DE2747208A1

DE2747208A1 - Messeinrichtung, insbesondere laengenmesseinrichtung an werkzeugmaschinen o.dgl.

Info

Publication number: DE2747208A1
Application number: DE19772747208
Authority: DE
Inventors: Heinz Rieder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1979-02-15
Also published as: CH630725A5; FR2400184B1; AT363557B; FR2400184A1; ATA586177A

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung, insbesondere eine Längenmeßeinrichtung an Werkzeugmaschinen od.dgl., mit einem inkrementalen Maßstab und wenigstens einer verstellbaren Ableseeinheit zur photoelektrischen Abtastung dieses Maßstabes und einer Auswertungsstufe, die richtungsabhängig einen Zähler einer Anzeige- oder Steuereinrichtung steuert, wobei die Nullstellung des Zählers einem bestimmten Maßstabpunkt zugeordnet ist.

Derartige Meßeinrichtungen brauchen nicht ausschließlich zur Längenmessung verwendet zu werden. Man kann u.a. bei Werkzeugmaschinen allen drei Raumkoordinaten Maßstäbe und Abtasteinheiten zuordnen. Ferner werden ähnliche Meßeinrichtungen auch zur Winkelmessung verwendet. Meist erzeugt die verstellbare Ableseeinheit über ein Gitter, das die gleiche Teilung wie der Maßstab aufweist, und mehrere photoelektrische Elemente, z.B. Photodioden oder Phototransistoren, die relativ zum Maßstab um unganzzahlige Vielfache der Teilung versetzt sind und gemeinsam mit dem Gitter über die Ablesung verstellt werden, wenigstens zwei gegeneinander z.B. um 90° phasenverschobene Sinusspannungen, deren Wellenlänge der Teilung des inkrementalen Maßstabes entspricht. Aus diesen sinusförmigen Ablesespannungen können durch Vervielfacherschaltungen und Interpolation Zählimpulse gewonnen werden, deren Anzahl groß ist im Verhältnis zu der Anzahl der überfahrenen Maßstabeinheiten. Praktisch läßt sich also der inkrementale Maßstab für die Anzeige elektronisch unterteilen. Aus den beiden versetzten Signalen kann man auch die eben vorhandene Verstellrichtung der Ableseeinheit gegenüber dem Maßstab ermitteln und damit den Zähler richtig auf Vorwärts- oder Rückwärtszählung steuern. Der Zählerstand kann, z.B. über Schieberegister und Treiberstufen,einer digitalen Anzeigeeinheit zugeführt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, vom Zähler aus unmittelbar eine halb- oder vollautomatische Steuereinrichtung für die Werkzeugmaschine zu betätigen, also dann, wenn ein bestimmter voreingestellter Zählerstand erreicht wird, ein Steuersignal

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zu erzeugen, das die Steuereinrichtung der Maschine im Sinne einer Einleitung des nächsten Arbeitstaktes, z.B. des Abhebens des eben angestellt gewesenen Werkzeuges bzw. der Abstellung des Vorschubes für dieses Werkzeug, betätigt.

Bisher 3ieht man am Maßstab meist unmittelbar eine sogenannte Nullmarke vor. Von dieser Nullmarke aus werden dem Prinzip nach alle notwendigen Messungen vorgenommen. Bei Werkzeugmaschinen fällt nun praktisch nie die Nullmarke am Maßstab mit jener Stelle eines eingespannten Werkstückes zusammen, auf die nach einer Zeichnung od.dgl. die Hauptkoordinaten des Werkstückes bezogen bzw. beziehbar sind. Eine gegenüber dem Maßstab eindeutig definierte Nullstelle ist anderseits unbedingt notwendig, um eine Aufsummierung des Meßfehlers zu vermeiden, jederzeit ein einwandfreies Nachmessen z.B. der Hauptmaße eines Werkstückes zu ermöglichen und um überdies bei auftretenden Fehlern in der Spannungsversorgung einen eindeutigen Bezugspunkt zu haben, von dem aus die jeweiligen Sollmaße u.dgl. neu ausgenoessen werden können. Es ist zu berücksichtigen, daß praktisch jeder Digitalzähler beim Ausfall der Spannungsversorgung auf "Null" stellt. Überdies kannbei einem kurzfristigen Stromausfall dann, wenn die erwähnte Rückstellung unterbleibt, wegen des Fehlens der Stromversorgung trotz einer Relativverstellung der Ableseeinheit gegenüber dem Maßstab nicht gezählt werden und es käme dadurch zu einem Meßfehler,unter Bezugnahme auf den festen Nullpunkt kann aber die Zählung wiederholt und damit die Messung richtiggestellt werden. Für exakte Messungen wird also jeweils der Nullpunkt angefahren und von ihm aus dann die Messung durchgeführt. Bei diesen auf die feste Nullmarke bezogenen Messungen wird jeweils unter Berücksichtigung der Vorzeichen die Summe aus den Abständen der einzelnen Bezugspunkte am Werkstück von der "Werkstücksnullmarke¹¹ und dem Abstand dieser Nullmarke von der Nullmarke des Maßstabes gebildet. Um die Einstellung zu erleichtern, kann man auch einen Nullstellschalter vorsehen, der bei seiner Betätigung den Zähler und damit die Anzeige auf Null stellt. Dieser Nullstellschalter wird betätigt, wenn die Ableseeinheit z.B. genau auf den werkstückseigenen Nullpunkt, auf den sich die Hauptkoordinaten beziehen, eingerichtet ist. Man sieht meist Hand-

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zähler oder sonstige Stelleinrichtungen vor, mit denen man den Abstand des nun gesetzten Nullpunktes vom Nullpunkt am Maßstab festhält, damit für Nachmessungen bzw. eine Neueinstellung nach Ausfall der Versorgung wieder eine eindeutige Zuordnung zu dem Nullpunkt des Maßstabes möglich wird. Die erwähnte Speicherung hängt von der Genauigkeit der Bedienungsperson ab und kann daher mit Fehlern behaftet sein, die in die Messung eingehen.

Bei einer Meßeinrichtung der genannten Art besteht die Erfindung im wesentlichen darin, daß die Abtasteinheit über die Auswertungsstufe mit einem weiteren Zähler verbunden ist, dessen Nullpunkt mittels eines Setzschalters unabhängig vom Nullpunkt des anderen Zählers wählbar ist, und daß die beiden Zähler über einen Wählschalter wahlweise mit der Anzeigebzw. Steuereinrichtung verbindbar sind.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung ermöglicht es durch den Parallelbetrieb der beiden Zähler, in jeder Stellung der Ableseeinheit Meßergebnisse gegenüber zwei verschiedenen Nullstellen anzuzeigen. Man kann u.a. den einen Zähler auf eine maßstabeigene Nullmarke einstellen, so daß er die jeweilige Stellung der Ableseeinheit gegenüber dieser Marke anzeigt. Der zweite Zähler kann auf einen "Werkstücknullpunkt" eingestellt werden. Läßt man die Ableseeinheit bei dem beschriebenen Fall soweit verfahren, bis der zweite Zähler Null anzeigt und schaltet man bei nun stillgesetzter Ableseeinheit auf die Anzeige des anderen Zählers um, dann kann man jederzeit nachprüfen, ob der angezeigte Abstand des gesetzten Nullpunktes vom gegebenen Nullpunkt mit den ursprünglichen Werten übereinstimmt, also ob richtig gemessen wurde.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den ersten Zähler auf den Werkstücknullpunkt zu setzen, so daß z.B. von diesem Nullpunkt aus die Hauptmaße eines Werkstückes entsprechend der Zeichnung eingestellt oder bestimmt werden können. Vielfach gehen vom Ende solcher Hauptmaße weitere kleinere Maße aus. Bezieht man sich nur auf einen Nullpunkt, dann müssen diese kleineren, auf das Ende eines Hauptmaßes bezogenen Maße, wieder auf den einen Nullpunkt unter Berücksichtigung der Vorzeichen umgerechnet werden, wodurch entweder die Zeich-

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nung kompliziert wird oder, wenn die entsprechenden Maße in der Zeichnung fehlen, durch die Umrechnung eine Fehlerquelle gegeben wird. Venn man nun den zweiten Zähler dann, wenn der erste Zähler auf der dem eingestellten Hauptmaß entsprechenden Stufe ist, nullt, dann kann man von diesem Nullpunkt das nächste angegebene Maß wählen und dadurch, daß man diesen zweiten Zähler auf die Anzeige schaltet, anzeigen, wann die Ableseeinheit den entsprechenden Maßstabpunkt erreicht hat. Eine Umschaltung auf den ersten Zähler, d.h. die Anzeige des ersten Zählers, gibt dann eine Anzeige des Absolutmaßes des erreichten Punktes, bezogen auf den Nullpunkt des ersten Zählers. Die Nullung des zweiten Zählers kann beliebig oft wiederholt werden. Man kann praktisch auf die beschriebene Weise ohne lange Umrechnungsarbeit kleinste Toleranzen bei der Bearbeitung einhalten. Es wird nicht mehr notwendig, jedesmal Referenzmarken am Maßstab anzufahren.

Ein weiterer erfinderischer Schritt besteht darin, daß wenigstens für den einen Zähler und die Ableseeinheit eine zusätzliche, mit einer Batterie ausgestattete Notstromversorgung vorgesehen ist, so daß für diesen Zähler ein Nullpunkt durch Schalterbetätigung gesetzt werden kann, der, da ein Stromausfall verhindert wird, bis zur neuerlichen Schalterbetätigung seine eindeutige Zuordnung zum Maßstab behält. Man kann also auf die mechanische Referenzmarke verzichten. Auch wenn die Maschine bei einem Werkstück, dessen Bearbeitung mehrere Tage benötigt, abgestellt wird bzw. die Hauptstromversorgung ausfällt und während des Stromausfalles eine Verstellung der Ableseeinheit gegenüber dem Maßstab stattfindet, bleibt der gesetzte Nullpunkt eindeutig definiert und die Einstellung auf diesen Nullpunkt ist immer wieder reproduzierbar.

In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Meßeinrichtung im Blockschaltschema veranschaulicht.

Die Meßeinrichtung besitzt eine Ableseeinheit 1, die entlang eines nicht dargestellten inkrementalen Maßstabes verfahrbar ist und dabei diesen Maßstab über gegeneinander versetzte lichtempfindliche Einrichtungen, z.B. Photodioden als Lichtquellen und Phototransistoren als Aufnehmer, photoelektrisch abtastet, so daß an zwei Ausgangsleitungen 2 und 3 der Einheit

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gegeneinander phasenverschobene Sinusspannungen erhalten werden. Am Maßstab ist ferner eine Nullmarke vorhanden, die über eine weitere Abtasteinheit abgetastet werden kann, so daß dann, wenn Abtasteinheit und Marke fluchten, auf einer weiteren Leitung 4 ein "Nullimpuls¹· erhalten wird.

Die Ableseeinheit 1 ist meist mit einer Auswertungseinheit 5 über ein die Leitungen 2 bis 4 enthaltendes Kabel mit Steckanschlüssen 6 für die Leitungen 2,3,4 verbunden.

In der Auswertungseinheit ist an die Leitungen 2,3 eine Vervielfacherstufe 7 angeschlossen, die aus den phasenverschobenen Signalen zunächst fünf gegeneinander verschobene Signale bildet, deren Phasenabstand also ein Fünftel der Maßstabteilung entspricht. Üine weitere Auswertungsstufe 8, die an die Stufe 7 anschließt, enthält eine Vervierfachungsschaltung, die aus jedem der bei ihr einlangenden Signale vier Zählimpulse in gleichen Phasenabständen voneinander ableitet. Ferner ist in der Stufe 8 ein Richtungsdiskriminator vorgesehen, der bestimmt, welches der beiden Eingangssignale dem anderen voreilt, also ob die Ableseeinheit nach rechts oder links (vorwärts oder rückwärts) gegenüber dem Maßstab verstellt wird. Parallel zueinander liegen an der Stufe 8 zwei Richtungsumschalter 9,10, welche über Leitungen 11,11a,12,12a Zählimpulse für die Vorwärts- bzw. Rückwärtszählung erhalten.

An den Richtungsumsc ^halter 9 schließt ein Hauptzähler 13 an, der seinerseits mit einer Anzeigeeinrichtung 14 in Verbindung steht. Denkt man sich die Leitungen 11a,12a und den Richtungsumschalter 10 weg, so bilden die übrigen Teile eine normale Auswertungsstufe. Diese Auswertungsstufe kann über einen an die Leitung 4 anschließbaren Nullimpuls-Auswerter 15 jeweils dann, wenn der Nullimpuls auftritt, einen Steuerimpuls erhalten, der den Zähler 13 und damit die Anzeige 14 auf den Wert "Null" stellt.

Beim Ausführungsbeispiel ist eine Variante vorgesehen, bei der ein Vorwählschalter 16 einerseits und ein selbsttätiger Umschalter 17 anderseits zusätzliche Einstellungen ermöglichen. Der Umschalter 17 kann über Druckknopfschalter 18,19,20,21 aus- und eingeschaltet sowie auf bestimmte Werte eingestellt werden.

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Man kann zunächst den Absolutabstand zwischen der Werkstücknullstelle und der Nullstelle am Maßstab bestimmen und über den Vorwählschalter 16 einspeichern, so daß,je nachdem welche der Tasten 18 bis 21 gedrückt ist, der Zähler entweder beim überfahren der Maßstabnullmarke oder beim überfahren der Werkstück-Nullmarke automatisch auf Null gestellt wird.

Erfindungsgemäß ist der zusätzliche Richtungsumschalter 10 und neben dem Hauptzähler 13 ein Zähler 22 vorgesehen, der wahlweise mit der Anzeige 14 verbunden werden kann. Der Zählbeginn, also der Nullpunkt des Zählers 22, kann über einen Tastschalter 2J> an beliebiger Stelle eingestellt werden. Es ist also ohne weiteres möglich, ja sogar wahrscheinlich, daß der eine Zähler 13 noch positiv anzeigt, am Zähler 22 aber eine negative Anzeige aufscheinen kann, da über den dort eingestellten Nullpunkt zurückgezählt wurde und umgekehrt. Wegen diesen Möglichkeiten sind verschiedene Richtungsumschalter 9 und 10 notwendig,und es ist überdies der Zählrichtungsumschalter über eine Leitung 24 mit dem Zähler 22 gekoppelt, wodurch auch eine eindeutige Synchronisierung der Zähltakte der beiden Zähler erreicht wird. Drückt man einen weiteren Tastschalter 25, dann wird der Zähler 22 mit der Anzeige 14 verbunden und dort scheinen jetzt die Zählergebnisse, bezogen auf den eingestellten Nullpunkt des Zählers 22, auf. Weitere Tastschalter 26,27 ermöglichen es, wahlweise den Hauptzähler 13 auf den Nullimpuls der Leitung 4, also auf Nullung beim Auftreten dieses Impulses einzustellen oder diesen Nullimpuls abzuschalten und dafür den Zähler 13 an beliebiger Stelle ebenfalls zu nullen.

Nach einer AusführungsVariante kann man auf die Nullmarke am Maßstab verzichten und einen wählbaren Nullpunkt vorsehen. Zu diesem Zweck wird, da diese Nullmarke dem Maßstab für die jeweilige Messung immer und eindeutig zugeordnet bleiben muß, eine Notstromversorgung zusätzlich zur Hauptstromversorgung vorgesehen, die wenigstens den die beschriebene Nullungseinrichtung aufweisenden Zähler und die Ableseeinheit 1 beim Ausfallen der Hauptstromversorgung weiter versorgt.

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Claims

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Heinz Rieder u. Max Schwaiger, Ostermiething (Österreich) Patentansprüche :

Ί.. Meßeinrichtung, insbesondere Längenmeß einrichtung an Werkzeugmaschinen od.dgl., mit einem inkrementalen Maßstab, einer verstellbaren Ableseeinheit zur photoelektrischen Abtastung dieses Maßstabes und einer Auswertungsstufe, die richtungsabhängig über einen Zähler eine Anzeige- oder Steuereinrichtung steuert, wobei die Nullstellung des Zählers einem bestimmten Maßstabpunkt zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (1) über die Auswertungsstufe (7»8) mit einem weiteren Zähler (22) verbunden ist, dessen Nullpunkt mittels eines Setzschalters (23) unabhängig vom Nullpunkt des anderen Zählers (13) wählbar ist, und daß die beiden Zähler (13,22) über Wählschalter (25,26,27) wahlweise mit der Anzeige- bzw. Steuereinrichtung (14) verbindbar sind.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens für den einen Zähler (13 bzw. 22) und die Ableseeinheit (1) eine zusätzliche mit einer Batterie ausgestattete Notstromversorgung vorgesehen ist.

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