when the linear position measuring system is switched off, the current position of the carriage is not saved. There is therefore a disadvantage in that, when the linear position measuring system is switched on, the running carriage now has to cover a long traversing distance for calibration until a reference point is reached. This is particularly associated with a long track with a lot of time.
Eine weitere bekannte Möglichkeit der Positionsmarkierung mittels absoluter Markierung einer aus mehreren Einzelschienen zusammengesetzten Laufschiene besteht darin, dass die absolute Markierung von Einzelschiene zu Einzelschiene logisch fortgesetzt wird. Hierzu gibt die absolute Markierung jeweils individuelle Kodes wieder, beispielsweise Kodes, welche eine Information über eine fortschreitende Nummerierung, eine individuelle Positionsangabe, usw. tragen. Es besteht ein Problem darin, dass die jeweiligen Kodes mit steigender Anzahl von Einzelschienen aus immer mehr Symbolen (Bits) zusammengesetzt werden müssen. Hierbei wird es notwendig, den Abstand der jeweiligen Kodes voneinander zu vergrössern, wodurch unvorteilhafterweise die Genauigkeit der Positionsangabe aufgrund von einer geringeren Rasterung abnimmt.Another known possibility of the position marking by means of absolute marking of a composite of several rails track is that the absolute mark is logically continued from single rail to single rail. For this purpose, the absolute marking reproduces individual codes, for example codes which carry information about a progressive numbering, an individual position indication, etc. There is a problem that the respective codes must be composed of more and more symbols (bits) as the number of individual rails increases. In this case, it becomes necessary to increase the distance of the respective codes from each other, which unfavorably reduces the accuracy of the position indication due to a lower pitch.
Im Falle einer absoluten Markierung mittels Kodes mit gleicher Anzahl von Symbolen, wie häufig u. a. zur Fehlererkennung verwendet, kann ein Problem im Falle einer optionalen Erweiterung der Laufschiene durch Hinzufügen von weiteren Einzelschienen entstehen. Da diese zusätzlichen Einzelschienen auch mit Kodes der vorgegebenen Anzahl von Symbolen versehen werden müssen, kann der Fall auftreten, dass diese vorgegebene Anzahl von Symbolen nicht mehr zur eindeutigen Kodierung ausreicht. In einem solchen Fall müsste das gesamte Kodierungsschema der Laufschiene durch neue Kodes einer höheren vorgegebenen Anzahl von Symbolen ersetzt werden. Dieser Umstand ist mit sehr hohen Kosten verbunden.In the case of an absolute marking by means of codes with the same number of symbols, as frequently u. a. used for fault detection, a problem may arise in the case of an optional extension of the track by adding further individual rails. Since these additional individual rails must be provided with codes of the predetermined number of symbols, the case may arise that this predetermined number of symbols is no longer sufficient for unique coding. In such a case, the entire coding scheme of the track would have to be replaced by new codes of a higher predetermined number of symbols. This circumstance is associated with very high costs.
Ein weiteres Problem aus dem Stand der Technik liegt im Austausch von zumindest einer Einzelschiene aus dem Verbund von Einzelschienen, welche insgesamt die Laufschiene zusammensetzen. Ein solcher Austausch kann aufgrund von Verschleiss einer bestimmten Einzelschiene notwendig sein. Bei einem Austausch einer einzelnen Einzelschiene muss nunmehr eine neue Einzelschiene mit exakt der gleichen absoluten Markierung von der ausgetauschten Einzelschiene eingesetzt werden. Dazu muss diese absolute Markierung zunächst bestimmt und anschliessend auf der absoluten Messskala reproduziert werden. Die somit reproduzierte absolute Messskala muss dann an die neue Einzelschiene angebracht werden. Diese Schritte sind aufgrund Ermangelung von hierzu geeigneten Vorrichtungen kaum an Ort und Stelle des linearen Wegmesssystems durchführbar. In der Praxis wird daher die notwendige Information zur entsprechenden Reproduktion der absoluten Messskala und somit der neuen Einzelschiene an eine externe Fachfirma hierzu (beispielsweise der Hersteller des linearen Wegmesssystems) kommuniziert. Diese präpariert daraufhin eine neue Einzelschiene mit der jeweils entsprechend reproduzierten Messskala. Diese neue Einzelschiene wird daraufhin an Ort und Stelle des linearen Wegmesssystems transportiert und schlussendlich eingebaut. Dieses derzeitige vorgehen ist teuer und erfordert einen langen Stillstand des Betriebes. Bei einem unvermeidbar sofortigen Ersatz einer Einzelschiene aufgrund eines plötzlichen Defektes ist ein zeitnaher Austausch dieser Einzelschiene nicht möglich. Ein oftmals tagelanger Stillstand des linearen Wegmesssystems ist daher die Folge. Die hierdurch entstehenden Kosten durch den Ausfall des linearen Wegmesssystems sind sehr hoch.Another problem of the prior art is the replacement of at least one single rail of the composite of individual rails, which together make up the running track. Such replacement may be necessary due to wear of a particular single rail. When replacing a single single rail now a new single rail must be used with exactly the same absolute marking of the replaced single rail. This absolute marking must first be determined and then reproduced on the absolute scale. The thus reproduced absolute measurement scale must then be attached to the new single rail. These steps are due to the lack of suitable devices hardly feasible in place of the linear position measuring system. In practice, therefore, the necessary information for the corresponding reproduction of the absolute measurement scale and thus the new single rail is communicated to an external specialist company for this purpose (for example, the manufacturer of the linear displacement measuring system). This then prepares a new single rail with the correspondingly reproduced measuring scale. This new single rail is then transported to the site of the linear position measuring system and finally installed. This current approach is expensive and requires a long shutdown of the operation. With an inevitable immediate replacement of a single rail due to a sudden defect, a timely replacement of this single rail is not possible. An often days-long shutdown of the linear position measuring system is therefore the result. The resulting costs due to the failure of the linear position measuring system are very high.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein lineares Wegmesssystem bereitzustellen, bei welchem die zuvor genannten Probleme gelöst werden. Es ist insbesondere Aufgabe ein lineares Wegmesssystem bereitzustellen, bei welchem die Laufschiene schnell und einfach um zumindest eine Einzelschiene erweitert werden kann und/oder zumindest eine Einzelschiene schnell und einfach ausgetauscht werden kann.It is an object of the present invention to provide a linear displacement measuring system in which the aforementioned problems are solved. It is a particular object to provide a linear displacement measuring system, in which the running rail can be quickly and easily extended by at least one individual rail and / or at least one single rail can be replaced quickly and easily.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. In einer Ausführungsform der Erfindung enthält ein lineares Wegmesssystem zum Bestimmen von einer Position eines Laufschlittens in Relation zu einer aus einer Mehrzahl von Einzelschienen linear zusammengesetzten Laufschiene, entlang welcher der Laufschlitten führbar ist, eine Mehrzahl von jeweils entlang von den Einzelschienen aufgetragenen Messskalen, auf welchen jeweils Positionsmarkierungen angeordnet sind, und zumindest eine am Laufschlitten angebrachte Abtastvorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Positionsmarkierungen abzutasten, wodurch die jeweilige Position des Laufschlittens in Relation zu einer jeweiligen Einzelschiene, auf welche der Laufschlitten geführt ist, bestimmbar ist. Bei allen Einzelschienen sind die Positionsmarkierungen identisch auf der jeweiligen Mehrzahl von Messskalen angeordnet. An den Einzelschienen ist jeweils eine separate Individualkodierung bereitgestellt, welche durch die Abtastvorrichtung abtastbar ist, wodurch eine individuelle Information über eine jeweilige Einzelschiene, auf welche der Laufschlitten geführt ist, bestimmbar ist.This object is solved by the features of patent claim 1. In one embodiment of the invention, a linear displacement measuring system for determining a position of a carriage in relation to a linearly assembled from a plurality of individual rails rail, along which the carriage is feasible, a plurality of each along the individual rails applied measuring scales, on each of which Position markers are arranged, and at least one mounted on the carriage scanning device which is adapted to scan the position marks, whereby the respective position of the carriage in relation to a respective single rail on which the carriage is guided, can be determined. For all individual rails, the position markers are identically arranged on the respective plurality of measurement scales. In each case, a separate individual coding is provided on the individual rails, which can be scanned by the scanning device, whereby an individual information about a respective single rail, on which the carriage is guided, can be determined.
Es besteht ein ganz wesentlicher Vorteil darin, dass nunmehr Einzelschienen mit zueinander identischen Messskalen verwendet werden können. Um dennoch eine exakte Positionsbestimmung in Relation zur Laufschiene, d. h. über die mehreren Einzelschienen hinweg, zu ermöglichen, wird jede Einzelschiene mit einer separaten Individualkodierung versehen. Diese jeweilige Individualkodierung ist durch die Abtastvorrichtung abtastbar und trägt eine Information darüber auf welcher Einzelschiene von der Mehrzahl von Einzelschienen der Laufschlitten aktuell bewegt wird. Eine jegliche weitere Information zur Bestimmung der Position in Relation zu dieser erfassten Einzelschiene wird durch herkömmliches Abtasten der Positionsmarkierungen auf der zumindest einen Messskala erfasst.There is a very significant advantage in that now individual rails can be used with identical measuring scales. Nevertheless, an exact position determination in relation to the running rail, d. H. across the several individual rails, each individual rail is provided with a separate individual coding. This respective individual coding can be scanned by the scanning device and carries information about which individual rail of the plurality of individual rails of the carriage is currently being moved. Any further information for determining the position in relation to this detected single rail is detected by conventional scanning of the position marks on the at least one measurement scale.
Auf Basis dieser zusammengefassten Information aus der Individualkodierung und der zumindest einen Positionsmarkierung ist dann eine Positionsbestimmung in Relation zu der gesamten Laufschiene möglich. Die Individualkodierung kann schnell und einfach angebracht werden, beispielsweise direkt an Ort und Stelle des linearen Wegmesssystems. Für diese Arbeit ist kein Fachpersonal notwendig. Das Anbringen der Individualkodierung kann schnell und einfach an Ort und Stelle des linearen Wegmesssystems durch beispielsweise einen Bediener des linearen Wegmesssystems ausgeführt werden. Im Falle einer Erweiterung der Laufschiene mit mindestens einer Einzelschiene kann die für diese Einzelschiene notwendige Individualkodierung beispielsweise aus einer vom Hersteller herausgegebenen Spezifikation entnommen werden. Notwendige Elemente zur Implementierung der Individualkodierung können einfach an Ort und Stelle vorgehalten werden. Somit kann die Laufschiene schnell und einfach mit zumindest einer Einzelschiene erweitert werden.On the basis of this combined information from the individual coding and the at least one position marking, a position determination in relation to the entire track rail is then possible. The individual coding can be quickly and easily applied, for example, directly in place of the linear position measuring system. No specialist is necessary for this job. The application of the individual coding can be carried out quickly and easily in place of the linear displacement measuring system by, for example, an operator of the linear displacement measuring system. In the case of an extension of the running rail with at least one individual rail, the individual coding necessary for this individual rail can be taken, for example, from a specification issued by the manufacturer. Necessary elements for implementing the individual coding can easily be kept in place. Thus, the track can be expanded quickly and easily with at least one single rail.
Es besteht ein weiterer Vorteil darin, dass der Laufschlitten nunmehr lediglich einen begrenzten Laufweg zur Erkennung der absoluten Position zurücklegen muss. Von einem Initialzustand aus beginnend, wird somit die Zeitdauer zum Kalibrieren des linearen Wegmesssystems reduziert.There is a further advantage in that the carriage now only has to travel a limited path to detect the absolute position. Starting from an initial state, thus reducing the time required to calibrate the linear displacement measuring system.
Auch gestaltet sich ein Austausch von zumindest einer Einzelschiene als problemlos. Hierbei kann eine an Ort und Stelle des linearen Wegmesssystems vorgehaltene (Ersatz-) Einzelschiene entnommen werden und mit jener Individualkodierung versehen werden, mit welcher auch die auszutauschende Einzelschiene versehen ist. Ein oftmals tagelanger Stillstand des linearen Wegmesssystems, bedingt durch die langandauernde Reproduktion der absoluten Markierung bei der Fachfirma und den anschliessenden Transport an Ort und Stelle des linearen Wegmesssystems entfällt somit. Hierdurch werden Zeit und Kosten gespart.Also, an exchange of at least one single rail designed as easy. In this case, a (spare) single rail held in place of the linear displacement measuring system can be removed and provided with that individual coding with which the individual rail to be exchanged is also provided. An often days long standstill of the linear position measuring system, due to the long-lasting reproduction of the absolute marking at the specialist company and the subsequent transport in place of the linear position measuring system is thus eliminated. This saves time and money.
Vorzugsweise trägt die Individualkodierung von Einzelschiene zu Einzelschiene die Information einer fortlaufenden Nummerierung. Mit Hilfe der Kombination aus der Information über welche Einzelschiene aus der Mehrzahl von Einzelschienen der Laufschlitten bewegt wird und der Information über die Position des Laufschlittens in Relation zu dieser Einzelschiene ist eine generelle Positionsbestimmung des Laufschlittens über die gesamte Laufschiene hinweg möglich.Preferably, the individual coding of single rail to single rail carries the information of a consecutive numbering. With the help of the combination of the information about which single rail of the plurality of individual rails of the carriage is moved and the information about the position of the carriage in relation to this single rail, a general position determination of the carriage over the entire track is possible.
Vorzugsweise ist die fortlaufende Nummerierung durch einen Gray-Kode kodiert. Der Gray-Kode dient als Kodierungsverfahren zur robusten Übertragung digitaler Größen über analoge Signalwege. Dieser Kode ist stetig, wobei sich benachbarte Kodewörter der Individualkodierung nur in einer einzigen dualen Ziffer unterscheiden. Dadurch verringert sich der Ablesefehler bei der Quantisierung aus einem Analogsignal auf die Individualkodierung. Ein Fehler bei der Erfassung auf genau welcher der Einzelschienen der Laufschlitten aktuell bewegt wird, würde zu einer komplett fehlerhaften Positionsbestimmung führen. Durch Verwenden des Gray-Kodes wird diese Fehlerquelle auf ein Maximum minimiert oder zumindest erkannt. Es können weitere Kodierungen aus dem Bereich der Kanalkodierung zur Fehlererkennung und -korrektur implementiert werden. Insgesamt wird die Zuverlässigkeit der korrekten Erfassung der jeweiligen Einzelschiene und somit die Zuverlässigkeit der korrekten Positionsbestimmung des Laufschlittens erhöht.Preferably, the consecutive numbering is encoded by a Gray code. The Gray code serves as a coding method for the robust transmission of digital quantities via analog signal paths. This code is continuous, with adjacent codewords of individual coding differing only in a single dual digit. This reduces the reading error during the quantization from an analog signal to the individual coding. An error in the detection on which of the individual rails of the carriage is currently being moved, would lead to a completely erroneous position determination. By using the Gray code, this error source is minimized or at least detected to a maximum. Further coding from the field of channel coding for error detection and correction can be implemented. Overall, the reliability of the correct detection of the respective single rail and thus the reliability of the correct positioning of the carriage is increased.
Vorzugsweise ist die Individualkodierung einer jeweiligen Einzelschiene durch eine Mehrzahl von Verschlussstopfen implementiert, welche in jeweilige Bohrungen der Einzelschienen eingebracht sind und diese verschliessen. Bei dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung können die ohnehin verwendeten Verschlussstopfen zum Verschliessen von Bohrlöchern zusätzlich zur Implementierung bzw. Umsetzung der Individualkodierung herangezogen werden. Durch eine kodierte Anordnung der Verschlussstopfen kann eine Kodierung jeder verwendeten Einzelschiene angebracht werden. Nachdem der Laufschlitten über eine bestimmte Anzahl von Verschlussstopfen geführt ist, kann die Position der Einzelschiene in Relation zu der gesamten Laufschiene hergeleitet werden. Hierbei steht die Anzahl der Verschlussstopfen in Abhängigkeit von der zu kodierenden Länge. Nachdem oder während die Position der Einzelschiene in Relation zu der gesamten Laufschiene hergeleitet ist, kann ein Sensor der Abtastvorrichtung zum Abtasten der Positionsmarkierungen der jeweiligen Messskala auf der jeweiligen Einzelschiene umgeschaltet werden.Preferably, the individual coding of a respective single rail is implemented by a plurality of sealing plugs, which are introduced into respective holes of the individual rails and close them. In this particularly advantageous embodiment, the closure plugs used in any case for closing boreholes can be used in addition to the implementation or implementation of individual coding. By a coded arrangement of the sealing plug, a coding of each single rail used can be attached. After the carriage over a certain number of Closing plug is guided, the position of the single rail can be derived in relation to the entire rail. Here, the number of plugs depends on the length to be coded. After or while the position of the single rail is derived in relation to the entire rail, a sensor of the scanning device for scanning the position marks of the respective measuring scale can be switched on the respective single rail.
Vorzugsweise trägt jeder der Verschlussstopfen eine diskrete Information. Hierbei sind den Ausgestaltungen der Aufprägung einer diskreten Information bzw. eines diskreten Zustandes keinerlei Grenzen gesetzt, solange gewährleistet ist, dass jeder diskrete Zustand eindeutig abtastbar ist.Preferably, each of the plugs carries discrete information. Here are the embodiments of the imprint of discrete information or a discrete state no limits, as long as it is ensured that each discrete state is clearly scanned.
Vorzugsweise ist die diskrete Information durch eine jeweilige Materialeigenschaft eines Werkstoffes herleitbar, welcher in dem Verschlussstopfen enthalten ist. Durch die Verwendung von Verschlussstopfen mit unterschiedlichen Materialien und somit unterschiedlichen Materialeigenschaften, wie schon derzeit gebräuchlich, kann der Schaltzustand des Sensors der Abtastvorrichtung zum Abtasten dieser Individualkodierung beeinflusst werden, so dass eine gebräuchliche Abtastung möglich ist. Die derzeit üblichen Verschlussstopfen sind beispielsweise aus Stahl, Messing oder Kunststoff gefertigt oder enthalten diese Materialien. Um diese Anzahl von Symbolen der Individualkodierung (Anzahl von Verschlussstopfen) zu erhöhen, können neben den Bohrungen zum Einbringen von Befestigungsschrauben zum Befestigen von der Einzelschiene auch weitere Bohrungen vorgesehen werden, in welche die Verschlussstopfen entsprechend kodiert eingebracht werden.Preferably, the discrete information is derivable by a respective material property of a material contained in the closure plug. By using sealing plugs with different materials and thus different material properties, as is currently the case, the switching state of the sensor of the scanning device for scanning this individual coding can be influenced, so that a common scanning is possible. The currently available plugs are made of steel, brass or plastic, for example, or contain these materials. In order to increase this number of symbols of the individual coding (number of plugs), in addition to the holes for the introduction of fastening screws for fastening of the single rail also further holes can be provided, in which the plugs are introduced coded accordingly.
Vorzugsweise ist die diskrete Information durch eine jeweilige Geometrie von der Oberfläche des Verschlussstopfens herleitbar. Als Oberfläche des Verschlussstopfens ist hierbei jene Oberfläche gemeint, welche bündig mit der Oberfläche der Einzelschiene abschliesst. In diesem Beispiel könnte beispielsweise eine Individualkodierung aus unterschiedlichen Geometrien bestehen, welche jeweils unterschiedliche diskrete Zustände haben. Um die Kodeinformation kompakter aufnehmen zu können, sind Verschlussstopfen möglich, welche auf ihrer Oberfläche eine n-Bit Information (n = 1, 2, ...) tragen. Bei beispielsweise n = 4 könnte ein einzelner Verschlussstopfen somit 16 Zustande anzeigen. In diesem Beispiel könnte eine jede Einzelschiene einer Laufschiene aus 16 oder weniger Einzelschienen durch nur einen einzigen Verschlussstopfen ausreichend unterscheidbar kodiert werden. Diese 4-Bit Kodierung auf der Oberfläche eines Verschlussstopfens könnte durch Materialpaarungen (z. B. Stahl, Messing, Kunststoff, usw.) oder durch Geometrien aufgeprägt werden.Preferably, the discrete information can be deduced from the surface of the sealing plug by a respective geometry. The surface of the sealing plug here means that surface which is flush with the surface of the single rail. For example, in this example, individual coding could consist of different geometries, each having different discrete states. In order to be able to record the code information in a more compact manner, sealing plugs are possible which carry on their surface an n-bit information (n = 1, 2,...). For example, if n = 4, a single plug could indicate 16 states. In this example, each single rail of a rail of 16 or fewer individual rails could be sufficiently distinctly coded by only a single plug. This 4-bit coding on the surface of a sealing plug could be imprinted by material pairings (eg steel, brass, plastic, etc.) or by geometries.
Vorzugsweise ist die diskrete Information durch ein Schaltelement herleitbar, welches im Verschlussstopfen integriert ist oder an der Oberfläche des Verschlussstopfens angebracht ist. Das Schaltelement kann hierbei ein passives oder aktives Bauelement sein. Durch die erhöhte Reichweite wird die Erfassungszuverlässigkeit erhöht.Preferably, the discrete information can be derived by a switching element, which is integrated in the sealing plug or attached to the surface of the sealing plug. The switching element may in this case be a passive or active component. The increased range increases detection reliability.
Vorzugsweise ist das Schaltelement ein RFID-Datenträger. Ein RFID-Datenträger ermöglicht die automatische Identifizierung und Lokalisierung von Objekten und erleichtert damit erheblich die Erfassung von Daten. In diesem Beispiel ist zum Erfassen und Auslesen des RFID-Datenträgers ein entsprechendes RFID-Lesegerät am Laufwagen angebracht. Die RFID-Technologie ermöglicht eine besonders zuverlässige Erfassung der diskreten Information.Preferably, the switching element is an RFID data carrier. An RFID tag enables the automatic identification and localization of objects, making it much easier to capture data. In this example, a corresponding RFID reader is mounted on the carriage for detecting and reading the RFID data carrier. The RFID technology enables a particularly reliable detection of the discrete information.
Vorzugsweise enthalten die Positionsmarkierungen eine inkrementale Markierung und/oder eine absolute Markierung. Inkrementale Markierungen sind eine Folge von mehreren periodisch angeordneten Markierungen von zumeist identischer Beabstandung längs einer vorgegebenen Spur. Durch Abtasten dieser Spur inkrementaler Markierungen wird die relative Veränderung der Position der Abtastvorrichtung innerhalb einer vorbestimmten Zeit bezüglich dieser Spur gemessen. Durch die Abtastung von absoluten Markierungen kann hingegen eine absolute Position der Abtastvorrichtung bezüglich einer jeden Einzelschiene bestimmt werden. Zu diesem Zweck spezifizieren die absoluten Markierungen jeweils eine bestimmte absolute Position.Preferably, the position marks include an incremental mark and / or an absolute mark. Incremental marks are a series of several periodically arranged markings of mostly identical spacing along a given track. By scanning this track of incremental marks, the relative change in the position of the scanning device within a predetermined time with respect to that track is measured. By scanning absolute markings, however, an absolute position of the scanning device with respect to each individual rail can be determined. For this purpose, the absolute markers each specify a certain absolute position.
Vorzugsweise sind die inkrementale Markierung und/oder absolute Markierung jeweils als einzelne Permanentmagnete ausgebildet, deren magnetischer Feldstärkeverlauf durch die zumindest eine Abtastvorrichtung abtastbar ist. Hierdurch ist eine besonders genaue Abtastung möglich, da die Magnetfeldabtastung im Vergleich zu weiteren Abtastverfahren besonders störunempfindlich ist. Zudem kann eine Abtastung mit besonders feiner Rasterung erfolgen, da die Permanentmagnete im Vergleich zu anderen Ausgestaltungen von Markierungen bei gleicher Abtastgenauigkeit eine geringere Breite haben können. Daher ist eine sehr kompakte Kodierung möglich.Preferably, the incremental marking and / or absolute marking are each formed as individual permanent magnets whose magnetic field strength profile can be scanned by the at least one scanning device. As a result, a particularly accurate scanning is possible, since the magnetic field scanning is particularly resistant to interference compared to other scanning. In addition, a scan can be done with very fine screening, since the permanent magnets compared to other embodiments of markers with the same sampling accuracy can have a smaller width. Therefore, a very compact coding is possible.
Vorzugsweise sind die inkrementale Markierung und/oder absolute Markierung jeweils als optische Markierungen ausgebildet, welche durch die zumindest eine Abtastvorrichtung optisch abtastbar sind. Bei diesem Verfahren werden optisch detektierbare Markierungen, welche auf der jeweiligen Messskala angebracht bzw. aufgetragen sind, durch optische Leseköpfe der Abtastvorrichtung abgetastet. Diese Art und Weise der Abtastung ist im Vergleich zu weiteren Abtastverfahren besonders kostengünstig realisierbar.Preferably, the incremental marking and / or absolute marking are each formed as optical markings, which are optically scanned by the at least one scanning device. In this method, optically detectable markings, which are applied or applied to the respective measurement scale, are scanned by optical read heads of the scanning device. This way of sampling is in comparison to other scanning particularly cost feasible.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Hierbei zeigt:In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment. Hereby shows:
Die Länge von Einzelschienen ist allgemein aus Fertigungsgründen begrenzt. Mit zunehmender Länge von einer Einzelschiene nehmen deren Herstellungskosten stark zu. Daher ist es üblich, dass eine Laufschiene aus mehreren Einzelschienen zusammengesetzt wird, welche linear zueinander ausgerichtet angeordnet werden.The length of single rails is generally limited for manufacturing reasons. With increasing length of a single rail, their production costs increase greatly. Therefore, it is common that a running rail is composed of a plurality of individual rails, which are arranged linearly aligned with each other.
Zur Befestigung ist jede Einzelschiene
Die somit zusammengesetzte Laufschiene
Die inkrementalen Markierungen
Neben der Erfassung der relativen Bewegung zwischen Laufschiene
Die inkrementalen Markierungen
Die Positionsmarkierungen, d. h. die inkrementalen Markierungen
Um dennoch weiterhin die Position des Laufschlittens entlang der gesamten Laufschiene
Die Oberfläche eines Verschlussstopfens oder der Verschlussstopfen selber gibt einen diskreten Zustand wieder. Beispielsweise kann ein diskreter Zustand durch eine (diskrete) Materialeingenschaft eines Materials von der Oberfläche eines Verschlussstopfens oder von dem Verschlussstopfen selber bestimmt werden, z. B. Stahl, Messing, Kunststoff, usw. Die somit jeweils gebildete Individualkodierung
In einem weiteren Beispiel, wie in der
Wenn nunmehr die Abtastvorrichtung beispielsweise die Individualkodierung
In dem in der Figur gezeigten Beispiel sind die Individualkodierungen
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WO2014200623A1 (en) * | 2013-06-12 | 2014-12-18 | The Boeing Company | Positioning systems and methods |
DE102018130985B3 (en) * | 2018-10-02 | 2020-03-05 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Profile rail and method for producing a profile rail for a linear guide |
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