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Vorrichtung zur Bestimmung eines
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Abstandes
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung
zur Bestimmung eines Abstandes eines längs einer Verschiebebaiin verschieblichen
Meßpunktes von einem festen Bezugspunkt mit einem auf einer Walze aufgewickelten
und von diesem abziehbaren Bandmaß, dessen freies Ende an dem verschieblichen Meßpunkt
befestigt ist.
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Zur Bestimmung von Abständen oder Versc!iebewegen, beispielsweise
beim Verschieben eines Werkzeugsut ortes, sind verschiedene Methoden zur Bestimmung
der jeweiligen Position eines Meßpunktes relativ zu einem Bezugspunkt bekannt.
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Beispielsweise ist es bereits bekannt, an einem längs einer Verschiebebahn
verschieblichen Bauteil, das im folgenden allgemein als "cßpunkt" bezeichnet wird,
ein flexibles Maßband zu befestigen, das beim Verschieben von einer Walze ab- und
aufgewickelt wird. An dem Maßband kann man die Verschiebung des Meßpunktes unmittelbar
ablesen.
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Beim Auf- und Abwickeln des Maßbandes von der Walze erfährt die Walze
eine Drehbewegung. Es wäre wünschenswert, diese Drehbewegung selbst als Maß für
die Verschiebung des Meßpunktes verwenden zu können, da sehr wirkungsvollc Einrichtungen
zur Feststellung der Verdrehung eines Bauteiles bekannt sind, insbesondere im Zusammenhang
mit elektrischen digitalen Ableseeinrichtungen. Dem steht jedoch die Schwierigkeit
entgegen, daß sich beim mehrlagigen Aufwickeln eines Bandmaß auf eine Walze wegen
der endlichen Dicke des Maßbandes und dem sich dadurch verändernden effektiven Walzendurchmesscr
kein festes Verhältnis zwischen der Verschiebung des Meßpunktes einerseits und der
Winkelverdrehung der Walze andererseits ergibt. Um die Winkelverdrehung als Maß
der Meßpunktlängenverschiebung verwenden zu können, ist bei einer solchen Einrichtung
vielmehr
eine komplizierte, von der Anzahl der auf der Walze aufgewikkelten
Bandmaßlagen abhängige Korrektur nötig. Diese Art der Längenmessung wird dadurch
so komplizicrt und aufwendig, daß ihr Einsatz gegenüber anderen Verfahren nachteilig
ist, obwohl die Ubertragung der Längenverschiebung des Meßpunktes auf eine Walze
mittels eines Bandes an sich ein sehr günstiges Verfahren ist, um Längenbewegungen
in Drehbewegungen umzusetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß sich zwischen der Längenverschiebung
des Meßpunktes einerseits und der Drehung der Walze andererseits ohne zusatzliche
Korrektur eine eindeutige und immer gleiche Abhängigkeit ergibt.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Achse der Walze senkrecht zur Verschiebebahn
und dieser gegenüber derart versetzt angeordnet ist, daß das Bandmaß beim Verschieben
des Meßpunktes in einer parallel zur Verschiebebahn verlaufenden Ebene von der Walze
ab- bzw. auf diese aufgewickelt wird, daß die Walze gegenüber der Verschiebebahn
in axialer Richtung derart versetzt ist, daß das Bandmaß beim Verschieben des Meßpunktes
längs der Verschiebebahn bezüglich der Wellenachse schrag auf die Walze auf- bzw.
von dieser abgewickelt wird, und daß eine Einrichtung zur Bestimmung der Winkelstellung
der Walze vorgesehen ist.
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Durch die axiale Versetzung der Walze gegenüber der Verschiebebahn
wird erreicht, daß die einzelnen Lagen des Bandmaßes nebeneinander auf der Walze
liegen, daß also tiberlappungen und damit Veränderungen des effektiven Durchmessers
der Walze
vermieden werden. Bei einer solchen Anordnung wird das
Bandmaß unabhängig von der jeweiligen Stellung des Meßpunktes immer unter dem gleichen
Winkel auf die Walze aufgewickelt, so daß einer bestimmten Verdrehung der Walze
immer eine bestimmte Bandmaß länge entspricht, die ihrerseits mit einer immer gleichen
Verschiebung des Meßpunktes korrelicrt ist.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß
die Einrichtung zur Bestimmung der Winkelstellung eine optisch abtastbare Rasterscheibe
und einen Zähler zum Erfassen der beim Verdrehen der Rasterscheibe an einer festen
Ableseeinrichtung vorbeilaufenden Rastcrstufen umfaßt.
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Günstig ist es, wenn die Walze mit einem Dreilmoment beaufschlagt
ist, durch welches sie das Bandmaß aufzuwickeln sucht. Zu diesem Zweck kann die
Walze eine Rückholfeder aufweisen, die vorzugsweise als Rollfeder ausgebildet ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist
vorgesehen, daß die Verschiebebahn parallel zur Walzenachse verschieblich ist.
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Durch diese Maßnahme läßt sich der Winkel einstellen, unter dem das
Bandmaß auf die Walze aufgewickelt wird. Dies führt zu einem geänderten Ubersetzungsverhältnis
zwischen Längsverschiebung des Meßpunktes einerseits und Drehung der Walze andererseits.
Dadurch lassen sich Toleranzen, die in der Herstellung der Walze auftreten, auf
einfachste Weise korrigieren und justieren.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche und in diesen niedergelegt.
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Die nachfolgende Ueschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung
dient im Zusammenhang mit der Zeichllung der näheren Erläuterung. Es zeigen: Fig.
1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Längenmessung gemäß der Erfindung; Fig.
2 eine Ansicht der längs Linie 2-2 in Fig. 1 geschnittenen Vorrichtung der Fig.
1 und Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der das Bandmaß aufnehmenden Walze und
der Meßeinrichtung.
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Wie sich aus den Figuren 1 und 2 ergibt, ist ein Bauteil 1 beispielsweise
ein fest mit einem ein Werkzeug tragenden Schlitten verbundenes Bauteil, längs einer
Verschiebebahn 2 verschieblich gelagert. Dieses Bauteil 1 ist beispielsweise über
einen Ansatzstift 3 mit dem freien Ende eines flexiblen Bandes, im folgenden als
Bandmaß 4 bezeichnet, verbunden, das auf einer drehbar gelagerten Walze 5 aufgewickelt
ist und je nach Stellung des Bauteils 1 mehr oder weniger von dieser abgewickelt
wird.
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Erfindungsgemäß ist die Achse 6 der Walze 5 senkrecht zur Verschiebebahn
2 und gegenüber dieser derart versetzt angeordnet, daß das Bandmaß beim Verschieben
des Bau teils 1 längs der Verschiebebahn 2 in einer parallel zur Verschiebebahn
2 verlaufenden Ebene bewegt wird. In dieser Ebene liegen der Verbindungspunkt 7
des Bandmaßes 4 mit dem Bauteil 1, der von der Walze 5 abgezogene Teil des ßandmaßes
4 sowie Berührpunkt 8 des abgewickelten, von der Walze wegführenden Teiles des Bandmaßes
4 mit der Walze 5, wobei die Ebene genauer durch die neutrale Faser des Bandmaß
am Berührungspunkt 8 hindurchläuft. Bei einem horizontalen Verlauf der Verschiebebahn
2 und einer horizontalen Anordnung der Walzenachse 6 ist die Walze 5
also
derart gegenüber der Verschiebebahn versenkt angeordnet, daß der Scheitel der Walze
im wesentlichen in der horizontalen Vorschubebene des Bandmaßes liegt (Fig. 2).
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Die Walze 5 ist in axialer Richtung gegenüber der Verschiebebahn 2
derart versetzt angeordnet, daß sie sich im wesentlichen auf der einen oder der
anderen Seite der Verschiebebahn befindet (Fig. 1). Das feste Ende des Bandmaß 4
ist auf der der Verschiebebahn 2 entfernten Seite der Walze an dieser befestigt,
so daß sich das Bandmaß beim Verschieben des Bauteiles 1 in der in Fig. 1 dargestellten
Weise schräg zur Achse 6 auf die Walze auf- oder von der Walze abwickelt.
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Für die Erfindung wesentlich ist dabei die Tatsache, daß dieser Winkel
und damit auch der Winkel zwischen der Verschiebebahn einerseits und dem abgezogenen
Teil des Bandmaßes andererseits unabhängig von der jeweiligen Lage des Bauteiles
1 längs der Verschiebebahn 2 ist. Das Bandmaß wird also mit anderen Worten über
den gesamten Aufwickelbereich immer unter dem gleichen Winkel auf die Walze aufgewickelt.
Dies läßt sich in Fig. 1 durch Vergleich des unteren, mit ausgezogenen Strichen
dargestellten Teils und des oberen, gestrichelt dargestellten Teils des Bandmaßes
erkennen.
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Dies gilt im übrigen unabhängig von dem Durchmesser der Walze 5, solange
dieser nicht so klein gewählt ist, daß benachbarte Windungen des Bandmaß übereinander
liegen.
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Als Ergebnis der besonderen Anordnung der Walze 5 gegenüber der Verschiebebahn
2 stellt sich eine eindeutige Beziehung zwischen der Verschiebung des Bauteiles
1 längs der Verschiebebahn 2 einerseits und der Drehung der Walze 5 andererseits
ein,
die über den gesamten Verschiebebereich des Bauteiles 1 konstant
ist. Man kann daher die Winkelstellung der Walze 5 unmittelbar als Maß für die Stellung
des Bauteils 1 längs der Verschiebebahn 2 benützen.
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Diese Winkelstellung der Walze 5 kann in an sich bekannter Weise beispielsweise
auf optischem Wege bestimmt werden. Dazu ist mit der Walze 5 drehfest eine Rasterscheibe
11 verbunden (Fig. 3), die in nicht eigens dargestellter Weise auf optischem Wege
mittels einer Lichtquelle und einer Fotozelle abgetastet wird, wobei die bei einer
Verdrehung dieser Scheibe an der optischen Abtasteinrichtung vorbeilaufenden Rasterungen
von einem in der Zeichnung ebenfalls nicht dargestellten elektronischen Zähler gezählt
werden. Die sich ergebende Zahl ist ein Maß für die Winkelstellung der Walze 5 und
damit auch ein Maß für die Position des Bauteils 1 längs des Verschiebeweges 2.
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Die Walze 5 ist in einem Gestell 12 drehbar gelagert (Fig. 3); zur
Erzeugung eines elastischen RückhoL.lon1entes sind weiterhin zwei Rollfedern 13,
14 an sich bekannter Bauart vorgesehen, die die Eigenschaft haben, ein über den
gesamten Drehbereich der Walze 5 im wesentlichen konstantes Rückholmoment zu erzeugen.
Die Rollfedern bestehen aus jeweils einem Federband 15, 16, dessen eines Ende 17
bzw. 18 auf der Walze 5 bzw. auf drehfest mit der Walze 5 verbundenen Scheiben 19,
20 aufgewickelt ist, und dessen anderes Ende gegenläufig auf mittels einer im Gestell
12 drehbar gelagerten Welle 21 drehfest gehaltenen Scheiben 22, 23 aufgewickelt
ist. Beim Verdrehen der Walze 5 bewegen sich die Bänder 15 und 16 je nach Drehsinn
der Walze 5 zwischen den Scheiben 19 und 22 bzw. 18 und 23 hin und her, wobei durch
den zwischen den einander zugeordneten Scheiben frei verlaufenden Teil der Bänder
15 und 16 ein über den gesamten
Drehbereicl1 im wesentlichen konstantes
Rückholmoment auf die Walze 5 ausgeübt wird, gegen desseii Kraft das Handmaß 4 von
der Walze 5 abziehbar ist.
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Das Gestell 12 mit der darin gelagerten Walze und den Rollfedern sowie
der von dem Bandmaß 4 beim Verschieben des Bauteils 1 überstrichene Bereich sind
mittels eines Gehäuses 25 gegen Staubeinwirkung u. dgl. geschützt.
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Die einem bestimmten Verschiebeweg des Bauteils 1 entsprechende Winkeländerung
der Walze 5 hängt von dem Winkel zwischen der Verschiebebahn einerseits und dem
abgezogenen Teil des Bandmaßes andererseits ab. Durch Veränderung dieses Winkels
läßt sich dieses Verhältnis einstellen. Eine Veränderung dieses Winkels ist leicht
dadurch möglich, daß Führungsbahn und Walze in Richtung der Walzenachse gegeneinander
verschieblich ausgebildet sind. Dazu sind dem Fachmann eine Reihe von Möglichkeiten
an die ifand gegeben, beispielsweise kann die Führungsbahn gegenüber dem Gestell
12 verschieblich sein, es kann auch umgekehrt die Walze 5 in axialer Richtung3 versciiieblich
sein.
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Zur Erzielung einer hohen Genauigkeit bei der Längenmessung wird der
Umfang der Walze so geschliffen, daß er über seinen gesamten Umfang möglichst genau
den selben Durchmesser aufweist. Das Bandmaß wird vorteilhaft als Stahlband ausgeführt,
andere Materialien können jedoch ebenfalls verwendet werden.
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In diesem Zusammenhang wird darauf verwiesen, daß die Verwendung einer
Rollfeder zur Erzeugung des Rückholmomentes auch deswegen von besonderem Vorteil
ist, weil das Rückholmoment bei einer solchen Feder über den gesamten Drehbereich
im wesentlichen konstant bleibt. Dadurch werden auf das Bandmaß immer
die
gleichen Dehnungskräfte ausgeübt, so daß sich keine Meßfehler aufgrund unterschiedlicher
auf das Maßband wirkender Dehnungskräfte ergeben.
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Die vorstehend beschriebene Meßvorrichtung kann insgesamt als Baueinheit
ausgeführt sein, die jederzeit nachträglich an Werkzeugmaschinen etc. angebaut werden
kann.
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Neben der beschriebenen optischen Einrichtung zur Feststellung der
Winkelposition der Walze 5 können auch andere an sich bekannte Methoden verwandt
werden, beispielsweise induktiv oder kapazitiv arbeitende Nachweisverfahren o. dgl.