DE3037042C2 - Einrichtung zur Fehlerkorrektur an Positionsmeßsystemen - Google Patents

Description

a) die in Längserstreckung der Teilungsverkörperung (3; 3') verlaufende Mittellinie (M, M') der Teilung (4; 4') schließt mit der Meßrichtung (X; X') der beiden Objekte (2, 8; T, 8') zumindest abschnittsweise einen Winkel (ß; ß', ß", /?'") ein;

b) die Bewegung der Abtasteinheit (5; 5') relativ zur Teilungsverkörpe rung (3;3') erfolgt parallel zur Mi.tellinie (M; M'Jder Teilung (4;4')_;

c) zwischen der Abtastcinhck (5; 5') und dem Mitnehmer (9; 9') ist eine Kupplung vorgesehen, deren in Kontakt befindliche Kupplungselemente (11, 12; 1Γ, 12") im wesentlichen senkrecht zur Meßrichtung (X; X') parallel zu einer Ebene gegeneinander frei verschieblich sind, die durch die Meßrichtung (X; X') und die Mittellinie (M; M') der Teilung (4; 4') bestimmt ist, so daß sich bei dieser Verschiebung der Kupplungselemente (U, 12: 11', 12') in Abhängigkeit vom Winkel (ß; ß', ß", /?'") eine vorgebbare Korrekturbewegung {Al) relativ zwischen der Abtasteinneit (5; 5') und dem Mitnehmer (9; 9^ μ Mfßrichlung (X; X') einstellt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittellinie (M) der Teilung (4) über die gesamte Meßlänge mit der Meßrichtung (X) einen konstanten kleinen Winkel (ß) einschließt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Mittellinie (M') der Teilung (4') η wenigstens zwei Bereichen (A. B, Qder Teilungsverkörperung (3') mit der Meßrichtung (X')unterschied liche kleine Winkel (ß\ ß", ß'") einschließt.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (ß; ß'. ß", ß'") in einem Bereich 0° < ß; ß', ß". ß'" < 10° liegen.

5. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kupplungselemente (11, 12: 11', 12') an der Abtasteinheit (5; 5') und am Mitnehmer (9; 9') an zwei sich kreuzenden Mantellinien (15, 16; 15', 16') berühren und daß die Mantellinie (15, 16; 15', 16') eines der Kupplungselemente (11, 12; XV, 12') mit der zur Meßrichtung (X; X') der Objekte (2, 8; 2', 8') senkrechten Richtung (Y; Kleinen Winkel (α;«') einschließt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkel (α; λ') in einem Bereich 0' < w V < 30° liegen.

7. Hinrichtung nach Anspruch 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement (11: 11') an dci Abtasteinheit (5:5') oder das Kupplungsclement (12; 12') am Mitnehmer (9; 9') aus einem konischen Holzen gebildet wird, dessen Mantellinie (15, 16; 15', \W) mit der Richtung (Y; Y') den Winkel (<x; /*')

einschließt, und daß das Kupplungselement (12:12') am Mitnehmer (9; 9') oder das Kupplungselement (11; Jl') an der Abtasteinheit (5; 5') aus einem senkrecht dazu angeordneten Zylinderstift besteht.

8. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement an der Abtasteinheit oder am Mitnehmer aus einem konischen Bolzen gebildet wird, dessen Mantellinie mit der zur Meßrichtung der Objekte senkrechten Richtung einen Winkel einschließt, und daß das Kupplungselement am Mitnehmer oder an der Abtasteinheit aus einer Rolle besteht, deren berührende Mantellinie parallel zur Drehachse verläuft

9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungselement an der Abtasteinheit oder am Mitnehmer eine Ebene aufweist, die mit der zur Meßrichtung der Objekte senkrechten Richtung einen Winkel einschließt und von einer Kugel am Mitnehmer oder an der Abtasteinheit kontaktiert wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zum Wirksamwerden der Fehlerkorrektur der konische Bolzen (12; 12') um seine Längsachse um 180° schwenkbar ist, so daß seine um den Winkel (<x; et') gegen die Richtung (Y; Y') geneigte Mantellinie (16; 16') die Mantellinie (15; 15')des Zylinderstifts (11; II') kontaktiert

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Korrektur von Maschinen- und/oder Teilungsfehlern bei Positionsmeßsystemen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Einrichtungen und Verfahren zur mechanischen Korrektur von Maschinen- und/oder Teilungsfehlern sind bereits bekannt. In der DE-PS 8 66 402 wird zum Stand der Technik eine Meßeinrichtung mit einem Korrekturlineal genannt, von dem aus die Ablesemarke mechanisch in eine dem jeweiligen i.lcßstrecken-Fehler entsprechende Stellung gegenüber der Streckenmarke gesteuert wird.

Aus der US-PS 30 39 032 ist ein Stellungsmeßsystem mit einer Korreklurschablone bekannt, die von einem

*5 Fühler abgetastet wird, der direkt auf den Meßgeber einwirkt.

Ein weiteres Fehlerkorrektursystem ist in der DE-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 jrweils gesondert eine Korrekturschablone oder ein Korrekturlineal auf, die nach der Herstellung am

Meßgerät befestigt und justiert werden müssen.

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.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs I gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die Neigung der

<>⁵ Mittellinie der Teilung der Teilungsverkörperung bezüglich der Meßrichtung (Richtung der Führung der zu messenden Objekte) die Teilungsverkörperung gleichzeitig die Funktion eines Fehlerkorrekturprofils

besitzt, so daß eine vorgebbare Korrekturbewegung relativ zwischen der Abuisieinheit und uem Mitnehmer in MeQrichtung bewirkt wird, ohne daß ein gesondertes Fehlerkorrekturprofil erstellt, am Meßsystem 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 auf einfache Weise bei der Montage einstellen und gegebenenfalls gemäß einem sich im Laufe der Zeit ändernden Fehlerverlauf abändern. Die Erfindung ermöglicht sowohl eine lineare als auch eine nichtlineare Fehlerkorrektur.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1 a, b ein Längenmeßgerät in zwei Schnittansichten mit einer Einrichtung zur linearen Fehlerkorrektur und

F i g. 2a, b ein Längenmeßgerät in einem Längsschnitt und in einem Querschnitt mit einer tinrichtung zur nichtlinearen Fehlerkorrektur.

In Fig. la, 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 angebrach'. Eine Abtasteinheit 5 stutzt 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 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 Abtasteinhei: ό überträgt. Dabei würden aber Maschinen- und/oder Teilungsfehler ohne Korrektureinrichtung ebenfalls übertragen und gingen in das Meßergebnis als Fehler ein.

Beim Länger.meßgerät ist daher erfindungsgemäß die in Längserstreckung des Maßstabs 3 verlaufende Mittellinie M der Teilung 4 über die gesamte Meßlänge um einen Winkel β = 2° gegen die Richtung A" der Führung 10 zwischen dem Schlitten 8 und dem Bett 2 (Meßrichtung) geneigt, die Relativbewegung der Abtasteinheit 5 bezüglich des Maßstabs 3 erijlgt 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 Kupplurigselementen 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 JÖ zwischen dem Schlitten 8 und dem Bett 2 senkrechten Richtung Y einen Winkel λ = 13' einschließt. Bei der Relativbewegung zwischen Mitnchmcr 9 und Maßstab 3 verschiebt sich die Mantcllinie 15 dos Kupplungselemerits 11 entlang der Mantcllinie 16 des Kupplungsclements 12. so daß sich eine korrigieren

de Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit 5 und dem Maßstab 3 in Meßrichtung Xentsprechend dem zu korrigierenden linearen Fehlerverlauf ergibt Die Mantellinien 15, 16 der beiden Kupplungselemente 11, 12 werden mittels einer Zugfeder !3 in ständigem Kontakt miteinander gehalten, die in beliebiger Weise an der Abtasteinheit 5 und an einem Zapfen 14 des Mitnehmers 9 befestigt ist

Die Einstellung des erforderlichen Korrekturgrades zur linearen Fehlerkompensation erfolgt durch Variation des Winkels β 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 β verstellbar befestigt Es kann aber auch das Hohlprofil am Bett starr fixiert und der Maßstab im Hohlprofil durch geeignete Mittel um den Winkel β geneigt werden.

In Fig.2a, b ist ein Längenmeßgcrät mit einem Hohlprofil Γ an einem Bett 2' einer Bearbeitungsmaschine oder einer Meßmaschine in beliebiger Weise befestigt. Im Hohlprofil Γ ist durch eine klebeschicht 20 e'"¹ 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 ^ich 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.

Zur nichtlinearen Fehlerkompensation ist erfindungsgemäß die in Längserstreckung des Maßstabs 3' verlaufende Mittellinie M' der Teilung 4' in einem Bereich A um einen Winkel ß' = 3°, in einem Bereich B um einen Winkel ß" = 4° und in einem Bereich Cum einen Winkel ß'" = 2° 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 /W'der Teilung 4' und die Abtasteinheit 5' und der Mitnehmer 9' sind über Kupplungselemente 1 Γ, 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 1Γ, 12' ergibt, die eine unterschiedlich korrigierende Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit 5' und dem Maßstab 3' in den Bereichen A, B, Cbewirkt. Dabei berühren sich das Kupplungselement 11' in Form eines Zylinderstiftes an der Abtasteinheit 5' und das dazu senkrecht angeordnete Kupplungselement 12' in Form einec 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 α = 12° einschließt. Bei der Relativbewegung zwischen Mitnehmer 9' und Maßstab 3' verschiebt sich die Mantellinie 15' des Kupplungselement W entlang der Mantellinie 16' des Kupplungselements 12', so daß sich eine korrigierende Relativbewegung zwischen der Abtästeinheit 5' und dem Maßstab 3' in Meßrichtung X' entsprechend dem zu korrigierenden nichtlinearen Fehlervcrlauf ergibt. Die Mantellinien 15', 16' der beiden Kupplungselemente ii', 12' wei Jen mittels einer nicht gcvcii'icit Zugfeder in ständigem Kontakt miteinander gehalten.

die in beliebiger Weise an der AbtasU'inheil "V und am Mitnehmer 9' befestigt ist.

Die Umstellung des erfordi ι liehen Korrekttirgrades zur nichtlinearen Fehlerkompensation erfolgt durch Variation der Winkel ß', β ', ß'" in Abhängigkeit vom konstanten Winkel V. Dazu ist das im Querschnitt L-förmigc Tragerteil 21 mit Einschnitten 24 an den Grenzen (Vr Hereiche A, Ii, C versehen, so daü die Mittellinie M der Teilung 4' durch eine leichte Verbiegung des Trägcrteils 21 an den Stellen der ' Einschnitte 24 und damit des Maßstabs .3' um kleine unterschiedliche Winkel β', β", β'" gegen die Meßrichtung λ "eingestellt werden kann. Das Trügerteil 21 kann zu diesem Zwecke mittels Schrauben 22 in l.anglöchern 23 im starr am fielt 2' fixierten Hohlprofil Γ verstellt :- werden.

Ferner kann auch das Langenineligerät nach I·' ig. la. b zu einer nichtlinearen Fehlerkompensation herangezogen werden, indem das llohlprofi! in nicht gezeigter weise durch geeignete fviitiei derart verbogen wild, ΰ,ι'ύ ^v die Mittellinie der Teilung in verschiedenen Bereichen des Maßstabs um kleine Winkel gegen die Meßrichtung gemäß des erforderlichen Korrekturgrades geneigt ist. 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 Maniellmie einer KoIIe in Kontakt stehen, wobei diese berührende Mantellinic parallel /ur Drehachse der Rolle verlauft; der konische Bolzen oder die Rolle können jeweils entweder an der Abtasteinheit oder am Mitnehmer angeordnet sein.

In ebenfalls mehl dargestellter Weise kann das Kupplungselement an der AblasleinliMl oder am Mitnehmer eine Ebene aufweisen, die mit der zur Mcßrichtiinp senkrechten Richtung einen Winkel einschließt und von einer Kugel am Mitnehmer oder an der Abtasleinheit kontaktiert wird.

Soll keine Fehlerkorrektur erfolgen, so werden die Winkel ß:ß'.jl".i! = 0 eingestellt; diese Winkeleinstcllungcn sind aber mit Toleranzen behaftet, die eine geringe unerwünschte Korrektur /ur Folge haben können. Daher werden zweckmaUigerwcise auch die Winkel \: λ' - 0 eingestellt; dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß der konische Bolzen 12; 12' um seine Längsachse um 180" gedreht wird, so daß nun die utc ivi.niicnmtc i-j; i V ur> /.viiiiuei siifts ii; ii' berührende Mantellinie 17; 17 senkrecht zur Mcßrichtung X: X' verläuft. Die Winkel ν \' liegen vorzugsweise in einem Bereich 0" < \; \' < JO und die Winkel ß; ß'. ß". ß'" in einem Bereich 0 < ß: ß', ß". ß"^f < IC^-.

Die Erfindung ist nicht auf lichtelektrische Meßsysteme DCJ-chränkt. sondern auch bei optischen, magnetischen, kapazitiven und induktiven Meßs\steinen mit Frfolg „!,wendbar.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   I. Einrichtung zur Korrektur von Maschinenund/oderTeilungsfehlern bei Positionsmeßsystemen von Präzisionsmaschinen und -geraten, wobei zur Messung der Position zweier relativ zueinander verschiebbarer Objekte die Teilung einer Teilungsverkörperung von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die mit einem der zu messenden Objekte der Maschine oder des Gerätes über einen Mitnehmer verbunden ist, gekennzeichnet durch die Kombination Folgender Merkmale: