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Einrichtung zur Fehlerkorrektur an Positionsmeßsystemen
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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korrektur von Maschinen-
und/oder Teilungsfehlern bei Positionsmeßsystemen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Einrichtungen und Verfahren zur mechanischen Korrektur von Maschinen-
und/oder Teilungsfehlern sind bereits bekannt. In der DE-PS 866 402 wird zum Stand
der Technik eine Meßeinrichtung mit einem Korrekturlineal genannt, von dem aus die
Ablesemarke mechanisch in eine dem jeweiligen Meßstrecken-Fehler entsprechende Stellung
gegenüber der Streckenmarke gesteuert wird.
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Aus der US-PS 3 039 032 ist ein Stellungsmeßsystem mit einer Korrekturschablone
bekannt, die von einem Fühler abgetastet wird, der direkt auf den Meßgeber einwirkt.
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Ein weiteres Fehlerkorrektursystem ist in der Dl-OS 20 42 505 beschrieben,
bei dem das numerische Meßsystem einer Maschine durch ein eine Korrekturschablone
abtastendes Organ eine Zusatzbewegung entsprechend dem jeweiligen Fehlerwert der
Maschinenspindel erfährt. Die genannten Korrektureinrichtungen weisen jeweils gesondert
eine Korrekturschablone oder ein Korrekturlineal auf, die nach der Herstellung am
Meßgerät befestigt und justiert werden müssen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Fehlerkorrektur
der eingangs genannten Art anzugeben, mit der eine Kompensation von Maschinen- und/oder
Teilungsfehlern ohne ein separates Fehlerkorrekturprofil erzielt wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß durch die Ausbildung der Kupplungselemente zwischen Abtasteinheit und Mitnehmer
in Verbindung mit einer Neigung der Mittellinie der Teilung des Teilungsträgers
bezüglich der Meßrichtung (Richtung der Führung der zu messenden Objekte) bereits
eine korrigierende Relativbewegung zwischen Abtasteinheit und Teilungsverkörperung
bewirkt wird, ohne daß ein gesondertes Fehlerkorrekturproil erstellt, an der Maschine
befestigt und justiert werden muß, so daß sich ein besonders einfach aufgebautes,
nur wenig Raum beanspruchendes Präzisionsmeßsystem ergibt. Des weiteren kann der
Anwender selbst an der Maschine den notwendigen Korrekturgrad bei der Montage einstellen.
Die Erfindung ermöglicht sowohl eine lineare als auch eine nichtlineare Fehlerkorrektur.
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Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher erläut,ert.
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Es zeigen Figur la, b ein Längenmeßgerät in zwei Schnittansichten
mit einer Einrichtung zur linearen Fehl erkorrektur und Figur 2a, b ein Längenmeßgerät
in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt mit einer Einrichtung zur nichtlinearen
Fehlerkorrektur.
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In Figur 1a, b ist ein Längenmeßgerät mit einem Hohlprofil 1 an einem
Bett 2 einer Bearbeitungsmaschine oder einer Meßmaschine in beliebiger Weise befestigt.
Im Hohlprofil 1 ist beispielsweise durch eine Klebeschicht ein Maßstab 3 mit einer
Teilung 4 angebracht. Eine Abtasteinheit 5 stützt sich am Maßstab 3 über Rollen
6 und am Hohlprofil 1 über Rollen 7 ab und tastet mit an sich bekannten, in der
Zeichnung nicht dargestellten Mittoln die Teilung 4 des Maßstabs 3 ab. An einem
Schlitten 8 der Bearbeitungsmaschine oder der Bteßmaschine ist ein Mitnehmer 9 beispielsweise
mittels einer nicht gezeigten Schraubverbindung befestigt, der die Relativbewegung
des Schlittens 8 bezüglich des Betts 2 auf die Abtasteinheit 5 überträgt. Dabei
würden aber Maschinen-und/oder Teilungsfehler ohne Korrektureinrichtung ebenfalls
übertragen und gingen in das Meßergebnis als Fehler ein.
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Beim Längenmeßgerät ist daher erfindungsgemäß die in Längserstreckung
des Maßstabs 3 verlaufende Mittellinie M der Teilung 4 über die gesamte Meßlänge
um einen Winkel ß = 20 gegen die Richtung X der Führung 10 zwischen dem Schlitten
8 und dem Bett 2 (Meßrichtung) geneigt, die Relativbewegung der Abtasteinheit 5
bezüglich des Maßstabs 3 erfolgt parallel zur Mittellinie M der Teilung 4 und die
Abtasteinheit 5 und der Mitnehmer 9 sind über Kupplungselemente 11, >12 miteinander
gekoppelt, die derart ausgebildet sind, daß sich bei einer Relativbewegung des Mitnehmers
9 bezüglich des Maßstabs 3 eine Relativbewegung zwischen den beiden Kupplungselementen
11, 12 ergibt, die eine korrigierende Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit
5 und dem Maßstab 3 bewirkt. Dabei berühren sich das Kupplungselement 11 in Form
eines Zylinderstiftes an der Abtasteinheit 5 und das dazu senkrecht angeordnete
Kupplungselement 12 in Form eines konischen Bolzens am Mitnehmer 9 an zwei sich
kreuzenden Mantellinien 15, 16, wobei die Mantellinie 16 des Kupplungselements 12
mit der zur Richtung X der Führung 10 zwischen dem Schlitten 8 und dem Bett 2 senkrechten
Richtung Y einen Winkel d = 130 einschließt.
Bei der Relativbewegung
zwischen Mitnehmer 9 und Maßstab 3 verschiebt sich die Mantellinie 15 des Kupplungselements
11 entlang der Mantellinie 16 des Kupplungselements 12, so daß sich eine korrigierende
Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit 5 und dem Maßstab 3 in Meßrichtung X
entsprechend dem zu korrigierenden linearen Fehlerverlauf ergibt. Die Mantellinien
15, 16 der beiden Kupplungselemente 11, 12 werden mittels einer Zugfeder 13 in ständigem
Kontakt miteinander gehalten, die in beliebiger Weise an der Abtasteinheit 5 und
an einem Zapfen 14 des Mitnehmers 9 befestigt ist.
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Die Einstellung des erforderlichen Korrekturgrades zur linearen Fehlerkompensation
erfolgt durch Variation des Winkels ß in Abhängigkeit vom konstanten Winkel. Dazu
ist das Hohlprofil 1 in nicht gezeigter Weise an einem Ende am Bett 2 der Maschine
schwenkbar gelagert und am anderen Ende mittels eines Langlochs um den Winkel ß
verstellbar befestigt.
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Es kann aber auch das Hohlprofil am Bett starr fixiert und der Maßstab
im Hohlprofil durch geeignete Mittel um den Winkel ß geneigt werden.
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In Figur 2a, b ist ein Längenmeßgerät mit einem Hohlprofil 1' an einem
Bett 2' einer Bearbeitungsmaschine oder einer Meßmaschine in beliebiger Weise befestigt.
Im Hohlprofil 1' ist durch eine Klebeschicht 20 ein Maßstab 3' mit einer Teilung
4' auf einem Trägerteil 21 angebracht. Eine Abtasteinheit 5' stützt sich am Maßstab
3' über Rollen 6' und am Hohlprofil 1' über weitere nicht gezeigte Rollen ab und
tastet mit an sich bekannten, in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln die Teilung
4' des Maßstabs 3' ab. An einem Schlitten 8' der Bearbeitungsmaschine oder der Meßmaschine
ist ein Mitnehmer 9' beispielsweise mittels einer nicht gezeigten Schraubverbindung
befestigt, der die Relativbewegung des Schlittens 8' bezüglich des Betts 2' auf
die Abtasteinheit 5' überträgt.
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Zur nichtlinearen Fehlerkompensation ist erfindungsgemäß die in Längserstreckung
des Maßstabs 3' verlaufende Mittellinie M' der Teilung 4' in einem Bereich A um
einen Winkel = = 3 30, in einem Bereich B um einen Winkel ß = 40 und in einem Bereich
C um einen Winkel D"' = 20 gegen die Richtung X' der Führung 10' zwischen dem Schlitten
8' und dem Bett 2' (Meßrichtung) geneigt, die Relativbewegung der Abtasteinheit
5' bezüglich des Maßstabs 3' erfolgt parallel zur Mittellinie M' der Teilung 4'
und die Abtasteinheit 5' und der Mitnehmer 9' sind über Kupplungselemente 11', 12'
miteinander gekoppelt, die derart ausgebildet sind, daß sich bei einer Relativbewegung
des Mitnehmers 9' bezüglich des Maßstabs 3' eine Relativbewegung zwischen den beiden
Kupplungselementen 11', 12' ergibt, die eine unterschiedlich korrigierende Relativbewegung
zwischen der Abtasteinheit 5' und dem Maßstab 3' in den Bereichen A, B, C bewirkt.
Dabei beriihren sich das Kupplungselement 11' in Form eines Zylinderstiftes an der
Abtasteinheit 5' und das dazu senkrecht angeordnete Kupplungselement 12' in Form
eines konischen Bolzens am Mitnehmer 9' an zwei sich kreuzenden Mantellinien 15',
16', wobei die Mantellinie 16' des Kupplungselements 12' mit der zur Meßrichtung
X' senkrechten Richtung Y' einen Winkel. = 120 einschließt. Bei der Relativbewegung
zwischen Mitnehmer 9' und Maßstab 3' verschiebt sich die Mantellinie 15' des Kupplungselements
11' entlang der Mantellinie 16' des Kupplungselements 12', so daß sich eine korrigierende
Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit 5' und dem Maßstab 3' in Meßrichtung
X' entsprechend dem zu korrigierenden nichtlinearen Fehlerverlauf ergibt. Die Mantellinien
15', 16' der beiden Kupplungselemente 11', 12' werden mittels einer nicht gezeigten
Zugfeder in ständigem Kontakt miteinander gehalten, die in beliebiger Weise an der
Abtasteinheit 5' und am Mitnehmer 9' befestigt ist.
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Die Einstellung des erforderlichen Korrekturgrades zur nichtlinearen
Fehlerkompensation erfolgt durch Variation der Winkel ß', 13'', ß"' in Abhängigkeit
vom konstanten Winkel d'. Dazu ist das im Querschnitt L-förmige Trägerteil 21 mit
Einschnitten 24 an den Grenzen der Bereiche A, B, C versehen, so daß die Mittellinie
M' der Teilung 4' durch eine leichte Verbiegung des Trägerteils 21 an den Stellen
der Einschnitte 24 und damit des Maßstabs 3' um kleine unterschiedliche Winkel ß,
ß", ß'" gegen die Meßrichtung Xt eingestellt werden kann. Das Trägerteil 21 kann
zu diesem Zwecke mittels Schrauben 22 in Langlöchern 23 im starr am Bett 2' fixierten
Hohlprofil 1' verstellt werden.
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Ferner kann auch das Längenmeßgerät nach Fig. 1a, b zu einer nichtlinearen
Fehlerkompensation herangezogen werden, indem das Hohlprofil in nicht gezeigter
Weise durch geeignete Mittel derart verbogen wird, daß die Mittellinie der Teilung
in verschiedenen Bereichen des Maßstabs um kleine Winkel gegen die Meßrichtung gemäß
des erforderlichen Korrekturgrades geneigt ist.
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In nicht gezeigter Weise können der konische Bolzen auch an der Abtasteinheit
und der dazu senkrechte Zylinderstift am Mitnehmer angeordnet sein. Des weiteren
kann die Mantellinie eines konischen Bolzens, die mit der zur Meßrichtung senkrechten
Richtung einen Winkel einschließt, mit einer dazu senkrechten Mantellinie einer
Rolle in Kontakt stehen, wobei diese berührende Mantellinie parallel zur Drehachse
der Rolle verläuft; der konische Bolzen oder die Rolle können jeweils entweder an
der Abtasteinheit oder am Mitnehmer angeordnet sein.
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In ebenfalls nicht dargestellter Weise kann das Kupplungselement an
der Abtasteinheit oder am Mitnehmer eine Ebene aufweisen, die mit der zur Meßrichtung
senkrechten Richtung einen Winkel einschließt und von einer Kugel am Mitnehmer oder
an der Abtasteinheit kontaktiert wird.
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Soll keine Fehlerkorrektur erfolgen, so werden die Winkel ß; ß', ß'',
ß''' = 0 eingestellt; diese Winkeleinstellungen sind aber mit Toleranzen behaftet,
die eine geringe unerwiinschte Korrektur zur Folge haben können. Daher werden zweckmäßigerweise
auch die Winkel α; d' = 0 eingestellt; dies kann beispielsweise dadurch erfolgen,
daß der konische Bolzen 12; 12' um seine Längsachse um 1800 gedreht wird, so daß
nun die die Mantellinie 15; 15' des Zylinderstifts 11; 11' berührende Mantellinie
17; 17' senkrecht zur Meßrichtung X; X' verläuft. Die Winkel α ; α'
liegen vorzugsweise in einem Bereich 0° < α ; α' < 30° und die
Winkel ß; (ß', ß", ß"' in einem Bereich 0° < ß; ß', ß'', ß"' < 10°.
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Die Erfindung ist nicht auf lichtelektrische Meßsysteme beschränkt,
sondern auch bei optischen, magnetischen, kapazitiven und induktiven Meßsystemen
mit Erfolg anwendbar.
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