DE2300784A1

DE2300784A1 - Wandleranordnung

Info

Publication number: DE2300784A1
Application number: DE19732300784
Authority: DE
Inventors: Hans Bud; Lindsay Molyneux
Original assignee: English Numbering Machines Ltd
Current assignee: English Numbering Machines Ltd
Priority date: 1972-01-14
Filing date: 1973-01-08
Publication date: 1973-07-19
Also published as: JPS4886552A; GB1352974A; BR7300280D0

Description

8985-72/Kö/S
ΕΝΜ/72

Convention Date:
January 14, 1972

English Numbering Machines Limited, London S.W. 1, England

Wandleranordnung

Die Erfindung betrifft eine Wandleranordnung, insbesondere einen Bewegungswandler für die Maßanzeige an Werkzeugmaschinen, mit einer an einem ersten Bauteil befestigbaren beweglichen Unter_ lage, auf der ein mäanderföreiger Leiter angebracht ist, und mit einer induktiven Abtastvorrichtung, die an einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil befestigbar ist.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Werkzeugmaschinenmaße mit Hilfe von Impulsen anzuzeigen, die aus der Bewegung eines Elements oder Bauteils der Werkzeugmaschine (beispielsweise aus der Drehung der Leitspindel einer Drehbank) abgeleitet sind. Um Impulse von einem Bauteil herzuleiten, das sich mit irgendeiner Geschwindigkeitoeter Drehzahl bis hinunter zu einer extrem niedrigen bewegen kann, verwendet man herkömmlicherweise die sogenannte Moire-Interferenz vor richtung. Jedoch sind diese Vorrichtungen zu groß und sperrig, um an Werkzeugmaschinen allgemein verwendbar zu sein.

Es sind auch Wandler, beispielsweise die unter der Warenbezeichnung "Inductosyn" eingeführten Anordnungen bekannt, bei denen zwei Platten mit je einem in einem Rechteckkurvenmuster ausge legtem Leiter verwendet werden, von denen die eine am beweglichen Bauteil befestigt und die andere feststehend angeordnet ist. Jedoch sind auch diese Anordnungen ziemlich sperrig, und die Leiter

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sind auf starren Platten, z.B. aus Glas, angebracht, die starr und lagegenau an den entsprechenden Bauteilen und in bezug auf einander befestigt sind. Sie haben daher den Nachteil großer Abmessungen sowie hoher Herstellungskosten und Arbeitskosten für das Anbringen der Elemente oder Bauteile.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine demgegeri über verbesserte Anordnung zum Erzeugen von die Bewegung eines Maschinenelements, darstellenden Impulsen zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Wandleranordnung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Unterlage biegsam ist und daß zwischen ihr und der Abtastvorrichtung durch mechanische Vorspannung bedingte Druckberührung besteht.

Ein weiteres Problem ergibt sich bei der Anzeige von Werkzeugmaschinenbewegungen, wenn in verschiedenen Maßeinheiten, speziell im Imperial- und im metrischen System gemessen wird.

Über einen Zeitraum von mehreren Jahren, wo der Übergang zum metrischen System erfolgt, besteht häufig die Notwendigkeit, daß Teile sowohl nach Zoll- als auch nach metrischen Einheiten bemessen werden. Obwohl man in Zoll geeichte Werkzeugmaschinen an sich auch für metrische Bearbeitungen verwenden kann, verlangsamt sich dadurch der Bearbeitungsvorgang, und es können außerdem kostspielige Fehler auftreten.

Es besteht daher das Bedürfnis nach einer Vorrichtung von annehmbarem, Preis, die Untereinheiten von entweder Zoll oder Zentimetern anzeigt. Es gibt zwar Standardanzeiger für Zxtfeifachanzeige, da jedoch das Verhältnis von metrischen Einheiten zu Zolleinheiten (genau) 2,54 beträgt, ist es unzweckmäßig, mit einer Leitspindel zu arbeiten, die 254 oder 635 (250 χ 2,54) Einheiten (zum Unterschied von 100 oder 250 Einheiten) für eine vollständige Umdrehung aufweist.

Das Problem eines Standardanzeigers mit Zweifachanzeige am Ouersupport einer Drehbank ist typisch. Ist die Leitspindel in Zoll geeicht, so kann durch eine vollständige Umdrehung das Werk-

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zeug; um O, Γ Zoll vorgeschoben werden. Gewöhnlich ist; eine Skalenscheibe mit 100 Marken vorgesehen, so daß Jede Marke l/lOOO Zoll entspricht. In metrischen Einheiten entspricht eine Umdrehung der gleichen Gleitspindel einem Vorschub um 2,54 mm, so daß die Verwendung einer Skalenscheibe mit 254 Teilmarken solange annehmbar ist, wie der Werkzeugvorschub nicht mit mehr als einer Scheibenumdrehung verbunden ist, in welchem Fall die Bedienungsperson η χ 254 plus "ungeraden" Einheiten zu der auf der Skalenscheibe an gezeigten Zahl addieren muß (wobei η die Anzahl der vollständigen Umdrehungen ist), was eine ziemlich schwierige Aufgabe ist und die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in sich birgt.

Durch die Erfindung soll deshalb außerdem eine billige und einfache Vorrichtung zur Gewinnung von direkten Anzeigen in beiden Maßsystemen angegeben werden.

Nachstehend wird an Hand der Zeichnung eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wandleranordnung im einzelnen beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Wandleranordnung, und

Figur 2 eine entsprechende Stirnansicht.

Der Wandler nach Figur 1 hat eine Welle 10, die beispielsweise synchron mit der Leitspindel einer Drehbank mit einer Umdrehung pro 2,54 mm (0,1 Zoll) Vorschub des Werkzeugsupports drehbar sein kann. Die Welle 10 trägt eine Scheibe 12 aus biegsamem Isolier^ material, auf der ein Leiter 14 (Figur 2) in einem noch näher zu erläuternden Muster angebracht ist. Die Enden des Leiters 14 sind mit einer Spule 16 verbunden, die zusammen mit der Scheibe 12 dreh bar und induktiv mit einer daneben angebrachten feststehenden Spule l8 gekoppelt ist. Die feststehende Spule wird von einer Hochfrequenzquelle, beispielsweise einem Transistoroszillator (nicht gezeigt), zweckmäßigerweise mit 200 kHz, gespeist, so daß der Leiter 14 mit der gleichen Frequenz erregt wird.

Vorzugsweise besteht die Scheibe 12 aus "Mylar"-Film (Warenzeichen) und ist der Leiter 14 auf ihr in Form einer gedruckten

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Schaltung angebracht (die Herstellungsverfahren hierfür sind allgemein bekannt). Die Scheibe 12 ist beispielsweise durch Heißpressen so geformt, daß ihr Außenrandteil axial gegen einen Abtaster 20 drückt.

Wie in Figur 2 gezeigt, ist der Leiter 14 auf der Scheibe in einem mäanderförmigen Muster mit geraden Radialteilen 14I₃ die durch Querteile 142 verbunden sind, ausgelegt. Der Stromfluß in den jeweils benachbarten Radialteilen 141 ist daher gegensinnig, so daß das Magnetfeld zwischen den einzelnen Radialteilen 14I null ist und über jedem Radialteil 141 den Maximalwert hat.

Der Abtaster 20 besteht aus einer biegsamen Mylarplatte 21 (die an einem feststehenden Bauteil 25 befestigt ist), auf der als gedruckte Schaltung eine einzige Leiterschleife 22 mit geraden Radialteilen 23, deren Abstand gleich der Hälfte des Abstandes zwischen den Radialteilen I4I auf der Scheibe 12 ist, sowie eine gleichartige Leiterschleife 24 angebracht sind. Der Abstand zwischen den Leiterschleifen 22 und 24 ist gleich einer ganzen Zahl von Teilungen des Leiters 14 plus einer halben Teilung. Die Leiter^ schleifen 22, 24 befinden sich auf der gegen die Scheibe 12 gewandten Seite der Platte 21, sind jedoch in Figur 2 um der Deutlichkeit willen voll gezeigt·.

Wenn sich somit die Scheibe 12 dreht, wird in jeder der Leiterschleifen 22 und 24 ein annähernd sinusförmiger Strom erzeugt. Diese Ausgangsgröße der beiden Leiterschleifen wird in geeigneter Weise verstärkt und dann durch eine Clipperschaltung (nicht gezeigt) geschickt, so daß sich ein Rechtecksignal ergibt. Die Ausgangssignale der Leiterschleifen 22 und 24 sindin ihrer Anzahl und Amplitude gleich, jedoch um 90 gegeneinander phasenverschoben. Bekanntlich kann diese Phaseninformation so decodiert werden, daß man ein den Drehsinn der Scheibe 12 darstellendes Signal erhält.

, Figur 2 ist lediglich illustrativ; in der Praxis sind (in dem oben angegebenen Beispielsfall einer Drehbank) entweder 100 oder 254 Radialteile 141 vorgesehen. Somit liefert ein an eine der Leiterschleifen 22 oder 24 des Abtasters angeschlossener Zwei-

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richtungs-Impulszähler eine Anzeige in Einheiten von 0,001 Zoll bzvr. bzw. O,O1 mm.

Der Impulszähler zählt entsprechend dem den Drehsinn anzeigen den Signal entweder nach aufwärts oder nach abwärts.

Im Hinblick auf die erforderliche Genauigkeit ist der Durchmesser der Scheibe 12 vorzugsweise nicht kleiner als 2,54 cm (l Zoll).

Der Wirkungsgrad der Vorrichtung nimmt sehr schnell ab, wenn der Abtaster von der Scheibe weg bewegt wird, da die induzierte Spannung sich mit dem reziproken Wert des Quadrats des Abstandes ändert. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, daß die Scheibe und der Abtaster in Druckberührung miteinander gespannt sind. Dies wird einfach durch die Verwendung einer biegsamen Unterlage erreicht und ergibt ein hohes Signal/Störverhältnis. Der Leiter muß daher vom Abtaster isoliert werden. 2'u diesem Zweck kann man die Oberfläche der Scheibe mit einer dünnen Schicht (ungefähr 0,0254 mm = 0,001 Zoll) aus verschleißfestem Isoliermaterial wie PoIytetrafluoräthylen (Teflon) überziehen. Um Welligkeiten in der Oberfläche der fertigen Scheibe zu vermeiden, kann man die gedruck te Schaltung so anbringen, daß sie in einer Ebene mit der Unterlage liegt, oder zweckmäßiger bringt man den Schutzbelag so auf, daß er eine ebene Oberfläche hat. Stattdessen kann man die gedruckte Schaltung auch aus Aluminium herstellen, das man anschließend eloxiert, so daß sich eine Isolieroxydschicht von molekularer Dicke ergibt.

In Abwandlung der vorstehend beschriebenen Ausführungsform trägt die Welle 10 zwei Scheiben wie die Scheibe 12, eine mit 100 und die andere mit 254 Leiterteilen wie I4I, wobei für jede Scheibe eine Induktionsspule und ein Abtaster vorgesehen sind. Auf diese Weise kann man durch einfaches Schalten zwischen den beiden Abtastern und dem Zähler eine Anzeige in Zoll oder in metrischen Einheiten erhalten.

Den gleichen Effekt kann man mit einem einzigen Wandler (wie

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bei der oben beschriebenen Ausführungsform) erzielen, dessen Ausgangssignal man dem Impulszähler entweder direkt zuleitet oder über eine Recheneinrichtung, z.B. das Hauptrechenwerk eines ^;; elektronischen Tischrechners oder eine zweckentsprechende Teilurigs schaltung, die mit der entsprechenden Konstante multipliziert oder dividiert.

Die Stromspeisung kann statt durch Induktion auch durch Bürsten erfolgen.

Zwar sind Leiterschleifen für den Abtaster vorzuziehen, jedoch sind auch andere Techniken geeignet, beispielsweise die Verwendung von Magnetköpfen, wie sie in Magnetbandgeräten verwendet xirerden.

Für den Zähler kann man irgendeinen geeigneten elektronischen oder elektromechanischen Impulszähler mit Aufwärts- und Abwärtszählung verwenden, wie sie in zahlreichen Ausführungen bekannt sind. Der Zähler hat zweckmäßigerweise 5 oder 6 Anzeigedekaden.. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht in der Verwendung eines Zählers, der von Hand auf eine beliebige Anzeige einstellbar ist. Indem man den Zähler so auf die ursprüngliche Abmessung eines Werkstücks einstellt, erhält man durch Verwendung des oben beschriebenen Wandlers eine laufende Anzeige der jeweiligen Werkstückabmessung.

Statt auf einen Drehwandler *(Wandler für Drehbewegungen) ist die Erfindung in gleicher Weise auch auf Linearwandler (Wandler für Linearbewegungen) an—wendbar, indem man einfach das Leitermuster "öffnet", so daß es dann als ein Kreis mit unendlichem Radius angesehen werden kann.

Durch die Erfindung wird somit eine einfache und billige Anordnung zum Wahrnehmen und Anzeigen von Linear- oder Winkelbewegungen um feste Beträge geschaffen, die robust ist und mit Leichtigkeit an vorhandenen Geräten wie Werkzeugmaschinen durch direkten Austausch gegen Skalen- oder Anzeigescheiben angebracht werden kann, ohne daß dafür hochspezialisierte Fachkräfte gebraucht werden.

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Durch die Verwendung einer biegsamen Unterlage ist auf einfache Yfeise für einen gleichmäßig ,dichten Abstand gesorgt, wodurch man ein hohes Signal/Storverhältnis erhält und der Einbau des Wandlers eine wesentlich geringere Genauigkeit erfordert.

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Claims

Patentansprüche

( 1.1 Wandleranordnung mit einer an einem ersten Bauteil foefestxgbaren beweglichen Unterlage, auf derein mäanderförmiger Leiter angebracht ist, und mit einer induktiven Abtastvorrichtung, die an einem relativ zum ersten Bauteil beweglichen zweiten Bauteil befestigbar, ist, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Unterlage (12) biegsam ist unddaß zwischen ihr und der Abtastvorrichtung (20) durch mechanische Vorspannung bedingte DrucJcberührung besteht.
2. Wandleranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zur Herstellung der Druckherührung die Unterlage (12) so geformt ist, daß sie gegen die Abtastvorrichtung (20) drückt.
3. Wandleranordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine weitere induktive Abtastvorrichtung (24) zum Gewinnen einer Anzeige des Eewegungssinnes der Unterlage (12).
4. Wandleranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtung bzw. die Abtastvorrichtungen je eine Leiterschleife (22, 24) aufweist bzw. aufweisen.
5. Wandler anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge-, kennzeichnet , daß die Leiterschleife bzw. jede der Leiterschleifen (22, 24) als gedruckte Schaltung auf einer biegsamen Unterlage (21) ausgebildet ist.
6. Wandleranordnung nach Anspruch 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet , daß auf der Unterlage (12) und dem mäanderförmigen Leiter (14) ein dünner Belag aus Isoliermaterial angebracht ist.

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7. Wandleranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der mäanderförmige Leiter (14) aus Aluminium besteht und durch Oberflächeneloxierung mit einem Isolierbelag versehen ist.
8 . L age anzeigevorrichtung, gelee nnzeichnet durch eine Wandleranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in Verbindung mit einem das Ausgangssignal des Wandlers empfangenden Impulszähler.
9. Lageanzeigevorrichtung nach Anspruch 9> gekennzeichnet durch eine weitere Wandleranordnung und eine Schaltvorrichtung zum wahlweisen Anschließen des Ausgangs entweder der einen oder der anderen Wandleranordnung an den Zähler, wobei die beiden Wandleranordnungen unterschiedliche Beziehungen zwischen Impulsausgangssignal und Bewegung aufweisen, derart, daß die Lage wahlweise in zwei verschiedenen Maßsystemen angezeigt werden kann.
10. Lageanzeigevorrichtung nach Anspruch Q oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulszähler von Hand auf die Anzeige einer anfänglichen Abmessung des beweglichen Bauteils voreinstellbar ist.

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