DE2145879A1

DE2145879A1 - Lagenmeßgerät

Info

Publication number: DE2145879A1
Application number: DE19712145879
Authority: DE
Inventors: Frederick Daniel London; Boyd Gordon Andrew Dorking Surrey; Prince (Großbritannien)
Original assignee: Autologic Ltd
Current assignee: Autologic Ltd
Priority date: 1970-09-22
Filing date: 1971-09-14
Publication date: 1972-03-23
Also published as: GB1301163A; FR2108491A5

Description

Die Lrfindun^ Louriii't ein L-*gennie 13;.,er'it sux.i hessen von strecken, Stellungen und Bewegungen K\»eier zueinander beweglichen Seile zum automatischen Inrrfcellungbringen von Teilen, beispielsweise in einem liy3 f;om zur numerischen Steuerung einer Werkzeugjoaschine.

Die Erfindung umfaßt ein Lagenmeßgerät, welches aus mindestens vier induktiven Elementen besteht, welche lüngG einer Strecke nebeneinander angeordnet sind, v/obei ein üopplungoteil sich längs dieser Strecke bewegt. Veiterhin sind Schaltmittel vorgesehen, die aus den induktiven Elementen eine Gruppe von drei nebeneinanderliegenden Elementen auswählen, wobei das mittlere Element der ausgewählten Gruppe an einen Oszillator --mgecphloosen wird. Die anderen beiden

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Elemente der ausgewählten Gruppe sind gs^oneinoider in Serie geschaltet und mit einer Amplitudsnmeßeiiirichtung verbunden. Weiterhin ist ein Zähler ^/Cx_oa-εelien, der von der AiaplitudenrdeBvorrichtung geeteuert wird»und seinerseits die Schaltmittel to steuert, daß aufeinanderfolgende Gruppen von Elementen geschaltet ν erden, wenn sich des Lopplungf.'teil längs der Strecke bewegt.

Das System gemäß der Erfindung kann dazu dienen, den Abstand des Kopplungsteiles oder irgendeines -meieren damit verbundenen Teils von einer lief er enae teilung zu messen, Eine derartige Messung ist erhältlich von der Zahl, welche im Zähler registriert ist, und von der Amplitude des Signals, welches ?.n der Amplitudenmeßeinrichtung anliegt. Die vom Zähler registrierte Zahl ist bestimmt durch die Gruppe der durch die Seholtmittel ausgewählten induktiven Elemente, und die Implitudenmeßeinrichtung zeigt die Stellung des I.cpplun^rteils innerhalb der ausgewählten Gruppe. D-?g Lopplungcteil ist so ausgelegt, daß v/enn es sich im Bereich einer bestimmten Gruppe von induktiven Elementen befindet, es das mittlere Element der Gruppe mit den beiden anderen Elementen koppelt und somit bewirkt, daß eine Wechselspannung in den anderen beiden Elementen induziert wird. Da diese beiden anderen Elemente in Serie, jedoch gegeneinander, geschaltet sind, ist die Amplitude des resultierenden Signals ein Kaü für die Stellung des Kopplungsteils relativ zu dieser ileiLentengruppe.

Das Lagenmeßgerät gemäß der Erfindung kann dazu verwendet werden, eine Verstellbewegung zu steuern, indem

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Clic re^ir-trierte Zahl und die Amplitude des an der ."'npliturler^i? !vorrichtung anliegenden ijignnle verrlichen werden uit den G-robwerten und den ITeinwerten der eingegebenen, gewünschten Stellung, wobei ein oder riehrare Lervösysteme in Abhängigkeit vom durch den Vergleich eich ergebenden Pehlersignals gesteuert werden.

!.,in .luf-'alirun^Gbeispiel der Erfindung wird nachfolgend riiilr nd der Zeichnungen näher erläutert. Lb zeigen:

die ii_L;. 1 eine perspektivische Δηε-icht eines "/rncllerc, "ic er in der IJrxindun^ verwendet wird,

dc Ji₀. '- einen Lclmitt durch den Urndlor ,;;£iaäß -?!.:. 1,

Ci^- Γ:¹!,,. T ein Cchrltbild der L'clinltinittel und einer J¹GiIi:- de»^c: ,.Tviidlers nncli i'i^· 1 und 2 und

die "i,_,. 4 ein BlocLdiagranm eine ε b^cteniE aum Inr-tellungbringen von Teilen.

Die in Fi;,. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine i'eotr.tehende Grundplatte 4 und ein bewegliches Teil 1';. Die dargestellte Anordnung kann Teil einen Systeme zm:, genauen Instellungbringen des beweglichen Teile 1 ··; in bezug puf einen feststehenden Körper darctellen, der von der Grundplatte 4 gebildet wird bzv/. welche mit dem feotstehenden Körper verbunden ist. Die jndechellen 5 und 6 sind mit der Grundplatte

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verbunden. Ein Zentralrohr 2, bestehend aus 0-la.s, wird durch die Endschellen 5 und 6 mit1?els Büchsen 15 und 16 gehalten. Die Büchse 15 klammert das eine Ende des Zentralrohres 2 so, daß es in bezug zur zugehörigen Endschelle festgelegt ist. Die Büchse 16 ist jedoch so angeordnet, daß das andere Ende des Zentralrohres frei beweglich ist in bezug auf die zugehörige Endschelle*, Durch diese Anordnung wird vermieden, daß im Rohr irgendwelche Spannungen infolge der Bewegung des Grundkcrpers oder Haßänderungen infolge von Temperaturänderungen entstehen. Auf dem Zentralrohr 2 sind mehrere Spulen 1 angeordnet, deren Anschlußdrähte 7 alle zu einem Stecker 8 geführt sind. Innerhalb des Zentralrohres 2 ist verschiebbar ein Weicheisenteil 11 angeordnet, welches von einem Träger 12 aus Glas gehalten wird. Der Träger 12 verläuft durch eine Mihrungsbüchse 17 nach außen und sein anderes Ende ist an der Schelle 13 befestigt. Die Schelle 13 ist mit dem beweglichen Teil 14 verbunden. Die gesamte Vorrichtung ist mit einem Schutzüberzug 9 und 10 aus Glasfiber umhüllt.

In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist 3ede Spule 1 zehn Millimeter breit und jede ist für sich in Epoxyharz eingegossen. Die Abmessungen der verschiedenen Spulen differieren untereinander mit einer Toleranz von 0,025 mm.

Die Verbindungen von und zu den verschiedenen Spulen erfolgen über eine Schalteranordnung, die so ausgelegt ist, daß aufeinanderfolgende Gruppen von drei benach-

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barten Spulen anschließbar sind. In jeder ausgewählten und geschalteten Gruppe dient die mittlere Spule als Primärwicklung eines linear veränderbaren Differentialwandlers und diese Spule ist angeschlossen an einen Oszillator. Die beiden äußeren Spulen dienen als Sekundärwicklungen des Wandlers und sind in Serie gegeneinander geschaltet. Befindet sich das Weicheisenteil 11 in der Mitte einer Gruppe von drei Spulen, dann ist die in den beiden Sekundärspulen jeweils induzierte Spannung gleich groß innerhalb der Toleranzgrenzen des Systems. Demgemäß weist der Ausgang der Kombination der beiden Sekundärspulen den Wert Null auf. Eine Bewegung des Weicheisenteils in Richtung auf eine der beiden Sekundärspulen führt dazu, daß die induzierte Spannung in dieser Spule ansteigt. Demgemäß wird der Ausgang der Sekundärspul enkombina ti on einen über Null ansteigenden Wert aufweisen. Eine Bewegung in einer Richtung führt dazu, daß die Ausgangsspannung in Phase ist mit der Oszillatorspannung. Bei einer Bewegung in Gegenrichtung ist das Ausgangssignal um 180 phasenverschoben in bezug auf die Oszillatorspannung. Auf diese Weise kann ein Phasendetektor dazu verwendet werden, die Richtung der Verschiebung von der Mittelstellung aus anzuzeigen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch wird eine Vorspannung in Serie mit der Ausgangsspannung der Sekundarspulenkombination geschaltet, r.o dn"ß das Ausgangssignal Null ist, wenn die Verschiebung des Weicheisenteils ihren Maximalwert in einer Ric-htung aufweist. Die maximale Verschiebung in der Gegenrichtung erzeugt dann eine bestimmte Maximalspannung. Befindet sich der Weicheisenteil in seiner

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Mittelstellung, dann ist die Ausgangs spannung innerhalb der Toleranzgrenzen des Systems gleich der Hälfte der Maximalspannung.

Wird das Ausgangs signal auf einen auf die Amplitude ansprechenden Detektor gegeben, kann dieser Detektor so ausgelegt sein, daß ein Steuersignal erzeugt wird, wenn das Ausgangs signal jeweils den bestimmten Maximalwert erreicht hat. Die Schaltvorrichtung kann dann so ausgelegt sein, daß wenn ein Steuersignal erzeugt wird, die nächste Gruppe von drei Spulen geschaltet wird, welche der vorherigen Gruppe in Verschieberichtung folgt. Dies ist so zu verstehen, daß wenn die darauffolgende Spulengruppe geschaltet wird, eine der Sekundärspulen der vorherigen Gruppe nunmehr die Primärspule der darauffolgenden Gruppe wird, während die Primärspule der vorherigen Gruppe nunmehr als eine der Sekundärspulen der darauffolgenden Gruppe dient.

Die Pig. 3 zeigt eine Möglichkeit, in welcher die Schaltmittel dazu verwendet werden, eine Gruppe von drei Spulen von insgesamt vier Spulen C₁, C₂, C, und C, zu schalten und die ausgewählte Gruppe mit den Anschlüssen O₁ und O₂ des Oszillators und mit dem Ausgangsanschluß OP zu schalten. Die Pig. 3 zeigt ebenfalls einen veränderbaren Widerstand R₁ und Potentiometer R₂ und R,, die dazu dienen, die Unterschiede in den elektrischen Eigenschaften der Spulen C₁,. C₂ und C, zu kompensieren, wenn diese Spulen ausgewählt sind. Der veränderbare Widerstand R. und die Potentiometer

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R₁- unä Rg dienen zum Abgleich, wenn die Spulen C₂, C, und 0, ausgewählt sind. Die Schalter "bestehen aus Reedkontakten, wobei die Kontakte mit A^ bis Ag und B-j bis Bg bezeichnet sind.

Wird die Gruppe der Spulen Cj, C₂ und C, ausgewählt, sind alle Kontakte A₁ bis Ag geschlossen. Werden die Spulen Cp, C, und C. ausgewählt, dann sind die Kontakte Β-, bis Bg geschlossen. Im ersten Pail ist ersichtlich, daß die Spule C₂ mit den Anschlüssen Ογ und Op des Oszillators verbunden ist. Ein Ende der Spule C^ ist über den Kontakt A₁- verbunden mit dem Schleifkontakt des Potentiometers R*. Die Wicklung des Potentiometers liegt an den Anschlüssen des Oszillators. Das andere Ende der Spule C, ist ständig verbunden mit einem Ende der Spule C^. Das andere Ende dieser Spule ist über den Kontakt A^ und den veränderbaren Widerstand R- mit dem Ausgangsanschluß OP verbunden. Der Potentiometer R^ wird dazu verwendet, die Vorspannung, welche in Serie mit den Spulen C₇ und Cj liegt, einzustellen, damit sichergestellt ist, daß wenn das Weicheisenteil sich in seiner einen Endlage befindet, wo die maximale Kopplung zwischen den Spulen C-| und C₂ herrscht, die induzierte Spannung in der Spule Cj gelöscht wird, so daß das am Ausgangsanschluß anliegende Signal Null ist. Der veränderbare Widerstand R^ dient dazu, das erzeugte Ausgangssignal einzustellen, wenn das Weicheisenteil sich in seiner anderen Endlage befindet, in welcher eine maximale Kopplung zwischen den Spulen C₂ und C* herrscht. Letztlich dient der Potentiometer R₂ dazu, daß das Ausgangssignal halb so groß ist wie das maximal auftretende

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Signal, wenn das Weicheisenteil sich in der Mitte zwischen den Spulen G₁ und C* "befindet.

Wird die Spulengruppe C₂, ^C3 ^und· ^ca ausgewählt, dann ist die Spule 0, verbunden über die Kontakte B^ und Bg mit den Anschlüssen O^ und Op. Ein Ende der Spule 0. ist über den Kontakt Bj- verbunden mit dem Schleifkontakt des Potentiometers Eg und über den -Kontakt B* mit einem Ende des Potentiometers R₁-, Ein Ende der Spule Cp ist verbunden über den Kontakt B^ und den veränderbaren Widerstand R, mit dem Ausgangsanschluß OP, während das andere Ende der Spule Og, welches ständig an das andere Ende der Spule C. angeschlossen ist, verbunden ist über den Kontakt B₂ mit dem Schleifkontakt des Potentiometers R₁-. Es ist ersichtlich, daß die Punktion des veränderbaren Widerstandes R^₁ gleich ist mit derjenigen des Widerstandes R-, nämlich dieser Widerstand R, dient zur Einstellung des Ausgangssignales, wenn der Weicheisenteil 11 sich-in einer Lage befindet, wo eine maximale Kopplung zwischen den Spulen 0, und C, herrscht. Die Funktion des Potentiometers Rp- ist gleich mit derjenigen des Potentiometers R₂, d.h. dieses Potentiometer R₁- stellt sicher, daß das Ausgangssignal die Hälfte des Maximalwertes aufweist, wenn der Weicheisenteil sich in der Mitte zwischen den Spulen C₂ und C. befindet. Letztlich ist die Funktion des Potentiometers Rg gleich derjenigen des Potentiometers R., und dient dazu, sicherzustellen, daß das Auegangssignal Null ist, wenn eine maximale Kopplung zwischen den Spulen C₂ und C^ herrscht.

Das in Pig. 4 dargestellte System dient dazu, die Stel-

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lung eines Teils, wie beispielsweise des Schlittens einer Werkzeugmaschine, in Abhängigkeit von eingegebenen Werten einzustellen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel .werden die Werte in Digitalf orro. eingegeben, wobei die Digits höheren Stellenwertes in ein Grobeinstellglied 21 und die Digits niederen Stellenwertes in das leineinstellglied 22 eingegeben werden. Die in das Grobeinstellglied 21 eingegebenen Werte werden verglichen in einem Digitalkomparator mit dem Ausgang eines Zählers 23, der gesteuert wird durch Impulse einer Amplitudenmeßvorrichtung 31. Die arnplitudenabhängige Vorrichtung 31 ist mit dem Anschluß OP am Ausgang der Schaltmittel 29 verbunden. Die Schaltmittel 29 und der Wandler 30 stellen die in I'ig. 3 gezeigte Anordnung dar, wobei am Anschluß OP, wie in Pig. 3 gezeigt, der Ausgang der Kombination der beiden alleren Spulen der durch die Schaltmittel ausgewählten Gruppe liegt. Die amplitudenabhängige Vorrichtung erzeugt jeweils einen Impuls, wenn der Ausgang dieser Spulen seinen Maximalwert erreicht hat. Wenn das Weicheisenteil sich ursprünglich in seiner nullstellung befand, wird die durch den Zähler registrierte Zahl jeweils um einen Wert anwachsen, wenn das Weicheisenteil von einer der ausgewählten Spulengruppen zur nächsten Spulengruppe wandert. Der Ausgang 25 des Digitalkompo.rators* 26 ist über einen Schalter verbunden mit dem Eingangsanschluß 32 eines Servosy3tems, welches dazu dient, denjenigen Teil zu bewegen, der den Weicheisenteil trägt. Die Schaltung ist so gewählt, daß das System den Weicheisenteil so lange bewegt, bis die durch den Zähler registrierte Zählung die gleiche ist wie diejenige Zahl, die in das

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Grobeinstellglied eingegeben wurde. Zu diesem Zeitpunkt schaltet der Schalter 24 um, so daß das Feinsteuersystem, welches auf der rechten Seite der Pig. dargestellt ist, nunmehr arbeitet und das Feineinstellglied 22 nunmehr die Steuerung des Servosysteins übernimmt. Es ist ersichtlich, daß ein Ausgang des Oszillators 27 über das -Peineinstellglied 22, welches beispielsweise ein Digital-Analogwandler ist, mit ■ einem Eingang des Analogkomparators 28 verbunden ist. Der Ausgang des Oszillators ist weiterhin über die Schaltmittel 29 und den Uandler 30 verbunden mit dem anderen Eingang des Komparators 28. Der Wandler besteht in jedem Augenblick aus drei Spulen, welche durch die Schaltmittel ausgewählt wurden. Das an Komparator 28 über die Schaltmittel anliegende Signal ist das Signal am Ausgang OP in Fig. 3. Dieses Signal stellt eine Messung der lage des Weicheisenteils relativ zu den drei ausgewählten Spulen dar. Demgemäß zeigt das Fehlersignal am Ausgang des Komparators 28 die Differenz zwischen der tatsächlichen Lage des Weicheisenteils und der eingestellten Lage am Feineinstellglied 22 an. Das Servosystem bewegt den Weicheisenteil, bis das Fehlersignal im wesentlichen den Wert Null annimmt, in welcher das Weieheisenteil sich in der vorbestimmten Position oder Lage befindet.

Es ist klar, daß der Amplitudendetektor 21 da.su verwendet wird, die Schaltmittel 29 zu steuern, ebenso wie den Zähler 23, so daß die ausgewählten Spulen stets diejenigen sind, die vom Weicheisenteil miteinander koppelbar sind.

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Obwohl die Erfindung beschrieben wurde anhand einer Anordnung, bei welcher das Weicheisenteil angeordnet ist innerhalb der Spulen, ist es selbstverständlich, daß das Weicheisenteil in äquivalenter Weise um die Außenseiten der Spulen angeordnet sein kann. Weiterhin ist es in': glich, flache oder halbrunde Spulen anstelle von ringförmigen Spulen zu verwenden, wobei das Weicheisenteil in enger Nachbarschaft zu den flachen Seiten der Spulen angeordnet sein kann. Weiterhin ist es möglich, daß die Strecke, längs deren sich das Weicheisenteil bewegt, nicht linear, sondern beispielsweise kreisförmig oder gekrümmt sein kann. Letztlich können die Spulen beispielsweise C-förmig ausgeführt sein, und die Halterung für das Weicheisenteil kann in diesem Pail längs des Luftspaltes zwischen den Enden dieser Spulen sich bewegen, wobei d&s Weicheisenteil selbst durch diese Spulen umgeben wird.

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Claims

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Patentansprüche

( 1.lLagenmeßgerät zum Messen von Strecken, Stellungen und Bewegungen zweier zueinander "beweglicher Teile, gekennzeichnet durch mindestens vier induktive Elemente, welche nebeneinander längs einer Strecke angeordnet sind, längs deren sich ein "bewegliches Kopplungsteil bewegt, und Schaltmitteln, die dazu dienen, drei nebeneinander liegende induktive Elemente auszuwählen, wobei das mittlere Element der ausgewählten Gruppe an einen Oszillator und die beiden anderen Elemente der ausgewählten Gruppe in Serie gegeneinander geschaltet an eine Amplitudenmeßvorrichtung anschließbar sind,und einem Zähler, der von der Amplitudenmeßvorrichtung gesteuert wird und seinerseits die Schaltmittel steuert, so daß aufeinanderfolgende Gruppen induktiver Elemente ausgewählt werden, wenn das Kopplungsteil sich längs der Strecke bewegt.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die induktiven Elemente aus mehreren, auf einem liohr angeordneten Spulen bestehen.

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3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsteil aus Weicheisen besteht, und innerhalb des Rohres verschiebbar ist und von einem Träger getragen wird.
4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr und der Träger aus Glas bestehen.
5. Gerät nach einem oder mehreren der Ansprüche

bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Vorspannungssignal in Serie mit dem Ausgangssignal geschaltet ist, das von der Kombination der anderen beiden Elemente der ausgewählten Gruppe abgegeben v/ird.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Einstellen der Vorspannung vorgesehen sind und das Ausgangssignal zu Null wird, wenn das Kopplungsteil sich in einer Lage befindet, bei welche die maximale Kopplung zwischen dein mittleren Element und einem der anderen 'beiden Elemente der ausgewählten Gruppe herrscht.
7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η -

ζ ei c hne t, daß Mittel zum Einstellen der Gröi'Je des Ausgangs signals vorgesehen sind und dieses Signal die Hälfte des Maximalwertes aufweist, wenn das Kopplungsteil sich in der Mitte zwischen den beiden äußeren Elementen der ausgewählten Gruppe befindet.

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8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Einstellen der Größe des Maximalwertes des Ausgangsignals vorgesehen sind.
9. Lagensteuersystem unter Verwendung eines Lagenmeßgeräts nach einem oder mehreren der Ansprüche bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Vergleich der von einem Zähler registrierten Zahl und der Amplitude des Aus gangs signals, welches an einer Amplitudenmeßvorrichtung anliegt, mit entsprechenden Gro"b- und Feineinstellmitteln vorgesehen sind, wobei die Einstellmittel die gewünschte Lage darstellen, und ein oder mehrere Servosysteme vorgesehen sind, welche in Abhängigkeit von Fehlersignalen von Komparatoren gesteuert werden.
10. System nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Instellungbringung des Schlittens einer Werkzeugmaschine in Abhängigkeit von den eingegebenen Werten dient.
11. System nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingabewerte digitale Form aufweisen und die Digits höheren Stellenwerts die Grobeinstellung und die Digits niederen Stellenwertes die Feineinstellung darstellen.
12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Komparator zum Vergleich der Digits höheren Stellenwertes des

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Eingabewertes mit der im Zähler registrierten Zahl vorgesehen ist, ein zweiter Komparator zum Vergleich der Amplitude des Ausgangsignals mit den Digits niederen Stellenwertes des Eingangswertes dient und Schaltmittel zur Verbindung des Ausgangs des ersten !Comparators mit dem Eingang eines Servosystems vorgesehen sind, die eingeschaltet sind, solange ein Fehlersignal am Ausgang des ersten !Comparators vorliegt, wobei diese Schaltmittel umgeschaltet werden und der Ausgang des · zweiten !Comparators mit dem Servosystem verbunden wird, sobald das Fehler signal des ersten !Comparators Null ist.
13. System nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitudenmeßvorrichtung einen Impuls erzeugt, sobald das Ausgangssignal seinen Maximalwert aufweist, der die Zahl der durch den Zähler registrierten Impulse um jeweils einen Wert verändert, wenn das Kopplungsteil von einer Gruppe ausgewählter Elemente zur nächsten Gruppe wandert.

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