DE2610127A1 - Machine part absolute movement distance measurement - using wear and dirt resistant transmitter, receiver and moving probe attached to monitored machine part - Google Patents
Machine part absolute movement distance measurement - using wear and dirt resistant transmitter, receiver and moving probe attached to monitored machine partInfo
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Abstract
Description
Vorrichtung zur Absolutwertmessung Device for measuring absolute values
von Bewegungsstrecken an Maschinen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Absolutwertmessung von Bewegungsstrecken an Isaschinen, beispielsweise an Werkzeugmaschinen. Vorrichtungen dieser Art sind bereits bekannt, insbesondere im Zusammenhang mit numerisch gesteuerten Bearbeitungsmaschinen. of movement paths on machines The invention relates to a device for absolute value measurement of movement distances on ismachines, for example on machine tools. Devices of this type are already known, in particular in connection with numerically controlled processing machines.
Die bekannten Streckenmeßvorrichtungen weisen entlang der Bewegungsstrecke elektro-optisch oder induktiv abtastbare Maßstäbe auf. Dabei sind fiir eine Absolutwertmessung nach einem irrungsfreien Code markierte IIaßstäbe aus lichtdurchlässigem oder lichtreflektierendem SIaterial, oder für eine inkrementale Messung Maßstäbe mit Stricheichäng bekannt. Für die induktive içIessung sind Maßstäbe mit einem Leitermäander bekannt.The known distance measuring devices point along the movement path electro-optically or inductively scannable scales. Here are for an absolute value measurement Scales made of translucent or light-reflecting, marked according to an error-free code SImaterial, or for an incremental measurement, scales with dashes are known. Scales with a conductor meander are known for inductive measurement.
Zur alle bekannten Streckenmeßvorrichtungen gilt, daß der an der Bearbeitungsmaschine angebrachte Meßteil, der als mechanischer Meßteil bezeichnet werden kann, dem eine elektrische Auswerteschaltung mit unterschiedlicher Komplexität nachgeschaltet ist, teuer in der Herstellung ist und einen wesentlichen Kostenfaktor solcher Vorrichtungen bildet.It applies to all known distance measuring devices that the one on the processing machine attached measuring part, which can be referred to as a mechanical measuring part, the one electrical evaluation circuit with different complexity is connected downstream, is expensive to manufacture and a significant cost of such devices forms.
Außerdem sind die Meßteile dieser Vorrichtungen relativ störanfällig, insbesondere durch Versclmutzung oder Abrieb.In addition, the measuring parts of these devices are relatively prone to failure, especially due to soiling or abrasion.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile eine Vorrichtung zur Absolutwertmessung von Bewegungsstrecken an Maschinen zu schaffen, die einen relativ einfachen und wenig störanfälligen Meßteil aufweist, der eine spürbare Senkung der bislang relativ hohen Kosten solcher Vorrichtungen erlaubt.The invention is based on the object, avoiding the above mentioned disadvantages a device for the absolute value measurement of movement distances to create machines that a relatively simple and little has fault-prone measuring part, which has a noticeable reduction in the previously relatively high Cost of such devices allowed.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung eine entlang der Bewegungsstrecke ausgebildete Wellenausbreitungsstrecke mit geeichter Gesamtlänge, einen Wellensender am einen und einen Wellenempfänger am anderen Ende der Wellen ausbreitungsstrecke und eine zusammen mit einem in seiner Bewegung zu überwachenden laschinenteil relativ zur Wellenausbreitungsstrecke bewegte und mit ihr in Empfangskontakt stehende Empfängersonde aufweist, die zusammen mit Wellensender und Wellenempfänger mit einer elektronischen Auswerte- und Steuerschaltung gekoppelt ist. Dabei kann entweder die Sonde oder aber die Wellenausbreitungsstrecke zusammen mit dem in seiner Bewegung zu überwachenden Maschinenteil bewegt werden.The object is achieved according to the invention in that the Device a wave propagation path formed along the movement path with calibrated overall length, a wave transmitter on one and a wave receiver at the other end of the wave propagation path and one together with one in his Movement of the machine part to be monitored moved relative to the wave propagation path and has with it standing in receiving contact receiver probe, which together with Wave transmitter and wave receiver with an electronic evaluation and control circuit is coupled. Either the probe or the wave propagation path can be used be moved together with the machine part to be monitored in its movement.
Auf der Wellenausbreitungsstrecke können elektromagnetische Wellen oder Wellenstöße, vorzugsweise in modulierter Form, auftreten. Bei einer bevorzugten Ausführungsform tritt auf der Wellenausbreitungsstrecke eine durch einen Schallsender erzeugte stehende Welle, vorzugsweise Ultraschallwelle auf. Dabei kann es sich um eine longitudinale Welle auf einer freien oder umschlossenen Luftstrecke handeln. Die Wellenausbreitungsstrecke kann aber auch durch einen mechanischen Wellenträger genau definierter Länge gebildet sein, beispielsweise durch eine gespannte Stahlsaite, in der eine transversale stehende Welle auftritt, oder aus einem Stab oder Rohr, beispielsweise aus Metall, Glas oder Keramik, in denen transversale Schwingungen oder Torsionsschwingungen erzeugt werden. In jedem Falle wird eine teure Gravur eines solchen Wellenträgers vollständig vermieden. Die freie oder durch einen Wellenträger gebildete Wellenausbreitungsstrecke muß lediglicll in ihrer Gesamtlänge genau festgelegt werden und wird zweckmäßig als geradzahliges Verhältnis einer Grundwellenlänge gewählt, mit welcher ein Wellensender von einem einstellbaren Wellengenerator versorgt wird. Die Wellenausbreitungsstrecke ist praktisch unempfindlich gegen eine Verschmutzung. Dies gilt bei den gewählten Sendefrequenzen auch für einen mechanischen Wellenträger, dessen mechanische Stabilität weitaus größer als diejenige der kostspielig bearbeiteten Maßstäbe bekannter Streckenmeßvorrichtungen ist.Electromagnetic waves or wave surges, preferably in a modulated form, occur. With a preferred Embodiment occurs on the wave propagation path by a sound transmitter generated standing wave, preferably ultrasonic wave. It can be act a longitudinal wave on a free or enclosed air space. The wave propagation path can, however, also be achieved by a mechanical wave carrier be formed of a precisely defined length, for example by a tensioned steel string, in which a transverse standing wave occurs, or from a rod or tube, for example made of metal, glass or ceramic, in which transverse vibrations or torsional vibrations are generated. In any case, it will be an expensive engraving such a shaft carrier completely avoided. The free or by a shaft carrier The wave propagation path formed must only be precisely defined in terms of its total length and is expediently chosen as an even ratio of a fundamental wavelength, with which a wave transmitter is supplied by an adjustable wave generator. The wave propagation path is practically insensitive to contamination. With the selected transmission frequencies, this also applies to a mechanical shaft carrier, its mechanical stability is far greater than that of the expensive machined Scales of known distance measuring devices is.
Der Wellensender der Vorrichtung kann vorteilhafterweise mit einem Wellengenerator veränderlicher Frequenz verbunden sein, während der Wellenempeänger und die Sonde jeweils über Phasendetektoren mit einer Auswerte-und Anzeigeschaltung verbunden sind. Der elektrische Teil der Vorrichtung kann aus an sich bekannten Schaltungseinheiten aufgebaut sein. Wellengenerator und Auswerteschaltung können auch an einen Programmgeber angeschlossen sein. Zweckmäßig wird der Phasendetektor des Wellenempfängers mit dem Frequenzregler des Wellengenerators verbunden, so daß beispielsweise temperaturbedingte Längenänderungen des Wellenträgers durch eine entsprechende Mitänderung der Wellenlänge des ausgesandten Ultraschallsignals ausgeglichen werden können.The wave transmitter of the device can advantageously with a Wave generator of variable frequency be connected while the wave receiver and the probe each via phase detectors with an evaluation and display circuit are connected. The electrical part of the device can be known from per se Circuit units be constructed. Wave generator and evaluation circuit can also be connected to a programmer. The phase detector is useful of the wave receiver connected to the frequency controller of the wave generator, so that For example, temperature-related changes in length of the shaft carrier by a Corresponding change in the wavelength of the emitted ultrasonic signal is compensated can be.
Die Anzeigegenauigkeit der Vorrichtung kann sehr hoch gewählt werden, so daß in dieser Richtung keinerlei Beschränkung des Einsatzbereiches dieser Vorrichtung vorhanden ist. Zur Erzielung höherer Anzeigegenauigkeiten kann der Wellengenerator zweckmäßig mit einer Frequenzvervielfacherstufe versehen sein, um die Sendesignale in den Wellenträger wahlweise mit einem Vielfachen der abgestimmten Grundfrequenz einzugeben, wo sie eine stehende Welle bilden.The display accuracy of the device can be selected to be very high, so that in this direction there is no restriction on the field of application of this device is available. To achieve higher display accuracy, the wave generator expediently be provided with a frequency multiplier stage to the transmission signals in the shaft carrier optionally with a multiple of the tuned basic frequency where they form a standing wave.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ergibt eine einfache Ausgestaltung des mechanischen Meßteils der Messvorrichtung, an den sich der elektrische Teil mit voller Vielgestaltigkeit anschließen kann. Beispielsweise kann der elektrische Teil der Messvorrichtung so gestaltet sein, daß in Bewegungspausen besondere Pausensignale auf den Wellenträger gegeben werden können, die eine Eichung oder Nacheichung der Anlage erlauben. Außerdem kann unter Auswertung der ermittelten Bewegungsgeschwindigkeiten über den Programmgeber eine Nachprüfung der Positionswerte vorgenommen werden, wobei eine Kombination von Absolutwertmessung und Inkrementalmessung angewandt werden kann.The device designed according to the invention results in a simple one Design of the mechanical measuring part of the measuring device to which the electrical Part with full diversity can connect. For example, the electrical Part of the measuring device be designed so that special pause signals in pauses in movement can be given on the shaft carrier that a calibration or re-calibration of the Allow attachment. In addition, the determined movement speeds can be evaluated The position values can be checked using the programmer, whereby a combination of absolute value measurement and incremental measurement can be used can.
Nachfolgend wird ein Äusführungsbeispiel einer erfindungsgemäß ausgebildeten Streckenmessvorrichtung anhand der beiliegenden schematischen Zeichnung näher erläutert.The following is an exemplary embodiment of one designed according to the invention Distance measuring device explained in more detail with reference to the accompanying schematic drawing.
In der Zeichnung ist eine Bewegungsstrecke A-B einer beliebigen Bearbeitungsmaschine, beispielsweise der Verstellweg eines Werkzeugsupports, durch eine obere Linie angedeutet. Die Vorrichtung zur messung und Erfassung der Bewegung des nicht dargestellten Maschinenteiles ist in einen im Uberwachungsbereich der Maschine befindlichen Vorrichtungsteil I, der kurz als "mechanischer Teil" gekennzeichnet sein soll, und in einen elektrischen Vorrichtungsteil II unterteilt. Der elektrische Vorrichtungsteil II kann in einem Schaltkasten oder auf mehrere Schaltkästen verteilt in der Maschinennähe oder entfernt davon angeordnet sein. Seine einzelnen Schaltungsteile können an sich bekannte Schaltstufen sein.The drawing shows a movement path A-B of any processing machine, For example, the adjustment path of a tool support, through an upper one line indicated. The device for measuring and detecting the movement of the not shown The machine part is in a device part located in the monitoring area of the machine I, which is to be briefly identified as the "mechanical part", and into an electrical Device part II divided. The electrical device part II can in one Switch box or distributed over several switch boxes in the vicinity of the machine or at a distance be arranged thereof. Its individual circuit parts can switch stages that are known per se be.
Die Erfindung richtet sich im wesentlichen auf den mechanischen Teil I der Vorrichtung. Sie weist eine symbolisch angedeutete Wellenausbreitungsstrecke 10 auf, die entlang der Verstellstrecke ausgebildet ist und die beim gewählten Ausführungsbeispiel ein Wellenträger aus einem Medium ist, in oder mit dessen Hilfe sich eine stehende Welle ausbilden läßt. Demnach kann der Wellenträger eine Luftsäule, eine Stahlsaite oder ein Stab oder Rohr, beispielsweise aus Metall, Glas oder Keramik, sein und entweder eine stehende longitudinale Welle, transversale Welle oder eine Drehschwingung erzeugen. Die stehende Welle wird in dem auf eine genaue Länge vorgegebenen Wellenträger 10 mittels eines Wellensenders 11 erzeugt. Vorzugsweise wird hierzu ein Ultraschall-Wellensender verwendet, der am einen Ende des Wellenträgers angeordnet ist.The invention is essentially directed to the mechanical part I of the device. It shows a symbolically indicated wave propagation path 10, which is formed along the adjustment path and which in the selected embodiment is a wave carrier made of a medium in or with the help of which a standing Can train wave. Accordingly, the shaft carrier can be a column of air, a steel string or a rod or tube, for example made of metal, glass or ceramic, and either a standing longitudinal wave, transverse wave or a torsional vibration produce. The standing wave is in the wave carrier specified to a precise length 10 generated by means of a wave transmitter 11. This is preferably done an ultrasonic wave transmitter used, which is arranged at one end of the shaft carrier is.
Am entgegengesetzten Ende des Wellenträgers 10 ist ein Wellenempfänger 12 angeordnet. Mit dem nicht dargestellten Maschinenteil, dessen Bewegung gemessen werden soll, wird eine Empfängersonde 13 mitbewegt, die mittels einer ebenfalls nur symbolisch dargestellten Führung 14 genau entlang dem Wellenträger 10 in beiden Richtungen verstellbar ist.At the opposite end of the shaft carrier 10 is a wave receiver 12 arranged. With the machine part, not shown, its movement is measured is to be moved, a receiver probe 13 is also moved by means of a guide 14 shown only symbolically exactly along the shaft carrier 10 in both Directions is adjustable.
Der Wellensender 11 ist mit einem im elektrischen Teil II der Vorrichtung befindlichen Wellengenerator 15 verbunden, der mit einem Frequenzregler 16 gekoppelt ist. Das am Wellenempfänger 12 auftretende Signal wird auf einen Phasendetektor 17 gegeben, der den Frequenzregler beeinflußt und der außerdem mit einer Vergleichsstufe 18 des Auswerte- und Anzeigeteils der Vorrichtung verbunden ist.The wave transmitter 11 is provided with an electrical part II of the device located wave generator 15, which is coupled to a frequency controller 16 is. The signal occurring at the wave receiver 12 is sent to a phase detector 17 given, which influences the frequency controller and which also has a comparison stage 18 of the evaluation and display part of the device is connected.
Die npfängersonde 13 ist mit einem zweiten Phasendetektor 19 verbunden, dessen Ausgang mit einem zweiten Eingang der Vergleichsstufe 18 verbunden ist.The receiver probe 13 is connected to a second phase detector 19, the output of which is connected to a second input of the comparison stage 18.
Die Vergleichsstufe 18 ist mit einem Speicher 20 und mit einer Anzeigestufe 21 gekoppelt. Angezeigt werden können sowohl eine Wegstrecke als auch die Bewegungsgeschwindigkeit des über die Wegstrecke verstellten Maschinenteils. Der aus den Schaltungsstufen 18, 20 und 21 bestehende Auswerte- und Anzeigeteil der Vorrichtung ist mit einem elektronischen Steuerteil 22 der Vorrichtung verbunden, die über einen symbolisch angedeuteten Steuerstrang 23 auf die Antriebsvorrichtungen der überwachten Bearbeitungsmaschine einwirkt.The comparison stage 18 has a memory 20 and a display stage 21 coupled. Both a distance and the speed of movement can be displayed of the machine part adjusted over the distance. The one from the circuit stages 18, 20 and 21 existing evaluation and display part of the device is with a electronic control part 22 of the device connected via a symbolic indicated control line 23 on the drive devices of the monitored processing machine acts.
Der elektrische Teil II der Vorrichtung weist außerdem einen Programmgeber 24 auf, der über eine Eingabestrecke 25 und eine Ausgabestrecke 26 mit der Steuereinrichtung 22 und außerdem mit dem Wellengenerator 15 und der Vergleichsstufe 18 verbunden ist.The electrical part II of the device also has a programmer 24, which via an input section 25 and an output section 26 with the control device 22 and also connected to the wave generator 15 and the comparison stage 18 is.
Alle vorstehend erwähnten Verbindungen zwischen den wichtigsten Stufen des elektrischen Teils II der Vorrichtung sind durch Verbindungslinien angedeutet.All of the above mentioned connections between the main stages of the electrical part II of the device are indicated by connecting lines.
Die vorherrschende Signalübertragungsrichtung ist durch in die Linien eingezeichnete Pfeile angedeutet.The predominant direction of signal transmission is through in the lines indicated arrows.
Den beiden Phasendetektoren 17 und 19 können zweckmäßig Filterstufen vorgeschaltet sein, die ein Ausfiltern von eventuell auftretenden Nebengeräuschen bewirken.The two phase detectors 17 and 19 can expediently filter stages be connected upstream, which filters out any background noise that may occur cause.
Wie bereits eingangs erwähnt worden ist, ist der mechanische Teil I der Vorrichtung einfach und störungsunempfindlich gestaltet. Der Wellenträger 10 ist praktisch völlig unempfindlich gegen Verschmutzungen, was den Anwendungsbereich der Vorrichtung gegenüber herkömmlichen Messvorrichtungen vergleichbarer Art erheblich erweitert. Der elektrische Teil II der Vorrichtung kann aus auch an sich bekannten Einzel stufen bestehen und die eingangs angedeutete Vielgestaltigkeit aufweisen.As already mentioned at the beginning, the mechanical part is I made the device simple and insensitive to interference. The shaft carrier 10 is practically completely insensitive to dirt, which is the area of application of the device compared to conventional measuring devices of a comparable type expanded. The electrical part II of the device can also be known per se There are individual stages and have the diversity indicated at the beginning.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende: Mittels des Wellensenders wird im Wellenträger 10 durch Ultrabeschallung eine stehende Welle gebildet.The operation of the device is as follows: By means of the wave transmitter a standing wave is formed in the shaft carrier 10 by ultrasound.
Die Wellenlänge des Erregungssignales, die am Wellengenerator 15 eingestellt wird, entspricht der einfachen oder der doppelten definierten länge des Wellenträgers 10. Es ist dies die Grundwelle. Mittels der nicht dargestellten Frequenzvervielfacherstufe kann vom Wellensender ein Erregungssignal mit einem Bruchteil der erwähnten Grundwellenlänge als Erregungssignal in den Wellenträger abgestrahlt werden.The wavelength of the excitation signal set on the wave generator 15 corresponds to the single or double the defined length of the shaft carrier 10. This is the fundamental wave. By means of the frequency multiplier stage (not shown) can from the wave transmitter an excitation signal with a fraction of the fundamental wavelength mentioned is emitted as an excitation signal into the wave carrier will.
Am Ende des Wellenträgers 10 auf der Höhe des Streckenpunktes B muß sich bei diesem Erregungszustand des Wellenträgers ein Nulldurchgang der stehenden Welle befinden. Sofern durch eine Frequenzabweichung des Wellengenerators 15 oder eine Längenänderung des Wellenträgers 10 durch Temperatureinflüsse o. dgl. sich dieser Nulldurchgang verschiebt, wird dies durch den Phasendetektor 17 festgestellt, der über den Frequenzregler 16 eine Korrekturregelung des Wellengenerators 15 veranlaßt.At the end of the shaft carrier 10 at the level of the route point B must In this state of excitation of the shaft carrier, a zero crossing of the stationary Shaft. If by a frequency deviation of the wave generator 15 or a change in length of the shaft carrier 10 owing to the effects of temperature or the like shifts this zero crossing, this is detected by the phase detector 17, which causes a correction control of the wave generator 15 via the frequency controller 16.
Die Empfängersonde 13 liefert bei ihrer Verstellung auf der Strecke A-B ein Signal, dessen am Phasendetektor 19 feststellbare Phasenlage abhängig von seiner Stellung auf der Wegstrecke A-B ist.The receiver probe 13 delivers when it is adjusted on the route A-B is a signal whose phase position can be determined at the phase detector 19 as a function of its position on route A-B.
In der Vergleichsstufe 18 werden die von den beiden Phasendetektoren 17 und 19 gelieferten Signale verglichen und daraus die genaue Stellung der Inpfängersonde 13 angezeigt. Außerdem läßt sich aus der Schnelligkeit der Anderung des gemessenen Phasenwinkels die Bewegungsgeschwindigkeit erfassen und auswerten, beispielsweise zur Steuerung des Programmgebers 24. Weitere Steuermöglichkeiten sind bereits eingangs erwähnt worden.In the comparison stage 18, the two phase detectors 17 and 19 are compared and the exact position of the receiver probe 13 displayed. It can also be seen from the rapidity of the change in the measured Phase angle record and evaluate the speed of movement, for example for control purposes of the programmer 24. Further control options have already been mentioned at the beginning been.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19762610127 DE2610127A1 (en) | 1976-03-11 | 1976-03-11 | Machine part absolute movement distance measurement - using wear and dirt resistant transmitter, receiver and moving probe attached to monitored machine part |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19762610127 DE2610127A1 (en) | 1976-03-11 | 1976-03-11 | Machine part absolute movement distance measurement - using wear and dirt resistant transmitter, receiver and moving probe attached to monitored machine part |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE2610127A1 true DE2610127A1 (en) | 1977-09-22 |
Family
ID=5972125
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19762610127 Ceased DE2610127A1 (en) | 1976-03-11 | 1976-03-11 | Machine part absolute movement distance measurement - using wear and dirt resistant transmitter, receiver and moving probe attached to monitored machine part |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE2610127A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0022363A1 (en) * | 1979-07-06 | 1981-01-14 | Seltrust Engineering Limited | Position or movement sensor, e.g. for conveyances such as lifts |
| EP1030190A1 (en) * | 1999-01-29 | 2000-08-23 | K.A. SCHMERSAL GmbH & Co. | Device for position detection |
| US6311803B1 (en) | 1999-01-29 | 2001-11-06 | K.A. Schmersal Gmbh & Co. | Acoustical position detector |
| US6570817B2 (en) | 1999-01-29 | 2003-05-27 | K. A. Schmersal Gmbh & Co. | Apparatus for detecting position |
-
1976
- 1976-03-11 DE DE19762610127 patent/DE2610127A1/en not_active Ceased
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| US6366532B1 (en) | 1999-01-29 | 2002-04-02 | K.A. Schmersal Gmbh & Co. | Apparatus for detecting position |
| US6570817B2 (en) | 1999-01-29 | 2003-05-27 | K. A. Schmersal Gmbh & Co. | Apparatus for detecting position |
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