DE2735154C2 - Längen- oder Winkelmeßsystem - Google Patents
Längen- oder WinkelmeßsystemInfo
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Description
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Längen- oder
Winkelmeßsystem der eingangs genannten Art mit besonders einfachen Mitteln eine möglichst weitgehende,
genaue und zuverlässige Fehlerkompensation z. B. von Führungsfehlern oder Fehlern der Meßteilung zu
ermöglichen.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem Längen- oder Winkelmeßsystem der eingangs genannten
Art dadurch, daß die Meßteilung mindestens an einer Stelle etwa senkrecht zur Teilungsebene unter
Druck- oder Zugeinwirkung entsprechend den Fehlerwerten geringfügig ausgelenkt wird
Zur Auslenkung der Meßteilung sind Verstellglieder, vorzugsweise Stellschrauben vorgesehen, die an verschiedenen
Stellen der Meßteilung angreifen. Die Verstellglieder sind zweckmäßig im Trägerkörper für
die Meßteilung angebracht
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht die Kombination zweier Korrektursysteir·; vor, durch
welche sowohl eine Längsstreckung oder Längsstauchung der Meßteilung zur Kompensation linearer
Fehler als auch eine Auslenkung der Meßteilung an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene zur
Kompensation nichtlinearer Fehler erfolgt
Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.
Beim Kompensationssystem nach der Erfindung werden im einfachsten Falle nur Stellschrauben
benötigt, die zweckmäßig im Trägerkörper für die Meßteilung vorgesehen sind. Durch die Erfindung wird
demnach mit besonders einfachen Mitteln eine Möglichkeit zur Kompensation nichtlinearer Fehler der
Maschine und/oder der Meßteilung geschaffen. Hierdurch ergeben sich u. a. günstige Herstellungskosten für
die Maschine, weil größere Toleranzen bei der Herstellung einzelner Maschinenbauteile zulässig sind.
Auch kann die Lebensdauer der Maschine verlängert werden. Die erfindungsgemäße Kompensationsmethode
gestattet nämlich auch bei sich ändernden Fehlerwerten auf einfache Weise und ohne zusätzlichen
baulichen Aufwand eine Nachkorrektur der Meßteilung.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine gekapselte Längenmeßeinrichtung nach der Erfindung,
F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-Bder F i g. 1,
F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,
F i g. 4 eine Längenmeßeinrichtung mit einer flexiblen Meßteilung,
F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie C-D der F i g. 4,
F i g. 6 ein weiteres erfinduncsgemäßes Ausführungsbeispiel,
F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie £-Fder F i g. 6.
Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der F i g. 1 und 2 die MeÖteilung eines an sich bekannten inkrementalen
Längenmeßsystems bezeichnet. Die Gitterteilung des lichtelektrischen Meßsystems befindet sich an der
Oberfläche 1'. Die Meßteilung 1 ist unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht 2 (zweckmäßig
Silikonkautschuk) am vorspringenden Teil eines U-förmigen Hohlkörpers 3 befestigt. Dachförmige Dichtlippen
4 und 5 aus biegsamen Material schützen die Meßteilung 1 und den Abtastkopf 6 vor störenden
Umwelteinflüssen. Die Meßteilung 1 ist hierbei ein Glaskörper, der Hohlkörper 3 zweckmäßig ein stranggezogenes
Aluminiumprofil. Der Hohlkörper 3 ist über Befestigungselemente 7 uad 8 an einem der relativ
zueinander beweglichen Objekte, z. B. am Maschinenbett (nicht dargestellt) befestigt Der Abtastkopf 6 steht
über ein Kupplungselement 9, das außerhalb der neutralen Faser der Meßteilung 1 liegt, mit einem
schwertförmigen Mitnehmer 10 in Verbindung, der zwischen den Dichtlippen 4 und 5 hindurchgreift und
dessen Bauteil 10' am anderen Objekt, z. B. am Maschinenschlitten (nicht dargestellt) befestigt ist
Gekapselte digitale Längenmeßeinrichtungen der vorstehenden Art sind z.B. aus der DE-OS 25 05 587
ίο bekannt
Zur Kompensation insbesondere von Führungsfehlern der Objekte, an denen das Längen- oder
Winkelmeßsystem angebaut ist sind erfindungsgemäß Stellschrauben 11 vorgesehen, die im Trägerkörper 3
angebracht und von außen einstellbar sind. Mittels der Stellschrauben 11 wird die Meßteilung 1 an mehreren
Stellen senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten (Führungsfehler und/oder Fehler der
Meßteilung) geringfügig ausgelenkt Dabei wird entsprechend den Dehnungen und Stauchungen der
Randzonen des Maßstabskörpers dessen Meßteilung langer bzw. kürzer.
Zur Ermittlung von Fehlerwerten der Maschine und/oder Meßteilung wird zweckmäßig ein Laser-Interferometer
benutzt. Die Feststellung der Fehlerwerte beruht auf dem Vergleich der Anzeige des zu prüfenden
Meßsystoms mit der des Laser-Interferometers. Die Abweichungen beider Anzeigen entsprechen den zu
korrigierenden Fehlern, wenn die Meßfehler des Laser-Interferometers vernachlässigbar gering sind. Die
entsprechend den Fehlerwerten zu erfolgende Auslenkung der Meßteilung 1 senkrecht zur Teilungsebene
wird zweckmäßig an der Maschine, an der das Meßsystem eingesetzt wird, eingestellt. Es ist jedoch
auch möglich, die Meßteilung 1 anhand eines Fehlerprotokolls vor dem Anbau an die Maschine entsprechend
zu korrigieren.
In Fi g. 3 wird über die Verstellglieder 11 in Richtung
zur Auflagefläche für die Meßteilung 1 hin eine Kraft auf die Meßteilung 1 ausgeübt, die eine Auslenkung
senkrecht zur Teilungsebene bewirkt. Außerdem erfolgt mittels einer Verstellschraube 12 über eine Feder 13
noch eine Stauchung d. h. eine lineare Verkürzung der Meßteilung 1. Somit ist eine Kompensation nichtlinearer
und linearer Fehler möglich.
Fig.4 zeigt eine digitale elektrische Längenmeßeinrichtung
mit flexibler Meßteilung 11, die zweckmäßig ein Stahlband ist. Mittels der Schraube 12] und Zugfeder 13,
wird eine lineare Verlängerung der flexiblen Meßteilung 1) bewirkt. Die lineare Dehnung und damit Verlängerung
der Meßteilung Ii ist proportional der Federkraft der Zugfeder 13]. Der Abtastkopf 6i ist hierbei auf die
Meßteilung Ii geführt. Die flexible MeQteilung Ii wird
mittels Schrauben 11 senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten verformt. Diese Korrektur
ist proportional dem Abstand zwischen Meßteilung Ii und Ankoppelgelenk 14 des Abtastkopfes 6i und
der Durchbiegung der Meßteilung li. Mit 15 ist eine
Fläche des Maschinenschlittens, mit 16 eine Fläche des Maschinenbettes angedeutet.
In Fig.6 wird die Meßteilung 1, die ein Glaskörper
ist, ausschließlich zwischen Verstellschrauben 11, die seitlich an der Ober- und Unterseite des Glaskörpers
abgreifen, befestigt. Die Gitterteilung befindet sich außerhalb der neutralen Faser des Maßstabkörpers an
der Fläche Γ. Durch Dehnen und Stauchen der Randzonen des Glaskörpers 1 wird dessen Meßteilung
länger bzw. kürzer. Bei Meßsystemen, bei denen sich der
Abtastkopf wie bei F i g. 6 nicht auf der Meßteilung 1 abstützt, ist die durch Verbiegung der Meßteilung
senkrecht zur Teilungsebene erreichbare Korrektur proportional der Maßstabdicke und der Maßstabdurchbiegung.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten lichtelektrischen Meßsysteme beschränkt, sondern sinngemäß auf
alle Längen- oder Winkelmeßsysteme mit einer Meßteilung übertragbar.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
Claims (10)
1. Längen- oder Winkelmeßsystem, bestehend aus Meßteilung und Abtastkopf an relativ zueinander
beweglichen Objekten, mit Mitteln zur Fehlerkpmpensation insbesondere von Führungsfehlern der
vorgenannten Objekte, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1, li) mindestens
an einer Stelle etwa senkrecht zur Teilungsebene unter Druck oder Zugeinwirkung entsprechend den
Fehlerwerten geringfügig ausgelenkt wird.
2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1, li) mit Hilfe von
Verstellgliedern (11), vorzugsweise Stellschrauben (11) an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt wird.
3. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) unter
Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht (2) an einem Trägerkörper (3) befestigt ist und mittels
Verstellglieder (11), die in Richtung von der Auflagefläche für die Meßteilung (1) weg eine Kraft
ausüben, an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt wird.
4. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) unter
Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht (2) an einem Trägerkörper (3') befestigt ist und mittels
Verstellglieder (11), die in Richtung zur Auflagefläche für die Meßteilung (1) hin eine Kraft ausüben, an
verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt wird.
5. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) nur an den
Endbereichen direkt am Trägerkörper (3') anliegt.
6. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) ausschließlich zwischen Verstellgliedern (11), die seitlich an der
Ober- und Unterseite der Meßteilung (1) angreifen, befestigt ist und durch entsprechendes Einstellen der
Verstellglieder (11) eine Auslenkung der Meßteilung
(1) senkrecht zur Teilungsebene bewirkt wird.
7. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (li) ein flexibles
Band, vorzugsweise Stahlband ist, daß mittels Verstellglieder (11) an mehreren Stellen senkrecht
zur Teilungsebene verformt wird.
8. Meßsystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellglieder (11) im
Trägerkörper (3, 3', 3i, 32) für die Meßteilung (1,11)
angebracht sind.
9. Meßsystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) zur Abschirmung
gegen Umwelteinflüsse in einem biegesteifen Hohlkörper (3) befestigt ist und daß die Verstellglieder
(11) zum Auslenken der Meßteilung (1) im Hohlkörper (3) vorgesehen sind.
10. Meßsystem naoh Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet
durch die Kombination zweier Korrektursysteme, durch welche sowohl eine Längsstauchung
oder Längsstreckung der Meßteilung (1 bzw. li) zur
Kompensation linearer Fehler als auch eine Auslenkung der Meßteilung (1 bzw. li) an verschiedenen
Stellen senkrecht zur Teilungsebene zur Kompensation nichtlinearer Fehler erfolgt.
Die Erfindung betrifft ein Längen- oder Winkelmeßsystem, bestehend aus Meßteilung und Abtastkopf an
relativ zueinander beweglichen Objekten, mit Mitteln zur Fehlerkompensation insbesondere von Führungsfehlern der vorgenannten Objekte. Die Objekte können
das ßett bzw. der Schlitten einer Bearbeitungs- oder Meßmaschine sein.
Bei Bearbeitungs- oder Meßmaschinen können Fehler insbesondere in den Führungen eine tatsächliche
Verschiebung bewirken, die entweder durchweg größer oder durchweg kleiner ist als die vom Wegmeßsystem
festgestellte Verschiebung. Die tatsächliche Verschiebung kann auch längs des Meßbereiches von einem zu
kleinen zu einem zu großen Wert oder umgekehrt
wechseln. Problematisch sind dabei Fehler, die außerhalb der geforderten Maschinentoleranzen liegen. Die
Herstellung hochgenauer Führungen ist insbesondere bei großen Maschinen schwierig und kostspielig.
Außerdem kann es im Laufe der Zeit durch Verschleiß
in den Führungen wieder zu einer Überschreitung der
zulässigen Maschinentoleranzen kommen. Es gibt
bereits verschiedene Korrektursysteme, um derartige
Fehler zu kompensieren oder zu verringern.
Aus der DE-AS 14 77 390 ist es bereits bekannt.
Fühnmgsfehler dadurch zu kompensieren, daß man die
Fehler laufend erfaßt, um dann über eine Stelleinrichtung Gegenkräfte auf die Führung der Maschine
auszuüber. Derartige Kompensationssysteme sind aufwendig
und teuer.
In der DE-OS 20 42 505 wird zur Fehlerkompensation ein Korrekturlineal benutzt. Das Korrekturlineal
wird dabei über ein Hebelsystem abgetastet, das den Abtastkopf für die Meßteilung entsprechend der
Korrekturfunktion nachstellt. Die Herstellung von Korrekturlinealen ist schwierig und teuer. Auch muß das
Korrekturlineal im Laufe der Zeit wegen der sich ändernden Fehlerwerte erneuert werden. Einstellbare
Korrekturlineale, wie sie z. B. aus der DE-AS 12 31 595
bekannt sind, sind baulich aufwendig.
Bei einem weiteren bekannten Kompensationsverfahren werden an bestimmten Stellen des Weges, an
denen eine Korrektur erfolgen soll, Nocken gesetzt, die beim Überfahren ein Korrektursignal auslösen (DE-AS
15 52 273). Die Anbringung von Korrekturnocken ist insbesondere bei großen Maschinen aufwendig.
Aus der US-PS 29 88 681 ist es ferner bekannt, Fehler in der Mechanik von Maschinen mit Hilfe eines
»Korrekturcomputers« zu kompensieren. Im Computer werden sämtliche Einflußgrößen, die sich auf den
Maschinenfehler auswirken, gespeichert, um in Abhängigkeit von der jeweiligen Vorschubposition dem
Istsignal das zugehörige Korrektursignal überlagern zu können.
In der US-PS 38 16 002 werden flexible Längenmeßteilungen mittels einer Streckeinrichtung derart gespannt, daß unterschiedliche Längenausdehnungen von Meßteilung und deren Gehäuse — die auf Temperatureinflüsse zurückzuführen sind — praktisch keinen Meßfehler nach sich ziehen.
In der US-PS 38 16 002 werden flexible Längenmeßteilungen mittels einer Streckeinrichtung derart gespannt, daß unterschiedliche Längenausdehnungen von Meßteilung und deren Gehäuse — die auf Temperatureinflüsse zurückzuführen sind — praktisch keinen Meßfehler nach sich ziehen.
Korrektureinrichtungen einfacher Bauart sind bereits aus der DE-OS 25 18 745 bekannt geworden. Bei diesen
wird zur Kompensation insbesondere von Führungsfehlern an Maschinen die Längenmeßteilung in ihrer
Einbaulage entsprechend den Fehlerwerten der Maschine durch Längsstrecken oder Längsstauchen korrigiert
und dadurch die Anzeige des Meßwertes berichtigt. Diese Methode gestattet die Kompensation von
Linearitätsfehlern.
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