DE2457376B2 - Verfahren und Vorrichtung zur adaptiven Korrektur der digitalen Längenmessung für inkrementale oder quasiinkrementale Geber - Google Patents

Description

Die Erfindung bptrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung ,air adaptiven Korrektur der Längenmessung mit inkrementalen oder quasiinkrementalen Gebern.

Es handelt sich um die adaptive Korrektur der gemessenen Verschiebung von Gebern mit inkrementalern oder quasiinkrementalem Verhalten, z. B. Drehmeldern oder inductosynen mit digitalem Phasenumsetzer über Impulszuge. Die Erfindung ist insbesondere für die numerische Steuerung von Werkzeugmaschinen rowie für Meßgeräte, die Verschiebungen u.a. messen, anwendbar.

Unter quasiinkrementalen Gebern sind solche verstanden, dfc: aus analogen Signalen mittels besonderer Zusatzschaltungen inkrementale Signale erzeugen.

Bei der Längenmessung des beweglichen Elementes einer numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine unter Verwendung inkremental Geber treten manchmal Meßfehler auf. Diese sind hervorgerufen von den Differenzen zwischen der Länge des verwendeten inkrementalen Mafistabes und der tatsächlichen Länge des gemessenen Bereiches. Es gibt zahlreiche Ursachen für das Auftreten dieser Differenzen zwischen der Länge des Maßstabes und der tatsächlichen Länge. Die wichtigsten davon sind der oft ungünstige Einbau des inkrementalen Maßstabes, der jedoch manchmal der 6". einzig mögliche ist, auf einigen Achsen der Werkzeugmaschinen, das Vorhandensein von konkaven (Verkürzung) oder konvexen (V rlängerung) Spannungen des inkrementalen Maßstabes, das Vorhandensein stetiger Temperaturunterschiede zwischen der Temperatur im Bereich des inkrementalen Maßstabes und die im Meßbereich neben dem Werkstück usw. auftretende Temperatur. Besonders zu erwähnen sind das Vorhandensein einiger ursprünglicher Fertigungsunterschiede, die sehr häufig zwischen dem inkrementalen Maßstab und dem Eichmaßstab auftreten, und zwar besonders dann, wenn die Länge 300 mm überschreitet

Für die Korrektur der Fehler, die von den obenerwähnten Ursachen hervorgerufen sind, ist es bekannt, im Zähler des Istwertes einige Korrekturimpulse zu der gemessenen Verschiebung einzusetzen, so daß die Impulse von einem äußeren Element erzeugt sind, wie z.B. von einem Mikroschalter mit einem nachgeschalteten Impulserzeuger. Zur Gewährleistung einer guten Funktion wird ein von einem äußeren Impulserzeuger synchronisierter Richtungsdiskriminator eingesetzt Die von diesem erzeugten Impulse steuern die Einführung der Korrekturimpulse, so daß die letztgenannten nicht mit den durc?· die Verschiebung des beweglichen Elementes der Maschine erzeugten Impulsen übereinstimmen. Dieses Verfahren weist den Nachteil auf, daß es eine komplizierte Automatisierung erfordert, mit erhöhtun Kosten durch die Verwendung eines Diskriminator mit komplexen Richtungen, eines Master-Sidve-Speichers, eines Oszillators, eines Frequenzverteilers usw. Andere Nachteile des obenerwähnten Verfahrens bestehen darin, daß noch zusätzliche Elemente auf den Achsen der Werkzeugmaschine erforderlich sind, wobei die Regelung schwierig ist

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein adaptives Korrekturverfahren für die gemessene Verschiebung für inkrementale oder quasiinkrementale Geber zu schaffen, weiche mit einfachen Mitteln höchste Genauigkeit erreicht

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß an Stellen, an denen ein Zählimpuls zu wenig erscheint ein zusätzlicher Impuls zwischen zwei durch den Maßstab erzeugten Impulsen hinzugefügt und an Stellen, an denen ein Zählimpuls zu viel erscheint, ein durch den MaCstab erzeugter Impuls unterdrückt wird, daß beim Eichen die Stellen in einem Speicher markiert werden, an denen eine erforderliche Korrektur durchzuführen ist und daß beim Messen beim Überfahren der Korrekturstelle die erforderliche Korrektur selbsttätig erfolgt

Die Erfindung geht bei dieser Lösung so vor, daß die Dekodierung der Wegmaße, an denen die Korrektur durchgeführt wird, eben aus dem Wert der digital gemessenen Verschiebung mit Hilfe einer einstellbaren Dekodiermatrix erfolgt Falls bei diesen Wegmaßen der Maßstabsabschnitt zwischen dem letzten Maßstabspunkt am deni eine Korrektur durchgeführt wurde, und dem zugehörigen Maßstabspunkt länger als der entsprechende Eichmaßstabsabschnitt ist, dann erfolgt die Einführung je eines Korrekturimpidses zwischen zwei nacheinanderfolgenden Zählimpulsen, die in Gegenkoinzidenz gegenüber diesen stehen, mit einer konstanten Verzog -rung gegenüber den ersten der zwei Impulse, bei dem dieser eingeführt ist Zur Erhaltung der Gegenkoinzidenz erfolgt eine Synchronisierung gerade mit dem Zählimpuls, der auch die Korrekiu - auslöst

Unter der Gegenkoinzidenz ist hierbei verstanden, daß ein zeitlich koinzidenter Impuls mit entgegengesetzter Amplitude zu dem Zählimpuls vorgeseher ist. der eine Löschung des Zählimpulses bewirkt.

Die Führung des Korrekturimpulses für die Addie-

rung oder Subtrahierung, die vom verwendeten Zähler für die digitale Längenmessung durchgeführt wird, erfolgt abhängig von der vom Zählrichtungsspeicher gegebenen Bedingung des letzten vom Meßsystem abgegebenen Imputes. Falls der Maßstabsabschnitt , zwischen dem letzten Maßstabspunkt, an dem eine Korrektur durchgeführt wurde, und dem zugehörigen Maßstabspunkt kürzer als der entsprechende Eichmaßstab ist, sieht das Verfahren die Abschaltung der Zählung je eines vom Meßgeber zu den Korrekturmeß- i<> stellen abgegebenen Impulses vor. Der vom Meßgeber ankommende Impuls, der nicht an der Korrekturstelle gezählt wurde, wird zur neuen Betätigung der Zählung der Impulse, die nach ihm entsprechend derselben Zählrichtung auf dem Kanal kommen, als auch für die η Vermeidung der Zählung der Impulse, die gleich nach ihm auf dem Kanal entsprechend der umgekehrten Zählrichtung ankommen, verwendet. Für die Durchführung der positiven oder negativen Fehlerkorrekiuren unter Ein- oder Abschaltung der gleichzeitig vom ?n Meßgeber ankommenden Zählimpulse zu den zu korrigierenden Meßstellen aus dem Wert der digital gemessenen Verschiebung wird ein Vergleich mit einem Nullimpuls durchgeführt. Der Vergleich besteht aus der Kombination zwischen dem Nullimpuls einer Umdre- >; hung des Gebers mit einem vom Mikroschalter abgegebenen Signal. Der Mikroschalter ist auf der Verschiebungsachse des beweglichen Elementes gegenüber derjenigen Stelle, die als Anfangsstelle gewählt wurde, angeordnet. Die Korrekturkennlinie der gemessenen Verschiebung hängt — wenn nötig — von der Umgebungstemperatur ab, die an die Steuerung einer Temperaturmeßvorrichtung zur Änderung einer Matrix der Korrekturstellen angepaßt ist.

Die Vorrichtung für die Durchführung dieses \^r, Verfahrens läßt sich auf mehrererlei Weise gestalten: Es ist möglich, sie lediglich für die Korrektur positiver Fehler oder lediglich für die Korrektur negativer Fehler auszulegen — indem der an der Werkzeugmaschine angebrachte Maßstab absichtlich eine Abweichung nach oben oder nach unten aufweist —, es ist aber auch möglich, sowohl positive als auch negative Fehler zu korrigieren.

Dabei ist die Vorrichtung für die Korrektur positiver Fehler so aufgebaut, daß für jede Stelle, an der eine <i Korrektur eines positiven Fehlers durchgeführt wird, je ein Korrekturglied verwendet ist, dessen Ausgangssignal mittels eines Verzögerungskreises und eines Impulserzeugers an zwei Steuertorkreise angelegt ist, während die anderen zwei Eingänge mit einem so Umschalter, der den Betrieb mit der Korrektur der Vorrichtung steuert, und mit den Ausgängen eines bistabilen Kreises verbunden sind, dessen Eingänge an die Ausgänge der im Längenmeßsystem verwendeten elektronischen Weise geschaltet sind, so daß das sich am Ausgang des Korrekturgliedes ergebende und im Verzögerungskreis und Impulserzeuger verarbeitete Signal mittels eines Torkreises mit zwei Eingängen an die Schiene angelegt ist, an der das dekodierte Signal zwischen dem Impuls, der die Korrektur auslöst, und dem nächsten Impuls ankommt

Die Vorrichtung für die Korrektur negativer Fehler ist so aufgebaut, daß für jede Stelle, an der eine Korrektur eines negativen Fehlers durchgeführt wird, je ein Korrekturglied verwendet ist, dessen Eingänge an entsprechende Schienen einer Dekade des Istwertzählers des Wegmaßes des beweglichen Elementes geschaltet sind, und dessen Ausgangssigna] einen Verzögerungskreis durchläuft und dann über einen Umkehrkreis an je einen Eingang von zwei Torkreisen mit je drei Eingängen und mittels eines Impulserzeugers an den Eingang des Torkreises und an je einen Eingang .um/wei Torkreisen mit je zwei Eingängen angwlegt ist, und daß die Ausgänge der Torkeise mit je drei Eingängen an den dynamischen Eingang mit den Vorbereitungseingängen eines bistabilen Kreises jk Master-Slave und an den zweiten Eingang eines UND-Kreises mit zwei Eingängen geschaltet sind, mit dem die Impulse vom Ausgang der elektronischen Weiche, die ein Bestandteil der Längenmessungsvorrichtung ist, an die Eingänge des Zählers, mit dem die Impulsverschiebung des beweglichen Elementes registriert sind, angelegt sind, daß die Ausgänge der Torkreise mit je zwei Eingängen an die statischen Eingänge des bistabilen Master-Slave-Kreises geschaltet sind, wobei die anderen Eingänge des Torkreises mit ip tlrpi Finuängpn an dip Ausgäncrp Her elp.ktrnniu-hpn Weiche, an Masse über einen Umschalter und an die Ausgänge des bistabilen yAr-Master-Slave-Kreises angeschlossen sind, während die anderen Eingänge der Torkreise mit je zwei Eingängen an die Ausgänge eines über Signale vom Ausgang der elektronischen Weiche gesteuerten bistabilen Kreises angeschlossen sind.

Wird die Vorrichtung mit Drehgebern aufgebaut, so ist es zweckmäßig, daß bei einem Drehgeber der Anfanjf-ounkt des Gebers über einen Nullimpuls markiert ist und am Ausgang eines Logik-NAND-Kreises mit zwei Eingängen erhalten ist, die an den Ausgang, an dem die Nullimpulse des Gebers erzeugt sind, und an den Ausgang eines Mikroschalters, der auf dem Gestell der Maschine eingebaut und von einem im beweglichen Element eingeschlossenen Nocken angetrieben ist, angeschlossen sind.

Um auch durch Temperaturänderungen auftretende Änderungen der Maßstäbe korrigieren zu können, ist es zweckmäßig, wenn zwecks Erhaltung eines adaptiven Verhaltens, abhängig von den Temperaturänderungen der Umgebungstemperatur, das Nullsignal einiger der NAND-Kreise, die als Dekodierer für die Korrekturstellen verwendet sind, an den Eingang der Kreise über je einen Umkehrkreis und je einen Torkreis mit zwei Eingängen angelegt ist, dessen zweiter Eingang über je einen Kontakt einer Temperaturmeßvorrichtung, die ein Kontaktthermometer, eine Bimetalleinheit usw. sein kann, und einen NAND-Kreis mit einer Anzahl von Eingängen gleich der höchsten Anzahl der Korrektursteilen eingeschaltet ist.

Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargest'Uten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Korrekturdiagramm des Fehlers bei der Längenmessung mit einem inkrementalen Maßstab, der langer als der Eichmaßstab ist, wobei der Anfangspunkt an einem Ende des Maßstabes liegt;

Fig.2 ein Korrekturdiagramm des Fehlers bei der Längenmessung mit einem inkrementalen Maßstab, der kürzer als der Eichmaßstab ist, wobei der Anfangspunkt an einem Ende des Maßstabes liegt;

Fig.3 ein Korrekturdiagramm des Fehlers bei der Längenmessung mit einem inkrementalen Maßstab, der kürzer als der Eichmaßstab ist wobei der Anfangspunkt neben der Mitte an einer anderen beliebigen Stelle des Maßstabes liegt;

Fig.4 ein Korrekturdiagramm des Fehlers bei der Längenmessung mit einem inkrementalen Maßstab, der langer als der Eichmaßstab ist, wobei der Anfangspunkt

in der Mitte des Maßstabes liegt, die Fehlergröße des Maßstabes zu beiden Seiten jedoch unterschiedlich ist;

F i g. 5 ein Korrekturdiagramm des Fehlers bei der Längenmessung mit einem inkrementalen Maßstab, wobei de^r Anfangspunkt an einem Ende des Maßslabes liegt, der sowohl längere als auch kürzere Bereiche als die entsprechenden Bereiche eines Eichmaßstabes aufwt,>i;

F i g. 6 ein Blockschaltbild der Korrekturvorrichtung;

F i g. 7 die Schaltung eines Teiles der Vorrichtung der für das Erreichen eines festen einzigen Anfangspunktes des Meßgebers ausgelegt ist;

F i g. 8 ein Blockschaltbild eines Teiles der Vorrichtung, der für die Anpassung der Korrektur in Abhängigkeit von der Temperatur ausgelegt ist.

Aus dem dargestellten Diagramm der Fig. I ergibt sich, daß, falls ein ink rementaler Maßstab länger als ein F.ichmaßstab ist, der ( ehler, der bei der Längenmessung des beweglicher; Elementes ayfiriü. positive« und steigendes Verhalten aufweist, und zwar:

f = Imkr- /<-f>0,

lmkr> Ul

da

wobei !,„kr die Länge des auf dem Gestell der Werkzeugmaschine eingebauten inkrementalen Maßstabes, /<·, die Länge eines ideellen Maßstabes (ohne Fehler) und e der absolute Fehler ist, der bei der Längenmessung des beweglichen Elementes auftritt.

In ähnlicher Weise ergibt sich aus dem Diagramm der F i g. 3 und dem Verhältnis

h = l,nkr—lei<0, da in diesem Fall:

daß, falls der inkrementale Maßstab kürzer als der Eichmaßstab ist, der Fehler, der bei der Längenmessung des beweglichen Elementes auftritt, einen negativen und steigenden Verlauf, als absoluten Wert ausgedrückt, aufweist.

In der Wirklichkeit weist die Kennlinie, die den absoluten Wert abhängig von der gemessenen Länge mit einem inkrementalen Maßstab darstellt, der länger oder kürzer als der Eichmaßstab ist, im allgemeinen den Verlauf einer welligen Kennlinie auf. Diese wellige Kennlinie kann ohne Gefahr einer geraden Linie angenähert werden.

Die Tatsache, daß der inkrementale Maßstab länger oder kürzer als ein ideeller Eichmaßstab ist, erklärt sich dadurch, daß bei der Durchführung einer Längenmessung des beweglichen Elementes auf einem gegebenen Abstand die Anzahl der vom Meßgeber erzeugten Impulse kleiner oder größer als die Anzahl der Impulse ist, die bei der Verwendung eines ideellen Eichmaßstabes erzeugt würden. Aus diesem Grund müssen, um die Korrektur der gemessenen Längenmessung durchführen zu können, in das Zähl- oder Rechenwerk des laufenden Wegmaßes eine Anzahl von entsprechenden Korrekturimpulsen eingeführt oder vermieden werden. Wenn z. B. bei der Eichung ein Fehler von 0,02 mm festgestellt wird und der verwendete Maßstab kürzer als der ideelle Maßstab ist, dann muß die Einführung von zwei Impulsen je abgelaufenen Zentimeter vermieden werden. Die Zeitpunkte, zu denen die Einführung oder das Auslassen je eines Impulses erfolgen soll, wird nach der Kennlinie des absoluten Wertes des auf der Werkzeugmaschine eingebauten inkrementalen Maßslabes gewählt, so daß das Einführen oder das Auslassen nach der Längenmessung erfolgen muß, wenn der absolute Fehler gleich mit dem Arbeitsinkrement des

so

55

w> Meßgebers ist. Wenn z. B. der Maßstab ein Arbeitsinkrement des Meßgebers von 0,01 mm aufweist, dann erfolgt die Einführung oder das Vermeiden der Einführung je eines Impulses nach jeder Längenmessung, wenn der Fehler 0,01 mm beträgt.

Das Korrektur-Blockschaltbild und die Meßvorrichtung der Erfindung ist in der F i g. 6 dargestellt.

Ein Meßgeber 1 liest die Licht- und Dunkelbereiche (es ist der Fall eines Licht-Lesegebers) oder Weiß- und Schwarzbereiche (der Fall eines Reflexionslesegebers). Dieses sind Bereiche, die sich auf einem inkrementalen Maßstab 2, der in der Werkzeugmaschine eingebaut ist. befinden. Das vom Geber erzeugte Signal ist ein rechteckiger Impulszug, der in dem im Geber befindlichen Erzeuger erzeugt wird. Dieses Signal durchläuft einen Richtungsdiskriminator 3, der die Eingangsimpulse, deren Läng von der Verschiebungsgeschwindigkeit des beweglichen Elementes abhängig ist. In ImniiUp mit geeichter Länge, die synchron mit den Flanken der Eingangsimpulse sind, umformt und über einen der zwei Eingänge, abhängig von der Verschiebungsrichtung des beweglichen Elementes, überträgt. Die Ausgangsimpulse des Richtungsdiskriminators durchlaufen eine elektronische Weiche 4, die zur Gewährleistung einer richtigen Zählung bei Nulldurchgang dient. Am Ausgang der elektronischen Weiche 4 werden Impulse mit einer geeichten Länge erhalten. Diese Impulse werden abhängig von der Zählrichtung von einem der zwei Eingänge geliefert. Diese Impulse werden für jede Zählrichtung mittels je zweier als Torkreise dienender NAND-Kreise mit zwei Eingängen Pi, Pi bzw. P₃, P₄ an den Eingang eines Zählers N mit mehreren Dekaden, entsprechend der maximalen Verschiebung des beweglichen Elementes, angelegt.

Die Zahlen, die die Wegmaße, an denen die Korrektur durchgeführt wird, darstellen, werden mit einem Korrekturglied M korrigiert, an das die Korrekturmatrix D angeschlossen ist, die über Ausgänge 2°, 2', 2-, 2³ mit dem Zähler N verbunden ist. Die zugehörigen Wegmaße werden, wie oben angeführt, nach Erstellung der Fehlerkennlinie des auf der Werkzeugmaschine eingebauten inkrementalen Maßstabes durchgeführt. Die Bestimmung der Wegmaße, an denen die Korrekturen durchgeführt werden sollen, erfolgt wie oben angeführt unter der Annahme, daß, wenn ein Fehler gleich dem Arbeitsinkrement des Meßgebers erreicht wurde, ein Impuls eingeführt oder ausgelassen werden muß.

Das Korrekturglied M besteht für jedes dekodierte Korrektur-Wegmaß aus einem NAND-Kreis mit mehreren Eingängen, die an den entsprechenden Set ienen mit Potenzen von zwei einer Dekade eingeschaltet sind, die die Zahl des Wegmaßes, an dem die Korrektur durchgeführt wurde, darstellt Diese Kreise sind in der F i g. 6 mit 5,6... 9 für die Stellen, an denen eine positive Korrektur durchgeführt werden soll, d. h. wo ein zusätzlicher Impuls im Zähler N eingeführt werden muß, und mit 10, 11 ... 14 für die Stellen bezeichnet, an denen eine negative Korrektur durchgeführt werden soll, d. h. die Einführung eines Meßimpulses in den Zähler N nicht erfolgen darf.

In folgendem wird zuerst derjenige Teil des Blockschaltbildes, der die positive Korrektur, und dann derjenige Teil des Blockschaltbildes, der die negative Korrektur der gemessenen Verschiebung gewährleistet, beschrieben.

Die Ausgänge der NAND-Kreise 5 ... 9 sind an je einen Eingang eines anderen NAND-Kreises 15

geschaltet, der mit einer Anzahl von Hingängen entsprechend der maximalen Anzahl von Steilen, an denen die Korrektur durchgeführt wird, versehen ist. Der Ausgang des NAND-Kreises 15 ist mit einem der zwei Eingänge eines NAND-Kreises 16 verbunden, -, dessen zweiter Eingang an eine Schiene geschaltet ist, die ein Signcl erhält, wenn alle untergelagerten Dekaden Null aufweisen. Der Impuls aus dem Ausgang des NAN D-greises 16 durchläuft zwei durch einen NAND-Kreis 17 getrennte Verzögerungskreise R\C\ und Rid. Das Ausgangssignal des zweiten Verzögerungskreises R]C₂ durchläuft zwei Umkehrstufen 18 und 19, die NAND-Kreise mit zwei parallel geschalteten Eingängen verwenden, nachdem es an einen Impulserzeuger angelegt wurde, der aus zwei Umkehrstufen 20 ι, und 21 besteht, die in Kaskaden mit einem Verzögerungskreis RjCi geschaltet sind. Die Kreise 17 und 18 dienen zur Wiederherstellung der Flanken, während der Kreis 19 die richtige Polarität gewährleistet. Am

kleiner Länge (gleich der Länge der Fingangsimpulse des Zählers z. B. 200 nS) und negativer Polarität erhalten, der dann in einer Umkehrstufe 22 umgekehrt wird.

Der Verzögerungskreis, der die mit R\C\, 17, R₁C₂,18, r> 19 bezeichneten Kreise sowie auch die mit FI1 bezeichnete Impulserzeugungseinheit, die aus den Kreisen 20, A₃C₃, 21, 22 besteht, enthält, dient zur Erzeugung von Impulsen mit einer Länge und Amplitude, die gleich denjenigen Impulsen ist, die am «i Zähler angelegt sind, die jedoch mit einer so gewählten Zeitspanne verzögert sind, die ihre Einführung zwischen zwei nacheinanderfolgenden Impulsen am Eingang des Zählers N mit höchster Arbeitsfrequenz und ihre Zählung mit dem Zähler gewährleistet. Ein solcher jt Impuls wird an je einen Eingang von zwei Torkreisen 23 und 24, die ebenfalls als NAND-Kreise ausgebildet sind, mit je drei Eingängen angelegt. Die anderen Eingänge der Torkreise 23 und 24 sind an den Ausgang eines bistabilen, aus zwei NAND-Kreisen mit je zwei Eingängen 25 und 26 gebildeten Kreises angeschlossen und an Masse mittels eines Umschalters K\ anlegbar, der nur dann geöffnet ist wenn die Verschiebungsmessung des beweglichen Elementes mit Korrektur erfolgt.

Die Ausgänge der Torkreise 23 und 24 sind an einem *-» zweiten Eingang der NAND-Kreise P\ und P₂ geschaltet. Die Eingänge der bistabilen Kreise 25 und 26 sind an den Ausgang der elektronischen Weiche 4 angeschlossen.

Die Schaltung für die negative Korrektur ist so folgendermaßen aufgebaut:

Die Ausgänge der NAND-Kreise IO ... 14 sind einzeln an je einen Eingang des NAND-Kreises 27 geschaltet, der mit einer Anzahl von Eingängen entsprechend der maxiamlen Anzahl der Stellen, an denen die negative Korrektur durchgeführt wird, versehen ist Der Ausgang des NAND-Kreises 27 ist an einen der zwei Eingänge eines anderen NAND-Kreises

28 angeschlossen, dessen zweiter Eingang an einer Schiene ein Signal erhält wenn alle untergeordneten Dekaden Null aufweisen. Das Signal am Ausgang des NAND-Kreises 28 durchläuft einen Verzögerungskreis R4C4 und dann gleichzeitig einerseits eine Umkehrstufe

29 und andererseits einen Impulserzeuger FI2. Das Signal aus dem Impulserzeuger FI2 wird an den NAN D-Torkreis 30 angelegt Das Signal am Ausgang der Umkehrstufe 23 wird an einen der Eingänge der NAND-Torkreise 31,32 mit je drei Eingängen angelegt.

Bei dem Torkreis 30 sind die anderen zwei Eingänge an die Ausgänge der elektronischen Weiche 4 geschaltet. Bei den Torkro.sen 31 und 32 sind die anderen Eingänge an die Ausgänge eines bistabilen Kreises Master-Slave jk CB und an Masse mittels des Umschalters Ki, der bei der Verschiebungsmessung des beweglichen Elementes mit Korrektur öffnet, geschaltet. Der Ausgang des Torkreises 30 ist an den dynamischen E^:ngang zusammen mit den Vorbereitungseingängen des bistabilen Kreises jk CB angeschlossen. Die Ausgänge der Torkreise 31 und 32 sind an einen zweiten Eingang der Torkreise P₃ und Pa geschaltet. Die statischen Eingänge des bistabilen Kreises jk CB sind an die Ausgänge von zwei Torkreisen mit je zwei Eingängen 33 und 34 angeschlossen. Die Eingänge der Torkreise 33 und 34 sind an den Ausgang des Impulserzeugers Fl2 und an die Ausgänge des bistabilen Kreises, der aus zwei NAN D-Kreisen 25 und 26 besteht, angeschlossen.

Die Arbeitsweise desjenigen Vorrichtungsteiles, eier clip nncitivp Korrektur durch Einführung von Impulsen im Falle eines längeren Maßstabes als des Eichmaßstabes gewährleistet, wird im folgenden beschrieben:

Während der Verschiebung des beweglichen Elementes werden logische Impulse [0] mit geeichter Länge an einen der Ausgänge der elektronischen Weiche 4 in Abhängigkeit von der Verschiebungsrichtung des beweglichen Elementes erhalten. Wenn sich z. B. das bewegliche Element in der direkten Richtung bewegt, werden die Impulse von dem ersten Ausgang der elektronischen Weiche — mit m in F i g. 6 bezeichnet — geliefert. Der Zustand des bistabilen Kreises 25, 26 ist von den logischen Impulsen [0] am Ausgang der elektronischen Weiche 4 bestimmt. Dieser ist abhängig vom Ausgang, der diese Impulse liefert. Wenn z. B. die Impulse vom Ausgang m geliefert sind, wird der bistabile Kreis 25, 26 zum 0-Signal am Ausgang 25 gekippt. Wenn der Umschalter K/ geöffnet wird, dann wird der vom Impulsgenerator Fl 1 erzeugte Impuls bei Erreichung des Maßes einer Korrekturstelle wieder als 0-Impuls am Ausgang des Torkreises 24 erhalten, dessen einer Eingang an den Ausgang des Kreises 26 geschaltet ist. Dieser Impuls wird an den zweiten Eingang des Torkreises P\ angelegt, der ein NAND-Kreis ist. so daß er die logische Funktion ODER für die 0-Signale ausführt. Am Ausgang ergibt sich also ein 1-Impuls gleicher Länge und praktisch synchron mit dem am zweiten Eingang des Torkreises P\ angelegten 0-lmpuls. Dieser Impuls wird nach seiner Umkehrung im NAND-Kreis Pi vom Zähler N gezählt, wodurch die Korrektur durchgeführt wird.

Die Arbeitsweise des Vorrichtungsteiles, der die negative Korrektur (durch das Auslassen einer Anzahl von Impulsen entsprechend dem Fehler im Zähler N — dies ist der Fall eines inkrementalen Maßstabes, der kurzer als der Eichmaßstab ist) gewährleistet ist ähnlich dem Teil, der die positive Korrektur bis an den Ausgang des Impulserzeugers FIX gewährleistet Wenn der Umschalter Ki geöffnet wird, so ruft der vom Impulsgenerator FI2 erzeugte Impuls bei Erreichen des beweglichen Elementes des Wegnu-ßes einer Korrekturstelle einen Impuls hervor, der in der Übergangszeit 0-L des Signals am Eingang des Impulsgenerator erzeugt ist Dieser Impuls veranlaßt das Auftreten eines 0-Signals am Ausgang des Torkreises 34, da beide Eingänge ein Signal L aufweisen. Das 0-Signal, das am Ausgang des Torkreises 34 am statischen Eingang k des bistabilen jA-CS-Kreises angelegt ist, ruft das Kippen desselben hervor, unabhängig von seinem vorherigen

d, so uaß am Ausgang j das Signal L und am Ausgang k das Signal 0 erscheint. Das Signal L am Ausgang j des Cö-Kreises, das an einem der Eingänge des Kreises 31 angelegt wird, ruft das Auftreten eines O-Signals am Ausgang desselben hervor, das den <■, Torkreis P₃ unter Vermeidung der Zäh'ung des folgenden Impulses vom Zähler N sperrt, wobei die Korrektur durchgeführt werden kann. Gleichzeitig wird dieses letzte Signal an den einen der Eingänge des NAND-Kreises 30 angelegt, wobei das Auftreten eines to Signals L am Ausgang hervorgerufen wird. Dieses Signal ruft das Kippen des Kreises während des O-Signals am Ausgang j und während des L-Signals am Ausgang k hervor, da es am dynamischen umgang des bistabilen Kreises angelegt wurde. So wird der Torkreis ι i Pj wieder geöffnet, wobei die Zählung des nächsten Impulses vom Zähler Ngewährleistet wird. Es ist also zu ersehen, daß das korrigierte Signal den Torkreis P₁ schließt und der nächstfolgende Impuls, der nicht gezählt wurde, seine Wiederöffnung hervorruft. Es ist noch zu ervshnen, daß ein unrichtiges Funktionieren der Vorrichtung nicht möglich ist. wenn dr.s bewegliche Element die Verschiebungsrichtung an der Korrekturstelle oder in seiner Nähe ändert.

Falls der Geber kein linearer, sondern ein drehbarer y, Geber ist, liefert der letztgenannte je einen 0-lmpuls bei jeder Drehung. Für die Erreichung eines festen Anfangspunktes des Gebers ist die Vorrichtung mit einem NAND-Kreis mit zwei Eingängen 35 versehen. An dessen Eingängen wird das O-Signal des Drehgebers und ein Mikroschaltersignal angelegt. Dieses Signal wird von einem Mikroschalter km geliefert, der auf einem festen Teil der Werkzeugmaschine befindlich ist und von einem am beweglichen Element angebauten Nocken angetrieben wird.

Die oben beschriebene Anordnung ist absolut notv/endig, um eine fehlerlose Korrektur durchführen zu könnei,. .la sie den festen und einzigen Anfangspunkt des Gebers feststellt, was die Eichung und Eintragung der Fehlerkennlinie möglich macht.

Um eine adaptive Korrektur abhängig von der Umgebungstemperatur zu ermöglichen, wird eine Temperaturmeßvorrichtung Tm. die ein Kontaktthermometer, eine Bimetalleinheit usw. sein kann, verwendet.

In Fig.8 wurden nur einige Kontakte dieser Vorrichtung, die mit K₂. K_} bezeichnet sind, dargestellt. Dies·» Kontakte können vorgesehen werden, um bei Erreichen der voreingestellten Temperatur i\i schließen oder zu öffnen. Durch Schließen eines Kontaktes werden ein oder mehrere Torkreisc mit zwei Eingängen vorbereitet, deren zweite Eingänge über je einen Umkehrkreis an den Ausgang je eines den Korrekturstellen entsprechenden Torkreises eingeschaltet sind. Die Torkreise mit zwei Eingängen wurden mit P»... P_x und die Umkehrkreise mit P_4i... Pw bezeichnet. So wird an der Korrekturstelle ein Impuls nur dann eingeführt oder ausgelassen, wenn die Umgebungstemperatur zwischen bestimmten Grenzen liegt. Selbstverständlich ist es, daß. falls die adaptive Korrektur eingesetzt wird, vorher mehrere Fehlerkennlinien bni verschiedenen Temperaturen eingetragen werden müssen, um die Korrekturstellen bei jeder Temperatur feststellen zu können.

Das Verfahren und die Vorrichtung de! adaptiven Korrektur der Längenmessung für inkrementale oder quasiinkrementale Geber nach der Erfindung weisen folgende Vorteile auf:

Die Erhaltung einer erhöhten Verarbeitungsgenauigkeit der Werkstücke ist gewährleistet,
die Verwendung von inkrementalen Maßstäben größter Genauigkeit, die kostbar und teuer sind, ist vermieden,

die Möglichkeit der Verwendung und Kompensierung der Drehgeber mit oder ohne Ritzel, die viel billiger als die linearen Geber sind, ist gegeben,
eine große Zuverlässigkeit ist dank der Einfachheit der Montage und der Vermeidung von Steuerungen über galvanische Kontakte gesichert,
eine einfachere Montage und Regelung gegenüber anderen bekannten Vorrichtungen ist gewährleistet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur adaptiven Korrektur der Längenmessung mit inkrementalen oder quasiinkrementalen Gebern, dadurch gekennzeichnet, daß an Stellen, an denen ein Zählimpuls zu wenig erscheint, ein zusätzlicher Impuls zwischen zwei durch den Maßstab erzeugten Impulsen hinzugefügt und an Stellen, an denen ein Zählimpuls to zu viel erscheint, ein durch den Maßstab erzeugter Impuls unterdrückt wird, daß beim Eichen die Stellen in einem Speicher markiert werden, an denen eine erforderliche Korrektur durchzuführen ist und daß beim Messen beim Oberfahren der Korrekturstelle die erforderliche Korrektur selbsttätig erfolgt

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Wegmaße an den Stellen, an denen die Korrektur durchgeführt wird, vom Wert der digital gemessepc-j Länge mit Hilfe einer einstellbaren

daß bei diesen Wegmaßen, falls das Maßstabsegment zwischen dem letzten Wegmaß, an dem eine Korrektur durchgeführt wurde, und dem zugehörigen Wegmaß länger als das Eichsegment ist, die Einführung je eines Korrekturimpulses zwischen zwei nacheinanderfolgenden Zählimpulsen erfolgt, die in Gegenkoinzidenz mit den letzten stehen, und daß dieser mit einer konstanten Verzögerung gegenüber dem ersten der zwei Impulse, zwischen die er eingeführt äst, zwecks Erreichung der Gegenkoinzidenz auftritt, wobei die Synchronisierung mit dem Zählimpuls, de. die Korrektur auslöst, erreicht wird, während, fills das Maßstabsegment zwischen dem letzten Wegr.aß, an dem eine Korrektur durchgeführt wurde, und dem zugehörigen Wegmaß kurzer als der entsprechende Eichmaßstab ist, die Auslassung je eines Impulses vom Meßgeber an den Stellen, an denen die Korrektur erfolgt, vorgesehen ist

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, üaß die Steuerung des Korrekturimpulses für die Addierung und Substrahierung von dem für die digitale Längenmessung verwendeten Zähler abhängig von der vom Zählrichtungsspeicher gegebenen Bedingung des vom Meßsystem letztankommenden Signals erfolgt

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Meßgeber ankom- so mende und nicht gezählte Impuls an der Korrekturstelle for die erneute Zählbestätigung der Impulse, die nach ihm auf der Spur mit derselben entsprechenden Zählrichtung ankommen, sowie auch für die Vermeidung der Zählung des gleich nach ihm auf der ss der umgekehrten Zählrichtung entsprechenden Spur ankommenden Impulses eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig positivie sowie negative Fehlerkorrekturen durch Einführung oder Auslassung der Zählung von Impulsen vorgesehen sind, die vom Meßgeber an der, vom Wert der digitalen Längenmessung korrigierten Stellen ankommen, die entweder auf einem festen Anfangspunkt des Gebers, der mit einem Nullimpuls markiert ist, der den Zählerinhalt löscht, oder auf einen beliebigen Anfangspunkt, falls die Fehleränderung monoton ist, bezogen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitige Korrektur des positiven und negativen Fehlers mit einem inkrementalen Drehgeber durch Beziehung auf einen Nullimpuls durchgeführt wird, der aus der Kombination des Nullimpulses einer Umdrehung des Gebers mit einem von einem Mikroschalter gelieferten Signal besteht, wobei der Mikroschalter auf der Verschiebungsachse des beweglichen Elementes gegenüber der als Anfangspunkt gewählten Stelle angeordnet ist, während bei einem Drehmelder oder Induktosyn durch Beziehung auf einen Nullimpuls der aus der Kombination eines der Nullimpulse, die bei jeder Periode des entsprechenden Gebers erscheinen, mit einem vom Mikroschalter gegebenen Signal besteht

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrekturkennlinie der Längenmessung abhängig von der Umgebungstemperatur an die Steuerung einer Temperaturmeßvorrichtung angepaßt ist, die die Matrix der Korrektursteilen ändert.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Stelle, an der eine Korrektur eines positiven Fehlere durchgeführt wird, je ein Dekodierer (D) verwendet ist, dessen Ausgangssignal mittels eines Verzögerungskciises (CT) und eines Impulserzeugers (FIi) an zwei Steuertorkreise (23,24) angelegt ist, während die anderen zwei Eingänge mit einem Umschalter (Κή, der den Betrieb mit der Korrektur der Vorrichtung steuert, und mit den Ausgängen eines bistabilen Kreises (25, 26) verbunden sind, dessen Eingänge an die Ausgänge der im Längenmeßsystem (I, 2, 3, 4) verwendeten elektronischen Weiche (4) geschaltet sind, so daß das sich am Ausgang des Dekodierers (D) ergebende und im Verzögerungskreis (CT) und Impulserzeuger (FIi) verarbeitete Signal mittels eines Torkreises mit zwei Eingängen (P\, Pj) an die Schieps (m, n) angelegt ist, an der das dekodierte Signal zwischen dem Impuls, der die Korrektur auslöst, und dem nächsten Impuls ankommt, uitd daß für jede Stelle, an der eine Korrektur eines negativen Fehlers durchgeführt wird, je ein Dekodierer (D) verwendet ist, dessen Eingänge an entsprechende Schienen einer Dekade des Istwertzähiers des Wegmaßes des beweglichen Elementes geschaltet sind, und dessen Ausgab<;ssignal einen Verzögerungskreis (RtG) durchlauf; und dann über einen Umkehrkreis (29) an je einen Eingang von zwei Torkreisen (31, 32) mit je drei Eingängen und mittels eines Impulserzeugers (FI 2) an den Eingang des Torkreises (30) und an je einen Eingang von zwei Torkreisen (33, 34) mit je zwei Eingängen angelegt ist, und daß die Ausgänge der Torkreise mit je drei Eingängen (31, 32) an den dynamischen Eingang mit den Vorbereitungseingängen eines bistabilen Kreises jk Master-Slave (CB) und an den zweiten Eingang eines UND-Kreises (P₃, Pa) mit zwei Eingängen geschaltet sind, mit dem die Impulse vom Ausgang der elektronischen Weiche (4), die ein Bestandteif der Längerrmessungsvöfrichtung ist, an die Eingänge des Zählers (N), mit dem die Impulsverschiebung des beweglichen Elementes registriert sind, angelegt sind, daß die Ausgänge der Tcrkreise mit je zwei Eingängen (33, J4) an die statischen Eingänge des bistabilen Master-Slave-Kreises (CB) geschaltet sind, wobei die anderen

Eingänge des Torkreises mit je drei Eingängen (31, 32) an die Ausgänge der elektronischen Weiche (4), an Masse über einen Umschalter (K]) und an die Ausgänge des bistabilen ,/Jt-Master-Slave-Kreises (CB) angeschlossen sind, während die anderen Eingänge der Torkreise mit je zwei Eingängen (33, 34) an die Ausgänge eines Ober Signale vom Ausgang der elektronischen Weiche gesteuerten bistabilen Kreises (25,26) angeschlossen sind.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Drehgeber der Anfangspunkt des Gebers über einen NuIIimpols markiert ist und am Ausgang eines Logik-NAND-Kreises (35) mit zwei Eingängen erhalten ist, die an den Ausgang, an dem die is Nullimpulse des Gebers erzeugt sind, und an den Ausgang eines Mikrosehalttrs (Km), der auf dem Gestell der Maschine eingebaut und von einem im beweglichen Element eingeschlossenen Nocken angetrieben ist, angeschlossen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erhaltung eines adaptiven Verhaltens, abhängig von den Tempeaturänderungen der Umgebungstemperatur, das Nullsignal einiger der NAND-Kreise (P₅ ... P_H), die als Dekodierer für die Korrekturstellen verwendet sind, an den Eingang der Kreise (15) oder (27) über je einen Umkehrkreis (P_n... P₄₅) und je einen Torkreis (Px... Pw) mit zwei Eingängen angelegt ist, dessen zweiter Eingang über je einen Kontakt (K₂. K₃, K₄) einer Temperaturmeßvorrichtung (Tm), die ein Kontaktthermometer, eine Bimetalleinheit usw. sein kann, und einen NAND-Kreis (15 oder 27) mit einer Anzahl von Eingängen gleich der höchsten Anzahl der Korrekturstellen eingeschaltet ist