DE4037545A1 - Messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Meßeinrichtungen werden insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage eines Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstücks sowie bei Koordinatenmeßmaschinen zur Ermittlung von Lage und Abmessungen von Prüfobjek­ ten eingesetzt.

Bei einer derartigen Meßeinrichtung können die an den Referenzmarken erzeugten elektrischen Steuer­ impulse zum Reproduzieren der Nullposition im Zäh­ ler, zum Anfahren einer bestimmten Position zu Be­ ginn einer Messung oder zu Steuerzwecken einer nachgeschalteten Steuereinrichtung dienen.

Aus der DE-PS 24 16 212 ist eine Meßeinrichtung bekannt, bei der ein Teilungsträger eine Teilung und dieser Teilung absolut zugeordnete identische Referenzmarken aufweist. Der Absolutwert jeder Re­ ferenzmarke bestimmt sich aus ihrem jeweiligen Ab­ stand zu einer benachbarten Referenzmarke. Diese unterschiedlichen Abstände zwischen den benachbar­ ten Referenzmarken werden durch die Abtastung der inkrementalen Teilung ermittelt. Zur Identifizie­ rung jeder einzelnen Referenzmarke müssen diese Referenzmarke und die zugehörige benachbarte Re­ ferenzmarke abgetastet und deren gegenseitiger Ab­ stand ermittelt werden.

Bei dieser bekannten Meßeinrichtung werden die Re­ ferenzmarken bei der Herstellung der Teilung auf den Teilungsträger in verschiedenen Abständen auf­ gebracht. In der Praxis sind Meßlängen bis etwa 30 m zu realisieren, der Teilungsträger ist dabei meist ein Stahlband. Beim Aufbringen der Teilung können fehlerhafte Teilungsstellen entstehen, diese Teil­ stücke werden bei Stahlbändern ohne Referenzmarken einfach herausgeschnitten und der Rest für kleinere Meßlängen verwendet. Sind nun aber die Referenzmar­ ken in unterschiedlichen Abständen auf den Null­ punkt bezogen auf dem Teilungsträger aufgebracht, so ist der gesamte Teilungsträger durch diese feh­ lerhafte Teilungsstelle unbrauchbar geworden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Referenz­ marken einer Meßeinrichtung möglichst auf einfache Weise eine Absolutposition zuzuordnen.

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

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Hersteller der Meßein­ richtung die Referenzmarken standardmäßig in glei­ chen Abständen anbringen kann und der Anwender ge­ zielt Referenzmarken auswählen kann und erst durch diese Auswahl den Referenzmarken eine Absolutposi­ tion zuordnet. Dadurch kann aus einem Teilungsträ­ ger mit gleichbeabstandeten Referenzmarken ein fehlerhaftes Teilstück herausgeschnitten werden, ohne daß auch der Rest unbrauchbar wird.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch eine lichtelektrische Meßein­ richtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teilungsträger mit Referenzmarken und

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen weiteren Tei­ lungsträger.

In Fig. 1 ist eine lichtelektrische Meßeinrichtung zur Längenmessung dargestellt. Sie besteht aus ei­ nem Teilungsträger 1 und einer Abtasteinrichtung 2, die in nicht gezeigter Weise jeweils mit Objekten verbunden sind, deren Relativlage gemessen werden soll. Diese beiden Objekte können beispielsweise durch das Bett und durch einen Schlitten einer Bear­ beitungsmaschine gebildet sein. Auf dem Teilungs­ träger 1 ist eine inkrementale Teilung 3 aufge­ bracht, die im Durchlicht berührungsfrei lichtelektrisch von der Abtasteinrichtung 2 abgeta­ stet wird. Die Abtasteinrichtung 2 enthält eine Lichtquelle 4, einen Kondensor 5, eine Abtastplatte 6 sowie eine Photoelementenplatte 7.

Der Teilungsträger 1 weist die inkrementale Teilung 3 in Form eines äquidistanten Strichgitters und entlang dieser Teilung 3 in Meßrichtung in gleichen Abständen A angeordnete identische Referenzmarken Rn (n=1, 2, 3, . . .) auf. Diese Referenzmarken Rn wurden bei der Herstellung in aufeinanderfolgend gleichen Abständen A auf den Teilungsträger 1 auf­ gebracht.

Es sind nun Mittel vorgesehen, mit denen einzelne Referenzmarken Rn auswählbar sind, so daß nur diese ausgewählten Referenzmarken Rn bei der Abtastung wirksam sind. In Fig. 1 sind diese Mittel in Form von Magneten Mn in einer Nut 8 verschiebbar ange­ bracht. Auf der Abtastplatte 6 befindet sich ein Reed-Schalter 9, der bei Annäherung an einen Magne­ ten Mn angesteuert wird. Ein Referenzsignal wird nur ausgegeben, wenn bei der Abtastung einer Re­ ferenzmarke Rn auch gleichzeitig vom Reed-Schalter 9 ein Signal abgegeben wird.

In der Fig. 1 ist erkennbar, daß die Referenzmar­ ken Rn in gleichen Abständen A zueinander ange­ ordnet sind. Damit jeder Referenzmarke Rn eine Ab­ solutposition zugeordnet werden kann, sind die Magnete Mn in unterschiedlichen Abständen zueinan­ der angebracht. Der Magnet M1 ist der Referenzmarke R1 zugeordnet und macht diese Referenzmarke R1 wirksam. Der zweiten Referenzmarke R2, auf der ge­ rade die Abtastplatte 6 steht, ist ebenfalls ein Magnet zugeordnet, der die zweite Referenzmarke R2 wirksam macht. Um die gewünschte Abstandscodierung zu erzielen, ist der Referenzmarke R3 kein Magnet zugeordnet, so daß diese Referenzmarke R3 bei der Abtastung unwirksam bleibt. Der nächsten Referenz­ marke R4 ist wiederum ein Magnet M4 zugeordnet, so daß bei der Abtastung an dieser Position ein Refe­ renzsignal gebildet wird. Die Referenzmarke R1 ist eindeutig durch den Abstand A1=1 × A bestimmt. Der Abstand A2 zwischen der zweiten wirksamen Referenz­ marke R2 und der nächsten wirksamen Referenzmarke R4 beträgt 2 × A. Aus den unterschiedlichen Abständen A1=1 × A, A2=2 × A kann jede wirksame Referenzmarke R1, R2, R4 identifiziert und ihr eine Absolutposition zugeordnet werden.

Zur Erfassung der Abstände An werden die bei der Abtastung der inkrementalen Teilung 3 erzeugten Zählwerte verwendet. Dieses Verfahren soll hier nicht näher erläutert werden, da es bereits in der DE-PS 24 16 212 ausführlich beschrieben ist.

Bei dem Beispiel nach Fig. 1 wird jede wirksame Referenzmarke Rn nur durch einen Abstand An be­ stimmt. Die Magnete Mn können aber auch so ange­ ordnet werden, daß zur Bestimmung der Absolutpo­ sition einer Referenzmarke Rn mehrere aufeinander­ folgende Abstände An herangezogen werden. Das Aus­ werteverfahren für dieses Beispiel ist in der DE-PS 36 17 254 ausführlich erläutert.

Zur Auswahl der Referenzmarken Rn können anstelle der Magnete Mn auch andere Mittel verwendet werden. Es können beispielsweise die Referenzmarken Rn, die nicht wirksam sein sollen mittels Lack oder mittels Blenden abgedeckt werden.

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die unwirksamen Referenzmarken Rn mittels Blenden Bn abgedeckt sind. Bei der Abtastung sind nur die nicht abgedeckten Referenzmarken Rn wirksam.

Die inkrementale Teilung 3 ist nur angedeutet. Die Abstände A aller Referenzmarken Rn sind gleich, erst durch die Auswahl bestimmter Referenzmarken Rn werden die Abstände An aufeinanderfolgender wirksa­ mer Referenzmarken R1, R2, R4, R7, R11 unterschied­ lich, wodurch jede wirksame Referenzmarke R1, R2, R4, R7, R11 identifiziert ist. Die Referenzmarken R3, R5, R6, R8, R9, R10 sind mittels Blenden B1, B2, B3, B4, B5, B6 abgedeckt und somit unwirksam.

In nicht gezeigter Weise kann die Meßstrecke auch in aufeinanderfolgende Meßzyklen aufgeteilt sein. Ein Meßzyklus wird dabei von einer bestimmten An­ zahl gleichbeabstandeter Referenzmarken gebildet, die bereits bei der Herstellung aufgebracht sind. Der Anwender wählt innerhalb eines Meßzyklus gezielt Referenzmarken aus, so daß aus der sich dadurch ergebenden Folge von wirksamen und un­ wirksamen Referenzmarken eine Codeinformation ent­ steht, die den Meßzyklus identifiziert. Die mögli­ chen Positionen der wirksamen Referenzmarken in­ nerhalb eines Meßzyklus sind in der Auswerte­ einrichtung in Form eines Abstandsrasters abge­ speichert. In Abhängigkeit des Abstandsrasters wird an den von der Auswerteeinrichtung vorgegebenen möglichen Positionen überprüft, ob eine Referenz­ marke wirksam oder unwirksam ist und in Abhängigkeit des Vergleiches an jeder dieser mög­ lichen Positionen eine Binärinformation erzeugt. Aus allen Binärinformationen innerhalb eines Meß­ zyklus wird die Absolutposition bestimmt.

Der Anfang jedes Meßzyklusses kann dabei durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken in einem vorge­ gebenen Abstandsraster gekennzeichnet sein.

In der Fig. 3 ist ein weiterer Teilungsträger 101 gezeigt, bei dem bestimmten Referenzmarken Ron eine Absolutposition zugeordnet ist. Die Meßstrecke ist in aufeinanderfolgende Meßzyklen Zn aufgeteilt und die möglichen Positionen der Referenzmarken Rn in­ nerhalb eines Meßzyklus Zn sind in Form eines Abstandsrasters in der Auswerteeinrichtung abge­ speichert. Aus dem Vergleich zwischen den möglichen Positionen und den tatsächlichen Positionen wird an den möglichen Positionen eine Binärinformation J gebildet. Aus allen Binärinformationen J innerhalb eines Meßzyklus Zn wird eine Codeinformation Cn für diesen Meßzyklus Zn gebildet. Aus dieser Code­ information Cn wird die Absolutposition herge­ leitet.

Die möglichen Positionen sind beispielsweise im Abstandsraster mit aufeinanderfolgenden Abständen A von 50 mm vorgegeben. Dieser Abstand A wird durch die Abtastung der inkrementalen Teilung 103 er­ mittelt. Die möglichen Positionen sind in der Fig. 3 als Punkte eingezeichnet und die Positionen, an denen tatsächlich eine Referenzmarke Ron wirksam ist, sind mit einem Strich markiert.

Der Anfang jedes Meßzyklus Zn ist durch eine Folge von Referenzmarken Ron in einem vorgegebenen Abstandsraster bestimmt. Im gezeigten Beispiel ist vorgegeben, daß die Anfangsinformation aus zwei aufeinanderfolgenden, im Abstand A voneinander ent­ fernten wirksamen Referenzmarken Ron besteht. Wird bei der Abtastung der Referenzmarken Ron die Refe­ renzmarke RO1 erfaßt, dann wird bei der nächstmög­ lichen Position - die aus dem in der Auswerteein­ richtung abgespeicherten Abstandsraster bekannt ist - überprüft, ob eine Referenzmarke Ron wirksam ist oder nicht. Im gezeigten Beispiel wird nach 50 mm überprüft und festgestellt, daß eine Referenzmarke RO2 wirksam ist. Aus der Information, daß zwei auf­ einanderfolgende Referenzmarken RO1, RO2 im Abstand A wirksam sind, erkennt die Auswerteeinrichtung, daß der Anfang des Meßzyklus Z1 erreicht ist und eine Codeinformation C1 folgt. Von der Auswerteein­ richtung ist wiederum ein Abstandsraster vorgege­ ben, das bestimmt, in welchen Abständen die Anwe­ senheit oder Wirksamkeit einer Referenzmarke Ron überprüft wird. Im Beispiel ist das Abstandsraster wieder auf 50 mm festgelegt, es kann aber auch auf einen anderen Wert, z. B. 100 mm festgelegt sein. Wird nach jeweils 50 mm keine Referenzmarke ROn er­ kannt, wird der Binärwert 0 gesetzt, dies wird fortgeführt bis zur Referenzmarke RO3 und RO4, an denen jeweils der Binärwert 1 gesetzt wird und die Auswerteeinrichtung erkennt, daß der nächste Meß­ zykluß Z2 beginnt. Innerhalb des Meßzyklus Z2 ist die Referenzmarke RO5 wirksam und bildet mit den restlichen, im Abstandsraster von 50 mm ge­ setzten Binärwerten J die Codeinformation C2. Eben­ so wird die Codeinformation C3 aus den im Abstands­ raster 50 mm ermittelten Binärwerten J zusammenge­ setzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Überprüfung von wirksamen Referenzmarken Ron durch­ gehend im gleichen Abstandsraster A=50 mm. Es ist aber auch möglich, daß zur Erfassung der Anfangsin­ formation ein anderes Abstandsraster verwendet wird, als für die nachfolgende Bildung der Codein­ formation Cn.

Die Überprüfung, ob eine Referenzmarke wirksam oder unwirksam ist, kann auch durchgehend im konstanten Abstandsraster A=50 mm erfolgen, nach Erkennen der Anfangsinformation erfolgt die Überprüfung weiter im Abstandsraster A=50 mm, eine Binärinformation für die Codeinformation wird aber nur alle 100 mm ge­ bildet. Die Codeinformation eines Meßzyklus nach Fig. 3 würde somit nur aus 6 Binärwerten bestehen.

Auch bei dem Teilungsträger 101 nach Fig. 3 ist es vorteilhaft, wenn die Referenzmarken Ron bei der Herstellung in aufeinanderfolgend gleichen Abstän­ den A aufgebracht sind und der Anwender gezielt bestimmte Referenzmarken Ron unwirksam bzw. wirksam macht und erst dadurch einzelnen Referenzmarken Ron eine Absolutposition zuordnet. Wobei diese Absolut­ position durch eine Anzahl weiterer Referenzmarken Ron bestimmt ist.

Die Auswahl von Referenzmarken Ron kann auch hier durch Blenden, Magnete oder durch Abdeckung mittels Lack erfolgen.

Die Anfangsinformation muß nicht unbedingt aus zwei aufeinanderfolgenden wirksamen Referenzmarken RO1, RO2 bestehen, sie kann auch aus einer anderen vor­ gegebenen Folge von Referenzmarken zusammengesetzt sein. Diese Folge von Referenzmarken in einem vor­ gegebenen Abstandsraster darf nur innerhalb des nachfolgenden Meßzyklus nicht mehr im gleichen Abstandsraster enthalten sein.

Die Erfindung ist nicht auf das lichtelektrische Abtastprinzip beschränkt.

Claims (7)

1. Meßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte, bei der ein Teilungsträger mit einer inkrementalen Teilung und mehreren Refe­ renzmarken von einer Abtasteinrichtung abtastbar ist, und daß durch die Abtastung mehrerer auf­ einanderfolgender Referenzmarken die Absolut­ position einer Referenzmarke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarken (Rn) bei der Herstellung in Meßrichtung ver­ laufend in aufeinanderfolgend gleichen Abständen (A) angebracht sind und Mittel (Mn, Bn) vorge­ sehen sind, mit denen einzelne Referenzmarken (R1, R2, R4, R7, R11) auswählbar sind, so daß nur diese ausgewählten Referenzmarken (R1, R2, R4, R7, R11) bei der Abtastung wirksam sind und aus jeweils mindestens zwei wirksamen Referenz­ marken (R1, R2; R2, R4; R4, R7; R7, R11) die Absolutposition einer wirksamen Referenzmarke (R1, R2, R4, R7) bestimmt wird.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Absolutposition einer Refe­ renzmarke (R1, R2, R4, R7) durch Abtastung der inkrementalen Teilung (3) zwischen mindestens zwei wirksamen Referenzmarken (R1, R2; R2, R4; R4, R7; R7, R11) bestimmt wird.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bestimmung der Absolutposition einer Referenzmarke eine Kombination von wenig­ stens zwei Abständen zwischen dieser Referenz­ marke und wenigstens zwei weiteren Referenzmar­ ken ermittelt wird.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Meßstrecke in aufeinanderfol­ gende Meßzyklen aufgeteilt ist und die möglichen Positionen der wirksamen Referenzmarken inner­ halb eines Meßzyklus in Form eines Abstands­ rasters in der Auswerteeinrichtung abgespeichert sind und an diesen möglichen Positionen über­ prüft wird, ob eine Referenzmarke wirksam oder unwirksam ist und in Abhängigkeit des Ver­ gleiches an jeder dieser möglichen Positionen eine Binärinformation erzeugt wird und aus allen Binärinformationen innerhalb eines Meßzyklus die Absolutposition bestimmt wird.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Anfang jedes Meßzyklus durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken in einem vorgegebenen Abstandsraster bestimmt ist.

6. Meßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte mit einem Teilungsträger, auf dem eine inkrementale Teilung und mehrere identische Referenzmarken vorgesehen sind sowie mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung der Teilung und der Referenzmarken, wobei die Meßstrecke in auf­ einanderfolgende Meßzyklen aufgeteilt ist, ge­ kennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

• a) der Anfang jedes Meßzyklus (Zn) ist durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken (RO1, RO2; RO3, RO4; RO6, RO7; RO10, RO11) in einem vorgegebenen Abstandsraster bestimmt,
• b) dieses Abstandsraster ist in der Auswerteein­ richtung abgespeichert,
• c) die Abstände der wirksamen Referenzmarken (ROn) werden durch Zählung von Inkrementen der Teilung (103) erfaßt,
• d) in Abständen, die vom gespeicherten Abstands­ raster vorgegeben sind, wird überprüft, ob Referenzmarken (Ron) wirksam sind oder nicht wirksam sind,
• e) der Anfang eines Meßzyklus (Zn) wird er­ kannt, wenn an den vom Abstandsraster vorge­ gebenen Sollpositionen wirksame Referenzmar­ ken festgestellt wurden,
• f) in einem weiteren Abstandsraster, das mög­ lichen Positionen von wirksamen Referenz­ marken (ROn) entspricht, wird daraufhin über­ prüft, ob an den möglichen Positionen eine Referenzmarke (ROn) wirksam ist, oder nicht wirksam ist,
• g) in Abhängigkeit des Vergleiches wird an die­ sen möglichen Positionen eine Binärinforma­ tion (J) ausgegeben und
• h) aus den Binärinformationen (J) innerhalb eines Meßzyklus (Zn) eine Codeinformation (Cn) gebildet, aus der die Absolutposition bestimmt wird.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Referenzmarken (Ron) bei der Herstellung in Meßrichtung verlaufend in aufein­ anderfolgend gleichen Abständen (A) angebracht sind und Mittel vorgesehen sind, mit denen ein­ zelne Referenzmarken (Ron) auswählbar sind, so daß nur diese bei der Abtastung wirksam sind.