DE3419499A1

DE3419499A1 - Messwertgeber

Info

Publication number: DE3419499A1
Application number: DE19843419499
Authority: DE
Inventors: Jochen 7801 Buchenbach Pestke
Original assignee: WANDRES SIKO
Current assignee: WANDRES SIKO
Priority date: 1984-05-25
Filing date: 1984-05-25
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3419499C2

Description

Meßwertgeber Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber, insbesondere zum Erfassen der Position eines Antriebselementes eines Werkzeuges oder Werkstückes, z. B. einer Spindelmutter u. dgl., vorzugsweise an Werkzeugmaschinen, mit einer Kupplung zur Abnahme der zu messenden Positionierbewegung und mit wenigstens einem Zähler zum Erfassen dieser Positionierbewegung.
Es sind bereits mechanische Positionsanzeiger mit digitaler Anzeige bekannt, die z. B. an einem Spindelende einer Verstellspindel aufgesetzt werden können. Die Anzeigegenauigkeit solcher Zählwerke liegt in der Regel im Bereich einer Positionierbewegung von 1/10 mm. Dabei ist jedoch schon eine vergleichsweise große Antriebsübersetzung von der Verstellspindel auf das erste Zählrad des Positionsanzeigers erforderlich. Bei hoher Positioniergeschwindigkeit ergibt sich entsprechend auch eine hohe Drehzahl der Verstellspindel, die gegebenenfalls bei gleichzeitig hoher Anforderung an die Anzeigegenauigkeit, die höchstzulässige Antriebsdrehzahl des Zählwerkes überschreitet.
Sowohl für höhere Auflösung bzw. Genauigkeit als auch für höhere Betriebsdrehzahlen kennt man auch schon elektrische Rotationsimpulsgeber. Nachteilig ist hierbei unter anderem, daß bei Stromausfall Spindelverstellungen von Hand nicht angezeigt oder von Steuerungen übernommen werden können.
Um bei Verwendung von elektrischen Rotationsimpulsgebern den vorgenannten Nachteil zu vermeiden, hat man auch schon an der Bedienseite der Verstellspindel od. dgl. ein mechanisches Zählwerk angeordnet, während ein elektrischer Impulsgeber über mechanische Zwischenglieder, z. B. ein Getriebe insbesondere am anderen Ende der Verstellspindel angeschlossen ist. Neben dem erhöhten Montageaufwand ist hier jedoch auch nachteilig, daß durch die unterschiedliche Anbringung unter Verwendung von Zwischenübertragungsglie dern Meßfehler auftreten können. Auch sind häufig mechanische Kupplungen zum Ausgleich von Winkel bzw. Fluchtungsfehlern zwischen Verstellspindel und Meßwertgeber erforderlich, wodurch der Aufwand und gegebenenfalls auch die Fehlermöglichkeiten erhöht sein können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Meßwertgeber der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die vorgenannten Nachteile zumindest weitgehend vermeidet und der insbesondere auch einfach im Aufbau ist und sich mit geringem Aufwand montieren läßt.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere vorgeschlagen, daß ein Zähler mit mechanischem Zählwerk als visueller Positionsanzeiger und ein Zähler zum Erzeugen von Steuerimpulsen als Positions-Istwertgeber mit der Kupplung verbunden sind Durch diese Kombination von mechanischem Zählwerk und insbesondere elektrischem Steuerimpulsgeber ist eine einfachere und preisgünstigere Herstellung des Meßwertgebers möglich.
Insbesondere ist aber auch der Vorteil vorhanden, daß nur eine Montagestelle an der Werkzeugmaschine od. dgl. erforderlich ist. Außerdem ist auch bei stromlosem Zustand über den mechanischen Anzeiger eine Istwerterfassung möglich.
Zweckmäßigerweise sind das mechanische Zählwerk und der Steuerimpulsgeber starr miteinander gekuppelt und haben insbesondere eine gemeinsame, vorzugsweise als Hohlwelle ausgebildete Antriebswelle. Durch diese starre Kupplung werden Ubertragungsfehler verhindert und auch der entsprechende Aufwand für Zwischenübertragungsglieder vermieden.
Eine einfache Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß für den Antrieb des Zählwerkes ein auf der Hohlwelle sitzendes Antriebszahnrad vorgesehen ist, das gleichzeitig als Geber für den Steuerimpulsgeber ausgebildet ist und mit einem Näherungsschalter zusammenarbeitet. Dadurch ergibt sich bei in vielen Anwendungsfällen genügender Genauigkeit ein besonders einfacher Aufbau des Meßwertgebers.
Bei höheren Anforderungen an die Auflösung und Genauigkeit des Meßwertgebers, insbesondere des Steuerimpulsgebers1 ist nach einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß der insbesondere als Rotationsimpulsgeber ausgebildete Steuerimpulsgeber als Geber eine auf der Hohlwelle befestigte Impulsscheibe aufweist. Eine solche Impulsscheibe kann beispielsweise 1.000 Strichmarkierungen am Umfang aufweisen, die jeweils zur Bildung eines Steuerimpulses verwendet werden, so daß eine entsprechend hohe Auf lösegenauigkeit vorhanden ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Übertragungsübersetzung zwischen Hohlwelle und Zählwerk so bemessen ist, daß die Anzeigeauflö sung geringer als 1/10 mm ist, z. B. 1 mm beträgt und daß die Auflösung des Steuerimpulsgebers gleich oder größer als 1/10 mm ist, z. B. 1/100 mm beträgt. Durch diese Ausbildung der unterschiedlichen Auflösungen des Zählwerkes und des Steuerimpulsgebers hat man einerseits über den Steuerimpulsgeber Steuerimpulse für eine sehr genaue Steuerung zur Verfügung, während sich die Anzeigegenauigkeit des mechanischen Zählers darauf beschränkt, eine visuelle Information mit etwas größerer Anzeigeungenauigkeit über die jeweilige Position zur Verfügung zu haben, die aber zur überwachung der Positionierstellung, insbesondere bei Ausfall des Steuerimpulsgebers noch mit Sicherheit ausreicht.
Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt.
Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.
Es zeigt etwas schematisiert: Fig. 1 eine Vorderseitenansicht eines Meßwertgebers, Fig. 2 eine Querschnittsdarstellung eines Meßwertgebers und Fig. 3 ebenfalls eine Querschnittsdarstellung eines Meßwertgebers in gegenüber Fig 2 abgewandelter Ausführungs form.
Ein Meßwertgeber 1 dient zum Erfassen der Position eines Antriebselementes vorzugsweise bei Werkzeugmaschinen. Der Meßwertgeber weist eine Hohlwelle 2 auf, die beispielsweise auf das Bedienende einer Verstellspindel aufgeschoben und mit dieser durch eine Justierschraube 3 gekuppelt wird.
Der erfindungsgemäße Meßwertgeber 1 weist einen Zähler mit mechanischem Zählwerk 4 sowie einen elektrischen Steuerimpulsgeber 5 auf. Das mechanische Zählwerk 4 dient zur visuellen Positionsanzeige, während der Steuerimpulsgeber 5 als Istwertgeber für eine elektronische Maschinensteuerung verwendet werden kann.
Die in einem Gehäuse 6 drehbar gelagerte Hohlwelle 2 trägt ein Antriebszahnrad 7, das im Ausführungsbeispiel als Kronrad ausgebildet ist. Mit diesem Antriebszahnrad 7 kämmen mehrere Zwischenzahnräder 8, die die Antriebsverbindung zu dem Meßzählwerk 4 bilden. Die Übersetzung zwischen dem Antriebszahnrad 7 und dem Zählwerk 4 kann je nach Spindelsteigung und gewünschter Anzeigegenauigkeit gewählt werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 dient das Antriebszahnrad 7 gleichzeitig als Geber für den Steuerimpulsgeber 5. Fig. 2 läßt erkennen, daß auf der der Zahnung 9 abgewandten Seite des Antriebszahnrades 7 Rastermarken 10 z. B.
in Form von Stiften, Zähnen usw. vorgesehen sind. Benachbart zu diesem Umfangsbereich befindet sich ein Näherungsschalter 11, der pro Rastermarke 10 einen Impuls an eine nachgeschaltete Elektronik 12 zur Weiterverarbeitung liefert.
Bei Ausbildung des Antriebszahnrades 7 aus Metall besteht für eine besonders einfache Ausführungsform des Meßwertgebers noch die Möglichkeit, die Zahnung 9 selbst als Rastermarken für den Näherungsschalter 11 zu verwenden.
Häufig genügt nämlich bereits die dadurch erzielbare Positioniergenauigkeit. Der Näherungsschalter 11 kann insbesondere als induktiver, kapazitiver oder optoelektronischer Aufnehmer ausgebildet sein.
Eine andere Ausführungsform eines Meßwertgebers 1 zeigt noch Fig. 3. Der insbesondere als Rotationsimpulsgeber 5 ausgebildete Steuerimpulsgeber weist hier als Geber eine auf der Hohlwelle 2 befestigte Impulsscheibe 13 auf. Diese hat im Außenumfangsbereich ein Strichgitter und durchläuft mit diesem eine den Schalter 11 bildende Gabellichtschranke.
Die Impulsscheibe 13 kann beispielsweise ein Strichgitter mit 1.000 Einzelstrichen aufweisen, so daß sich dementsprechend auch eine hohe Auflösung bzw. Meßgenauigkeit des Steuerimpulsgebers 5 ergibt. Auch bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist eine starre Kupplung zwischen dem Antriebszahnrad 7 und der Impulsscheibe 13 über die Hohlwelle 2 vorhanden, so daß Meßwertdifferenzen zwischen dem mechanischen Zählwerk 4 und dem Steuerimpulsgeber 5 praktisch nicht auftreten können. Außerdem hat man dadurch den Vorteil, daß die starre Positionszuordnung zwischen den beiden Zählern ein Einjustieren und Abgleichen der einzelnen Zähler aufeinander bei der Montage an einer Maschine nicht mehr erforderlich macht. Vorteilhaft ist weiterhin, daß an der Maschine nur noch eine Montagestelle für den kombinierten MeBwertgeber, bestehend aus mechanischem Zählwerk 4 und elektronischem Steuerimpulsgeber 5>vorhanden ist.
Durch die Kombination des elektrischen Steuerimpulsgebers 5 mit einem mechanischen Zählwerk 4 ist auch vorteilhaft, daß man auf der einen Seite eine genügend genaue Positionsanzeige durch das mechanische Zählwerk 4 für eine visuelle Kontrolle zur Verfügung hat, auf der anderen Seite aber durch den Steuerimpulsgeber 5 Steuerimpulse für eine sehr genaue Maschinensteuerung u. dgl. zur Verfügung hat. Daraus ergibt sich auch die Möglichkeit, gegebenenfalls die Genauigkeit des mechanischen-Zählwerkes 4 bewußt auf ein notwendiges Maß zu reduzieren und dieses damit auch preisgünstiger und einfacher herstellen zu können. Der mechanische Zähler hat hierbei im wesentlichen nur noch eine Kontrollfunktion und wird nicht zum genauen Einstellen der gewünschten Position herangezogen. Andererseits hat man aber die hohe Auflösung des elektrischen Rotationsimpulsgebers 5 zur Verfügung, dessen Impulse für eine exakte Positionsanzeige bzw. die Maschinensteuerung verwendet werden können. In der Praxis erreicht man dadurch, daß zwar durch das mechanische Zählwerk 4 Meßfehler in der Größenordnung von z. B. einigen Zehntel Millimetern auftreten können, wobei aber diese Meßgenauigkeit bei Ausfall des Steuerimpulsgebers 5 noch gut ausreicht, um die Werkzeugmaschine od. dgl. noch so einrichten zu können, daß das Werkstück bzw. die Maschine nicht beschädigt werden.
Durch die bewußte Reduzierung der mechanischen Anzeigegenauigkeit kann die gesamte Kombination auch für höhere Antriebsdrehzahlen eingesetzt werden, da für das mechanische Zählwerk 4 eine kleinere übersetzung gewählt werden kann.
In den Figuren 1 bis 3 ist der Steuerimpulsgeber 5 als Inkrementalgeber ausgebildet. Bedarfsweise kann der Steuerimpulsgeber auch als Absolutwertgeber ausgebildet sein.
Alle in der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
- Zusammenfassung -

Claims

Meßwertgeber Ansprüche Meßwertgeber,- insbesondere zum Erfassen der Position eines Antriebselementes eines Werkzeuges oder Werkstückes, z. B. einer Spindelmutter u. dgl. vorzugsweise an Werkzeugmaschinen, mit einer Kupplung zur Abnahme der zu messenden Positionierbewegung und mit wenigstens einem Zähler zum Erfassen dieser Positionierbewegung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß ein Zähler mit mechanischem Zählwerk (4) als visueller Positionsanzeiger und ein Zähler (5) zum Erzeugen von Steuerimpulsen als Positions-Istwertgeber mit der Kupplung verbunden sind.
2. Meßwertgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Zählwerk (4) und der Steuerimpulsgeber (5) starr miteinander gekuppelt sind und insbesondere eine gemeinsame, vorzugsweise als Hohlwelle (2) ausgebildete Antriebs- bzw. Kupplungswelle haben.
3. Meßwertgeber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb des Zählwerkes (4) ein auf der Hohlwelle (2) sitzendes Antriebszahnrad (7) vorgesehen ist, das gleichzeitig als Geber für den Steuerimpulsgeber (5) ausgebildet ist und mit einem Näherungsschalter (11) zusammenarbeitet.
4. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (7) aus Metall besteht und daß benachbart zu dessen Zahnung der Näherungsschalter (11), z. B. ein induktiv, kapazitiv od. dgl. arbeitender Näherungsschalter angeordnet ist.
5. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebszahnrad (7) eine in einem außerhalb der Zahnung (9) befindlichen Bereich oder auf deren Rückseite Markierungen (10), insbesondere eine Strichmarkierung trägt und daß ein damit zusammenarbeitender, vorzugsweise optoelektronischer Schalter (11) vorgesehen ist.
6. Meßwertgeber nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der insbesondere als Rotationsimpulsgeber ausgebildete Steuerimpulsgeber (5) als Geber eine auf der Hohlwelle (2) befestigte Impulsscheibe (13) aufweist.
7. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsübersetzung zwischen Hohlwelle (2) und Zählwerk (4) so bemessen ist, daß die Anzeigeauflösung des Positionierweges geringer als 1/10 mm ist, z. B. 1 mm beträgt und daß die Auflösung des Steuerimpulsgebers gleich oder größer als 1/10 mm ist, z. B. 1/100 mm beträgt.
8. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber (5) als Inkrementalgeber ausgebildet ist.
9. Meßwertgeber nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerimpulsgeber (5) als Absolutwertgeber ausgebildet ist.

- Beschreibung -