DE4037545C2 - Meßeinrichtung - Google Patents
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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 Prüfobjekten
eingesetzt.
Bei einer derartigen Meßeinrichtung können die an
den Referenzmarken erzeugten elektrischen Steuerimpulse
zum Reproduzieren der Nullposition im Zähler,
zum Anfahren einer bestimmten Position zu Beginn
einer Messung oder zu Steuerzwecken einer nachgeschalteten
Steuereinrichtung dienen.
In der DE 36 11 204 A1 ist eine Meßeinrichtung angegeben,
bei der neben der inkrementalen Teilung
identische Referenzmarken mit einem gleichen gegenseitigen
Abstand angeordnet sind. Zur Auswahl einer
Referenzmarke sind Mittel vorgesehen, so daß nur
diese Referenzmarke bei der Abtastung wirksam ist.
Nur bei der gleichzeitigen Abtastung der ausgewählten
Referenzmarke und einer unwirksam gemachten Referenzmarke
wird ein Referenzsignal erzeugt.
Bei der Meßeinrichtung gemäß der DE 34 27 411 A1
sind ebenfalls neben der Teilung identische Referenzmarken
vorgesehen. Zur Unterscheidung der Referenzmarken
ist jeder Referenzmarke eine individuelle
Codemarke zugeordnet. Die Codemarke besteht aus
mehreren Teilen, die vorbestimmte Positionen einnehmen
können. In der Auswerteeinrichtung ist ein
Abstandsraster eingespeichert, in dem die zulässigen
Abstände eingespeichert sind. Aus den ermittelten
Abständen der Codemarkenteile wird eine binäre
Zahlenkombination gebildet, die der Codeinformation
der Codemarke entspricht.
Aus der DE-PS 24 16 212 und der DE 36 17 254 A1 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
36 17 254 A1 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 Meßzyklus 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, daß 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 (5)
1. Meßeinrichtung zur Messung der Relativlage
zweier Objekte, bei der ein Teilungsträger mit
einer inkrementalen Teilung sowie mehreren Referenzmarken
von einer Abtasteinrichtung abtastbar
ist und durch die Abtastung einer bestimmten Anzahl
aufeinanderfolgender Referenzmarken eine
Codeinformation gebildet und daraus die Absolutposition
ermittelt wird, wobei mögliche Positionen
der Referenzmarken auf dem Teilungsträger
vorgegeben sind und an diesen möglichen Positionen
eine Abtastung erfolgt, indem in einer
Auswerteeinrichtung ein Abstandsraster entsprechend
der möglichen Positionen abgespeichert
ist, dadurch gekennzeichnet,
- - daß bei der Herstellung des Teilungsträgers (1, 101) die Referenzmarken (Rn, ROn) in Meßrichtung verlaufend in jeweils aufeinanderfolgend gleichem Abstand (A) an den möglichen Positionen aufgebracht sind,
- - daß Mittel vorgesehen sind, mit denen einzelne Referenzmarken (Rn, ROn) zur Bildung der Codeinformation (Cn) auswählbar und dadurch wirksam sind, und
- - daß in der Auswerteeinrichtung der Abstand (A) der Referenzmarken (Rn, ROn) abgespeichert ist und an den von der Auswerteeinrichtung vorgegebenen möglichen und durch Abtastung der inkrementalen Teilung (3, 103) ermittelten Positionen überprüft wird, ob eine Referenzmarke (Rn, ROn) wirksam oder unwirksam ist und in Abhängigkeit des Vergleiches an jeder dieser möglichen Positionen eine Binärinformation (J) für die Codeinformation (Cn) erzeugt wird.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Meßstrecke in aufeinanderfolgende
Meßzyklen (Zn) mit einer vorgegebenen Anzahl
von Referenzmarken (Rn, ROn) mit gleichen
Abständen (A) aufgeteilt ist und aus den Binärinformationen
(J) innerhalb eines Meßzyklus
(Zn) die Absolutposition bestimmt wird.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anfang jedes Meßzyklus (Zn)
durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken
(RO1, RO2; RO3, RO4; RO6, RO7; RO10, RO11) in
einem vorgegebenen Abstandsraster bestimmt ist.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß für die den Anfang eines Meßzyklus
(Zn) definierenden Referenzmarken (RO1,
RO2; RO3, RO4; RO6, RO7; RO10, RO11) der gleiche
Abstand (A) wie für die möglichen Positionen der
Referenzmarken (RO5, RO8, RO9) der Codeinformation
(Cn) vorgesehen ist.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß für die den Anfang eines Meßzyklus
definierenden Referenzmarken ein anderer
Abstand wie für die möglichen Positionen der Referenzmarken
der Codeinformation vorgesehen ist.
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