DE2023490A1

DE2023490A1 - Gerät zur Relativbewegung zweier Körper

Info

Publication number: DE2023490A1
Application number: DE19702023490
Authority: DE
Inventors: George S. Bloomfield Hills Mich. Knopf (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1969-05-13
Filing date: 1970-05-13
Publication date: 1970-11-19
Also published as: US3641535A; FR2047698A5; JPS4844718B1; GB1306151A

Description

Patentanwälte

°γ. Ing. H. Negendank

Dipl. Ing. H. Haucfc

Dip!. Phys. W. Schmitz

«Manchen 15, MoHi,-trf_r,23

The Bendix Corporation ^-5 38 05 so

Executive Offices
Bendix Center

Southfield, Michigan 48o75/USA 7. Mai 197o

Anwaltsakte M-I174

Gerät zur Relativbewegung zweier Körper J

Viele, im Gebrauch befindliche. Maschinen wie Werkzeugmaschinen und Meßgeräte besitzen zueinander bewegbare Bauteile ₃ so Supporte oder Schlitten, welche auf zugehörigen Führungen bewegbar sind. Es ist gewöhnlich erforderlich, einen Support bzw. Schlitten genau bestimmbar zu bewegen und gleichzeitig Ausmaß und Richtung der Bewegung des Supports bezüglich einer Bezugsposition festzulegen. Gewöhnlich werden Präzisionsantriebe verwendet;, um den Support entlang einer Bahn zu bewegen. Mithilfe eines besonderen M Präzisionsmeßgerätes wird die Bewegung des Supports für Steuerungszv/ecke genau angezeigt. Diese Verdoppelung von Präzisionsbauteilen in den Maschinen stellt sich als sehr teuer dar und führt nicht Immer zu optimaler Arbeltsleistung der Maschine, da es schwierig ist, die erforderlichen Bauteile in ausgezeichnet arbeitender Zuordnuni/, insbesondere nach längerem Gebrauch der Maschine einzubauen und zu warten.

Mit der vorliegenden Erfindung wurde ein Präzisionspositioniergerät und ein Verfahren zu dessen Herstellung geschaffen. Das

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Gerät weist ein Paar zueinander bewegbarer Teile auf, wobei an einem der Teile eine .anzeigefähige Vorrichtung angeordnet ist, während am anderen Teil ein Anzeige- bzw. Fühlerkopf angebracht ist, welcher die anzeigbare-Vorrichtung abfühlt. Mit dem erfindungsgemäßen Gerät sollen sowohl dessen Teile genau zueinander bewegbar sein, wobei sowohl Größe als auch Richtung der Bewegung eines der Teile zum anderen festgelegt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der folgenden Erfindung ist anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 ist eine Perspektivansicht eines beispielhaft dargestellten, numerisch gesteuerten Meßgerätes, an welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einsatz gebracht ist;

Fig. 2 ist eine zum Teil schematische Ansicht des beispielhaft dargestellten Einstellgerätes nach der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines vertikal bewegbaren und eines horizontal bewegbaren Schlittens in der in Fig. 1 dargestellten Maschine; gleichzeitig ist durch Blockdiagramme das der Schlittensteuerung zugeordnete, elektrische System dargestellt;

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht des Einstellgerätes für den horizontal bewegbaren Schlitten der in Fig. 2 dargestellten Maschine; das Einstellgerät besteht aus einer Gewindeschraube und einer damit zusammenwirkenden Gewindemutter. Gleichzeitig ist ein Paar von Fühler- bzw. Tastköpfen des Geräts: dargestellt;

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Pig. 4 ist eine Schnittansicht von Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 ist eine Ansicht, durch welche die Versetzung eines der Fühlerköpfe bezüglich der zugeordneten, abtastbaren Vorrichtung dargestellt ist, wodurch die Fühler- bzw. Tastköpfe die Bewegungsrichtung der Mutter entlang der Gewindeschraube abfühlen können;

Fig. 6 ist eine' schematische Ansicht der In das elektrische System eingespeisten und abgeleiteten, elektrischen Signale während der Vorwärtsbewegung der Mutter und seiner zugehörigen Fühlerköpfe aus einer Bezugsposition;

Fig. 7 ist eine der FIg. 6 vergleichbare Ansicht unter Darstellung de'r elektrischen Signale während der Rückwärtsbewegung;

Fig. 8 der Zeichnungen ist ein Blockdiagramm der Basisbestandteile des jedem Satz der Fühlerköpfe zugeordneten, elektronischen Systems, wodurch die sinusförmigen Eingangssignale der Fühlerköpfe in Impulse umgesetzt werden, welche durch ein elektronisches Zählgerät gezählt werden;

Fig. 9 ist eine Teilansicht eines beispielhaft dargestellten Gerätes, welches verwendet wird, um beim Einstellgerät nach der vorliegenden Erfindung anzeigbare, magnetisierte Markierungen an den Gewindegängen einer Schraube anzubringen.

In Fip;. 1 der Zeichnungen ist in beispielhafter Form ein numerisch gesteuertes i-ieRreriit 2o nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Meßgerät 2o weist eine Basis 21 mit einem

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an einem Ende nach oben sich erstreckenden Ständer 22 und mit einem elektrischen Schaltkasten 23 auf, in welchem die elektronischen Steuerungselemente für das.Gerät und seine Bauteile angeordnet sind.

Das Meßgerät 2o ist mit horizontal sich erstreckenden, auf der Basis

en 21 abgesetzten Führungen 24 ausgestattet, Vielehe ein/horizontal hin- und herbewegbaren Schlitten 25 tragen. Das Meßgerät 2o ist auch mit senkrechten Führungen 29 versehen, welche am Ständer 22 angebracht sind. Diese Führungen haltern ein Laufwerk 26, welches vertikal verschiebbar ist. Das Laufwerk trägt einen im wesentlichen horizontal sich erstreckenden Arm 27, an dessen Außenende ein Fühlerkopf 3o angeordnet ist.

Der Schlitten 25 und das Laufwerk 26 werden durch das erfindungsgemäße Einstellgerät entlang ihrer Führungen bewegt. Jedes Gerät dieser Art xieist die Bezugsnummer 31 auf. Es wird lediglich das Einstellgerät 31 im einzelnen beschrieben, welches das Antriebssystem für die X-Achse aufweist, d.h. welches zur Bewegung des Schlittens 25 verwendet wird. Es versteht sich, daß die Beschreibung in gleicher Weise für das Einstellgerät 31 gilt, welches als Antrieb entlang der Y-Achse verwendet wird, um das Laufwerk 26 vertikal zu verlagern.

Der Schlitten 25 ist mit einem Arbeitstisch 32 versehen, welcher seinerseits eine Haltevorrichtung 33 trägt. Die Haltevorrichtung 33 kann zunächst durch eine manuell betätigbare Verstellvorrichtunss; 3 4 auf dem Arbeitstisch 32 ausgerichtet werden. Auf der Haltevorrichtung 33 ist in passender Weise ein Werkstück 35 befestigt, welches bezüglich des Fühlerkopfes 3o mit Hilfe der Verstellvorrichtung 3^ genau horizontal ausgerichtet werden kann, so daß eine den Fühlerkopf 3o aufweisende Meßsonde 36 an das Werkstück 3^Γλ ange-

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legt werden kann und eine Anzefee auf einem visuellen Anzeiger 37 auf dem Konsol- bzw. Schaltkasten 23 erzeugt.

Wenn ein Werkstück 35 auf dem Meßgerät 2o aufgelegt ist, wird die Meßsonde 36 durch die automatische Bewegung des Laufwerkes 26 und des Schlittens 25 zu Meßzwecken an das Werkstück 35 angelegt und wird an diesem gehalten. Die automatische Bewegung des Laufwerkes 26 und des Schlittens 25 wird durch Bandsteuerung über einen Bandkopf 38 (Fig. 2) bestimmt. Die Bewegung des Laufwerkes 26 und des Schlittens 25 wird unter Verwendung der zugehörigen Einstellvorrichtung 31 durchgeführt. Bei Bedarf kann die Haltevorrichtung 33 auch einen Drehtisch als einstückigen Bauteil aufweisen, so daß das Werkstück 35 nach genauer Einstellung der Meßsonde 36 in vertikaler und horizontaler Richtung durch diesen Drehtisch in Umdrehung versetzt werden kann, um ein Maß für den Außenumfang des Werkstückes zu erstellen.

Wie sich insbesondere aus Fig. 2 und 3 der Zeichnungen ergibt ist der bewegbare Support bzw. Schlitten 25 mit einer Strebe 41 versehen, welche mit dem Schlitten fixiert ist und durch welche der (| Schlitten mit Hilfe der Einstellvorrichtung 31 bewegt werden kann. Die Einstellvorrichtung weist einen angetriebenen Körper 42 in Form einer mit Gewinde versehenen Mutter . und einen angetriebenen Körper bzw. eine Schraube 43 auf, welche betrieblich der Mutter 42 zugeordnet ist, um die Mutter und den Schlitten 25 mit großer Genauigkeit und in einer im einzelnen zu beschreibenden Weise zu bewegen.

Die Schraube 43 ist an einem Ende 45 im wesentlichen reibungslos an der am Meßgerät 2o dargestellten Position 44 drehbar gelagert.

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Die Schraube 43 ist an ihrem Ende 45 direkt an einen Antriebsmotor 46 angeschlossen, welcher an einer fixierten Halterung 47 des. Meßgeräts angebracht ist. Das gegenüberliegende Ende der Schraube 43 ist als glatter Schaft 5o in einem Gleitlager 51 geführt. Das Gleitlager wird durch eine Halterung 52 getragen, welche an einem Bauteil des Meßgerätes 2o angebracht ist. Die Schraube 43 wird gegenüber einer axialen Bewegung durch den Motor 46 und durch das zugeordnete Gleitlager 51 gehalten, kann jedoch mithilfe des Motors auf einfache Weise in Uhrzeigerrichtung oder gegen die Uhrzeigerrichtung gedreht werden.

Die Mutter 42 ist auf die Schraube 43 aufgeschraubt und ist an der Strebe 4l fixiert. Die Strebe weist eine verhältnismäßig große Öffnung auf, so daß sich die Schraube 43 ungehindert durch sie erstrecken kann. Bei Drehbewegung der Schraube 43 in einer Richtung wird die angetriebene Mutter 42 entlang der Schraube 43 in entsprechender Richtung bewegt; wenn dagegen die Schraube 43 in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, werden die Mutter 42 und der Schlitten 25 in der entsprechenden, entgegengesetzten Richtung verlagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Schraube 43 ein herkömmliches Linksgewinde auf, während die Mutter 42 mit einer entsprechenden Gewindeöffnung ausgestattet ist. Bei Drehbewegung der Schraube 43 in Uhrzeigerrichtung, gesehen vom Motor 46 in Richtung des. Fühler- bzw. Meßkopfes 3o, wird der Schlitten 25 nach vorne bewegt, d.h. vom Motor 46 in Richtung des Meßkopfes 3o. Bei Drehbewegung dieser Schraube 43 gegen die Uhrzeigerrichtung wird der Schlitten entgegengesetzt bewegt.

Die dargestellte, mit Gewhde ausgestattete Schraube 46 besteht

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aus einem Eisenmaterial und trägt eine anzeig- bzw. meßbare Vorrichtung, welche im einzelnen ausführlicher beschrieben wird. Die Mutter 42 weist eine dieser Vorrichtung zugeordnete Meßkopf-.vorrichtung aus einem Paar von Meßköpfen 54 und 55 auf. Die Fühler- bzw. Meßköpfe 54 und 55 wirken während der Bewegung der Mutter 42 relativ zur Schraube 43 mit der anzeigbaren Vorrichtung zusammen und bestimmen genau jegliche Relativbewegung zwischen Mutter und Schraube. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird die Relativbewegung als die Schraubbewegung der Mutter 42 entlang der Sehraube 43 bezeichnet und kann als Axialbewegung benannt werden, welche die Mutter 42 entlang der Schraube 43 vom Ende 45 ausführt. Das Ende 45 wirkt mit der fixierten Bezugsposition 44 zusammen.

Die Meßköpfe 54 und 55 sind der anzeigbaren Vorrichtung an der Schraube 53 zugeordnet und bestimmen nicht nur die Größe der Bewegung der Mutter 42 und damit des Schlittens 25, ausgehend von der Bezugsposition 44, sondern auch die Bewegungsrichtung der Mutter 42, wiederum ausgehend von der BezussDosition 44, wie im einzelnen in Zusammenhang mit dem elektrischen System beschrieben und dargestellt wird, durch welches die Meßköpfe 54 und 55 betätigt werden.

Die Schraube 43 kann von herkömmlichem Aufbau sein und weist Gewindegänre 56 mit im wesentlichen flacher Gewindespitze auf. Jeder Gewindegang-56 ist mit der bereits erwähnten, anzeigbaren Vorrichtung ausgestattet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung besteht die anzeigbare Vorrichtung aus mehreren, Im Abntänd zueinander angeordneten und magnetisieren r.en, Vielehe zur einfacheren Darstellung durch Linien 57

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den Fign. 3 und 5 angegeben sind. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die magnetisierten Markierungen aus dem Auge unsichtbaren, magnetisieren Flächenbereich bestehen. Die Meßköpfe 54 und 55 besitzen die Form magnetischer Fühler- bzw. Meßköpfe, durch welche die magnetisierten Markierungen 57 leicht angezeigt werden können.

Der angetriebene Körper bzw. die Mutter 42 besteht vorzugsweise aus einer geteilten Mutter. Diese weist zusammenwirkende Teile 61 und 62 auf, welche in passender Weise unter Verwendung geeigneter Abstandselemente oder Scheiben miteinander verbunden sind, so daß jeder Teil 61 oder 62 gegen eine Fläche eines zugehörigen Gewindeganges gedrückt wird, während der andere Teil gegen eine entgegengesetzt ausgerichtete Fläche eines zugehörigen Gewinde-ganges gedrückt wird. Durch diese Konstruktion kann die Mutter 42 in beiden Richtungen entlang der mit Gewinde versehenen Schraube 43 so bewegt werden, daß kein Gewindespiel bei Bewegungsumkehr auftritt. Um den Reibungswiderstand auf ein Mindestmaß zu reduzieren und um einen glatten Eingriff zu gewährleisten kann die Mutter 4 2 die Form einer Kugelmutter besitzen, "wobei in Umlauf bewegbare Kugellager eingesetzt werden, die in bekannter Weise durch äußere Röhren bzw. Führungen 63 gehalten sind. Die Miitter 4 2 ist mit ihrem Teil 62 in geeigneter Weise an der- Strebe 4l befestigt»

Die Meßköpfe 54 und 55 des dargestellten Ausführungsbeispiels besitzen die Form magnetischer Meßköpfe. Jeder dieser Meßkönfe kann zum Auftragen bzw. Schreiben, der magnetisierten Markierungen 57 an der Gewindespitze jeden Gewindegangefi 56 als auch zum Ablesen oder Messen dieser Markierungen 57 peeignet sein.

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Die Meßköpfe 54 und 55 sind an Halterungen 64 und 65 befestigt, welche ihrerseits am Teil 61 der Mutter 42 angebracht sind. Die Meßköpfe können in geeigneter Weise an ihren zugehörigen Halterungen 64 und 65 befestigt werden, wobei an diesen Halterungen und am Teil 61 der Mutter Vorrichtungen angeordnet sind, um die Halterungen 64 und 65 winklig zueinander einzustellen. Dadurch wird gewährleistet, daß die Meßköpfe genau bezüglich der magnetisierten Markierungen 57 in Stellung gebracht werden, um sinus-kosinusförmige elektrische Ausgangssignale zu erzeugen. Der Grund hierfür wird im einzelnen noch im Verlauf der Beschreibung ausgeführt. Obwohl die Meßköpfe 54 und 55 der dargestellten Ausführungsform im wesentlichen durch den Teil 61 der Mutter getragen werden, ist es offensichtlich, daß die Meßköpfe durch die Mutter 42 in jeder beliebigen Form getragen werden können.

Jeder Gewindegang 56 weist eine flache Gewindespitze in bereits erwähnter Weise auf; die magnetisierten Markierungen 57 befinden sich im Abstand zueinander auf der flachen Gewindespitze und sind so ausgerichtet, daß sie durch die Meßköpfe 54 und 55 leicht abgefühlt werden können. Die Gewindegänge 56 können indessen jede geeignete Ausgestaltung besitzen und müssen nicht notwendigerweise flache Spitzen aufweisen, vorausgesetzt, daß die magnetisierten Markierungen vorzugsweise an den Spitzen jeweils jeden Gewindeganges angebracht werden können, und zwar dort, wo sie durch die Meßköpfο abgefühlt werden.

Wie sich aus Pig. 2 und 3 der Zeichnungen ergibt, wird die Einstellvorrichtung 31 für die X-Achse durch die Schraube 43 und durch die Mutter ^l\2 bestimmt. Diese weisen eine gemeinsame Achse 66 auf, welche horizontal- und parallel zur Bewegung des Schlittens 25 ausge-

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richtet ist. Da die Meßköpfe 54 und 55 an der Mutter 42 befestigt sind und da die magnetisierten Markierungen 57 auf den Gewindegängen

56 der Schraube 43 angebracht sind, ist es offensichtlich, daß der Antriebs- und Anzeigeteil der Einstellvorrichtung 31 eine gemeinsame Achse, nämlich die Achse 66 besitzen. Durch diese Anordnung wird eine wesentliche Fehlerquelle vermieden, welche bei zum Stande der Technik gehörenden Geräten darin zu sehen ist, daß die Achsen des Schlittenantriebes und eines Anzeigegerätes miteinander nicht fluchten.

Die Meßköpfe 54 und 55 sind bezüglich der magnetisieren Markierungen

57 so ausgerichtet, daß einer der Meßköpfe direkt über einer zugehörigen Markierung zu liegen kommt, während der andere Meßkopf unter einem bestimmten Abstand zwischen einem Paar zugehöriger Mar- · kierungen ausgerichtet ist. So ist insbesondere der Meßkopf 54 beim Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung direkt über eine Markierung 57 ausgerichtet, welche in Fig. 5 der Zeichnungen durch Bezugsnummer 67 dargestellt ist, während der Meßkopf 55 unter einem Abstand von 6,3 mm von der nächsten Markierung 57 in Richtung der nächsten Markierung, durch Bezugsnummer 68 dargestellt, ausgerichtet ist.

Jeder der einer/nagnetisiertenMarkierung 57 zugeordneten Meßköpfe und 55 erzeugt ein Ausgangssignal, welches im wesentlichen sinusförmig ist, wenn der Meßkopf entlang der Schraube 54 bewegt wird. Die Pla-zierung der Meßköpfe 54 und 55 in beschriebener Weise bewirkt, daß der Meßkopf 54 ein Ausgangssignal in Form einer Sinuswelle erzeugt, während die Versetzung des Meßkopfes 55 um etwa 9o^ in beschriebener Weise bewirkt, daß der Meßkopf 55 ein Ausgangs-

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signal in Form einer Kosinuswelle erzeugt. Diese Beziehung von Sinuswelle-zu Kosinuswelle ermöglicht die Bestimmung der Bewegungsrichtung der Meßköpfe 54 und 55 s ausgehend von der Bezugsposition 44. Die den Meßköpfen 54 und 55 zugeordneten, elektrischen Schaltungen modifizieren die durch jeden Meßkopf aufgenommenen Signale und setzen diese Signale in verwendbare, elektrische Impulse um. Diese Impulse können gezählt werden, um die Größe und Bewegungsrichtung in im einzelnen dargestellter Weise zu bestimmen.

Die magnetischen Meßköpfe 54 und 55 fühlen die Magnetflußdichte der magnetisieren Markierungen 57 ab und erzeugen ein elektrisches Ausgangssignal j welches proportional zur Größe ist, d.h. proportional zur Stärke der Flußdichte. Die Meßköpfe 54 und 55 können Flußbrücken elemente bekannter Konstruktion sein, welche ein Ungleichgewicht des Flusses abfühlen bzw. anzeigen, obwohl keine Relativbewegung zwischen der Schraube 43 und der Mutter 42 besteht. Bei den Meß- ' köpfen 54 und 55 ist deshalb keine Bewegung bzw. keine Unterbrechung der magnetischen Kraftlinien erforderlich, um ein Ausgangssignal zu erzeugen. Da die Meßköpfe 54 und 55 von bekannter Konstruktion sind, erübrigt sich eine ins einzelne gehende Beschreibung ihres Aufbaus und ihrer Arbeitsweise. Es versteht sich, daß die Magnetköpfe 54 und 55 auch der eine Außenerregung erfordernden Ausführungsform entsprechen können. Diese Erregung kann in an sich bekannter Weise vorgenommen werden, um zu gewährleisten, daß bei in stationärer Position befindlicher Mutter 42 und Schraube 43 verwendbare Ausgangssignale mit Hilfe der Meßköpfe 54 und 55 erzeugt .werden können. Die Signale der Meßköpfe 54 und 55 werden über LeitunKen 7o einem der X-Achse zugehörigen, elektronischen Kreis zugeführt.

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Wie sich aus Fig. 2 und 6 der Zeichnungen ergibt ist die Anordnung der Meßköpfe 54 und 55 so getroffen, daß bei einer nach vorne gerichteten Bewegung von Mutter 42 und Schlitten 25, d.h. bei einer von der fixierten Bezugsposition 44 in Richtung der Meßsonde 3o durchgeführten Bewegung das sinusförmige, bei Bezugsnummer 71 dargestellte Signal vom Meßkopf 54 und das um etwa 9o° nacheilende vom Meßkopf 55 erstellte Signal 72 in den der X-Achse zugeordneten, elektronischen Kreis eingeleitet werden₍welcher durch ein Blockdiagramm und durch die Bezugsnummer 73 dargestellt ist. Die sinusförmigen Signale werden durch den elektronischen Kreis bzw. das System 73 verwendbar gemacht, so daß bei einer nach vorne gerichteten Bewegung genau bestimmbare, verwendbare Impulse erzeugt werden, welche die bei 74 in Fig. 6 dargestellte Form aufweisen. Die Impulse 74 werden einem logischen Netzwerk 75 über Leitungen 76 und 77 (Fig· 2) zugeführt, wo sie mit Befehlssignalen des Eingangskreises verglichen werden, der im dargestellten Ausführungsbeispiel aus Eingängen vom Bandkopf 38 besteht. Wahlweise kann vom zur Steuerung dienenden, logischen Netzwerk ein Ausgangssignal einem (nicht dargestellten) Rückkopplungssystem zugeführt werden, wobei der Ausgang in bekannter Weise zur Erregung des Motors 46 und zur Einstellung des Schlittens 25 als Funktion des Befehlssignals vom Rückkopplungssystem eingesetzt wird. Die Ausgangsimpulse der bei mit Bezugsnummer 64 dargestellten Art können auch über Leitungen 76 einem reversiblen, elektrischen Zähler 78 zugeführt werden, welcher betrieblich einer visuellen Anzeigevorrichtung 79 zugeordnet ist. Diese kann ihrerseits die genaue Position des Schlittens 25 bezüglich der Bezugsposition aufzeigen, beispielsweise durch Anzeige eines entsprechenden, dimensionalen Maßes, Bei der entgegengesetzten Bewegung des Schlittens 25 löuft das sinusförmige Signal des Meßkopfes 54, durch Bezugsnummer Bo in

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Pig. 7 dargestellt, hinter dem durch den Meßkopf 55 erzeugten, durch Bezugsnummer 81 dargestellten Signal um etwa 9o° nach, wenn es in den elektronischen Kreis 73 der X-Achse eingeführt wird. ■In diesem elektronischen Kreis bzw. in dieser Schaltung wird das Signal modifiziert und verwendbar gestaltet. Bei einer entgegengesetzten, d.h. rückwärts laufenden Bewegung werden genau definierte, verwendbare Impulse erzeugt, welche die durch Bezügsnummer 82 dargestellte Gestaltung aufweisen. Die für die Rückführungsbewegung erzeugten Impulse werden auch dem logischen Netzwerk 75 über Leitungen 76 und 77 und dem reversiblen Zähler 78 über die M Leitungen 76 zugeführt.

Wie bereits erwähnt wurde bezieht sich die ins einzelne gehende Beschreibung der Einstellvorrichtung 31 und der elektronischen Schaltung, welche, dem Antriebs- und Einstellanzeigesystem zugeordnet sind, auf den horizontal bewegbaren Schlitten 25; es ist jedoch offensichtlich, daß im wesentlichen identische Bauteile für die Einstellvorrichtung 31 zum Einsatz kommen, die dem vertikal bewegbaren Laufwerk 26 zugeordnet ist. In entsprechender Weise wird das elektronische System der Y-Achse auch in einem Blockdia- ~ gramm dargestellt und durch die Bezugsnummer 73, gefolgt durch den Zusatz A wiedergegeben. Auf eine ins einzelne gehende Beschreibung wird indessen verzichtet. Die elektrischen Leitungen der Meßköpfe 54 und 55, welche der Einstellvorrichtung 31> dem elektronischen System und anderen, elektrischen Bauteilen für das Y-Achsensystem zugeordnet sind, weisen gleichfalls gleiche Bezugsnummern wie die entsprechenden Leitunpen des X-Aohsensystems auf, sind indessen durch den Zusatz Λ weiter gekennzeichnet.

In PIr. 8 der Zeichnungen ist eine ins einzelne gehende Darstellung

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der Bauteile des elektronischen Systems der X-Achse dargestellt, d.h. die Bauteile des elektronischen Systems für die Einstellvorrichtung 31 des horizontalen Schlittens 25. Die Darstellung gemäß Fig. 8 wurde unter Verwendung von Blockdiagrammen vorgenommen.

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Die Wellenform/der elektrischen Signale, welche an den wesentlichen Bauteilen des Systems entstehen, wurden zum Zwecke des Verständnisses aufgezeigt. Die einzelnen, elektrischen Bauteile der in Fig. 8 dargestellten Anordnung können von bekannter Konstruktion sein, so daß die aus Fig. 8 ersichtliche Darstellung zum Verständnis des arbeitenden Systems ausreicht.

Zur einfacheren Darstellung werden verschiedene Bezugsnummern verwendet, welche jeweils die verschiedenen Wellenformen der an den Bauteilen entstehenden Signale anzeigen. Jede Bezugsnummer kann abwechselnd dazu verwendet werden, entweder die Wellenform oder das elektrische Signal zu benennen. Die Wellenformen der Signale werden durch ausgezogene Linien wiedergegebene und entsprechen der Vorwärtsbewegung des Schlittens 25· Einige Signale sind durch gestrichelte Linien dargestellt; die durch gestrichelte Linien dargestellten Wellenformen sind der Rückwärtsbewegung des Schlittens zugeordnet.

Das Signal des magnetischen Meßkopfes 5^ wird durch die Bezugsnummer 71 dargestellt und läuft dem Signal des durch Bezugsnummer 72 dargestellten Signals vom Meßkopf 55 um 9o° voraus. Die Signale

in
werden/einem Verstärker 85 verstärkt. Die verstärkten Signale der Meßköpfe 54 und 55 weisen die durch Bezugsnummern 86 und 87 dargestellten Wellenformen auf. Die Signale aus dem Verstärker werden einem GleLdrstrom-Niveau-Umsetzer 9o zugeführt, so daß die Wellenformen 86 und 87 in verstärkte Wellenformen, durch Bezugsnummern 91 und 92 dargestellt, umgewandelt werden.

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Die durch Bezugsnummern 91 und 92 dargestellten Signale werden daraufhin einem Multivibrator bzw. einer Flip-Flop-Schaltung 93 zugeführt. Die Flip-Flop-Schaltung 93 besteht im wesentlichen aus einem Rechteckwellengerät, welches verwendet wird, um aus den grob sinusförmigen Signalen des Gleichstrom-Niveauumsetzers 9o rechteckige Wellenformen zu erzielen, wodurch die an der Flip-Flop-Schaltung 93 abgeführten Signale die durch Bezugsnummern 94 und dargestellte Wellenform besitzen. Die Signale 94 und 95 werden einem Umwandler bzw. Inverter 96 zugeführt, welcher ein Paar von gegenphasigen Signalen mit Wellenformen 97 und 98 erzeugt.

Die Signale 97 und '98 werden einem summierenden Netzwerk loo zugeleitet, welches zwei gleiche Kanäle lol und Io2 aufweist. Der Kanal IqI nimmt nur die Zählimpulse der Vorwärtsbewegung auf, während der Kanal Io2 die Impulse der Rückwärtsbewegung aufnimmt. Jeder Kanal lol und Io2 ist mit Sätzen von Dioden Io3 und Io4 ausgestattet, wobei jeder Diodensatz nur ein negatives Signal passieren läßt.

Die Wellenformen der Signale des summierenden Netzwerkes lol bei nach vorne gerichteter Bewegung des Schlittens 25 sind durch Bezugsnummer Io5 und Io6 dargestellt, wobei das Signal des Meßkopfes 54 voraneilt. Die bei nach vorne gerichteter Bewegung erzeugten Signale Io5 und Io6 werden einem monostabilen Multivibrator llo zugeleitet, so daß die Signale aus dem Multivibrator Ho die mit Bezugsnummer 111 und 112 dargestellten Wellenformen besitzen. Das Signal 112 ist also nicht verwendbar, während das Signal 111 ein genau bestimmtes, verwendbares Signal darstellt, welches ■]prn zur Steuerung dienenden, logischen Netzwerk 75 und dem Zähler ⁷H (al ο Zähl impulse für die Vorwärtsbewegung) unter Verwendung der Lnituni'fin 7G zu,p,efühz't wird. _βΑρ.'_ΛηΐΛ,._1Λ1

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Während der Rückführungsbewegung des Schlittens 25 ist das Signal durch den für die Rückführung dienenden Kanal Io2 so bemessen, daß es die bei 114 dargestellte Wellenform besitzt, wenn das modifizierte Signal des Meßkopfes 55 am summierenden Netzwerk loo austritt, während die modifizierten Signale vom Meßkopf 54 ctLe bei

115 dargestellte Wellenform besitzen. Die Signale 114 und 155 werden während der Rückführungsbewegung dem Multivibrator llo zugeführt, so daß die vom Multivibrator abgehenden Signale die bei

116 und 117 dargestellten Wellenformen besitzen. Das Signal 117 ist nicht verwendbar, während das Signal II6 ein bestimmtes, verwendbares Signal darstellt, welches dem logischen Netzwerk 75 und dem Zähler 78 (als Zählimpulse für die Rückwärtsbewegung) unter Verwendung der anderen der Leitungen 76 zugeführt werden kann.

Auf diese Weise sind die Dioden bei Io3 und Io4 wirksam, um den Durchgang positiver Spannungen zu blockieren und um nur negative Spannungen, d.h. Signale durch den monostabilen, strömungsabwärts liegenden Multivibrator llo durchzulassen. Während der Vorwärtsbewegung des Schlittens 25 treten nur der Vorwärtsbewegung entsprechende Impulse 111 aus dem Multivibrator llo aus, während feei der Rückwärtsbewegung nur der Rückwärtsbewegung entsprechende Impulse II6 aus dem Multivibrator llo austreten.

Durch die Einstellvorrichtung 31 der vorliegenden Erfindung wurde ein Antriebsgerät geschaffen, durch welches genau ein dem Gerät zugehöriger Körper wie die Mutter 4 2 mit daran befestigtem Schlitten 25 entlang einer Präzisionsschraube 43 bewegbar ist. Die Einstellvorrichtung 3I ist mit einer elektrischen Schaltung vorgesehen, durch welche sowohl Größe als auch Richtung der Bewegung

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des Schlittens 25 bezüglich einer Bezugsposition 44 bestimmbar sind. Dies geschieht mit Hilfe zugeordneter Meßköpfe, welche sinusförmige Ausgänge und sinus-kosinusförmige Beziehung zueinander aufweisen.

Die Mutter 42 und die Sehraube 43 können von geeigneter, herkömmlicher Konstruktion in bereits beschriebener Weise aufgebaut sein, und können entsprechend auf herkömmlichen Maschinen hergestellt werden. Die Herstellungskosten können auf einem Mindestmaß gehalten werden, obwohl durch die vorliegende Erfindung ein Präzisionsgerät geschaffen wurde, welches mit meß- bzw. anzeigbaren

Elementen wie den magnetisierten Markierungen der Schraube 43 ar- ~ beitet.

Nach der Herstellung der Schraube 43 und der Mutter 42 werden diese Teile in geeigneter Weise betrieblich einander zugeordnet, indem die Mutter entlang der Schraube 43 geschraubt wird. Die Mutter kann in geeigneter Weise vorgespannt werden, indem die Teile 61 und 62 relativ zueinander bewegt und in ihrer Position fixiert v/erden, wodurch jeglicher toter Gang, hervorgerufen durch Drehbewegung der Mutter 42 entlang der Schraube 43, vermieden wird. Die Jj Schraube 43 und die Mutter 42 werden daraufhin in zusammengesetztem Zustand an einer zugehörigen Befestigung 118 (Fig. 9) angebracht.

Insbesondere kann die Mutter 42 an einem Schlitten 119 befestigt werden, der in genauer, geradliniger Bahn entlang von Führungen 12o bev/epjbar ist. Eine'pausende Heß- bzw. Fühlervorrichtunp; in Form eines .Meftkonfeo ^rj4 , welche beim vorliegenden Beispiel als wchroJ.bkoof verwendet wird, wird mit der Mutter 42 verbunden und

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so ausgerichtet, daß er anzeigbare Elemente in Form magnetisierter Markierungen 57 am Umfang der Schraube 43 und zwar unter Steuerung einer zugehörigen Steuerungseinheit 122- aufträgt. Die Mutter 42 wird an einem Ende der Schraube 43 auf diese aufgeschraubt, während ein unabhängiges Meßgerät 123 der Mutter 42, bei 124 dargestellt, betrieblich zugeordnet wird.

Die Schraube 43 ist an einem Ende in einem Lager 125 gelagert, während sie an dem gegenüberliegenden Ende direkt an einen Motor 126 angeschlossen ist. Auf diese Weise ist sie gegen eine Axialbewegung abgesichert. Die Schraube 43 wird durch den Motor 126 in Umdrehung versetzt und ruft entsprechend eine Axialbewegung der Mutter 42 entlang der Schraube hervor. In bestimmten Axialpositionen der Mutter 42 entlang der Schraube 43, was durch das Meßgerät 123 bestimmt wird-, wird die Steuerungseinheit 122 erregt, um den Meß- bzw. Schreibkopf 54 gleichfalls zu erregen. Dieser plaziert eine entsprechende, magnetische Markierung 57 auf dem Teil des unterhalb des Meßkopfes 54 befindlichen Gewindeganges 57·

Wenn die Mutter 42 vollständig von einem Ende der Schraube 43 zum anderen gewandert ist, befindet sich auf der Schraube eine vollständige, spiralförmige Spur magnetisierter Markierungen 57. Die Impulse können genau im Abstand zueinander angeordnet werden, so daß die Entfernung bzw. Trennung zwischen ,jeweils einem Paar von magnetisieren Markierungen einer bestimmten Linearbewegung der Mutter 42 entlang der Achse der Schraube 43 entspricht. Dieses Verfahren kann zu einer ungleichförmigen Plazierung der magnetisieren Markierungen 57 am Umfang der Schraube führen; die magnetisieren Markierungen weisen jedoch einen geeigneten Abstand der magnetisieren Markierungen bezüglich der Bewegung.in Axialrichtung auf.'

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Sollte die Kombination aus Schraube und Mutter daraufhin getestet werden und es sich herausstellen, daß die Plazierung der magnetisierten Markierungen 57 nicht mit erwünschter Genauigkeit vorgenommen wurde, können sie auf einfache Weise magnetisch gelöscht werden. Der erste Gewindegang der Schraube 43 wird daraufhin zur für die Kalibrierung bzw. Eichung dienenden Befestigung 118 zurückgeführt , woraufhin ein neuer Satz magnetisierter Markierungen auf der Schraube plaziert wird.

In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Meßgerät mit weitem Meßbereich schematisch als optisches Rastersystem dar- ~ gestellt. Dieses System verwendet reflektierende Raster einschließlich eines länglichen, fixierten Skalenrasters und eines bewegbaren, verhältnismäßig kurzen Einstellrasters. Dem System sind die erforderlichen Bauteile zugeordnet einschließlich einer Lichtquelle, fotoelektrischer Zellen, einer Kollimatorlinse etc. Da Meßgeräte dieser Art als bekannt anzusehen sind, werden sie im einzelnen nicht dargestellt. Es ist auch offensichtlich, daß andere Meßgeräte mit weitem Meßbereich mit der Befestigung 118 verwendet werden können, so beispielsweise ein Laserinterferometer. g|

Für gewisse Anwendungszwecke der vorliegenden Erfindung können die Schraube 43 und die Mutter 42 in ihrer Lage an einer zugehörigen Maschine, wie das Gerät Po angebracht werden. Ein unabhängiges i'ieiigerät, wie das Meßgerät 123 l'ann in seiner Lage angeordnet und am Ende der !"utter 42 betrieblich zugeordnet werden, so daß bei Drehbewegung der Schraube 43 die Mutter axial entlang der Schraube bowep.t wird. Maftnetisierte Markierungen 57 können aus ■v-r .'lohraube' 43 unter Verwendung des Meß- bzw. Schreibkopfes 54 plaziert v/erden. Durch dieses .Verfahren werden automatisch Fehler

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bei der Herstellung einer besonderen Kombination von Schraube und Mutter ausgeglichen. Fehler bzw. Ungenauigkeiten beim Einbau von Schraube und Mutter und zugehörigen Bauteilen an einer jeweiligen Maschine werden auch ausgeglichen.

Die durch die spiralförmige Bahn der Gewindegänge auf der Schraube 43 gebildete, lange Spur ergibt eine verhältnismäßig lange, lineare Bahn, an welcher magnetisierte Markierungen für eine bestimmte axiale Bewegung der Mutter 42 entlang der S.chraube 43 aufgebracht werden. Auf diese Weise kann offensichtlich die Genauigkeit

^ reduziert werden, mit welcher die magnetisierten Markierungen auf der Schraube 43 zu plazieren sind; dementsprechend steigt die Genauigkeit des Systems im ganzen an. Falls der Stand der Technik Rasterlinien eines optischen Systems auf einige Tausend Linien bzw. Striche pro 25 ₅ 4 mm beschränkt, ist das Gesamtsystem in seiner Genauigkeit entsprechend begrenzt. Wenn jedoch eine Schraube 43 mit einem Durchmesser von 76,7 mm beispielsweise und mit vier Gewindegängen pro 25,4 mm verwendet wird, können nahezu 4o.ooo Striche pro 25 j4 mm Axialbewegung aufgetragen bzw. abgefühlt werden. Offensicht-

■fejl lieh ergibt dies beträchtliche Verbesserungen gegenüber Geräten bekannter Art, deren Funktionsweise dem Meßgerät 31 vergleichbar ist.

Die Beschreibung legt die Vermutung nahe, daß die Auftragung der magnetisierten Markierungen eine intermittierende Bewegung der Mutter 42 entlang der Schraube 43 erfordert, um jeweils eine magnetisierte Markierung mithilfe des Schreibkopfes 54 auf der Schraube 43 aufzubringen, während der Schreibkopf bezüglich der Schraube still liegt. Indessen kann die Schraube 43 kontinuierlich gedreht werden, um die Mutter 4 2 entlang der Schraube zu bewegen, während

magnetisierte Markierungen 57 bei kontinuierlicher Bewegung der Mutter 42 entlang der Schraube 43 aufgetragen werden.

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Beim erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind die Meßköpfe 54 und 55 als magnetische Meßköpfe bzw. Fühfer dargestellt, während die anzeigbaren Elemente als magnetisiert© Markierungen 57 wiedergegeben sind. Das Konzept eines Antriebes bzw. einer Einstellvorrichtung und eines Positionsanzeigers als Baueinheit kann jedoch nicht nur dort eingesetzt werden, wo die anzeigbaren Elemente aus magnetisierten Markierungen 57 bestehen, während die Meßköpfe aus magnetischen Meßköpfen 54 und 55 aufgebaut sind; stattdessen können die Markierungen auch von mechanischer Wirkungsweise sein und als geschriebene oder fotografische Linien gebildet sein.

■ ■

Diese können beispielsweise durch einen auf eine fotografische Emulsion auf dem Gewindegang auftreffenden Lichtstrahl gebildet werden. In gleicher Weise können die zugehörigen Meßköpfe elektrooptische Meßköpfe zur Erzeugung sinusförmiger Ausgangssignale sein, die den im Zusammenhang mit den magnetischen Meßköpfen 54 und 55 beschriebenen Signalen gleichen.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wurde nur ein Paar von Meßköpfen 54 und 55 dargestellt; jeder der Meßköpfe 54 und 55 kann betrieblich einer Mehrzahl von magnetisierten Markierungen 57 zugeordnet werden und erzeugt ein durchschnittlich sinusförmiges Ausgangssignal, welches verstärkt und in passender V/eise zur weiteren Verwendung in bereits beschriebener Weise umgesetzt werden kann. Die Meßköpfe 54 und 55 können, anstatt in dargestellter Weise im Abstand von der Schraube 43 angeordnet zu

in
werden, und/Gleitkontakt an der Schraube 43 während der Bewegung

der Mutter 42 anliegen .

Wenn ein liinstellgerät unter Verwendung eines magnetischen Systems verwendet wird, liegt es vollkommen im Rahmen der Erfindung,magne-

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tisierte Markierungen 57 an der Schraube 43 anzuordnen, wobei jede der Markierungen klar erkennbare Nord- und Südpole aufweist. Auf diese Weise kann ein einzelner Meßkopf eingesetzt werden, welcher nicht nur die Bewegungsgröße einer Schraube 42 gegenüber einer Bezugsposition 44 anzeigt, sondern welcher auch die Bewegungsrichtung, ausgehend von dieser Bezugsposition, angibt.

Das Antriebs- bzw. Einstellsystem des erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels ist als Gewindeschraube 43 und als damit zusammen- -

^ wirkende Kugelmutter 4-2 dargestellt. Es ist jedoch als innerhalb der Erfindung liegend anzusehen, andere Stellgeräte zu verwenden, ob es lineare Stell- bzw. Antriebskörper, drehbare Stellkörper oder Kombinationen von beiden sind. Diese Stellkörper können durch mechanische, elektrische oder durch druckmittelbetätigte Antriebe beaufschlagt werden. Unabhängig von seiner Art ermöglicht jeder einzelne Stellkörper eine mit großer Genauigkeit arbeitende Einstellung als auch eine Präzisionsanzeige der Position gegenüber einer Bezugslage. Es kann darüberhinaus jede geeignete elektronische Schaltung verwendet werden, um die Bezugs- oder iiullposition

W auf jeden Punkt entlang der Schraube 43 zu verlagern und um eine Präzisionsanzeige der Position in beiden Richtungen gegenüber der Bezugsposition zu erstellen.

Jede magnetisierte Markierung 57 wurde als ein Signal erzeugend dargestellt, wobei das Signal durch einen zugehörigen Meßkopf aufgenommen und in im einzelnen beschriebener Weise weiterverwendet wird. Unter Verwendung bekannter, elektronischer Verfahren können Signale zwischen jedem Paar magnetisierter Markierungen 57 erzeugt werden, um eine Interpolation zwischen den Markierungen und damit eine genauere Anzeige der Position zu erreichen. ~ ²3 -

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Claims

_?v 2Ü23490

The Bendix Corporation

Executive Offices
Bendix Center

Southfield, Michigan 48o75/USA

- Anwaltsakte M-Il74

Patentansprüche

f 1.)Gerät zur Relativbewegung zweier Körper, von welchen einer durch den anderen angetrieben wird, und zur genauen Bestimmung der Relativbewegung zwischen den Körpern unter Verwendung von den zwei Körpern zugeordneten, anzeigbaren Elementen und Meßköpfen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßköpfe (5¹I, 55) während der Relativbewegung elektrische Signale erzeugen, welche zur Bestimmung der Bewegungsgröße und Bewegungsrichtung eines der Körper (42. 43) gegenüber einer Bezugsposition dienen.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (43) der Körper auf einem Bauteil einer Maschine (21) angeordnet ist, und daß der andere (42) der Körper an einer bewegbaren Halterung (25) der Maschine angebracht ist.
3. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßkopfvorrichtung aus wenigstens zwei Meßköpfen (54, 55) gebildet werden, die im Abstand zueinander angeordnet sind und während der Bewegung je ein sinusförmiges, elektrisches Signal erzeugen,

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wobei einer der Meßköpfe ein Sinussignal erzeugt, während der andere Meßkopf ein Kosinussignal erzeugt. .
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die anzeigbaren Elemente (56) aus mehreren, im Abstand zueinander angeordneten, magnetisierten Markierungen (57) bestehen, und daß die Meßkopfvorrichtung (54, 55) wenigstens einen magnetischen Schreib-Meßkopf aufweist, durch welchen magnetisierte Markierungen (57) in bestimmten Abständen zueinander aufgetragen werden können und durch welchen gleichzeitig jeweils jede der Markierungen genau anzeigbar ist.
5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Körper (42, 43) eine gemeinsame Achse (66) besitzen, entlang welcher die Relativbewegung der zwei Körper fortschreitet.
6. Gerät nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß einer der Körper (43) aus einer Gewindeschraube besteht, welche reversibel drehbar an einem Ende an einer fixierten Bezugsposition einer Maschine gelagert ist, während der andere Körper aus einer zugeordneten Gewindemutter (42) besteht, welche an einer Halterung (21) der Maschine angebracht und mithilfe der Schraube (43) auf der Maschine hin- und herbewegt werden kann.
7· Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere magnetisierte Markierungen (57) auf jedem Gewindegang der Schraube nahe der Gewindespitze angeordnet sind.
8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mutter (42) aus zwei zusammenwirkenden Teilen (61, 62) besteht, welche an den entgegengesetzten Flächen angrenzende fiewindep;anp;ender

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Schraube (43) verspannt werden können, um einen Leerlauf bei Dreh-Richtungswechsel der Schraube zu verhindern.

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46 _m Leerseife