DE202017107880U1 - Linear displacement measuring device for determining an absolute position and linear guidance with such a distance measuring device - Google Patents
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- G01D5/34776—Absolute encoders with analogue or digital scales
- G01D5/34792—Absolute encoders with analogue or digital scales with only digital scales or both digital and incremental scales
Abstract
Lineare Wegmessvorrichtung (10) zum Bestimmen einer absoluten Position, welche umfasst:
a) eine lineare Schiene (30), welche eine Längsachse (31) aufweist und aus mehreren einzelnen Schienensegmenten (30a, 30b) zusammengesetzt ist, welche Schienensegmente in Richtung der Längsachse (31) hintereinander angeordnet sind,
wobei jedes der Schienensegmente (30a, 30b) eine Massverkörperung (40a, 40b) aufweist, welche zumindest eine sich in Richtung der Längsachse (31) erstreckende erste Inkrementalspur (41.1) mit einer Mehrzahl von äquidistant angeordneten Positionsmarkierungen umfasst, und wobei die Massverkörperung (40a) eines der Schienensegmente (30a) neben der ersten Inkrementalspur (41.1) dieser Massverkörperung (40a) eine Absolutspur (45) mit einer Mehrzahl von Positionsmarkierungen zur Kodierung von mehreren vorgegebenen absoluten Positionen, welche in Richtung der Längsachse (31) hintereinander liegen, aufweist;
b) eine Abtasteinrichtung (50) mit einer Sensoranordnung (51) zum Abtasten der Massverkörperungen (40a, 40b), welche Sensoranordnung mindestens einen ersten Sensor (51.1), einen zweiten Sensor (51.2) und einen dritten Sensor (51.3) umfasst,
wobei die Abtasteinrichtung (50) bezüglich der Schiene (30) derart geführt ist, dass sie in Richtung der Längsachse (31) entlang mehrerer der Schienensegmente (30a, 30b) bewegbar ist, und
wobei der erste Sensor (51.1) ausgebildet ist, mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur (41.1) eines der Schienensegmente (30a, 30b) zu detektieren und ein erstes Signal (S1) zu erzeugen, welches eine Information über eine Position der Abtasteinrichtung (50) relativ zu der mindestens einen, vom ersten Sensor (51.1) detektierten Positionsmarkierung enthält,
wobei der zweite Sensor (51.2) ausgebildet ist, mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur (41.1) eines der Schienensegmente (30a, 30b) zu detektieren und ein zweites Signal (S2) zu erzeugen, welches eine Information über eine Position der Abtasteinrichtung (50) relativ zu der mindestens einen, vom zweiten Sensor (51.2) detektierten Positionsmarkierung enthält,
wobei der erste Sensor (51.1) und der zweite Sensor (51.2) in Richtung der Längsachse (31) relativ zueinander um eine vorbestimmte Distanz (D) versetzt angeordnet sind, sodass die Abtasteinrichtung (50) bezüglich je zwei benachbarten Schienensegmenten (30a, 30b) in eine Position (P1) bringbar ist, in welcher der erste Sensor (51.1) mindestens eine der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur (41.1) der Massverkörperung (40a) der einen der zwei benachbarten Schienensegmente (30a) detektiert und der zweite Sensor (51.2) mindestens eine der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur (41.1) der Massverkörperung (40b) der anderen der zwei benachbarten Schienensegmente (30b) detektiert,
wobei der dritte Sensor (51.3) ausgebildet ist, die Absolutspur (45) der Massverkörperung (40a) des einen der Schienensegmente (30a) abzutasten und ein drittes Signal (S3) zu erzeugen, welches eine Information über eine Position der Abtasteinrichtung (50) relativ zu den vorgegebenen absoluten Positionen enthält;
c) eine erste Auswerteeinrichtung (60) für das dritte Signal (S3), welche ausgebildet ist zu detektieren, ob sich die Abtasteinrichtung (50) an einer der vorgegebenen absoluten Positionen bezüglich des einen der Schienensegmente (30a) befindet, und - falls eine Auswertung des dritten Signals (S3) ergibt, dass sich die Abtasteinrichtung (50) an einem ersten Zeitpunkt an einer der vorgegebenen absoluten Positionen (P1) bezüglich des einen der Schienensegmente (30a) befindet - einen ersten Absolutwert (AW1) zu ermitteln, welcher diese eine der vorgegebenen absoluten Positionen (P1) repräsentiert;
d) eine zweite Auswerteeinrichtung (65) für das erste Signal (S1) und das zweite Signal (S2), welche ausgebildet ist, nach dem ersten Zeitpunkt das erste Signal und das zweite Signal während eines ersten Zeitintervalls zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt auszuwerten und eine Positionsdifferenz (PD) zwischen der Position (P1) der Abtasteinrichtung (50) zu Beginn des ersten Zeitintervalls und einer Position (P2) der Abtasteinrichtung (50) zu dem zweiten Zeitpunkt am Ende des ersten Zeitintervalls zu ermitteln;
e) eine Recheneinheit (70), welche ausgebildet ist, aus dem ersten Absolutwert (AW1) und der von der zweiten Auswerteeinrichtung (65) ermittelten Positionsdifferenz (PD) einen zweiten Absolutwert (AW2) zu berechnen, welcher eine absolute Position der Abtasteinrichtung (50) zum zweiten Zeitpunkt am Ende des ersten Zeitintervalls repräsentiert.
A linear path measuring device (10) for determining an absolute position, comprising:
a) a linear rail (30) which has a longitudinal axis (31) and is composed of a plurality of individual rail segments (30a, 30b), which rail segments are arranged one behind the other in the direction of the longitudinal axis (31),
wherein each of the rail segments (30a, 30b) has a dimensional representation (40a, 40b) which comprises at least one first incremental track (41.1) extending in the direction of the longitudinal axis (31) with a plurality of equidistantly arranged position markings, and wherein the dimensional standard (40a ) of one of the rail segments (30a) next to the first incremental track (41.1) of this scale (40a) an absolute track (45) with a plurality of position markings for encoding a plurality of predetermined absolute positions, which lie in the direction of the longitudinal axis (31) one behind the other;
b) a scanning device (50) having a sensor arrangement (51) for scanning the dimensional standards (40a, 40b), which sensor arrangement comprises at least one first sensor (51.1), a second sensor (51.2) and a third sensor (51.3),
wherein the scanning device (50) is guided with respect to the rail (30) such that it is movable in the direction of the longitudinal axis (31) along a plurality of the rail segments (30a, 30b), and
wherein the first sensor (51.1) is designed to detect at least one position marking of the first incremental track (41.1) of one of the rail segments (30a, 30b) and to generate a first signal (S1) which contains information about a position of the scanning device (50). relative to the at least one position marker detected by the first sensor (51.1),
wherein the second sensor (51.2) is designed to detect at least one position marking of the first incremental track (41.1) of one of the rail segments (30a, 30b) and to generate a second signal (S2), which contains information about a position of the scanning device (50) relative to the at least one position marking detected by the second sensor (51.2),
wherein the first sensor (51.1) and the second sensor (51.2) are offset in the direction of the longitudinal axis (31) relative to one another by a predetermined distance (D), so that the scanning device (50) with respect to each two adjacent rail segments (30a, 30b) in a position (P1) can be brought, in which the first sensor (51.1) detects at least one of the position markings of the first incremental track (41.1) of the dimensional scale (40a) of the one of the two adjacent rail segments (30a) and the second sensor (51.2) at least detects one of the position markings of the first incremental track (41.1) of the scale (40b) of the other of the two adjacent rail segments (30b),
wherein the third sensor (51.3) is adapted to scan the absolute track (45) of the scale (40a) of the one of the rail segments (30a) and to generate a third signal (S3) containing information about a position of the scanner (50) relative to to the given absolute positions;
c) a first evaluation device (60) for the third signal (S3), which is designed to detect whether the scanning device (50) is located at one of the predetermined absolute positions with respect to the one of the rail segments (30a), and - if an evaluation of the third signal (S3) shows that the scanning device (50) at a first time at one of the predetermined absolute positions (P1) with respect to the one of the rail segments (30a) - to determine a first absolute value (AW1), which one the predetermined absolute positions (P1) represents;
d) a second evaluation device (65) for the first signal (S1) and the second signal (S2), which is formed after the first time the first signal and the second signal during a first time interval between the first time and a second time and a position difference (PD) between the position (P1) of the scanning device (50) at the beginning of the first time interval and a Determine position (P2) of the scanner (50) at the second time at the end of the first time interval;
e) a computing unit (70), which is designed to calculate from the first absolute value (AW1) and the position difference (PD) determined by the second evaluation device (65) a second absolute value (AW2), which determines an absolute position of the scanning device (50 ) at the second time at the end of the first time interval.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung bezieht sich auf eine lineare Wegmessvorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Position und eine Linearführung in Kombination mit einer linearen Wegmessvorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Position.The invention relates to a linear position measuring device for determining an absolute position and a linear guide in combination with a linear position measuring device for determining an absolute position.
Stand der TechnikState of the art
Zahlreiche bekannte Anwendungen auf verschiedenen Gebieten der Technik beruhen auf Linearführungen, welche dazu dienen, zumindest einen bewegbaren Körper bei einer linearen Bewegung in einer Richtung zu führen, und welche zu diesem Zweck in der Regel eine lineare Schiene aufweisen, an welcher der bewegbare Körper derart geführt ist, dass er eine lineare Bewegung in Richtung der Längsachse der Schiene ausführen kann. Die Längen von Schienen, welche in einem Stück gefertigt und für Linearführungen geeignet sein sollen, sind in der Regel aus herstellungstechnischen Gründen limitiert: Mit bekannten Herstellungstechniken sind in der Regel nur lineare Schienen mit der erforderlichen Präzision in einem Stück herstellbar, deren Längen eine bestimmte maximale (gegebenenfalls vom jeweiligen Herstellungsverfahren abhängige) Obergrenze nicht überschreiten.Numerous known applications in various fields of technology are based on linear guides, which serve to guide at least one movable body in a linear movement in one direction, and which for this purpose usually have a linear rail on which the movable body is guided in such a way is that it can perform a linear movement in the direction of the longitudinal axis of the rail. The lengths of rails, which are to be manufactured in one piece and suitable for linear guides are usually limited for manufacturing reasons: With known manufacturing techniques usually only linear rails with the required precision in one piece can be produced, the lengths of a certain maximum (if applicable, depending on the respective manufacturing process) upper limit.
Um eine lineare Führung eines bewegbaren Körpers über eine „beliebig“ lange Distanz zu ermöglichen, wurden Linearführungen vorgeschlagen, welche zur Führung des bewegbaren Körpers eine lineare Schiene aufweisen, welche aus mehreren einzelnen Schienensegmenten zusammengesetzt ist, die jeweils in einem Stück gefertigt und in Richtung der Längsachse der linearen Schiene hintereinander angeordnet sind. Da die Anzahl der Schienensegmente, welche in einer vorgegebenen Richtung hintereinander angeordnet werden können, nicht limitiert ist, scheint es grundsätzlich möglich zu sein, eine hinreichend grosse Anzahl von einstückigen Schienensegmenten mit vorgegebenen (endlichen) Längen zu einer linearen Schiene zusammenzusetzen, welche eine beliebig grosse Länge aufweisen kann.In order to allow a linear guidance of a movable body over an "arbitrarily" long distance, linear guides have been proposed, which have a linear rail for guiding the movable body, which is composed of a plurality of individual rail segments, each made in one piece and in the direction of Longitudinal axis of the linear rail are arranged one behind the other. Since the number of rail segments, which can be arranged one behind the other in a given direction, is not limited, it seems basically possible to assemble a sufficiently large number of integral rail segments with predetermined (finite) lengths to form a linear rail of any size Length may have.
Bei vielen bekannten Anwendungen von Linearführungen besteht ein Interesse daran, die aktuelle Position eines bewegbaren Körpers relativ zu der linearen Schiene, an welcher der bewegbare Körper geführt ist, messtechnisch zu erfassen, um die aktuelle Position des bewegbaren Körpers oder eine Veränderung der Position des bewegbaren Körpers bei einer Bewegung des Körpers in der Längsrichtung der Schiene anhand von Messwerten möglichst präzise kontrollieren zu können. Dementsprechend wurden geeignete lineare Wegmessvorrichtungen vorgeschlagen, welche eine messtechnische Erfassung einer aktuellen Position des bewegbaren Körpers oder eine messtechnische Erfassung einer Veränderung der Position des bewegbaren Körpers bei einer Bewegung des Körpers in der Längsrichtung der Schiene ermöglichen.In many known linear guide applications, there is an interest in metrologically sensing the current position of a movable body relative to the linear rail on which the movable body is guided, the current position of the movable body or a change in the position of the movable body be able to control as precisely as possible with a movement of the body in the longitudinal direction of the rail on the basis of measured values. Accordingly, suitable linear Wegmessvorrichtungen have been proposed, which allow a metrological detection of a current position of the movable body or a metrological detection of a change in the position of the movable body during movement of the body in the longitudinal direction of the rail.
Lineare Wegmessvorrichtungen umfassen in der Regel eine oder mehrere Massverkörperungen, welche jeweils eine Mehrzahl von Positionsmarkierungen aufweisen, und eine entlang der Massverkörperung bzw. der Massverkörperungen bewegbare Abtasteinrichtung mit einer Sensoranordnung zum Abtasten der Positionsmarkierungen der jeweiligen Massverkörperung bzw. Massverkörperungen. Die Sensoranordnung ist dabei in der Regel so konzipiert, dass sie die jeweiligen Positionsmarkierungen detektieren kann und mindestens ein Signal erzeugt, welches eine Information über eine Position der Sensoranordnung relativ zu den Positionsmarkierungen einer Massverkörperung enthält und insbesondere auf eine charakteristische Weise variiert, wenn die Abtasteinrichtung zusammen mit der Sensoranordnung relativ zu der Massverkörperung bzw. zu den Positionsmarkierungen der Massverkörperung bewegt wird.Linear displacement measuring devices generally comprise one or more dimensional standards, each of which has a plurality of position markings, and a scanning device movable along the physical scale or the physical dimensions with a sensor arrangement for scanning the position markings of the respective dimensional scale or dimensional scale. In this case, the sensor arrangement is generally designed so that it can detect the respective position markings and generates at least one signal which contains information about a position of the sensor arrangement relative to the position markings of a dimensional standard and in particular varies in a characteristic manner when the scanning device together is moved with the sensor arrangement relative to the material measure or to the position markings of the scale.
Um im Falle einer Linearführung, welche zur Führung eines bewegbaren Körpers eine lineare Schiene aufweist, eine messtechnische Erfassung einer aktuellen Position des bewegbaren Körpers oder eine messtechnische Erfassung einer Veränderung der Position des bewegbaren Körpers bei einer Bewegung des Körpers in der Längsrichtung der Schiene zu ermöglichen, kann die Linearführung mit einer linearen Wegmessvorrichtung der vorstehend genannten Art kombiniert werden. Beispielsweise kann die lineare Schiene der Linearführung mit mindestens einer Massverkörperung versehen werden, vorzugsweise mit einer Massverkörperung, welche sich in der Längsrichtung der linearen Schiene erstreckt und deren Positionsmarkierungen entlang der Längsachse der linearen Schiene hintereinander angeordnet sind. Demensprechend kann die Abtasteinrichtung der linearen Wegmessvorrichtung derart am bewegbaren Körper befestigt werden, dass die Abtasteinrichtung bei einer Bewegung des bewegbaren Körpers entlang der linearen Schiene mit dem bewegbaren Körper mitbewegt wird und die Abtasteinrichtung die Positionsmarkierungen mittels der Sensoranordnung abtasten kann.In the case of a linear guide, which has a linear rail for guiding a movable body, to allow a metrological detection of a current position of the movable body or a metrological detection of a change in the position of the movable body during a movement of the body in the longitudinal direction of the rail For example, the linear guide can be combined with a linear displacement measuring device of the aforementioned type. For example, the linear rail of the linear guide can be provided with at least one dimensional scale, preferably with a dimensional scale which extends in the longitudinal direction of the linear rail and whose position markings are arranged one behind the other along the longitudinal axis of the linear rail. Accordingly, the scanning device of the linear displacement measuring device can be attached to the movable body such that the scanning device is moved along the linear rail with the movable body during a movement of the movable body and the scanning device can scan the position markings by means of the sensor arrangement.
Bei einer Linearführung, deren lineare Schiene aus mehreren einzelnen Schienensegmenten zusammengesetzt ist, ist es zweckmässig, jedes der Schienensegmente mit zumindest einer Massverkörperung der vorstehend genannten Art zu versehen. Die jeweiligen Massverkörperungen der einzelnen Schienensegmente sind dabei vorzugsweise derart anzuordnen, dass Positionsmarkierungen aller Massverkörperungen mittels der Sensoranordnung der Abtasteinrichtung abgetastet werden können, wenn der bewegbare Körper entlang der einzelnen Schienensegmente bewegt wird.In a linear guide whose linear rail is composed of several individual rail segments, it is expedient to provide each of the rail segments with at least one dimensional scale of the aforementioned type. The respective dimensions of the individual rail segments are preferably to be arranged such that position markings of all dimensions can be scanned by means of the sensor arrangement of the scanning device, if the movable body is moved along the individual rail segments.
In bekannten linearen Wegmessvorrichtungen werden in der Regel Massverkörperungen verwendet, welche entweder eine inkrementelle Kodierung von verschiedenen Positionen oder eine Kodierung von verschiedenen absoluten Positionen (auch „absolute Kodierung“ genannt) aufweisen. Bekannt sind auch Massverkörperungen, welche eine inkrementelle Kodierung von verschiedenen Positionen und zusätzlich eine absolute Kodierungen von einzelnen Positionen (sogenannten „Referenzpositionen“) umfassen.In known linear displacement measuring devices, scale measurements are generally used which have either an incremental coding of different positions or a coding of different absolute positions (also called "absolute coding"). Also known are dimensional embodiments which include an incremental coding of different positions and additionally an absolute coding of individual positions (so-called "reference positions").
Eine Massverkörperung mit einer inkrementellen Kodierung weist in der Regel eine sich in einer Längsrichtung der Massverkörperung erstreckende Inkrementalspur mit einer Mehrzahl von äquidistant angeordneten Positionsmarkierungen auf. Werden die Positionsmarkierungen einer derartigen Inkrementalspur mit einer in der Längsrichtung der Inkrementalspur bewegten Sensoranordnung einer Abtasteinrichtung abgetastet, dann erzeugt die Sensoranordnung in der Regel ein Signal, das ein periodische Variation als Funktion einer Ortskoordinate zeigt, welche die Position der Sensoranordnung kennzeichnet und sich dementsprechend bei einer Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der Inkrementalspur verändert. Die periodische Variation des Signals als Funktion der Ortskoordinate bei einer Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der Inkrementalspur ist in diesem Fall dadurch bedingt, dass Positionsmarkierungen an Positionen ausgebildet sind, welche in gleichen Abständen (äquidistant) in einer Reihe hintereinander angeordnet sind. Eine Auswertung des Signals ermöglicht dementsprechend eine präzise Erfassung einer relativen Veränderung der Position der Abtasteinrichtung bei einer Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der Inkrementalspur. Eine Information über eine bestimmte absolute Position mit Bezug auf die Massverkörperung liefert dieses Signal allerdings nicht.As a rule, a material measure with an incremental coding has an incremental track extending in a longitudinal direction of the material measure with a plurality of equidistantly arranged position markings. If the position markings of such an incremental track are scanned with a sensor arrangement of a scanning device moved in the longitudinal direction of the incremental track, then the sensor arrangement generally generates a signal which shows a periodic variation as a function of a location coordinate which characterizes the position of the sensor arrangement and accordingly in a Movement of the scanning device in the longitudinal direction of the incremental track changed. The periodic variation of the signal as a function of the spatial coordinate in a movement of the scanning device in the longitudinal direction of the incremental track in this case is due to the fact that position markings are formed at positions which are arranged at equal intervals (equidistant) in a row behind one another. An evaluation of the signal accordingly enables a precise detection of a relative change in the position of the scanning device during a movement of the scanning device in the longitudinal direction of the incremental track. However, information about a certain absolute position with respect to the scale does not provide this signal.
Eine Massverkörperung mit einer absoluten Kodierung weist in der Regel eine Absolutspur mit einer Mehrzahl von Positionsmarkierungen zur Kodierung von mehreren vorgegebenen absoluten Positionen auf, welche in Längsrichtung der Absolutspur hintereinander liegen. Die Positionsmarkierungen der Absolutspur kennzeichnen jeweils bestimmte absolute Positionen mit Bezug auf die Massverkörperung und sind derart ausgebildet, dass beim Abtasten der Positionsmarkierungen mittels der Abtsteinrichtung ein Signal entsteht, welches eine Information über die absoluten Positionen enthält, welche den jeweils abgetasteten Positionsmarkierungen zugeordnet sind.A material measure with an absolute coding generally has an absolute track with a plurality of position markings for coding a plurality of predefined absolute positions, which lie one behind the other in the longitudinal direction of the absolute track. The position markings of the absolute track each identify certain absolute positions with respect to the dimensional scale and are designed such that when scanning the position markings by means of the Abtsteinrichtung a signal is generated which contains information about the absolute positions, which are assigned to each scanned position markings.
In der Druckschrift
Da die verschiedenen Massstäbe der Wegmessvorrichtung bei einer Installation in der Regel nur mit bestimmten Toleranzen hinsichtlich ihrer Position montiert werden können, weisen jeweils zwei benachbarte (in Längsrichtung der Massstäbe unmittelbar hintereinander angeordnete) Massstäbe nach der Installation in Längsrichtung der Massstäbe einen bestimmten Abstand auf, welcher zunächst nicht genau bekannt ist. Dementsprechend weisen auch die beiden Absolutspuren, welche an zwei benachbarten (in Längsrichtung der Massstäbe unmittelbar hintereinander angeordneten) Massstäben ausgebildet sind, in Längsrichtung der Massstäbe einen bestimmten Abstand auf, welcher ebenfalls zunächst nicht genau bekannt ist.Since the different scales of the Wegmessvorrichtung can be mounted in an installation usually only with certain tolerances in terms of their position, each have two adjacent (in the longitudinal direction of the scales immediately behind one another) scales after installation in the longitudinal direction of the scales a certain distance, which initially not known exactly. Accordingly, the two absolute tracks, which are formed on two adjacent (in the longitudinal direction of the scales immediately one behind the other arranged) scales, in the longitudinal direction of the scales on a certain distance, which is also not known exactly first.
Um eine absolute Position mit Bezug auf die gesamte Anordnung aller Massstäbe bestimmen zu können, ist es daher bei einer ersten Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung notwendig, die Abtasteinrichtung zu veranlassen, eine „lnitialisierungsfahrt“ entlang der gesamten Anordnung aller Massstäbe in Längsrichtung der Massstäbe durchzuführen. Bei einer derartigen Initialisierungsfahrt der Abtasteinrichtung werden mittels des ersten und des zweiten Sensors die jeweiligen Absolutspuren gleichzeitig abgetastet und durch Vergleich der vom ersten Sensor und vom zweiten Sensor erzeugten Messsignale die jeweiligen Abstände zwischen jeweils zwei Absolutspuren, welche an zwei benachbarten (in Längsrichtung der Massstäbe unmittelbar hintereinander angeordneten) Massstäben ausgebildet sind, berechnet. Diese berechneten Abstände zwischen je zwei benachbarten Absolutspuren werden dabei in einem Datenspeicher gespeichert. Im Anschluss an diese Initialisierungsfahrt der Abtasttasteinrichtung ist die Recheneinheit der Wegmessvorrichtung schliesslich in der Lage, aus den vom ersten, zweiten und dritten Sensor erzeugten Messsignalen und den im Datenspeicher gespeicherten Abständen zwischen je zwei benachbarten Absolutspuren jeweils die momentane absolute Position der Abtasttasteinrichtung mit Bezug auf die gesamte Anordnung aller Massstäbe zu berechnen.In order to be able to determine an absolute position with respect to the entire arrangement of all scales, it is therefore necessary, when the path measuring device is put into operation for the first time, to cause the scanning device to perform an "initialization run" along the entire arrangement of all scales in the longitudinal direction of the scales. During such an initialization run of the scanning device, the respective absolute tracks are scanned simultaneously by comparing the measurement signals generated by the first sensor and the second sensor, the respective distances between two absolute tracks, which at two adjacent (in the longitudinal direction of the scales directly arranged one behind the other) are formed scales calculated. These calculated distances between each two adjacent absolute tracks are stored in a data memory. Following this initialization of the Abtasttasteinrichtung the arithmetic unit of the path measuring device is finally able, from the measurement signals generated by the first, second and third sensor and the data stored in the memory between each two adjacent absolute tracks respectively the instantaneous absolute position of the Abtasttasteinrichtung with respect to to calculate the total arrangement of all scales.
Falls einer der Massstäbe im Betrieb der Wegmessvorrichtung unbrauchbar werden sollte und durch einen anderen Massstab ersetzt werden müsste, ergibt sich als weiterer Nachteil, dass nach dem Ersatz des unbrauchbaren Massstabs durch einen anderen Massstab wieder eine Initialisierungsfahrt der Abtasttasteinrichtung in der Längsrichtung der Massstäbe (zumindest über einen Teil der Massstäbe) durchgeführt werden muss und die Positionsmarkierungen der jeweiligen Massstäbe mittels der Abtasteinrichtung wiederholt abgetastet werden müssen, damit die Abstände zwischen je zwei benachbarten Absolutspuren auch nach dem Austausch des unbrauchbaren Massstabs auf der Grundlage aktualisierter Messwerte neu erfasst und im Datenspeicher gespeichert werden können.If one of the scales in the operation of the distance measuring device should be unusable and would have to be replaced by another scale, there is the further disadvantage that after replacing the unusable scale by another scale again an initialization of the Abtasttasteinrichtung in the longitudinal direction of the scales (at least over a portion of the scales) and the position marks of the respective scales must be scanned repeatedly by the scanner so that the distances between any two adjacent absolute tracks can be re-acquired and stored in the data memory even after the unusable scale has been replaced on the basis of updated measurements ,
Aus der Druckschrift
Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu vermeiden und eine lineare Wegmessvorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Position mit Bezug auf eine aus mehreren einzelnen Schienensegmenten zusammengesetzte lineare Schiene zu schaffen, welche auf einfache Weise installierbar und in Betrieb nehmbar ist und einen einfachen Austausch einzelner Schienensegmente ermöglicht. Weiterhin soll eine Linearführung in Kombination mit einer derartigen linearen Wegmessvorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Position vorgeschlagen werden.The present invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned and to provide a linear Wegmessvorrichtung for determining an absolute position with respect to a composed of several individual rail segments linear rail, which is easy installable and operable in operation and a simple exchange individual rail segments allows. Furthermore, a linear guide in combination with such a linear displacement measuring device for determining an absolute position to be proposed.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine lineare Wegmessvorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Position mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Linearführung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.This object is achieved by a linear path measuring device for determining an absolute position with the features of
Die lineare Wegmessvorrichtung zum Bestimmen einer absoluten Position umfasst eine lineare Schiene, welche eine Längsachse aufweist und aus mehreren einzelnen Schienensegmenten zusammengesetzt ist, welche Schienensegmente in Richtung der Längsachse hintereinander angeordnet sind, wobei jedes der Schienensegmente eine Massverkörperung aufweist, welche zumindest eine sich in Richtung der Längsachse erstreckende erste Inkrementalspur mit einer Mehrzahl von äquidistant angeordneten Positionsmarkierungen umfasst, und wobei die Massverkörperung eines der Schienensegmente neben der ersten Inkrementalspur dieser Massverkörperung eine Absolutspur mit einer Mehrzahl von Positionsmarkierungen zur Kodierung von mehreren vorgegebenen absoluten Positionen, welche in Richtung der Längsachse hintereinander liegen, aufweist.The linear path measuring device for determining an absolute position comprises a linear rail, which has a longitudinal axis and is composed of a plurality of individual rail segments, which rail segments are arranged one behind the other in the direction of the longitudinal axis, wherein each of the rail segments has a dimensional scale, which at least one in the direction of Having longitudinal axis extending first incremental track with a plurality of equidistantly arranged position markings, and wherein the scale of one of the rail segments next to the first incremental track of this scale an absolute track with a plurality of position markers for encoding a plurality of predetermined absolute positions, which lie in the direction of the longitudinal axis one behind the other ,
Die lineare Wegmessvorrichtung umfasst ausserdem eine Abtasteinrichtung mit einer Sensoranordnung zum Abtasten der Massverkörperungen, welche Sensoranordnung mindestens einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und einen dritten Sensor umfasst. Die Abtasteinrichtung ist bezüglich der Schiene derart geführt, dass sie in Richtung der Längsachse entlang mehrerer der Schienensegmente bewegbar ist, wobei der erste Sensor ausgebildet ist, mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur eines der Schienensegmente zu detektieren und ein erstes Signal zu erzeugen, welches eine Information über eine Position der Abtasteinrichtung relativ zu der mindestens einen, vom ersten Sensor detektierten Positionsmarkierung enthält, und wobei der zweite Sensor ausgebildet ist, mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur eines der Schienensegmente zu detektieren und ein zweites Signal zu erzeugen, welches eine Information über eine Position der Abtasteinrichtung relativ zu der mindestens einen, vom zweiten Sensor detektierten Positionsmarkierung enthält. Der erste Sensor und der zweite Sensor sind in Richtung der Längsachse relativ zueinander um eine vorbestimmte Distanz versetzt angeordnet, sodass die Abtasteinrichtung bezüglich je zwei benachbarten Schienensegmenten in eine Position bringbar ist, in welcher der erste Sensor mindestens eine der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur der Massverkörperung der einen der zwei benachbarten Schienensegmente detektiert und der zweite Sensor mindestens eine der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur der Massverkörperung der anderen der zwei benachbarten Schienensegmente detektiert. Der dritte Sensor ist ausgebildet, die Absolutspur der Massverkörperung des einen der Schienensegmente abzutasten und ein drittes Signal zu erzeugen, welches eine Information über eine Position der Abtasteinrichtung relativ zu den vorgegebenen absoluten Positionen enthält.The linear path measuring device further comprises a scanning device with a sensor arrangement for scanning the dimensional standards, which sensor arrangement comprises at least a first sensor, a second sensor and a third sensor. The scanning device is guided with respect to the rail such that it is movable in the direction of the longitudinal axis along a plurality of rail segments, wherein the first sensor is designed to detect at least one position mark of the first incremental track of one of the rail segments and to generate a first signal which contains information includes a position of the scanner relative to the at least one position marker detected by the first sensor, and wherein the second sensor is configured to detect at least one position marker of the first incremental track of one of the rail segments and to generate a second signal indicative of a position the scanner includes relative to the at least one position marker detected by the second sensor. The first sensor and the second sensor are arranged offset relative to each other in the direction of the longitudinal axis by a predetermined distance, so that the scanning device with respect to each two adjacent rail segments can be brought into a position in which the first sensor at least one of the position marks of the first incremental track of the scale of the detects one of the two adjacent rail segments and the second sensor detects at least one of the position markings of the first incremental track of the dimensional scale of the other of the two adjacent rail segments. The third sensor is configured to scan the absolute track of the dimensional scale of the one of the rail segments and to generate a third signal which contains information about a position of the scanning device relative to the predetermined absolute positions.
Die lineare Wegmessvorrichtung umfasst ausserdem eine erste Auswerteeinrichtung für das dritte Signal, welche ausgebildet ist zu detektieren, ob sich die Abtasteinrichtung an einer der vorgegebenen absoluten Positionen bezüglich des einen der Schienensegmente befindet, und - falls eine Auswertung des dritten Signals ergibt, dass sich die Abtasteinrichtung an einem ersten Zeitpunkt an einer der vorgegebenen absoluten Positionen bezüglich des einen der Schienensegmente befindet - einen ersten Absolutwert zu ermitteln, welcher diese eine der vorgegebenen absoluten Positionen repräsentiert.The linear path measuring device further comprises a first evaluation device for the third signal, which is designed to detect whether the scanning device is located at one of the predetermined absolute positions with respect to the one of the rail segments, and - if an evaluation of the third signal shows that the scanning device at a first time at one of the predetermined absolute positions with respect to the one of the rail segments - to determine a first absolute value which represents one of the predetermined absolute positions.
Die lineare Wegmessvorrichtung umfasst auch eine zweite Auswerteeinrichtung für das erste Signal und das zweite Signal, welche ausgebildet ist, nach dem ersten Zeitpunkt das erste Signal und das zweite Signal während eines ersten Zeitintervalls zwischen dem ersten Zeitpunkt und einem zweiten Zeitpunkt auszuwerten und eine Positionsdifferenz zwischen der Position der Abtasteinrichtung zu Beginn des ersten Zeitintervalls und einer Position der Abtasteinrichtung zu dem zweiten Zeitpunkt am Ende des ersten Zeitintervalls zu ermitteln.The linear path measuring device also comprises a second evaluation device for the first signal and the second signal, which is designed to evaluate the first signal and the second signal during the first time interval between the first time and a second time and a position difference between the first time interval Detecting the position of the scanner at the beginning of the first time interval and a position of the scanner at the second time at the end of the first time interval.
Ausserdem ist eine Recheneinheit vorhanden, welche ausgebildet ist, aus dem ersten Absolutwert und der von der zweiten Auswerteeinrichtung ermittelten Positionsdifferenz einen zweiten Absolutwert zu berechnen, welcher eine absolute Position der Abtasteinrichtung zum zweiten Zeitpunkt am Ende des ersten Zeitintervalls repräsentiert.In addition, there is an arithmetic unit which is designed to calculate from the first absolute value and the position difference determined by the second evaluation device a second absolute value which represents an absolute position of the scanning device at the second time at the end of the first time interval.
Die lineare Wegmessvorrichtung gemäss der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass jedes der Schienensegmente der linearen Schiene eine Massverkörperung aufweist und die Massverkörperungen aller Schienensegmente eine Inkrementalspur mit einer Mehrzahl von äquidistant angeordneten Positionsmarkierungen aufweisen, wobei lediglich die Massverkörperung eines der Schienensegmente zusätzlich eine Absolutspur mit einer Mehrzahl von Positionsmarkierungen zur Kodierung von mehreren vorgegebenen absoluten Positionen aufweist und wobei eine in Längsrichtung der linearen Schiene bewegbare Abtasteinrichtung mit einer Sensoranordnung vorhanden ist, welche eine Abtastung der Positionsmarkierungen der Inkrementalspuren der jeweiligen Schienensegmente und der Positionsmarkierungen der Absolutspur des einen der Schienensegmente ermöglicht. Bei einer Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung ist es lediglich erforderlich, dass die Abtasteinrichtung bezüglich des einen Schienensegments, welches die Absolutspur aufweist, in eine Position gebracht wird, in welcher der dritte Sensor der Abtasteinrichtung (entsprechend dem oben genannten „ersten Absolutwert“) eine der vorgegebenen absoluten Positionen detektiert, welche auf der einen Absolutspur kodiert sind. Die Position, an welcher sich die Abtasteinrichtung im Moment der Detektion der einen der vorgegebenen absoluten Positionen bezüglich des einen der Schienensegmente befindet, kann somit mit der einen der absoluten Positionen identifiziert werden, welche vom dritten Sensor detektiert wurde. Jede Bewegung der Abtasteinrichtung, welche die Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der Führungsschiene von der einen der absoluten Positionen entfernt, welche vom dritten Sensor zuvor detektiert wurde, kann anschliessend durch Abtasten der Inkrementalspuren der jeweiligen Schienensegmente mithilfe des ersten und des zweiten Sensors registriert und quantitativ charakterisiert werden. Eine Auswertung des vom ersten Sensor erzeugten ersten Signals und des vom zweiten Sensor erzeugten zweiten Signals umfasst hierbei insbesondere eine Registrierung einer Änderung des ersten Signals oder einer Änderung des zweiten Signals und ermöglicht hierbei eine präzise Messung der Positionsdifferenz (d.h. der Entfernung) zwischen der Position, an welcher sich die Abtasteinrichtung momentan befindet, und der einen der vorgegebenen absoluten Positionen, welche zuvor mittels des dritten Sensors detektiert wurde, zumal jede Änderung des ersten Signals bzw. jede Änderung des zweiten Signals mit einer bestimmten Änderung der Position der Abtasteinrichtung in Richtung der Längsachse korrespondiert. Die Recheneinheit liefert schliesslich - als Ergebnis einer Berechnung auf der Grundlage der gemessenen Positionsdifferenz und des ersten Absolutwerts für die eine der vorgegebenen absoluten Positionen, welche zuvor mittels des dritten Sensors detektiert wurde - einen „zweiten Absolutwert“, welcher die Position, an welcher sich die Abtasteinrichtung momentan befindet, mit Bezug auf die gesamte Anordnung aller Schienensegmente eindeutig identifiziert und demzufolge eine absolute Position der Abtasteinrichtung definiert. Nach der Detektion einer der vorgegebenen absoluten Positionen, welche auf der einen Absolutspur kodiert sind, stellt demnach die Recheneinheit eine aktuelle Information über eine absolute Position der Abtasteinrichtung mit Bezug auf die gesamte Anordnung aller Schienensegmente bereit. Die von der Recheneinheit berechnete absolute Position wird bei jeder Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der Schiene (entsprechend der jeweiligen momentanen Position) aktualisiert. Die Abtasteinrichtung kann hierbei an eine beliebige Position an einem beliebigen Schienensegment bewegt werden. Auf diese Weise ist jeder beliebigen Position, welche die Abtasteinrichtung mit Bezug auf die gesamte Anordnung aller Schienensegmente einnehmen kann, eine (eindeutige) absolute Position zugeordnet, welche mittels der Recheneinheit berechenbar ist. The linear displacement measuring device according to the invention is characterized in that each of the rail segments of the linear rail has a dimensional representation and the dimensional standards of all rail segments have an incremental track with a plurality of equidistantly arranged position markings, wherein only the dimensional scale of one of the rail segments additionally an absolute track with a plurality of position markings for coding a plurality of predetermined absolute positions, and wherein a scanning device movable in the longitudinal direction of the linear rail is provided with a sensor arrangement which enables a scanning of the position markings of the incremental tracks of the respective rail segments and of the position markings of the absolute track of the one of the rail segments. When commissioning the Wegmessvorrichtung, it is only necessary that the scanning device with respect to the one rail segment, which has the absolute track is brought into a position in which the third sensor of the scanning device (corresponding to the above "first absolute value") one of the predetermined absolute Detects positions which are coded on the one absolute track. The position at which the scanning device is located at the moment of detection of the one of the predetermined absolute positions relative to the one of the rail segments can thus be identified with the one of the absolute positions detected by the third sensor. Any movement of the scanning device that removes the scanning device in the longitudinal direction of the guide rail from the one of the absolute positions previously detected by the third sensor may then be registered and quantitatively characterized by scanning the incremental tracks of the respective rail segments using the first and second sensors , An evaluation of the first signal generated by the first sensor and the second signal generated by the second sensor in this case comprises in particular a registration of a change of the first signal or a change of the second signal and thereby allows a precise measurement of the position difference (ie the distance) between the position, at which the scanning device is currently located, and the one of the predetermined absolute positions, which was previously detected by the third sensor, and in particular any change of the first signal or any change of the second signal with a certain change in the position of the scanning device in the direction of the longitudinal axis corresponds. Finally, as a result of a calculation based on the measured position difference and the first absolute value for the one of the predetermined absolute positions previously detected by the third sensor, the arithmetic unit provides a "second absolute value" representing the position at which the Scanning device is currently located, with respect to the entire arrangement of all rail segments clearly identified and thus defines an absolute position of the scanner. After the detection of one of the predetermined absolute positions which are coded on the one absolute track, the arithmetic unit accordingly provides up-to-date information about an absolute position of the scanning device with respect to the entire arrangement of all rail segments. The absolute position calculated by the arithmetic unit is updated every time the scanning device moves in the longitudinal direction of the rail (corresponding to the respective current position). The scanning device can be moved to any position on any rail segment. In this way, any position which the scanning device can assume with respect to the entire arrangement of all rail segments is assigned a (unambiguous) absolute position, which can be calculated by means of the arithmetic unit.
Diese Berechnung der absoluten Position setzt lediglich voraus, dass für jede beliebige Position, welche die Abtasteinrichtung mit Bezug auf die gesamte Anordnung aller Schienensegmente einnehmen kann, die Positionsdifferenz (d.h. der Entfernung) zwischen dieser beliebigen Position und der einen der vorgegebenen absoluten Positionen, welche zuvor mittels des dritten Sensors detektiert wurde, messbar ist. Die Messbarkeit dieser Positionsdifferenz ist im vorliegenden Fall grundsätzlich dadurch gewährleistet, dass der erste Sensor und der zweite Sensor in Richtung der Längsachse relativ zueinander um eine vorbestimmte Distanz versetzt angeordnet sind, sodass die Abtasteinrichtung bezüglich je zwei benachbarten Schienensegmenten in eine Position bringbar ist, in welcher der erste Sensor mindestens eine der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur der Massverkörperung der einen der zwei benachbarten Schienensegmente detektiert und der zweite Sensor mindestens eine der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur der Massverkörperung der anderen der zwei benachbarten Schienensegmente detektiert. Letzteres gewährleistet, dass - unabhängig von der Position der Abtasteinrichtung - mindestens einer der Sensoren der Abtasteinrichtung (d.h. der erste Sensor, der zweite Sensor oder sowohl der erste Sensor als auch der zweite Sensor) derart mit Bezug auf die Inkrementalspuren platziert ist, dass an jedem Zeitpunkt mindestens ein Signal (d.h. das erste Signal und/oder das zweite Signal) erzeugbar ist, welches mit einer Abtastung der Positionsmarkierungen einer der Inkrementalspuren im Zusammenhang steht und demzufolge zu jedem Zeitpunkt eine Messung einer Positionsveränderung der Abtasteinrichtung in Längsrichtung der linearen Schiene auf der Grundlage einer Auswertung des ersten Signals und/oder des zweiten Signals ermöglicht.This absolute position calculation assumes only that for any position that the scanner can occupy with respect to the entire arrangement of all rail segments, the position difference (ie, the distance) between that arbitrary position and the one of the predetermined absolute positions previously detected by the third sensor is measurable. The measurability of this position difference is basically ensured in the present case in that the first sensor and the second sensor are arranged offset relative to each other by a predetermined distance in the direction of the longitudinal axis, so that the scanning device can be brought into a position with respect to each two adjacent rail segments, in which the first sensor detects at least one of the position markings of the first incremental track of the dimensional scale of the one of the two adjacent rail segments, and the second sensor detects at least one of the position markings of the first incremental track of the dimensional scale of the other of the two adjacent rail segments. The latter ensures that, regardless of the position of the scanner, at least one of the sensors of the scanner (ie, the first sensor, the second sensor or both the first sensor and the second sensor) is placed with respect to the incremental tracks such that at each Timing at least one signal (ie, the first signal and / or the second signal) is generated, which is associated with a sampling of the position marks one of the incremental tracks and therefore at any time a measurement of a change in position of the scanning device in the longitudinal direction of the linear rail on the basis an evaluation of the first signal and / or the second signal allows.
Die Wegmessvorrichtung hat den Vorteil, dass alle Schienensegmente einschliesslich der an dem jeweiligen Schienensegment vorhandenen Massverkörperung - mit Ausnahme des Schienensegments, welches die Absolutspur aufweist - völlig identisch aufgebaut sein können und dementsprechend in einer beliebigen Reihenfolge hintereinander angeordnet sein können, um die lineare Schiene zu bilden. Dies vereinfacht die Bereitstellung aller Schienensegmente, welche zum Aufbau der linearen Schiene benötigt werden, erheblich und erleichtert ausserdem die Montage aller Schienensegmente. Letzteres ist insbesondere zutreffend, wenn ein Schienensegment derart mit einer Massverkörperung versehen ist, dass das Schienensegment zusammen mit der Massverkörperung als ein einzelner Körper vorliegt, welcher als Ganzes transportiert und an einem vorbestimmten Ort montiert werden kann. Weiterhin ist die Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung dadurch vereinfacht, dass zu Beginn der Inbetriebnahme lediglich eine einzige der absoluten Positionen detektiert werden muss, welche auf der einen Absolutspur an einem der Schienensegmente kodiert sind. Für jede beliebige andere Position, in welche die Abtasteinrichtung anschliessend abweichend von der einen bereits detektierten absoluten Position bewegbar ist, kann anschliessend direkt von der Recheneinheit eine absolute Position berechnet werden (auf der Grundlage einer Messung der Positionsdifferenz bezüglich der bereits detektierten absoluten Position mittels einer Abtastung der Inkrementalspuren). Diese Berechnung der absoluten Position kann unmittelbar nach dem Detektieren einer einzigen der absoluten Positionen durchgeführt werden, welcher auf der einen Absolutspur an einem der Segmente kodiert sind, und zwar für jede beliebige Position an einem beliebigen Schienensegment, an welche die Abtasteinrichtung gebracht werden kann. Aus diesem Grund kann jede mögliche absolute Position der Abtasteinrichtung unmittelbar nach dem Detektieren einer einzigen der absoluten Positionen an der einen Absolutspur an einem der Schienensegmente ermittelt werden, ohne dass die Abtasteinrichtung zuvor eine Initialisierungsfahrt über die gesamte Länge der linearen Schienen (d.h. entlang aller Schienensegmente) durchzuführen muss und alle Positionsmarkierungen aller Masseverkörperungen abtasten muss. Auf diese Weise kann eine Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung vorteilhafterweise mit verhältnismässig geringem Aufwand durchgeführt werden, zumal eine Initialisierungsfahrt der vorstehend genannten Art unnötig ist. The displacement measuring device has the advantage that all rail segments including the material present on the respective rail segment dimensional standard - with the exception of the rail segment, which has the absolute track - can be constructed completely identical and accordingly can be arranged in any order one behind the other to form the linear rail , This greatly simplifies the provision of all rail segments needed to construct the linear rail and also facilitates the assembly of all rail segments. The latter is particularly true when a rail segment is provided with a dimensional scale such that the rail segment together with the dimensional scale is present as a single body which can be transported as a whole and mounted at a predetermined location. Furthermore, the commissioning of the displacement measuring device is simplified in that at the beginning of commissioning only a single of the absolute positions must be detected, which are coded on the one absolute track on one of the rail segments. For any other position in which the scanning device is subsequently deviating from the already detected absolute position, an absolute position can then be calculated directly by the arithmetic unit (on the basis of a measurement of the position difference with respect to the already detected absolute position by means of a scan the incremental tracks). This absolute position calculation may be performed immediately after detecting a single one of the absolute positions coded on the one absolute track on one of the segments for any position on any rail segment to which the scanner can be brought. For this reason, any possible absolute position of the scanner immediately after detecting a single one of the absolute positions on the one absolute track on one of the rail segments can be determined without the scanner having previously initiated an initialization run over the entire length of the linear rails (ie along all rail segments). and must scan all position markings of all mass embodiments. In this way, a commissioning of the Wegmessvorrichtung can be advantageously carried out with relatively little effort, especially since an initialization of the aforementioned type is unnecessary.
Eine Ausführungsform der Wegmessvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Abtasteinrichtung, die erste Auswerteeinrichtung, die zweite Auswerteeinrichtung und/oder die Recheneinheit mittels einer Zufuhr von elektrischer Energie betreibbar sind und eine elektrische Energieversorgungseinrichtung vorhanden ist, welche ausgebildet ist, nach dem ersten Zeitpunkt eine unterbrechungsfreie Zufuhr von elektrischer Energie an die Abtasteinrichtung, die erste Auswerteeinrichtung, die zweite Auswerteeinrichtung und/oder die Recheneinheit zu ermöglichen. Die unterbrechungsfreie Zufuhr von elektrischer Energie nach dem ersten Zeitpunkt (d.h. nach dem Zeitpunkt, an dem die Abtasteinrichtung sich an einer der vorgegebenen absoluten Positionen bezüglich des einen der Schienensegmente befindet und einen ersten Absolutwert ermittelt hat, welcher diese eine der vorgegebenen absoluten Positionen repräsentiert) gewährleistet, dass die Abtasteinrichtung, die erste Auswerteeinrichtung und die zweite Auswerteeinrichtung in der Lage sind, nach dem ersten Zeitpunkteine Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der linearen Schienen zu registrieren und die jeweilige Positionsdifferenz zwischen der momentanen Position der Abtasteinrichtung zu einem beliebigen zweiten Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt und der Position der Abtasteinrichtung zum ersten Zeitpunkt zu ermitteln. Dementsprechend ist gewährleistet, dass die Recheneinheit an dem zweiten Zeitpunkt einen „zweiten Absolutwert“ bereitstellt, welcher die absolute Position repräsentiert, an welcher sich die Abtasteinrichtung zum zweiten Zeitpunkt befindet, und zwar unabhängig davon, in welche Position die Abtasteinrichtung gegebenenfalls nach dem ersten Zeitpunkt bewegt wurde. Dementsprechend ist gewährleistet, dass die Recheneinheit während der unterbrechungsfreien Zufuhr von elektrischer Energie ständig eine aktuelle Information über die absolute Position der Abtasteinrichtung mit Bezug auf die Gesamtheit aller Schienensegmente bereitstellt (beispielsweise für eine Steuereinrichtung zum Steuern einer Maschine, welche in Abhängigkeit vom zweiten Absolutwert gesteuert werden soll).An embodiment of the path measuring device is designed such that the scanning device, the first evaluation device, the second evaluation device and / or the arithmetic unit are operable by means of a supply of electrical energy and an electrical power supply device is provided, which is formed after the first time an uninterruptible supply of electrical energy to the scanning device, the first evaluation device, the second evaluation device and / or the computing unit to allow. The uninterruptible supply of electrical energy after the first time (ie after the time at which the scanner is at one of the predetermined absolute positions with respect to the one of the rail segments and has determined a first absolute value representing it one of the predetermined absolute positions) in that the scanning device, the first evaluation device and the second evaluation device are capable of registering a movement of the scanning device in the longitudinal direction of the linear rails after the first time and the respective positional difference between the instantaneous position of the scanning device at any second time after the first Time and position of the scanner to determine the first time. Accordingly, it is ensured that the arithmetic unit at the second time provides a "second absolute value" which represents the absolute position at which the scanner is located at the second time, regardless of which position the scanner moves after the first time, if any has been. Accordingly, it is ensured that during the uninterrupted supply of electrical energy, the arithmetic unit constantly provides up-to-date information about the absolute position of the scanning device with respect to the entirety of all rail segments (for example for a control device for controlling a machine, which are controlled as a function of the second absolute value should).
Eine weitere Ausführungsform der Wegmessvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die Massverkörperung mindestens eines der Schienensegmente - mit Ausnahme des einen der Schienensegmente, welches die Absolutspur aufweist - eine zweite Inkrementalspur umfasst, welche sich neben der ersten Inkrementalspur dieses mindestens einen der Schienensegmente in Richtung der Längsachse erstreckt und eine Mehrzahl von äquidistant angeordneten Positionsmarkierungen aufweist, und die zweite Inkrementalspur relativ zum dritten Sensor der Abtasteinrichtung derart angeordnet ist, dass die zweite Inkrementalspur mittels des dritten Sensors abtastbar ist und die Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur mittels des dritten Sensors detektierbar sind. Die zweite Inkrementalspur bietet die Möglichkeit, durch Abtasten der (inkrementellen) Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur mittels des dritten Sensors mindestens ein zusätzliches Messsignal zu generieren, welches insbesondere geeignet ist, Informationen zu liefern, welche eine Kontrolle der Wegmessvorrichtung ermöglichen, beispielsweise im Hinblick auf konstruktive Einzelheiten der Schienensegmente und/oder die Funktionsfähigkeit der Wegmessvorrichtung. Beispielsweise können die Massverkörperung mehrerer Schienensegmente und insbesondere die Massverkörperungen aller Schienensegmente - mit Ausnahme des einen der Schienensegmente, welches die Absolutspur aufweist - eine derartige zweite Inkrementalspur umfassen.A further embodiment of the path measuring device is designed in such a way that the dimensional scale of at least one of the rail segments-with the exception of the one of the rail segments having the absolute track-comprises a second incremental track extending in the direction of the longitudinal axis in addition to the first incremental track of this at least one of the rail segments and a plurality of equidistantly arranged position markings, and the second incremental track is arranged relative to the third sensor of the scanning device such that the second incremental track can be scanned by the third sensor and the position markings of the second incremental track are detectable by means of the third sensor. The second incremental track offers the possibility of generating at least one additional measurement signal by scanning the (incremental) position markings of the second incremental track by means of the third sensor, which is particularly suitable for providing information which permits control of the position-measuring device, for example in terms of design Details of the rail segments and / or the functionality of the Wegmessvorrichtung. For example, the dimensional scale of a plurality of rail segments, and in particular the dimensions of all rail segments - with the exception of the one of the rail segments, which has the absolute track - comprise such a second incremental track.
In einer Variante dieser Ausführungsform sind zwei benachbarte Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher grösser als der Abstand zwischen zwei benachbarten Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur ist. Alternativ oder zusätzlich kann der dritte Sensor ausgebildet sein, beim Abtasten der zweiten Inkrementalspur ein viertes Signal zu erzeugen, und die Recheneinheit ausgebildet sein, das vierte Signal mit dem ersten Signal und/oder dem zweiten Signal zu vergleichen.In a variant of this embodiment, two adjacent position markings of the second incremental track are arranged at a distance which is greater than the distance between two adjacent position markings of the first incremental track. Alternatively or additionally, the third sensor may be configured to generate a fourth signal during scanning of the second incremental track, and the arithmetic unit may be configured to compare the fourth signal with the first signal and / or the second signal.
Bei einer Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der linearen Schiene ist zu erwarten, dass der erste Sensor, der zweite Sensor bzw. der dritte Sensor beim Abtasten der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur bzw. beim Abtasten der Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur jeweils Signale, welche idealerweise (d.h. wie es bei korrekter Funktion der Wegmessvorrichtung zu erwarten ist) jeweils Signale erzeugen, welche periodisch variieren als Funktion einer Ortskoordinate, welche die Position der Sensoranordnung kennzeichnet und sich dementsprechend bei einer Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der Inkrementalspur verändert, wobei alle diese Signale miteinander synchronisiert sind. Sollten im Betrieb der Wegmessvorrichtung die von den jeweiligen Sensoren erzeugten Signale wider Erwarten ein hiervon abweichendes Verhalten zeigen, könnte dies auf bestimmte Mängel und/oder Unregelmässigkeiten hinweisen, beispielsweise auf Fehler hinsichtlich der Konstruktion und/oder Installation der Wegmessvorrichtung oder auf Unregelmässigkeiten im Betrieb der Wegmessvorrichtung (Betriebsstörungen).In the case of a movement of the scanning device in the longitudinal direction of the linear rail, it is to be expected that the first sensor, the second sensor or the third sensor respectively, when scanning the position markings of the first incremental track or when scanning the position markings of the second incremental track, signals which ideally ie as it is to be expected with correct operation of the position measuring device) each generate signals which vary periodically as a function of a location coordinate which characterizes the position of the sensor arrangement and accordingly changes upon movement of the scanning device in the longitudinal direction of the incremental track, all of these signals with each other are synchronized. If the signals generated by the respective sensors unexpectedly show a deviating behavior during operation of the displacement measuring device, this could indicate certain defects and / or irregularities, for example errors with regard to the design and / or installation of the displacement measuring device or irregularities in operation of the displacement measuring device (malfunctions).
Falls zwei benachbarte Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher grösser als der Abstand zwischen zwei benachbarten Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur ist, erzeugen der erste und der zweite Sensor bei einer Bewegung der Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der linearen Schiene jeweils periodisch als Funktion der Zeit variierende Signale (d.h. das erste Signal bzw. das zweite Signal), welche mit einer grösseren Frequenz variieren als ein entsprechendes (periodisch als Funktion der Zeit variierendes) Signal (das vierte Signal), welches der dritte Sensor beim Abtasten der zweiten Inkrementalspur erzeugt. Die vom ersten Sensor bzw. dem zweiten Sensor erzeugten Signale sind in diesem Fall von dem vom dritten Sensor erzeugten Signal anhand der jeweiligen Frequenzen unterscheidbar, mit welchen die Signale als Funktion der Zeit variieren. Die Grösse des Abstandes, in dem jeweils zwei benachbarte Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur in Längsrichtung der linearen Schiene hintereinander angeordnet sind, kann jeweils frei gewählt werden, beispielsweise derart, dass die jeweilige Grösse dieses Abstandes in Abhängigkeit von charakteristischen Parametern der Wegmessvorrichtung variiert und demnach als eine Kodierung der charakteristischen Parameter dient. Als „charakteristische Parameter der Wegmessvorrichtung“ kommen diesbezüglich beispielsweise in Betracht: die „Baugrösse“ des jeweiligen Schienensegments, charakterisiert durch die Länge, Höhe und/oder Breite des Schienensegments; eine Kennzeichnung einer bestimmten Ausführungsform der Wegmessvorrichtung, sofern die Wegmessvorrichtung in verschiedenen Ausführungsformen realisierbar ist. Eine Auswertung des vierten Signals, welches mittels des dritten Sensors beim Abtasten der zweiten Inkrementalspur erzeugbar ist, liefert in diesem Fall eine Information über die jeweiligen charakteristischen Parameter der Wegmessvorrichtung. Eine derartige Auswertung des vierten Signals ermöglicht beispielsweise eine mit technischen Mitteln automatisch durchführbare Kontrolle, ob die Wegmessvorrichtung tatsächlich „korrekt“ installiert ist, d.h. insbesondere aus denjenigen Komponenten (beispielsweise Schienensegmenten) zusammengesetzt ist, welche ursprünglich für eine bestimmte Installation der Wegmessvorrichtung vorgesehen waren.If two adjacent position markings of the second incremental track are arranged at a distance which is greater than the distance between two adjacent position markings of the first incremental track, the first and the second sensor periodically generate a function when the scanning device moves in the longitudinal direction of the linear rail time-varying signals (ie, the first signal and the second signal, respectively) which vary at a greater frequency than a corresponding (periodically, as a function of time) varying signal (the fourth signal) which the third sensor generates when scanning the second incremental track , The signals generated by the first sensor and the second sensor are distinguishable in this case from the signal generated by the third sensor on the basis of the respective frequencies with which the signals vary as a function of time. The size of the distance, in each case two adjacent position markings of the second incremental track in the longitudinal direction of the linear rail are arranged one behind the other, can be chosen freely, for example, such that the respective size of this distance varies depending on characteristic parameters of the Wegmessvorrichtung and therefore as a Coding of the characteristic parameters is used. As "characteristic parameters of the Wegmessvorrichtung" come into consideration in this regard, for example: the "size" of the respective rail segment, characterized by the length, height and / or width of the rail segment; an identification of a particular embodiment of the Wegmessvorrichtung, if the Wegmessvorrichtung is feasible in various embodiments. An evaluation of the fourth signal, which can be generated by means of the third sensor when scanning the second incremental track, in this case provides information about the respective characteristic parameters of the position-measuring device. Such an evaluation of the fourth signal, for example, makes it possible to automatically check, by technical means, whether the position-measuring device is actually installed "correctly", i. is composed in particular of those components (for example, rail segments), which were originally intended for a specific installation of the Wegmessvorrichtung.
Der dritte Sensor ist derart angeordnet, dass er geeignet ist, jeweils abhängig von der jeweiligen Position, welche die Abtasteinrichtung bezüglich der linearen Schiene einnimmt, alternativ die Positionsmarkierungen der einen Absolutspur an dem einen der Schienensegmente oder die Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur an den anderen der Schienensegmente abzutasten. Die jeweilige zweite Inkrementalspur ist von der Absolutspur zumindest dadurch unterscheidbar, dass die zweite Inkrementalspur und die Absolutspur Positionsmarkierungen aufweisen, welche sich hinsichtlich ihrer räumlichen Anordnung unterscheiden (die Positionsmarkierungen der Absolutspur sind in der Regel nicht äquidistant angeordnet, im Gegensatz zu den Positionsmarkierungen einer Inkrementalspur). Eine Auswertung der jeweils vom dritten Sensor erzeugten Signale ermöglicht deshalb eine mit technischen Mitteln automatisch durchführbare Kontrolle, ob die Abtasteinrichtung gerade an dem einen Schienensegment angeordnet ist, welches die Absolutspur aufweist, oder ob die Abtasteinrichtung an einem anderen der Schienensegmente angeordnet ist.The third sensor is arranged such that it is suitable, depending on the respective position which the scanning device assumes with respect to the linear rail, alternatively the position markings of the one absolute track on the one of the rail segments or the position markings of the second incremental track on the other of the rail segments scan. The respective second incremental track can be distinguished from the absolute track at least in that the second incremental track and the absolute track have position markings which differ with regard to their spatial arrangement (the position markers of the absolute track are generally not arranged equidistantly, in contrast to the position markings of an incremental track). , An evaluation of the signals generated by the third sensor therefore makes it possible to carry out an automatic check by means of technical means whether the scanning device is currently arranged on the one rail segment having the absolute track or if the scanning device is arranged on another of the rail segments.
Eine weitere Variante der vorstehend genannten Ausführungsform ist derart ausgebildet, dass die Absolutspur des einen der Schienensegmente eine erste Kodierung umfasst, welche eine Information über mindestens einen charakteristischen Parameter mindestens eines der anderen der Schienensegmente der linearen Schiene enthält, und die erste Kodierung mittels des dritten Sensors detektierbar ist. Hierbei kann der mindestens eine charakteristische Parameter beispielsweise eine Baugrösse mindestens eines der anderen der Schienensegmente oder ein Abstand zwischen zwei benachbarten Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur sein. Die erste Kodierung ist in der Absolutspur platziert, sodass sie mittels des dritten Sensors (bei einer entsprechenden Anordnung der Abtasteinrichtung bezüglich der Absolutspur) abtastbar ist. Der dritte Sensor ist dementsprechend ausgebildet, beim Abtasten der ersten Kodierung ein Signal zu erzeugen, welches beispielsweise mittels der ersten Auswerteeinrichtung auswertbar ist, um den mindestens einen charakteristischen Parameter der vorstehend genannten Art zu ermitteln. Derselbe charakteristische Parameter, welcher der in der Absolutspur des einen der Schienensegmente enthaltenen ersten Kodierung zugeordnet ist, kann auch in den jeweiligen zweiten Inkrementalspuren der anderen Schienensegmente kodiert sein: Wie erwähnt, kann die Grösse des Abstandes, in dem jeweils zwei benachbarte Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur in Längsrichtung der linearen Schiene hintereinander äquidistant angeordnet sind, derart gewählt werden, dass die jeweilige Grösse dieses Abstandes als eine Kodierung von charakteristischen Parametern der Wegmessvorrichtung (z.B. als Kodierung der Baugrösse des jeweiligen Schienensegments, charakterisiert durch die Länge, Höhe und/oder Breite des Schienensegments) dient. Dementsprechend können die erste Kodierung auf der Absolutspur des einen der Schienensegmente und die zweite Inkrementalspur der jeweiligen anderen Schienensegmente derart implementiert werden, dass die erste Kodierung auf der Absolutspur des einen der Schienensegmente und die zweite Inkrementalspur jeweils erkennen lassen, ob das eine Schienensegment, welches die Absolutspur aufweist, und jedes andere Schienensegment, welches die zweite Inkrementalspur aufweist, hinsichtlich vorbestimmter charakteristischer Parameter der Wegmessvorrichtung (z.B. hinsichtlich der Baugrösse der jeweiligen Schienensegmente) miteinander kompatibel sind. In diesem Fall ermöglicht eine Auswertung der jeweils vom dritten Sensor erzeugten Signale eine mit technischen Mitteln automatisch durchführbare Kontrolle, ob die lineare Schiene der Wegmessvorrichtung ausschliesslich aus Schienensegmenten zusammengesetzt ist, welche hinsichtlich vorbestimmter charakteristischer Parameter der Wegmessvorrichtung miteinander kompatibel sind.Another variant of the aforementioned embodiment is designed such in that the absolute track of the one of the rail segments comprises a first coding which contains information about at least one characteristic parameter of at least one of the other of the rail segments of the linear rail, and the first coding can be detected by means of the third sensor. In this case, the at least one characteristic parameter can be, for example, a size of at least one of the other of the rail segments or a distance between two adjacent position marks of the second incremental track. The first coding is placed in the absolute track so that it can be scanned by means of the third sensor (in the case of a corresponding arrangement of the scanning device relative to the absolute track). The third sensor is accordingly designed to generate a signal during scanning of the first coding, which signal can be evaluated, for example, by means of the first evaluation device in order to determine the at least one characteristic parameter of the aforementioned type. The same characteristic parameter associated with the first coding contained in the absolute track of one of the rail segments may also be encoded in the respective second incremental tracks of the other rail segments: As mentioned, the size of the spacing may be in each of two adjacent position marks of the second incremental track are arranged equidistantly one behind the other in the longitudinal direction of the linear rail, are selected such that the respective size of this distance as a coding of characteristic parameters of the Wegmessvorrichtung (eg as encoding the size of the respective rail segment, characterized by the length, height and / or width of the rail segment ) serves. Accordingly, the first encoding on the absolute track of one of the rail segments and the second incremental track of the respective other rail segments may be implemented such that the first encoding on the absolute track of one of the rail segments and the second incremental track respectively indicate whether the one rail segment comprising the rail Absolute track, and any other rail segment, which has the second incremental track, with respect to predetermined characteristic parameters of the Wegmessvorrichtung (eg, in terms of the size of the respective rail segments) are compatible with each other. In this case, an evaluation of the respective signals generated by the third sensor allows an automatically feasible by technical means control whether the linear rail of the Wegmessvorrichtung is composed exclusively of rail segments, which are compatible with each other with respect to predetermined characteristic parameters of the distance measuring device.
Eine Ausführungsform der Wegmessvorrichtung ist derart ausgebildet, dass die lineare Schiene aus mehr als zwei der Schienensegmente zusammengesetzt ist und alle Schienensegmente - mit Ausnahme des einen der Schienensegmente, welches die Absolutspur aufweist - identisch ausgebildet sind. Die Bezeichnung „identisch ausgebildet“ umfasst hierbei, dass die Schienensegmente einschliesslich der jeweiligen Massverkörperungen identisch sind. Eine Verwendung mehrerer identischer Schienensegmente vereinfacht die Bereitstellung der für die Installation der Wegmessvorrichtung benötigten Schienensegmente und die Installation der Wegmessvorrichtung im Hinblick auf die Montage der Schienensegmente. Eine Verwendung mehrerer identischer Schienensegmente vereinfacht insbesondere eine Lagerhaltung für die jeweiligen Schienensegmente, welche für den Aufbau einer oder mehrerer Wegmessvorrichtungen benötigt werden, und vereinfacht die Logistik bei der Installation einer oder mehrerer Wegmessvorrichtungen.An embodiment of the path measuring device is designed such that the linear rail is composed of more than two of the rail segments and all rail segments - with the exception of the one of the rail segments, which has the absolute track - are identical. The term "identically formed" here comprises that the rail segments including the respective dimensions are identical. Using a plurality of identical rail segments simplifies the provision of the rail segments required for the installation of the path measuring device and the installation of the path measuring device with regard to the mounting of the rail segments. In particular, using a plurality of identical rail segments simplifies storage for the respective rail segments needed to build one or more path measuring devices and simplifies logistics in installing one or more path measuring devices.
Beispielsweise ist diese Ausführungsform wegen der Verwendung mehrerer identischer Schienensegmente vorteilhafterweise derart implementierbar, dass die Schienensegmente in beliebiger Reihenfolge hintereinander montierbar sind, um die lineare Schiene zu bilden. Bei einer Montage der Schienensegmente muss in diesem Fall niemand auf eine spezifische Reihenfolge der zu montierenden Schienensegmente achten, was die Durchführung der Montage vereinfacht, insbesondere im Hinblick auf eine Kontrolle der zu montierenden Schienensegmente während der Montage. Das hat den Vorteil, dass Fehler bei der Montage der Schienensegmente einfacher vermieden werden können.For example, because of the use of a plurality of identical rail segments, this embodiment can advantageously be implemented in such a way that the rail segments can be mounted one behind the other in any order to form the linear rail. When mounting the rail segments in this case, no one must pay attention to a specific order of the rail segments to be mounted, which simplifies the implementation of the assembly, in particular with regard to a control of the rail segments to be mounted during assembly. This has the advantage that errors in the assembly of the rail segments can be easily avoided.
Bei einer Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung ist massgeblich, dass die Abtasteinrichtung bezüglich des einen Schienensegments, welches die Absolutspur aufweist, in eine Position gebracht wird, in welcher der dritte Sensor der Abtasteinrichtung (entsprechend dem oben genannten „ersten Absolutwert“) eine der vorgegebenen absoluten Positionen detektiert, welche auf der einen Absolutspur kodiert sind. Anschliessend kann jede Bewegung der Abtasteinrichtung, welche die Abtasteinrichtung in der Längsrichtung der linearen Schiene von der einen der absoluten Positionen entfernt, welche vom dritten Sensor zuvor detektiert wurde, durch Abtasten der Inkrementalspuren der jeweiligen Schienensegmente mithilfe des ersten und des zweiten Sensors registriert und quantitativ charakterisiert werden, sodass die Wegmessvorrichtung in der Lage ist, eine jeweils aktuelle absolute Position der Abtasteinrichtung zu berechnen. Die Reihenfolge, in welcher die einzelnen Schienensegmente hintereinander angeordnet sind, hat auf die Bestimmung der aktuellen absoluten Position der Abtasteinrichtung keinen Einfluss und ist deshalb hinsichtlich der Bestimmung der jeweils aktuellen absoluten Position der Abtasteinrichtung nicht relevant.When the position measuring device is put into operation, it is essential that the scanning device is brought into a position with respect to the one rail segment having the absolute track in which the third sensor of the scanning device (corresponding to the abovementioned "first absolute value") detects one of the predetermined absolute positions , which are coded on the one absolute track. Thereafter, any movement of the scanning device that removes the scanning device in the longitudinal direction of the linear rail from the one of the absolute positions previously detected by the third sensor by registering the incremental tracks of the respective rail segments by means of the first and second sensors can be registered and quantitatively characterized so that the path measuring device is able to calculate a respective current absolute position of the scanning device. The sequence in which the individual rail segments are arranged one behind the other has no influence on the determination of the current absolute position of the scanning device and is therefore not relevant with regard to the determination of the respectively current absolute position of the scanning device.
Weiterhin ist diese Ausführungsform wegen der Verwendung mehrerer identischer Schienensegmente vorteilhafterweise derart implementierbar, dass jedes der Schienensegmente - mit Ausnahme des einen der Schienensegmente, welches die Absolutspur aufweist - gegen ein identisches Schienensegment austauschbar ist. Ein derartiger Austausch eines der Schienensegmente könnte beispielsweise zweckmässig sein, falls sich eines der Schienensegmente, welche identisch ausgebildet sind, nach der Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung als defekt erweisen sollte, beispielsweise als Folge einer Beschädigung oder infolge eines Verschleisses. In diesem Fall kann das auszutauschende Schienensegment demontiert und durch ein anderes Schienensegment ersetzt werden. Der Austausch des einen Schienensegments kann während des Betriebs der Wegmessvorrichtung vorgenommen werden. Hierbei ist es zweckmässig, wenn die Abtasteinrichtung vor dem Austausch des einen Schienensegments bezüglich der linearen Schiene derart platziert wurde, dass die Sensoren der Abtasteinrichtung nicht die Positionsmarkierungen auf der Massverkörperung abtasten, welche an dem auszutauschenden Schienensegment ausgebildet ist. In diesem Fall stellt die Recheneinheit vor dem Austausch des einen Schienensegments einen Absolutwert bereit, welcher die aktuelle absolute Position der Abtasteinrichtung korrekt charakterisiert. Wird nun das auszutauschende Schienensegment demontiert und durch ein anderes Schienensegment ersetzt, so hat dies unter den vorstehend genannten Umständen keinen Einfluss auf den Absolutwert, welchen die Recheneinheit bereitstellt, zumal die Abtasteinrichtung in diesem Fall nicht derart platziert ist, dass die Sensoren der Abtasteinrichtung die Positionsmarkierungen auf der Massverkörperung des auszutauschenden Schienensegments detektieren können. Wird die Abtasteinrichtung nach dem Austausch des einen Schienensegments wieder in der Längsrichtung der linearen Schiene bewegt, so kann diese Bewegung der Abtasteinrichtung mithilfe des ersten und des zweiten Sensors durch Abtasten der Positionsmarkierungen der ersten Inkrementalspur der Massverkörperungen der jeweiligen Schienensegmente registriert und quantitativ charakterisiert werden, sodass die Wegmessvorrichtung in der Lage ist, die jeweils aktuelle absolute Position der Abtasteinrichtung korrekt zu berechnen. Nach dem Austausch des einen Schienensegments kann der Betrieb der Wegmessvorrichtung entsprechend einfach fortgesetzt werden. Um eine korrekte Bestimmung der aktuellen absoluten Position zu ermöglichen, ist es dementsprechend unnötig, die Abtasteinrichtung nach dem Austausch des einen Schienensegments zunächst derart zu platzieren, dass eine der Positionsmarkierungen der einen Absolutspur mittels des dritten Sensors der Abtasteinrichtung detektiert werden kann. Ebenso ist es unnötig, dass die Abtasteinrichtung nach dem Austausch des einen Schienensegments eine Initialisierungsfahrt über die gesamte Länge der linearen Schiene (d.h. entlang aller Schienensegmente) durchführt und alle Positionsmarkierungen aller Masseverkörperungen abtastet. Auf diese Weise kann ein Austausch eines Schienensegments vorteilhafterweise mit verhältnismässig geringem Aufwand durchgeführt werden. Further, because of the use of multiple identical rail segments, this embodiment is advantageously implementable such that each of the rail segments, except for one of the rail segments having the absolute track, is interchangeable with an identical rail segment. Such an exchange of one of the rail segments could be expedient, for example, if one of the rail segments, which are identically formed, should prove to be defective after the start-up of the position measuring device, for example as a result of damage or as a result of wear. In this case, the rail segment to be replaced can be disassembled and replaced by another rail segment. The replacement of the one rail segment can be made during the operation of the Wegmessvorrichtung. In this case, it is expedient if the scanning device has been positioned with respect to the linear rail before the replacement of the one rail segment such that the sensors of the scanning device do not scan the position markings on the material measure which is formed on the rail segment to be exchanged. In this case, before exchanging the one rail segment, the arithmetic unit provides an absolute value which correctly characterizes the current absolute position of the scanning device. If the rail segment to be exchanged is then dismantled and replaced by another rail segment, then under the abovementioned circumstances this has no influence on the absolute value which the arithmetic unit provides, especially since the scanning device is not placed in this case in such a way that the sensors of the scanning device have the position markings can detect on the scale of the rail segment to be replaced. If the scanning device is moved again in the longitudinal direction of the linear rail after the replacement of one rail segment, this movement of the scanning device can be registered and quantitatively characterized by means of the first and the second sensor by scanning the position markings of the first incremental track of the dimensional examples of the respective rail segments, the path measuring device is able to correctly calculate the respective current absolute position of the scanning device. After replacing the one rail segment, the operation of the Wegmessvorrichtung can be continued accordingly simple. In order to enable a correct determination of the current absolute position, it is accordingly unnecessary to first place the scanning device after the replacement of the one rail segment such that one of the position markings of the one absolute track can be detected by means of the third sensor of the scanning device. Likewise, it is unnecessary for the scanning device, after the replacement of the one rail segment, to carry out an initialization run over the entire length of the linear rail (ie along all rail segments) and to scan all the position markings of all the mass embodiments. In this way, an exchange of a rail segment can advantageously be carried out with relatively little effort.
Gegenstand der Erfindung ist ausserdem eine Linearführung, welche einen bewegbaren Körper und eine lineare Wegmessvorrichtung der vorstehend genannten Art umfasst. Der bewegbare Körper ist dabei über Wälzkörper an der linearen Schiene der linearen Wegmessvorrichtung gestützt, sodass die Wälzkörper eine geführte lineare Bewegung des bewegbaren Körpers in Längsrichtung der linearen Schiene ermöglichen, wobei die Abtasteinrichtung der linearen Wegmessvorrichtung am bewegbaren Körper angeordnet ist. Die von der Wegmessvorrichtung bestimmte absolute Position definiert in diesem Fall eine absolute Position des bewegbaren Körpers mit Bezug auf die lineare Schiene, welche aus mehreren in Längsrichtung der Schiene hintereinander angeordneten Schienensegmenten zusammengesetzt ist.The invention also relates to a linear guide, which comprises a movable body and a linear displacement measuring device of the aforementioned type. The movable body is supported via rolling elements on the linear rail of the linear Wegmessvorrichtung, so that the rolling elements allow a guided linear movement of the movable body in the longitudinal direction of the linear rail, wherein the scanning device of the linear Wegmessvorrichtung is arranged on the movable body. The absolute position determined by the path measuring device in this case defines an absolute position of the movable body with respect to the linear rail, which is composed of a plurality of rail segments arranged one behind the other in the longitudinal direction of the rail.
Figurenlistelist of figures
Weitere Einzelheiten der Erfindung und insbesondere beispielhafte Ausführungsformen der erfindungsgemässen linearen Wegmessvorrichtung und der erfindungsgemässen Linearführung werden im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer linearen Schiene, welche aus mehreren in Längsrichtung der linearen Schiene hintereinander angeordneten Schienensegmenten zusammengesetzt ist, wobei die Schienensegmente jeweils eine Massverkörperung mit Positionsmarkierungen aufweisen; -
2 eine schematische Darstellung einer Abtasteinrichtung mit mehreren Sensoren zum Detektieren der Positionsmarkierungen der Massverkörperungen gemäss1 ; -
3 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Wegmessvorrichtung mit einer linearen Schiene gemäss1 und einer Abtasteinrichtung gemäss2 ; -
4 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Linearführung zum Führen eines bewegbaren Körpers mit einerWegmessvorrichtung gemäss 3 .
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1 a schematic representation of a linear rail, which is composed of several in the longitudinal direction of the linear rail one behind the other arranged rail segments, wherein the rail segments each having a dimensional scale with position markings; -
2 a schematic representation of a scanning device with a plurality of sensors for detecting the position markings of the scale embodiments according to1 ; -
3 a schematic representation of an inventive Wegmessvorrichtung with a linear rail according to1 and a scanning device according to2 ; -
4 a schematic representation of an inventive linear guide for guiding a movable body with a Wegmessvorrichtung according3 ,
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Mit Bezug auf
Wie
Jedes der Schienensegmente
Wie
Ausserdem umfasst die Massverkörperung
Die jeweiligen Massverkörperungen
Wie aus
Der erste Sensor
Die Sensoren
Wie aus
Weiterhin ist der dritte Sensor
Zur detaillierteren Erläuterung des vorstehend genannten Sachverhaltes zeigt
- - sich der erste Sensor
51.1 an der ersten Inkrementalspur41.1 der Massverkörperung 40a des ersten Schienensegments30a befindet, sodass der erste Sensor51.1 geeignet positioniert ist, um mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur41.1 der Massverkörperung 40a detektieren zu können; - - sich der zweite Sensor
51.2 an der ersten Inkrementalspur41.1 der Massverkörperung 40b des benachbarten zweiten Schienensegments30b befindet, sodass der zweite Sensor51.2 geeignet positioniert ist, um mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur41.1 der Massverkörperung 40b des benachbarten zweiten Schienensegments30b detektieren zu können; - - sich der dritte Sensor
51.3 ander Absolutspur 45 des ersten Schienensegments30a befindet, sodass der dritte Sensor51.3 geeignet positioniert ist, um mindestens eine Positionsmarkierung der Absolutspur45 detektieren zu können.
- - the first sensor
51.1 at the first incremental track41.1 thedimensional embodiment 40a of thefirst rail segment 30a is located so that the first sensor51.1 is suitably positioned to at least one position mark of the first incremental track41.1 thedimensional embodiment 40a to be able to detect; - - the second sensor
51.2 at the first incremental track41.1 thedimensional embodiment 40b of the adjacentsecond rail segment 30b is located so that the second sensor51.2 is suitably positioned to at least one position mark of the first incremental track41.1 thedimensional embodiment 40b of the adjacentsecond rail segment 30b to be able to detect; - - the third sensor
51.3 at theabsolute track 45 of thefirst rail segment 30a located so that the third sensor51.3 is suitably positioned to at least one position mark theabsolute track 45 to be able to detect.
In
- - sich der erste Sensor
51.1 an der ersten Inkrementalspur41.1 des einen zweiten Schienensegments30b befindet, sodass der erste Sensor51.1 geeignet positioniert ist, um mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur41.1 des einen zweiten Schienensegments30b detektieren zu können; - - sich der zweite Sensor
51.2 an der ersten Inkrementalspur41.1 des anderen (benachbarten) zweiten Schienensegments30b befindet, sodass der zweite Sensor51.2 geeignet positioniert ist, um mindestens eine Positionsmarkierung der ersten Inkrementalspur41.1 des anderen zweiten Schienensegments30b detektieren zu können; - - sich der dritte Sensor
51.3 derart entferntvon der Absolutspur 45 des ersten Schienensegments30a befindet, dass der dritte Sensor51.3 nicht geeignet positioniert ist, um eine Positionsmarkierung der Absolutspur45 detektieren zu können.
- - the first sensor
51.1 at the first incremental track41.1 of asecond rail segment 30b is located so that the first sensor51.1 is suitably positioned to at least one position mark of the first incremental track41.1 of asecond rail segment 30b to be able to detect; - - the second sensor
51.2 at the first incremental track41.1 the other (adjacent)second rail segment 30b is located so that the second sensor51.2 is suitably positioned to at least one position mark of the first incremental track41.1 the othersecond rail segment 30b to be able to detect; - - the third sensor
51.3 so removed from theabsolute track 45 of thefirst rail segment 30a that is the third sensor51.3 is not suitably positioned to a position marker of theabsolute track 45 to be able to detect.
Abweichend von den vorstehend genannten Positionen
Hinsichtlich der Erzeugung der vorstehend genannten Signale
Die von den Sensoren
Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass zwar alle Positionsmarkierungen, welche zu derselben ersten Inkrementalspur
Dadurch, dass die lineare Schiene
Falls der Sensor
Das vom zweiten Sensor
Falls der Sensor
Wie oben im Zusammenhang mit
Da ferner sowohl das Signal
Es sei darauf hingewiesen, dass eine Auswertung der Signale
Eine Auswertung der Signale
Wie
Bei einer ersten Inbetriebnahme der Wegmessvorrichtung
Dementsprechend ist die erste Auswerteeinrichtung
Hinsichtlich des in
Die Wegmessvorrichtung
Wie
Wird die Abtasteinrichtung
Wie
Wie
Die einzelnen Positionsmarkierungen der zweiten Inkrementalspur
Der dritte Sensor
Die erste Auswerteeinrichtung
Um eine möglichst genaue Messung einer Positionsänderung der Abtasteinrichtung
Die Periodenlänge
Die Periodenlänge
Die Absolutspur
Nach einer ersten Abtastung der ersten Kodierung
Mit Bezug auf
Der bewegbare Körper
Die Linearführung
Die Abtasteinrichtung
Die separate elektrische Energieversorgungseinrichtung
Alle zweiten Schienensegmente
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 2533018 A1 [0015]EP 2533018 A1 [0015]
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