DE2247255A1 - Laengenmessvorrichtung - Google Patents

Description

Dipl.-lng. G. Schliebs 61 Darmstadt Claudiusweg 17Λ

Patentanwalt Telefon (06151) 46753

Postscheckkonto: Frankfurt a. M. Π1157 Bankverbindung: Deutsche Bank AG., Darmstadt Telegramme: inventron

Deutsche Patentamt

München 2
Zweibrückenstr. 12

Ihr Zeichen Ihr Schreiben Mein Zeichen S 105 7 ^T<39 26. 9 · 1972

Betrifft. Patent- wiefc HilffegoT^awekomvipfroga

Anmelder: CHARLES HENRY PENTLAND DENROCHE, Hampton Wick, Kingston-Upon-Thames, Surrey (England)

Längenmeßvorrichtunp;

Die Erfindung betrifft eine Längenmeßvorrichtung zur hochgenauen Umwandlung der linearen Bewegung eines Schiebers in. die Drehbewegung eines Drehwinkelgebers.

Hierzu geht die Erfindung aus von einer Längenmeßvorrichtung zur hochgenauen Erfassung einer linearen Verschiebung, die aus einem leichtgängigen Drehwinkelgeber, einem relativ dazu linear verschiebbaren Schieber und einer V/egübertragung zwischen diesen Komponenten besteht.

Die Längenmeßvorrichtung nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine Antriebsrolle am. Drehwinkelgeber, eine von dieser entfernt angebrachte Laufrolle und einen über diese Rollen gespannten Draht, der mit seinen Enden am Schieber befestigt ist und eine straffe Schleife bildet, deren Länge größer als der maximale Meßhub des Schiebers ist. Diese Längenmeßvorrichtung gestattet es erstmals, die heute mit Drehwinkelge-. bern erreichbaren Genauigkeiten zur Messung einer Längs- ' verschiebung auszunutzen.

309814/0882"

FOr dai AuffragsvcrhSltnis gilt die Gebührenordnung der Deutschen Pafentanv/altskammer · Gerichtsstand für Leistung und Zahlung ι Darmstadt Gespräch» om Fernspredier haben Iceine rechlsverbindlidio Wirkung I

Gemäß weiterer Erfindung ist längs der Drahtschleife eine Hohlprofilabdeckung am Drehwinkelgeber angebracht. Diese Abdeckung weist eine Führung für den Schieber auf und deckt die Drahtschleife und die Rollen ab mit Ausnahme eines längsschlitzes für den Durchgang des Schiebers·

Die Hohlprofilabdeckung kann an einem an sich bekannten Drehwinkelgeber angebracht sein. Sie nimmt in ihrem Inneren alle Teile des Übertragungsmechanismus zwischen Schieber und Drehwinkelgeber auf und bildet mit diesem einekomplette Einheit.

Nach einem weitereu Merkmal der Erfindung weist der Schieber Vorsprünge auf, die ihn in der Führungsbahn führen· Hierdurch wird der Schieber zur Aufnahme der linearen Verschiebung mit großer Genauigkeit geführt und die an ihm befestigte Drahtschleife kann nicht verbogen werden, was zu verfälschten Meßergebnissen führen könnte.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind in der Nähe der Rollen mit Reinigungsschlitzen versehene Plättchen vorgesehen, durch welche der Draht läuft. Der trotz der Hohlprofilabdeckung in das Innere eindringende Schmutz wird so ständig vom Draht abgestreift, so daß sich keine Sohmitzschicht auf Draht und Antriebsrolle niederschlagen kann, welche die Übertragungsgenauigkeit der Längenmeßvorrichtung be~ einträchtigen könnte.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Auefülarungsbeispieles anhand der Zeichnung, In dieser zeigt

Fig. 1 die Längenmeßvorrichtung in perspektivischer An-• sieht; ■ ■■ " ■ . ■ ' ' ·■■ ^:l '■" ' ·^:- " ■ ^: ■

309 8U /0 882

Fig. 2 die Längenmeßvorrichtung in Rückansicht und im Schnitt längs der linie II-II in Fig. 1, wobei das Gehäuse zur deutlicheren Darstellung teilweise weggenommen ist;

Fig. 5 die Längenmeßvoirichtung im Schnitt längs der Idnie III-III in Fig. 2 und

Fig. 4 eine Einzelheit der Längenmeßvorrichtung in perspektivischer Ansicht.

Fig. 1 zeigt einen leichtgängigen Drehwinkelgeber, auf den die zu vermessende Längsverschiebung zu übertragen ist* Es handelt sich um eine bekannte Art von Drehwinkelgeber., Dieser kann z.B. ein Statorsystem lichtempfindlicher Zellen besitzen und einen Rotor, der mit seiner Spindel in hochgenauen Miniaturkugellagern läuft und eine Codierscheibe trägt, welche das Licht des Zellensystems periodisch unterbricht und so eine regelmäßige Folge elektrischer Impulse liefert, welche gezählt werden können. Da. dieser Drehwinkelgeber und alle erforderlichen elektronischen Anschlußkomponenten als Ganzes lediglich Teil der erfindungsgemäßsn Anordnung ist und da der Drehwinkelgeber ein eigenes Gehäuse mit vorstehender Antriebsspindel besitzt, wird sein Aufbau nicht weiter erläutert.

Eine zylindrische Antriebsrolle 2 ist fest mit der Antriebsspindel verbunden, die auf der rückwärtigen Seite aus dem Gehäuse des Drehwinkelgebers herausragt. Diese Antriebsrolle besitzt einen mit großer Genauigkeit bearbeiteten äußeren Umfang, der genau koaxial zum Rotor des Drehwinkelgebers und zu dessen Lagern ist. Ein dünner Draht 3 läuft bei 3a mit einer halben Umdrehung um die Antriebsrolle 2 (Fig. 2) und mit einer anderen Halbumdrehung bei 3b um eine Laufrolle 4. Der ,Draht 3 ist mit seinen Enden 3c und 3d an einem Heil 5a

309 8U/0882

eines Schiebers 5 befestigt, der von außen in Fig. 1 zu sehen ist. Der Schieber 5 mit einem Hohlprofilteil 5a ist im Querschnitt in Fig. 3 gezeigt. Die Drahtenden 3c und 3& überkreuzen sich und laufen über Stifte 6a und 6b, die aus einem Kunststoffbefestigungsplättchen 6 ragen. Die Drahtenden werden zwischen dem Plättchen 6 und einem zweiten Plättchen 7 geklemmt, das Bohrungen zur Aufnahme der Stifte aufweist. Die beiden Klemmplättchen 6 und 7 sind im unteren Abschnitt des Hohlprofilteiles 5a festgehalten. Der obere !Teil des Drahtes 3 läuft frei durch das Hohlprofil 5&-

Die vom Draht 3 gebildete Schleife läuft in einem Führungsarm 0, der eine Führungsbahn für den Schieber 5 aufweist. Der Arm 8 hat die Form eines Hohlprofiles oder eines längs geöffneten Kastens (Fig. 3). Das innere Ende des Armes ist in einem Hohlprofilanschluß 1a des Drehwinkelgebers 1 eingesteckt und an diesem befestigt. Die Laufrolle 4 befindet sich am äußeren Ende des Führungsarmes 8. Sie sitzt auf dem Außenring eines genauen Miniaturkugellagers oder bildet diesen Außenring. Der Innenring 4a dieses Kugellagers ist auf einem Bolzen 9 befestigt. Dieser sitzt in fluchtenden Bohrungen 10c und 1Od eines Endstückes, das bevorzugt (siehe Fig. 4) aus zwei Teilen 10a und 10b besteht, welche in das äußere Ende des Führungsarmes 8 passen und dieses abschließen. Das Endstück ist im Führungsarm nach seiner Einführung dadurch gehalten, daß der Bolzen 9 in eine Bohrung 8c im Führungsarm greift. Bundflächen an den Innenseiten des Endstückes rings um die Bohrungen 10c und 1Od, eine Bundfläche ißt bei 1Oe gezeigt, legen den Lagerinnenring 4a zwischen den beiden Teilen des Endstückes fest. Der Draht 3 -läuft durch Schlitze 1Of in einer Wand des Teiles 10b* Hierdurch wird der Draht von anhaftendem Schmutz befreit, bevor ei? die laufrolle 4 erreicht. Ein mit Schlitzen 11f versehenes Plättchen 11 ist am inneren Ende des Führungsarmes 8 befestigt und dient zur Reinigung des Drahtes, bevor dieser die

30981 4/0882

Antriebsrolle 2 erreicht. Da der Führungsarm 8 auf der Unterseite eine Öffnung besitzt für den Durchgang des nach unten gehenden Steges 5b des Schiebers, kann aus der Umgebungsluft eindringender Staub nicht völlig abgehalten werden. Ein Antrieb in Form eines Runddrahtes, der durch Reinigungsschlitze läuft, bleibt aber völlig sauber im Gegensatz zu einem flachen Antriebsband, das zum Ansetzen einer Schmutzschicht tendiert, die sich nach und nach auf der Antriebsrolle 2 aufbaut und die Genauigkeit des Triebes verschlechtert.

An der Ober- und Unterseite des Hohlprofilteiles 5a des Schiebers sind Führungsplättchen 13 aus Nylon befestigt, die eine reibungsarme Führung des Schiebers auf der Führungsschiene ergeben. Die Führungsplättchen sichern den Schieber gegen Seiten- und Kippbewegung und schützen so den Draht 3 gegen eine schädliche Uberbeanspruchung, die durch seitliche Verbiegung nach dem Zusammenbau während des Lagerns und beim Transport auftreten könnte. Auch unterstützen diese Führungsplättchen die Montage der Längenmeßvorrichtung, wie weiter unten gezeigt wird.

Die Länge der Führungsbahn für den Schieber und somit der Abstand der Rollen 2 und 4· ist so gewählt, daß der gewünschte maximale Hub des Schiebers erreicht wird. Der die Laufrolle 4 tragende Arm 8 läßt sich über Schlitze gegenüber dem Drehwinkelgeber mit der Antriebsrolle 2 verschieben, bis der Draht eine straffe Schleife bildet. Hierzu gehen Befestigungsschrauben 12 durch Löcher im Arm 8 (Fig. 2) und sind in einem Gegenstück 12a (Fig. 1) eingeschraubt. Diese Schrauben greifen durch Schlitzlöcher 1b im Hohlprofilanschluß 1a. Ein Teil eines Schlitzloches ist in Fig. 1 hinter dem Gegenstück 12a sichtbar. Nach der Endjustage der Längenmeßvorrichtung wird ein Abschlußdeckel 14 - der in Fig. 1 teilweise weggenommen ist, um das Gegenstück 12a freizulegen - an der teilweise offenen Vorderseite des Teiles 1a befestigt. Ein anderer

3098U/0882

Abschlußdeckel 15 ist auf der Rückseite des Teiles 1a befestigt. Ein Eingreifen in das justierte Gerat ohne Zerstörung der Deckel wird somit verhindert.

Bei der erfindungsgeraäßen Längenmeßvorrichtung hat sich gezeigt, daß der Schieber, der am einen oder anderen Ende des Drahtes zieht, den Drehwinkelgeber ohne merkliches Gleiten oder toten Gang antreibt. Der Draht ist unter der geringen erforderlichen Antriebskraft so gut wie unverformbar,und diese Antriebskraft liegt deutlich unterhalb der Kraft, die durch Reibung schlupffrei auf die Antriebsrolle 2 übertragen werden kann. Der Draht kann ein- oder mehradrig sein. Er ist scheraatisch im Querschnitt in Fig. 3 durch einen Punkt angegeben, der größer ist als eine einzelne Ader. Sind zwei, oder mehr Adern vorgesehen, dann liegen diese in leichtem gegenseitigen Abstand parallel nebeneinander. Die Adern müssen aus einem nicht korrodierenden Metall bestehen, das mit hoher Genauigkeit und Gleichmäßigkeit zu einem kleinen Durchmesser heruntergezogen werden kann und das keine Dehmmgsverfestigung aufgrund der wiederholten Biegung um die Rollen erleidet. Zur übertragung langer Wege sollte der Drahtwerkstoff einen hohen Elastizitätsmodul aufweisen. Ein beispielsweise bevorzugter Werkstoff ist eine Nickelchromlegxerung, die sich zu Drähten von.0,1 mm Durchmesser mit einer Toleranz von - 0,25 /um verarbeiten läßt. Die Anzahl der Impulse, die durch genau eine halbe Umdrehung des Drehwinkelgebers abgegeben wird, entspricht einer linearen Bewegung von genau der Drahtlänge, welche um einen halben Umfang der Antriebsrolle 2 geschlungen ist. Die Empfindlichkeit, d.h. der kleinste meßbare Verschiebungsschritt hängt von der Anzahl der Impulse und von der Größe der Antriebsrolle ab. Wenn z.B. 50 mm Rollenumfang 5000 Impulse pro Umdrehung abgeben, dann beträgt die Auflösung der zu messenden linearen Bewegung 0,01 mm (oder 2 Zoll Umfang mit 4000 Impulsen gibt eine Auflösung von 0,0005 Zoll). Die Längenmeßvorrichtung nach der

3098 1 A/0882

_ 72V/2 bb

Erfindung liefert erstmals die Möglichkeit, eine lineare Verschiebung unter voller Ausnutzung der Genauigkeit und Empfindlichkeit zu messen, die moderne Drehwinkelgeber bieten.

Die Erfindung liefert eine komplette Meßvorrichtung für lineare Bewegung, die als eine Einheit in den Handel gebracht werden kann und beispielsweise leicht an einer vorhandenen Werkzeugmaschine montierbar ist. Die Längenmeßvorrichtung kann auf Wunsch einen digitalen Ausgang haben.

Die L'ängenmeßvorrichtung kann mit einer Profilbefestigungsleiste 16 versehen sein, welche im Querschnitt in Fig. 5 und ebenso in Fig. 1 gezeigt ist. Die Rückseite des Führungsar-mes 8 besitzt eine Hohlnut 8a mit Rillen 8b, in welchen die Leiste 16 verschiebbar ist. Zur Montage der Längenraeßvorrich·- tung an einer Werkzeugmaschine wird die Befestigungsleiste 16 abgezogen und parallel zur Führungsbahn der Maschine an deren Bett angeschraubt. Die Längenmeßvorrichtung "wird sodann auf die Schiene aufgeschoben,und eine Anschlußfläche 5c des Schiebers läßt sich an dem bewegliehen Teil der Maschine befestigen. Bei diesem Montagevorgang wird der Schieber von dem Führungsplättchen 13 in genauer Lage in seinen Führungsbahnen gehalten. Nach der Montage haben diese Führungsplättchen in diesem Fall keine Funktion mehr. Die Längenmeßvorrichtung kann an allen möglichen linear zueinander bewegten Teilen befestigt werden, z.B. an einer Zeichenmaschine. In jedem Fall kann entweder der Schieber oder der Drehwinkelgeber mit dem Führungsarm feststehend sein.

30981 4/0882

Claims (3)

Patentansprüche

1. Langenmeßvorrichtung zur hochgenauen Erfassung einer linearen Verschiebung, bestehend aus einem leichtgängigen Drehwinkelgeber, einem relativ dazu linear verschiebbaren Schieber und einer Wegübertragung zwischen diesen Komponenten, gekennzeichnet durch eine Antriebsrolle (2) am Drehwinkelgeber (1), eine von dieser entfernt angebrachte Lauf rolle Qi) und einen über diese Rollen gespannten Draht (3)» der mit seinen Enden (Jc, Jd) am Schieber (5) befestigt ist iind eine straffe Schleife bildet, deren Länge größer als der maximale Meßhub des Schiebers ist.

2. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine längs der Drahtschleife am Drehwinkelgeber (1) angebrachte Hohlprofilabdeckung (8, 1a), die eine Führung für den Schieber (5) aufweist und die Drahtschleife und die Rollen (2, 4-) abdeckt mit Ausnahme eines Längsschlitzes für den Durchgang des Schiebers (5)·

3. Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber Vorsprünge (13) aufweist, die ihn in der Führungsbahn führen.

4-, Längenmeßvorrichtung nach Anspruch 1 und 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß in der Nähe der Rollen (2, 4) mit Reinigungsschlitzen (1Of, 11f) versehene Plättchen (10b, 11) vorgesehen sind, durch welche der Draht (3) läuft.

3098 U/0882

Le e rs e i te