DE4132942C2

DE4132942C2 - Meßeinrichtung für zwei Meßrichtungen

Info

Publication number: DE4132942C2
Application number: DE19914132942
Authority: DE
Inventors: Hans Rudolf Dipl Ing Kober
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1991-10-04
Filing date: 1991-10-04
Publication date: 1994-05-26
Anticipated expiration: 2011-10-05
Also published as: DE4132942A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung für zwei Meßrichtungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Meßeinrichtung wird insbesondere bei einer Bearbeitungsmaschine oder Meßmaschine zur Messung der Relativlage von Objekten eingesetzt.

Die DE-OS 15 88 018 und GB-PS 1 031 975 zeigen Meßeinrichtungen für zwei Koordinaten, die jeweils zwei Linearteilungen mit zueinander senkrechten Teilungsstrichen aufweisen. Die Teilung wird dabei von einer Abtastbaueinheit abgetastet, an der ein die Meßwerte bestimmender Zähler angeschlossen ist. Referenzmarken, wie bei inkrementaler Meßeinrichtungen zur Festlegung von reproduzierbaren Bezugspositionen üblich, sind hierbei nicht vorgesehen, was für bestimmte Meßaufgaben von Nachteil ist.

Eine Meßeinrichtung, bei der einer Meßteilung eine Referenzmarke zugeordnet ist, ist beispielsweise aus der DE-PS 32 45 914 bekannt.

Bei einer solchen Meßeinrichtung können die an der wenigstens einen Referenzmarke erzeugten Referenzsignale auf verschiedene Weise verwertet werden, z. B. zum Reproduzieren der Nullposition im Zähler, zum Anfahren einer bestimmten Position zu Beginn einer Messung oder zur Kontrolle von Störimpulsen sowie zur Beaufschlagung einer nachgeschalteten Steuereinrichtung.

Würde man bei einer Meßeinrichtung für zwei Meß richtungen X, Y den beiden Meßteilungen jeweils eine derartige bekannte Referenzmarke zuordnen, so befindet sich die der Meßteilung X zugehörige Re ferenzmarke an einer bestimmten Position der Meß richtung Y und die der Meßrichtung Y zugehörige Referenzmarke in einer bestimmten Position der Meß richtung X. Zum Abtasten der der Meßrichtung X zu gehörigen Referenzmarke aus einer beliebigen Meß position heraus muß die Abtasteinrichtung zunächst in Meßrichtung Y bis zu dieser besagten Position und sodann in Meßrichtung X bis zum Erreichen die ser Referenzmarke verfahren werden; ein analoger Vorgang ist zum Abtasten der der Meßrichtung Y zu gehörigen Referenzmarke erforderlich. Das Auffinden dieser Positionen ist aber umständlich und daher zeitaufwendig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Meßeinrichtung für zwei Meßrichtungen das Abtasten von Referenzmarken wesentlich zu vereinfachen.

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

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch die längserstreckte Ausbildung wenigstens einer Referenzmarke in der zu ihrer zugehörigen Meßrichtung senkrechten Meßrich tung diese Referenzmarke bei einer Unterbrechung des Meßvorganges - beispielsweise durch einen Stromausfall, bei dem der momentane Positionsmeßwert verlorengeht - aus jeder beliebi gen momentanen Meßposition heraus durch Verfahren der Abtasteinrichtung lediglich in der zugehörigen Meßrichtung zur Wiedergewinnung der Bezugsposition auf kürzestem Weg und in kürzester Zeit abgetastet werden kann.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Ausschnitt einer Bear beitungsmaschine,

Fig. 2 einen ersten Teilungsträger mit einer ersten Abtastplatte und

Fig. 3 einen zweiten Teilungsträger mit einer zweiten Abtastplatte.

In Fig. 1 ist in einem Ausschnitt eine numerisch gesteuerte Bearbeitungsmaschine 1 gezeigt, die auf einem Bett 2 einen Kreuztisch 3 aufweist, dessen Verschiebungen in Meßrichtung X und in Meßrichtung Y bezüglich des Betts 2 gemessen werden sollen. Ein am Bett 2 angeordneter Ständer 4 trägt eine Abtast einrichtung A, der ein auf dem Kreuztisch 3 ange ordneter Teilungsträger TT zugeordnet ist.

In Fig. 2 ist ein erster Teilungsträger TT1 mit einer ersten Meßteilung TX1 für die Meßrichtung X und mit einer ersten Meßteilung TY1 für die Meß richtung Y dargestellt. Die beiden ersten Meßtei lungen TX1, TY1 bestehen jeweils aus Linearteilun gen mit senkrecht zueinander verlaufenden Teilungs strichen und sind auf dem ersten Teilungsträger TT1 in Meßrichtung X nebeneinander angeordnet. Die Tei lungsstriche der ersten Meßteilung TX1 erstrecken sich senkrecht zu ihrer zugehörigen Meßrichtung X über die gesamte Meßlänge LY der Meßrichtung Y; desgleichen erstrecken sich die Teilungsstriche der ersten Meßteilung TY1 senkrecht zu ihrer zugehöri gen Meßrichtung Y über die gesamte Meßlänge LX der Meßrichtung X.

Der ersten Meßteilung TX1 für die Meßrichtung X ist eine erste Referenzmarke RX1 zugeordnet, die neben der ersten Meßteilung TX1 auf dem ersten Teilungs träger TT1 angeordnet und über die gesamte Meßlänge LY der zu ihrer zugehörigen Meßrichtung X senkrech ten Meßrichtung Y längserstreckt ist. Desgleichen ist der ersten Meßteilung TY1 für die Meßrichtung Y eine erste Referenzmarke RY1 zugeordnet, die neben der ersten Meßteilung TY1 auf dem ersten Teilungs träger TT1 angeordnet und nur über einen kleinen Teil der gesamten Meßlänge LX der zu ihrer zuge hörigen Meßrichtung Y senkrechten Meßrichtung X erstreckt ist.

Die Abtasteinrichtung A weist eine nicht gezeigte Beleuchtungseinheit, eine erste Abtastplatte AP1 sowie vier nicht dargestellte Detektoren auf. Die erste Abtastplatte AP1 enthält eine erste Abtast teilung ATX1 zum Abtasten der ersten Meßteilung TX1 für die Meßrichtung X und eine erste Abtastteilung ATY1 zum Abtasten der ersten Meßteilung TY1 für die Meßrichtung Y; des weiteren weist die erste Abtast platte AP1 eine erste Referenzabtastteilung ARX1 zum Abtasten der ersten Referenzmarke RX1 für die Meßrichtung X und eine erste Referenzabtastteilung ARY1 zum Abtasten der ersten Referenzmarke RY1 für die Meßrichtung Y auf. Den beiden ersten Abtasttei lungen ATX1, ATY1 sowie den beiden ersten Referenz abtastteilungen ARX1, ARY1 sind jeweils einer der vier vorgenannten Detektoren zugeordnet.

Der der ersten Abtastteilung ATX1 zugeordnete De tektor erzeugt bei der Abtastung der ersten Meßtei lung TX1 Positionsmeßwerte für die Meßrichtung X und der der ersten Abtastteilung ATY1 zugeordnete Detektor bei der Abtastung der ersten Meßteilung TY1 Positionsmeßwerte für die Meßrichtung Y. Des gleichen erzeugen der der ersten Referenzabtast teilung ARX1 zugeordnete Detektor bei der Abtastung der ersten Referenzmarke RX1 ein erstes Referenz signal für die Meßrichtung X und der der ersten Referenzabtastteilung ARY1 zugeordnete Detektor bei der Abtastung der ersten Referenzmarke RY1 ein er stes Referenzsignal für die Meßrichtung Y.

In Fig. 3 ist in einer bevorzugten Ausführungsform ein zweiter Teilungsträger TT2 mit einer zweiten Meßteilung TX2 für die Meßrichtung X und mit einer zweiten Meßteilung TY2 für die Meßrichtung Y ge zeigt. Die beiden zweiten Meßteilungen TX2, TY2 bilden gemeinsam eine Kreuzteilung KT, deren ge kreuzten Teilungsstriche sich jeweils senkrecht zu ihrer zugehörigen Meßrichtung X, Y über die gesamte Meßlänge LY, LX der Meßrichtung Y, X erstrecken.

Bei der Kreuzteilung KT ist der zweiten Meßteilung TX2 für die Meßrichtung X eine zweite Referenzmarke RX2 zugeordnet, die neben der zweiten Meßteilung TX2 auf dem zweiten Teilungsträger TT2 angeordnet und über die gesamte Meßlänge LY der zu ihrer zugehö rigen Meßrichtung X senkrechten Meßrichtung Y längserstreckt ist. Desgleichen ist der zweiten Meßteilung TY2 für die Meßrichtung Y eine zweite Referenzmarke RY2 zugeordnet, die neben der zweiten Meßteilung TY2 auf dem zweiten Teilungsträger TT2 angeordnet und ebenfalls über die gesamte Meßlänge LX der zu ihrer zugehörigen Meßrichtung Y senkrech ten Meßrichtung X längserstreckt ist.

Die Abtasteinrichtung A weist eine nicht gezeigte Beleuchtungseinheit, eine zweite Abtastplatte AP2 sowie vier nicht dargestellte Detektoren auf. Die zweite Abtastplatte AP2 enthält eine zweite Abtast teilung ATX2 zum Abtasten der zweiten Meßteilung TX2 für die Meßrichtung X und eine zweite Abtast teilung ATY2 zum Abtasten der zweiten Meßteilung TY2 für die Meßrichtung Y; des weiteren weist die zweite Abtastplatte AP2 eine zweite Referenzabtast teilung ARX2 zum Abtasten der zweiten Referenzmarke RX2 für die Meßrichtung X und eine zweite Referenz abtastteilung ARY2 zum Abtasten der zweiten Refe renzmarke RY2 für die Meßrichtung Y auf. Den beiden Abtastteilungen ATX2, ATY2 sowie den beiden Refe renzabtastteilungen ARX2, ARY2 sind jeweils einer der vier vorgenannten Detektoren zugeordnet.

Der der zweiten Abtastteilung ATX2 zugeordnete De tektor erzeugt bei der Abtastung der zweiten Meß teilung TX2 Abtastsignale zur Gewinnung von Posi tionsmeßwerten für die Meßrichtung X und der der zweiten Abtastteilung ATY2 zugeordnete Detektor bei der Abtastung der zweiten Meßteilung TY2 Abtastsi gnale zur Gewinnung von Positionsmeßwerten für die Meßrichtung Y. Desgleichen erzeugen der der zweiten Referenzabtastteilung ARX2 zugeordnete Detektor bei der Abtastung der zweiten Referenzmarke RX2 ein zweites Referenzsignal für die Meßrichtung X und der der zweiten Referenzabtastteilung ARY2 zugeord nete Detektor bei der Abtastung der zweiten Refe renzmarke RY2 ein zweites Referenzsignal für die Meßrichtung Y.

Bei einer Unterbrechung des Meßvorganges - bei spielsweise durch Stromausfall - befindet sich die Abtasteinrichtung A nach Fig. 2 bezüglich des er sten Teilungsträgers TT1 in einer unbekannten mo mentanen Position mit verlorengegangenen Positions werten x, y. Zur Wiedergewinnung dieser Position werden die beiden Zähler für die beiden Meßrichtun gen X, Y der Meßeinrichtung auf den Wert Null ge setzt. Zunächst wird die Abtasteinrichtung A in negativer Meßrichtung X bis zur Abtastung der längserstreckten ersten Referenzmarke RX1 verfah ren, so daß der verlorengegangene Positionswert x im Zähler für die Meßrichtung X ansteht. Anschlie ßend wird die Abtasteinrichtung A wieder in posi tiver Meßrichtung X um eine bestimmte Strecke x_o (die Strecke x_o ist als die Streckendifferenz zwi schen der längserstreckten ersten Referenzmarke RX1 und der kurzen ersten Referenzmarke RY1 in der Meß einrichtung gespeichert) und sodann in negativer Meßrichtung Y bis zur Abtastung der kurzen ersten Referenzmarke RY1 verfahren, so daß nun der verlo rengegangene Positionswert y im Zähler für die Meß richtung Y erscheint. Mit diesen wiedergewonnenen Positionswerten x, y kann die momentane Position bei der Unterbrechung des Meßvorganges wieder ange fahren werden.

Nach Fig. 3 wird der verlorengegangene Positions wert x wie vorstehend ermittelt. Anschließend kann sofort durch Verfahren der Abtasteinrichtung A in negativer Meßrichtung Y durch Abtasten der längser streckten zweiten Referenzmarke RY2 der verlorenge gangenen Positionswert y ermittelt werden.

In nicht dargestellter Weise können jeder Meßtei lung beidseitig auch zwei Referenzmarken zugeordnet werden; in diesem Fall sind für jede Meßrichtung zwei Referenzabtastteilungen erforderlich. Bei ei ner Unterbrechung des Meßvorganges kann somit eine Referenzmarke in beliebiger Richtung zur Wiederge winnung der verlorengegangenen Bezugsposition an gefahren werden.

Die Erfindung ist sowohl bei lichtelektrischen als auch bei magnetischen, kapazitiven oder induktiven Meßeinrichtungen mit Erfolg einsetzbar.

Claims

1. Meßeinrichtung für zwei Meßrichtungen zur Messung der Relativlage von Objekten, bei der für jede Meßrichtung eine Meßteilung von einer Abtasteinrichtung abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Meßteilung (TX, TY) wenigstens eine Referenzmarke (RX, RY) zugeordnet ist und daß wenigstens eine Referenzmarke (RX, RY) über die Meßlänge (LY, LX) der zu ihrer zugehörigen Meßrichtung (X, Y) senkrechten Meßrichtung (Y, X) längserstreckt ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Meßrichtung (X, Y) die wenigstens eine Referenzmarke (RX, RY) über die gesamte Meßlänge (LY, LX) der zu ihrer zugehörigen Meßrichtung (X, Y) senkrechten Meßrichtung (Y, X) längserstreckt ist.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßteilungen (TX1, TY1) aus zwei gesonderten Linearteilungen bestehen, deren Teilungsstriche senkrecht zueinander und senkrecht zu ihrer zugehörigen Meßrichtung (X, Y) verlaufen.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßteilungen (TX2, TY2) gemeinsam eine Kreuzteilung (KT) bilden, deren gekreuzte Teilungsstriche jeweils senkrecht zu ihrer zugehörigen Meßrichtung (X, Y) verlaufen.