DE3839194A1 - Inkrementale positionsmesseinrichtung zum messen der relativlage zweier objekte mittels ultraschallwellen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine inkrementale Positions­ meßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte mittels Ultraschallwellen.

Derartige Positionsmeßeinrichtungen werden insbe­ sondere bei Bearbeitungsmaschinen zum Positionieren eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstücks eingesetzt.

Aus der DE-PS 28 33 369 ist eine inkrementale Posi­ tionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte mittels Ultraschallwellen bekannt, bei der ein magnetostriktiver Leiter in Form eines Drahtes an dem einen Objekt befestigt ist. Ein mit dem anderen Objekt verbundenes Sendeelement ist in Meßrichtung längs dieses magnetostriktiven Leiters verschiebbar und erzeugt mit seiner Wechselspannung im magnetostriktiven Leiter eine Ultraschallwelle, die eine Wechselspannung in einem Empfangselement induziert, das am Anfang des magnetostriktiven Lei­ ters stationär angeordnet ist. Die Phasenlage zwi­ schen der Wechselspannung des Sendeelements und der induzierten Wechselspannung im Empfangselement ist ein Maß für die relative Lage des Empfangselements zum Sendeelement und damit ein Maß für die Meß­ strecke. Diese Meßeinrichtung bedarf jedoch zur Gewinnung digitaler Meßwerte für die Relativlage der beiden Objekte einer aufwendigen Auswerteein­ richtung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in­ krementale Positionsmeßeinrichtung der genannten Gattung anzugeben, die einen einfacheren Aufbau zur Gewinnung von Meßwerten aufweist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit wenigen Elementen ge­ naue Meßwerte für die Relativlage der beiden Ob­ jekte gewonnen werden können, so daß sich eine preiswerte Meßeinrichtung ergibt.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.

In der Figur ist schematisch eine inkrementale Län­ genmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte auf Ultraschallbasis gezeigt. Ein ringförmig geschlossener Meßkörper MK weist eine lineare Meßstrecke s mit einer Meßlänge L auf; am Anfang s=0 der Meßstrecke s sind zwei Ultraschallsensoren U S _a , US _b mit einem gegenseiti­ gen Abstand d ₁ in Meßrichtung X angeordnet. Der Meßkörper MK und die beiden Ultraschallsensoren US _a , US _b sind mit dem nicht dargestellten ersten Objekt verbunden.

Ein Ultraschallgeber UG, der in Meßrichtung X vom Anfangspunkt s=0 bis zum Endpunkt s=L der Meß­ strecke s verschiebbar und mit dem nicht gezeigten zweiten Objekt verbunden ist, erzeugt mit einer Resonanzfrequenz f=kc/l (k=1, 2, 3, ...) im ring­ förmig geschlossenen Meßkörper MK eine stehende Ultraschallwelle, die sich bei einer Verschiebung des Ultraschallgebers UG in Meßrichtung X ebenfalls verschiebt; dabei bedeuten c die Schallgeschwindig­ keit und l die Länge der Mittelachse des Meßkörpers MK.

Bei der Meßbewegung des Ultraschallgebers UG in Meßrichtung X erzeugen die beiden Ultraschallsen­ soren U S _a , US _b zwei amplitudenmodulierte Abtastsi­ gnale S _a , S _b , die jeweils mittels eines Verstärkers V _a , V _b verstärkt und jeweils einem Gleichrichter G _a , G _b zugeführt werden, der zwei sinusförmige Meßsignale M S _a , MS _b mit einer Periode λ/2 und in Bezug auf die Meßbewegung mit einem gegenseitigen Phasenversatz von 90° zur Diskriminierung der Meßrichtung X erzeugt. Zur Erzielung dieses Phasenversatzes von 90° müssen die beiden Ultraschallsensoren U S _a , US _b den gegenseitigen Abstand d=λ/8 aufweisen, wobei λ die Wellenlänge der stehenden Ultraschallwelle bedeutet. Diese bei­ den sinusförmigen Meßsignale M S _a , MS _b werden einer bekannten Auswerteeinrichtung AW zugeführt, die zwei Meßtrigger M T _a , MT _b , einen Vorwärts-/Rück­ wärtszähler Z mit einem Richtungsdiskriminator so­ wie eine Anzeigeeinheit AZ zur digitalen Anzeige der Meßwerte für die Relativlage der beiden Objekte aufweist; die beiden Objekte können durch einen Schlitten und das Bett einer Bearbeitungsmaschine gebildet sein.

In nicht dargestellter Weise können auch der Meß­ körper MK und der Ultraschallgeber UG mit dem ersten Objekt und die beiden Ultraschallsensoren U S _a , US _b in Meßrichtung X verschiebbar mit dem zweiten Objekt verbunden sein. Der Meßkörper kann auch kreisringförmig geschlossen für eine Winkel­ meßeinrichtung zu Messung der relativen Winkellage zweier Objekte ausgebildet sein.

In nicht dargestellter Weise kann der Meßkörper auch stabförmig ausgebildet sein. Der Ultraschall­ geber wird so angeordnet, daß er im stabförmigen Meßkörper mit einer Resonanzfrequenz eine stehende Ultraschallwelle erzeugt, die von zwei Ultraschall­ sensoren in der oben beschriebenen Weise abgetastet wird.

Claims (5)

1. Inkrementale Positionsmeßeinrichtung zum Messen der Relativlage zweier Objekte mittels Ultra­ schallwellen, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mit dem einen Objekt verbundenen Meßkörper (MK) von wenigstens einem Ultraschallgeber (UG) eine stehende Ultraschallwelle erzeugt wird, die von wenigstens einem Ultraschallsensor (US) zur Bildung von Meßwerten für die Relativlage der beiden Objekte abgetastet wird.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßkörper (MK) ringförmig ge­ schlossen ausgebildet ist und eine lineare Meß­ strecke (s) aufweist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßkörper kreisringförmig ge­ schlossen ausgebildet ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Meßkörper stabförmig ausgebil­ det ist.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der wenigstens eine Ultraschall­ sensor (US) ein amplitudenmoduliertes Abtast­ signal (S) erzeugt, das mittels eines Gleich­ richters (G) in ein sinusförmiges Meßsignal (MS) umgewandelt wird, das einer Auswerteeinrichtung (AW) zur Bildung der Meßwerte zugeführt wird.