DE7133578U - Messvorrichtung - Google Patents

Description

Society Genevoise d'lnstrusents
de Physique

8, rue des Vieuy-Grenadiers
Genf, Schweiz

HESSVORRICHTIMG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Meßvorrichtung ait einea Gehäuse und einea aindestens in einer Richtung gegenüber den Gehäuse bewegbaren Schlitten, und ait eine« Antriebsmotor zua Verschieben des Schlittens.

Bekannte nuaerische Heßvorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sie axt verschieblichen Heßeleaenten arbeiten, die weniger genau sind als die beispielsweise in Hilliaeter unterteilten Me8sttibe. Andererseits sind die ait derartigen Meßstäben ausgerüsteten Meßvorrichtungen axt Einrichtungen zur analogen Ablesung vorsehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Meßvorrichtungmit numerisünej. Ablesung Und EiriGtsilur-g -» schof^n. deren G<?nQ»igkeit ebenso groß ist wie diejenige, die bei Meßvorrichtungen mit analoger Messung der Einstellung erreicht wird.

Die Erfindung besteht ausgehend von einer Meßvorrichtung der eingangs erläuterten Art darin, daß der Schlitten durch eine mit dem Antriebsmotor verbundenen Welle antreibbar ist, die Über eine von einer voreinstellbaren und umkehrbaren Zähleinrichtung oder willkürlich sch-altbaren Kuppluc'.g mit einer weiteren Welle verbindbar ist, auf der ein Umdrehungszähler der Zähleinrichtung und eine F eidblende., bestehend aus einem zylinderförmigen Gehäuse mit einem schraubenförmigen Schütz, drehfest angeordnet sind, durch den ein vomTeilstrich einer am Schlitten angebrachten Präzisionsmeßschiene erzeugtes oszillierendes Feld auf einem innerhalb der Feldblende angeordneten Spiegel, beobachtbar ist und daß die Steigung des Schlitzes den Abstand zwischen zweier aufeinanderfolgender Teilstriche auf der Skala der Präzisionsmeßschiene entspricht. Durch die Anordnung einer Feldblende, auf der mit der Antriebswelle kuppelbaren Welle und die Ausbildung eines schraubenförmigen Schlitzes in der zylindrischen Feldblende ist es möglich, entweder von Hand oder durch entsprechende automatisch arbeitende Steuerschaltungen die exakte Lage des mit der reflektierendenMeßschiene versehenen Schlittens durch Beobachtung des Bildes der Meßschiene in dem in der Feldblende angeordneten Spiegel einzustellen. Die Beobachtung im Spiegel und die entsprechende Nachstellung kann entweder durch eine Bedienungsperson oder durchjein phoetoelekirisches Mikroskop mit entsprechenden elektrischen Steuer«chaltungen erfolgen.

FUr die Feineinstellung der Feldblende kann diese nit einer Fein-•in»t#llvorrichtung mechanisch verbunden dein, die aus einem mit der Welle der Feldblende verbundenen Untersetzungsgetriebe besteht. Es ist hierbei Möglich, daß nach der Grobeinstellung die Kupplung eingerückt gelassen wird und bein Verdrehen der Feldblende der Schütten nitgedreht wird oder die Kupplung wird gelöst, wodurch mittels der Feineinstellvorrichtung nur die Feldblende eingestellt wird, während der Schlitten dann entsprechend in mechanischer Weise oder durch elektrische Steuerschaltungen nachgefUhrt wird.

Ia nachfolgend beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel erfolgt die Nachführung bzw. Lagekorrektur de« nit der reflektierenden Meßschiene versehenen Schlittens in bezug auf die exakt eingestellte Meßblende durch elektrische Steuerschaltungen.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise dargestellt. Es zeigtt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Teils der Meßvorrichtung mit den mechanischen und optischen Einrichtungen des Bewegungsorgans, jedoch ohne die elektrischen Einrichtungen;

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch die Vorrichtung zur Darstellung der Anordnung der Eleaente nach Fig. 1 in der Vorrichtung; und

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur genaueren Veranschaulichung des eleketrischen Teils der Meßvorrichtung.

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Zur Vereinfachung der Beschreibung sollen nur die Steuerelemente des vertikal verschiebbaren Bewegungsorgans beschrieben werden; selbstverständlich uafafit die MeBvorrichtung auBerdea zwei rechtwinklig zueinander und zu der vertikalen Koordinate verschiebbare Bewegungsorgane, deren Steuerungen identisch Bit derjenigen sein kttnnen, die fUr die Z-Koordinate beschrieben wird.

Die vorliegende Heftvorrichtung uafafit ein Gehäuse 1 und einen Schlitten 2, der relativ xu deaG«-häuse 1 senkrecht verschiebbar und an diese« durch Fuhrungen 3, 4 geführt ist, von denen die eine eben und die andere keilfttraig ausgebildet ist.

Der Schlitten 2, der das Bewegungsorgan für die Z-Koordinate der beschriebenen Vorrichtung !bildet, ⁴-rt zub Antrieb für seine Bewegungen vertikal zua Gehäuse 1 »it einer Betätigungsspindel 5 Mechanisch verbunden, die alt einer an dea Schlitten 2 befestigten Mutter 6 in Eingriff steht. Die ßetätigungsspindel 5 ist an dea Gehäuse 1 drehbar montiert, ohne daß sie sich in Längsrichtung zu dea Gehäuse 1 verschieben kann; an der Betätigungsspindel 5 ist ein Schneckenrad 7 befestigt, das alt einea Antriebsritzel 8 in Eingriff steht. Dos Ritzel 8 wird von einea Motor 9 der Einrichtung zur Betätigung de« Schlittens 2 über «ine in den Gehäuse 1 drehbar gelagerte Antriebswelle 10 getriebene Das von dea Schneckenrad 7 und dea zugehörigen Ritzel 8 bewirkte Untersetzungsverhältnis sorgt dafür, daß eine Verschiebung des Schlittens 2 üb den Abstand zwischen zwei Einteilungen einer ob Schlitten 2 starr befestigten Präzisions-HeSschiene 12 eieier Umdrehung der Welle 10 entspricht.

Vorgesehen ist ferner eine Servoeinrichtung 13, die einen Tacho-Generator 14, einen Komparator 15 (beispielsweise von dea Typ, wio

er in P. Naslin, "Technologie et calcul pratique des systdnes asservis", Ουnod Paris, 1968, Seiten 21, 22 und 352 bis 362 be-

! schrieben ist) sowie eines StsusrvsrstSrker 16 «.»«feSt,

Wie weiter unten erläutert wird, erzeugt der Konparator 15 ein j Fehlersignal, das de· Unterschied zwischen des von des Tacho-

II Generator lAabgegsbenen, der Ist-Geschwindigkeit des Motors 9 entsprechenden Signal und einen von einer Schaltstufe 17 abgegebenen Sollwertsignal C entspricht.

Die numerische Steuerschaltung 18 für die Verschiebungen des Schlittens 2 umfaßt einen optischen !impulsgenerator 18, dessen Scheibe an einer Weile 20 befestigt ist. Die Wells 20 fluchtet »it der Antriebswelle 10 unäkänn Zw* geseinsassr. Drehung «it di*«*r Über «ine Kupplung, in diesen Fall eine elektromagnetische Kupplung 21, verbunden werden. Der optische Impulsgenerator 19 erzeugt einen Inpulszug, der den Verschiebungen des Schlittens 2 entspricht, xtenn er von den Motor 9 Über die elektromagnetische Kupplung 21 eingetrieben wird. Dieser Inpulszug wird einen unsteuerbaren Zähler 22 zugeführt. Bei den optischen Impulsgenerator 19 kann es sich un das von der Fima Contraves S.A. hergestellte Modell "CODIROT* handeln, während **τ? umsteuerbare Zähler 22 von den Typ sein kann, wie er in der schweizerischen Patentschrift 463 130 beschrieben ist, der ein· Unterscheidung des Drehsinns der Welle 20 gestattet.

Der unsteuerbare Zähler 22 unfaßt eine Rückstellung 23 und einen Eingang 24, Ober den der Zähler auf einen gewünschten Wert eingestellt werden kann.

Die nutEjrxöche Steuerschaltung umfaßt schließlich eine Anzeige 25, die den Stone* des Zählers 22 wiedergabt, sowie einen sit dem Ausgangssignol des Zählers 22 gespeisten Oigital-Analog-Wandxer 26, der der Schaltstuf3 17 ein numerisches Steuersignal Cn zufuhrt. Die Änzoige 25 kann von dem Typ sein, wie er in der genannten schweizerischen Patentschrift 463 130 offenbart ist, während es sich bei dem Digital-Analog-Wandler 26 um einen Gerättyp handeln kann, wie er in Alan Arthur, "Digital analogue conversion" in der Zeitschrift "Electrotechnology", November 1964, beschrieben ist.

Der umsteuerbare Zähler 22 weist einen Ausgang 27 auf, der dann, wenn der Zähler auf Null steht, ein Steuersignal einerseits an die elektromagnetische Kupplung 21 und andererseits an die Schaltstufe 17 abgibt.

Die Heßvorrichtung umfaßt ferner eine analoge Steuerschaltung 29 mit einem photoelektrischen Mikroskop 30 sowie ait el^ictriselMMi' Sehaltkreisen 31, 32, die/von dem photoelektrischen Mikroskop 39 abgegebenen elektrischen Signale formieren und zu einen Fehlersignal Ca verarbeiten, das der Schaltstufe 17 zugeführt wird.

Bei dem photoelektrischen Mikroskop handelt es sich um den in der genannten schweizerischen Patentschrift 463 130 beschriebenen Typ; esunfaßt eine optische Beobachtungseinrichtung mit einer von einer Glühlampe gebildeten Lichtquelle 33 und einem halbdurchlässigen Spiegel 34, der die von der Lichtquelle 33 einfallenden Strahlen durch ein Objektiv 35 auf die Präzisions-Mefischiene 12 reflektiert. Die von der Meßschiene 12 reflektiertenStrahlen durchsetzen das Objektiv 35 und den halbdurchlässigen Spiegel 34, werden der Wirkung

eines vibrierenden Spiegels 36 ausgesetzt, um eine oszillierende Zerlegung des Bildes des betrachteten Teilstrichs au£ der Skala der Meßschiene 12 zu erzeugen, und werden Über Spiegel 37, 38 auf einen Spiegel 39 gerichtet, der innerhalb einer rotierenden Feldblende 42 angeordnet ist, wobei sie einen lichtdurchlässigen schraubenförmigen Schlitz 40 der Feldblende durchsetzen, auf deren Fläche sich das Bild der Teilstriche der Präzisions-Meßschiene 12 abbildet und treffen auf eine Photozelle 41, die die elektrischen Schaltkreise 31, 32 der. photcslsktrisehen Mikroskops speist.

Die rotierende Feldblende 42 ist zylindrisch und weist eine lichtundurchlässige Wand auf. Der in dieser Wand vorgesehene schraubenförmige Schlitz 40 weist mindestens eine Windung auf, deren Steigung unter Berücksichtigung der optischen Vergrößerung der Beobachtungseinrichtung den Abstand zwei er aufeinanderfolgender Teilstriche auf der Skala der Präzisionsmeßsehiene 12 entspricht= Die Feldblende 42 ist an der Welle 20 befestigt, die die Drehscheibe des optischen Impulsgenerators 19 antreibt.

Die beschriebene Meßvorrichtung umfaßt schließlich zwei manuelle Steuerorgane, nämlich «ine Drehzahlsteuerung 43 und einen Feinregler 44.

Die Drehzahlsteuerung 43 gibt an die Schaltstufe 17 ein Steuersignal Cv ab, dessen Amplitude beispielsweise mittels eines Potentiometers 45 veränderbar 1st. Der Abgriff des Potentiometers 45 steuert einen Unterbrecher 46, der dann, wenn er eingeschaltet ist, d.h. wenn die Drehzahlsteuerung in Betrieb ist, der elektromagnetischen Kupplung 21 sowie der iichaltstufe 17 ein Steuersignal 47 zufuhrt. Der Feinregler 44 umfallt einen Regelknopf (in Fig. 1 ist der

Regelknopf selbst mit 44 bezeichnet), der die Welle 20 Über ein Kegelradpaar 50 oder ein konisches Reibradpaar in Drehung versetzt.

Die Schaltstufe 17 umfaßt zwei Umschalter 48, 49, von denen der Uoschalter 48 Über ein (nicht gezeigtes) Relais durch das von dem Zähler 22 am Ausgang 27 abgegebene Steuersignal und der andere Umschalter 49 ebenfalls Über ein (nichv gezeigtes) Relais von dem Steuersignal 47 der Drehzahlsteuerung 43 betätigt wird. Wie ersichtlic*», gestattet die Schaltstufe 17 je nach der Betriebsweise der Meßvorrichtung die Zufuhrung des Steuersignals Cn, des Steuersignals Ca oder des Steuersignals Cv als Sollwert-Signal C zu den Komparator 15.

Die oben beschriebene Heßvorrichtung kann in zwei verschiedenen Arten betrieben werfen: zum einen wird zur automatischen Einstellung des Schlittens anf eine Position, die der Soll-Haßzahl eines zu messenden Werkstücks entspricht, der Abstand zwischen dieser Sollposition und der Istposition des Werkstücks gesessen; zum anderen wird von eine« bestimmten Ausgangspunkt durch Manuelle Steuerung das zu messende Werkstück abgetastet, um das Ist-Maß dieses Werkstücks zu bestimmen.

Die erste Arbeitsweise, d.h. der automatische Betrieb der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung erfolgt so:

Die Bedienungsperson stellt den Zähler 22 Über den Steuerexngang 24 auf den gewünschten Wert, d.h. auf die Maßzahl, die der gewUnschten Verschiebung des Schlittens 2 entspricht. Da nun der Zähler nicht mehr auf Null steht, erscheint an seinem Ausgang 27 ein

Steuersignal, das die elektromagnetische Kupplung 21 in Eingi f bringt und daait zwischen der Welle 20 und der Welle 10 eine starre Verbindung herstellt und das den Uaschalter 48 in die gezeigte Stellung 1 legt. Da sich die Drehzahlsteuerung 43 in der Null-Lage befindet, liegt der Uaschalter 49 in der Stellung

Die Bedienungsperson schleieSt nun den Netzschalter 51 und setzt daait den Motor 9 in Gang. Der Motor 9 versetzt die Wellen 10 und 20 in Drehung und bewirkt dadurch ein» lineare Verschiebung des Schlittens 2 in der vom Dz^hsinn des Motors 9 abhängigen gewünschten Richtung sowie die Drehung des optischen Impulsgenerators 19. Bei jeder vollständigen Usdrehung der Welle 20 erzeugt der Impulsgenerator 19 eine Impulsfolge, die bewirkt, daß von der in den Zähler 22 eingegebenen MaBzahl eine Anzahl von Einheiten abgezogen wird, die gleich des von de* Schlitten 2 durchlaufenen Weg ist. Es ist zu beachten, daß dies eine Verminderung der Amplitude des numerischen Steuersignals Cn erzeugt, das Über den Umschalter 48 der Schaltstufe 17 dem Komparator 15 der Servoeinrichtung 13 des Motors 9 zugeführt wird.

Der Schlitten 2 wird somit Über die numerische Steuerschaltung verstellt, bis der Zähler 22 seinen Null-Stand erreicht hat, d.h. bis der Schlitten 2 -theoretisch um einen Betrag verschoben worden ist, der gleich der anfangs in den Zähler 22 eingegebenen Maßzahl ist.

Wie leicht einzusehen, könnten andere Ausfuhrungsformen mit Verzögerungslagern versehen sein, um die Verschiebungsgeschwindigkeit des Schlittens zu vermindern, wenn sich dieser in der Näh«

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der gewünschten Position befindet, um ein Überschreiten dieser Position aufgrund der Tätigkeit des Schlittens zu vermeiden.

Von dem Moment an, in dem der Zähler 22 auf Null steht, bewirkt das Signal an seinem Ausgang 27, daß die elektromagnetische Kupplung 21 gelöst und damit die Wellen 10 und 20 voneinander getrennt werden sowie daß der Umschalter 48 in seine Stellung 2 umgelegt wird und damit den Komparator 15 der Servoeinrichtung 13 mit der analogen Steuerschaltung 29 verbindet.

Von diesem Moment an sind der optische Impulsgenerator 19 und die rotierende 'Feldblende 42 des photoelektrischen Mikroskops 30 stationär, während der Motor 9 von der cnalogen Steuerschaltung 29 ein Sollwert-Signal C erhält; dieses Signal bewirkt, daß dann, wenn das Über das photoelektrische Mikroskop 30 beobacnxeüe Bild der Skala auf der Präzisions-Meßschiene 12 bezüglich des schraubenförmigen Schlitzes 40 (oder mindestens bezüglich eines Teiles der genannten oszillierenden Ablenkung der reflektierten Strahlen) nicht genau zentriert ist, der Motor 9 den Schlitten weiter verschiebt, um ihn in seine absolut genaue Position zu bringen. Auf diese Weise werden Ungenauigkeiten in der Einstellung des Schlittens 2, die sich aus der mechanischen Antriebsverbindung ergeben, in der Phase der analogen Feineinstellung unterdrückt. Tatsächlich ist die in der ersten Phase der numerischen Einstellung erzielte Position der Feldblende 42 absolut genau, da die Feldblende in dieser Phase direkt mit der Welle 10 des Motors 9 verbunden ist, der seinerseits Über das Steuersignal Cn an den Stand des Zählers 22 gebunden ist. Die Wirkungsweise des photoelektrischen Mikroskops selbst ist bekannt und soll hier nicht

beschrieben werden. Sie ist ähnlich der Wirkungsweise des in der gern nnten schweizerischen Patentschrift 463 130 beschriebenen photoelektrischen Mikroskops.

Soll die Meßvorrichtung nit manueller Steuerung benutzt werden, so stellt die Bedienungsperson den Zähler 22 Über die Rückstellung 23 auf Null, was bewirkt, daß die elektromagnetische Kupplung Über das Signal cn Ausgang 27 geöffnet und der Umschalter 48 in seine Stellung 2 gelegt wird, daß der Abgriff des Potentiometers betätigt wird und die Verbindung des Ausgangs 27 Über einen Unterbrecher 52 löst, und daß die elektromagnetische Kupplung 21 Über das Steuersignal 47 eingelegt sowie der Unschalter 49 in seine Stellung 1 versetzt wird. Nach Schließon des Unterbrechers 51 wird die nötörafähzühl sanuell über dis Drehzahlsteuerung 43 gesteuert= De d£« Wslle 20 sit dsr üslls 10 drshfcst verbunden ist_# «i«i 4im Verschiebung des Schlittens 2 automatisch bei 22 gezählt und bei angezeigt, so daß die Bedienungsperson die gewünschte Haßzahl annähern kann, indem sie die Geschwindigkeit Über die Geschwindigkeitssteuerung 43, deren Ausgangssignal dem Komparator 15 zugeführt wird, verändert.

Ist der Schlitten2 in die Nähe der gewünschten Meßzahl gelangt, so wird die Drehzahlsteuerung 43 auf Null gestellt, was Über das Steuersignal 47 die elektromagnetische Kupplung 21 lttctund den Umschalter 49 in seine Stellung 2 legt. Nun empfängt die Servoeinrichtung 1.3 ihr Sollwexi-Signal C wieder von der analo-gen Steuerschaltung 29. Die Bedienungsperson kann dann die Stellung des Schlittens durch Betätigung des Feinreglers 44 fein einstellen, wobei Über den Feinregler 44 einerseits die Feldblende 42 gedreht und Über das photoelektrische Mikroskop 30 der Schlitten

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bewegt wird und andererseits der optische !«pulsgenerator 19 gedreht wird, wodurch die Zählung und Anzeige der Feineinstellung des Schlittens bewirkt werden.

In einer anderen Ausfuhrungsfora kann der Feinreglerknopf 44 ■it der Welle 20 auch Über eine ausrUckbare Kupplung verbunden sein, da er fUr das Funktionieren der Hievorrichtung nicht benötigt wird.

SchutzansprUche

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mm. I.

Claims (2)

- 13 SCHUTZANSPRÜCHE

1. Meßvorrichtung mit einem Gehäuse und einew mindestens in einär Richtung gegenüber dem Gehäuse bewegbaren Schlitten, und mit einem Antriebsmotor zum Verschieben des Schlittens, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten durch eine mit dem Antriebsmotor (9) verbundenen Welle (1O) antreibbar ist, die über eine vor. einer voreinstellbnren und umkehrbaren Zähleinrichtung oder willkürlich schaltbaren Kupplung (21) mit einer weiteren Welle (20) verschiebbar ist, auf der ein Umdrehungszähler (19) der Zähleinrichtung und eine Feldblende (42), bestehend aus einem zylinderförmigen Gehäuse mit einem schraubenförmigen Schlitz (40), drehfest angeordnet sind, durch den ein vom Teilstrich einer am Schlitten (2) angebrachten Präzisionsmeßschiene (12) erzeugten oszillierendes Bild auf einem innerhalb der Feldblende angeordneten Spiegel (39) beobachtbar ist und daß die Steigung des Schlitzes dem Abstand zwischen zweier aufeinanderfolgender Teilstriche auf der Skala der Präzisionsmeßschiene (12) entspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieFeldblende mit einer Feineinstellvorrichtung mechanisch verbunden ist, die aus einem mit der Welle (20) der Feldblende (42) verbundenen Untersetzungsgetriebe (40, 44) besteht.