DE8127240U1 - Fehlerkompensationseinrichtung - Google Patents

Description

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DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 10. September I98I

Fehlerkompensationseinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Fehlerkompensation bei Präzisionsmaschinen und Meßgeräten, insbesondere auf eine Korrektureinrichtung für ein gekapseltes Längenmeßgerät zum Messen der Relativlage zweier Objekte, mit einem

f quer zur Meßrichtung einstellbaren Korrekturlineal,

einem Übertragungselement zwischen einer eine Maß-Verkörperung abtastenden Abtasteinheit, dem Korrek

turlineal und einem der vorgenannten Objekte. Die

■ 10 beiden Objekte können von Bett und Schlitten der

j Präzisionsmaschine gebildet werden.

Es sind Korrektureinrichtungen zur Kompensation

von Maschinenfehlern bekannt. In der DE-PS 866 ^02 wird zum Stand der Technik eine Meßein-

^: richtung mit Korrekturlineal genannt, deren Ablese

marke mechanisch in eine dem jeweiligen Fehler einer Spindel entsprechende Stellung gegenüber dem Maßstab gesteuert wird. Eine ähnliche Lösung wird in der US-PS 226 i62 angegeben. Aus der US-PS 30 39 032 ist ein Stellungsmeßsystem mit einer

Korrekturschablone bekannt, die von einem Fühler abgetastet wird, der direkt auf den Meßwertgeber (Drehmelder) einwirkt. In der CH-PS 266 kOQ ist eine optische Meßeinrichtung vorgeschlagen, bei der korrekturabhängige Steuermittel den Strahlengang in der optischen Ableseeinheit beeinflussen. Bis DE=AS 12 31 595 zeigt eine Vorrichtung zur elektrischen Fernanzeige der Bewegungen eines beweglichen Maschinenbauteiles, wobei zum Ausgleich von Fehlern ein Kompensationssystem vorhanden ist, welches ein 'verformbares Metallband aufweist, das von einem Geber abgetastet wird. Ein verformbares Metallband wird auch in der US-PS 31 82 375 und der US-PS 23 26 55O als Korrekturprofil vorgeschlagen.

Ein weiteres Fehlerkorrektursystem ist in der DE-OS 20 k2 505 beschrieben. Dort erfährt das numerische Meßsystem einer Maschine durch ein die Korrekturschablone abtastendes Organ eine Zusatzbewegung entsprechend dem jeweiligen Fehlerwert der Maschinenspindel.

Ferner sind aus der DE-PS 13 03 080, der DE-PS 10 70 522 und der US-PS 29 95 826 Korrektureinrichtungen bekannt. Dort werden Korrekturschablonen um einen Drehpunkt verschwenkt, dadurch wird das Korrekturprofil quer zur Meßrichtung einstellbar.

Es ist ferner aus der DE-PS 27 2k 858 bekannt, das Korrekturprofil aus einzelnen Profilabschnitten zu bilden, die nach Art einer Kette gelenkig miteinander verbunden sind und die quer zur Meßrichtung eingestellt werden können. Diese Einrichtung ist vorteilhaft, wenn aufgrund von großen Meßlängen eine ebenso lange Korrektureinrichtung erforderlich

ist, da aus den einzelnen Profilabschnitten eine
beliebig lange Korrektureinrichtung zusammengestellt werden kann.

Die genannten Korrektureinrichtungen arbeiten zum Teil mit zusätzlichen elektrischen bzw. optischen Stellgliedern oder Drehgebern, oder aber sie sind direkt an die Maschine gekoppelt. In allen Fällen sind sie jedoch konstruktiv sehr aufwendig, dementsprechend kostspielig, und in der Herstellung
und Montage nicht unproblematisch.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine Korrektureinrichtung zu schaffen, die platzsparend ist, die einen großen Korrekturbereich aufweist, die auch nichtlineare Korrekturen erlaubt, deren Eigenfehler vernachlässigbar klein bleibt
und die besonders einfach aufgebaut, einfach herstellbar und leicht montierbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Korrekturlineal von einem in Meßrichtung verlaufenden, einstiickigen Profil gebildet wird, daß das Profil in Abständen Querschnittsverrxngerungen aufweist, und daß durch Einstellmittel das Profil aus seiner Geraden auslenkbar ist, derart, daß das Profil an den Querschnittsverringerungen Biegestellen und zwischen den Biegestellen jeweils einen geradlinigen Verlauf aufweist.

Ein besonderer Vorteil besteht gemäß der Erfindung darin, daß das Profil innerhalb eines Hohlkörpers angeordnet ist, und daß das Profil entsprechend
dem zu korrigierenden Fehlerverlauf von außerhalb

- k des Hohlkörpers mittels Exzentern, auslenkbar ist.

Zur Einstellung und Fixierung können im wesentlichen genormte, d. h. preiswerte Bauelemente eingebaut werden.

An einem Ausführungsbeispiel soll anhand der Zeichnung die Erfindung noch näher erläutert werden.
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Es zeigt

Figur 1 einen Querschnitt durch ein gekapseltes Längenmeßgerät, Figur 2 eine Ansicht auf Montagefuß, Schwert, Winkelhebel und teil

weise dargestelltes Korrekturlineal,

Figur 3 ein winkelförmiges Korrekturlineal, das aus seiner Geraden ausgelenkt ist,

Figur ha ein flaches Korrekturprofil mit Verstellung über Exzenter und Kulissenstein,

Figur 4b eine Draufsicht auf das Korrekturprofil gem. Figur 4a,

Ϊ ' Figur 5 Ansicht auf eine rai't Teilung

versehene Abtastplatte und Korrelcturlinealabschnitt.

Die vereinfachte Schnittdarstellung in Figur 1 zeigt ein gekapseltes Längenmeßgerät mit einem Hohlkörper 1, welches an dem Bett 2 einer Bearbeitungs- oder Meßmaschine in beliebiger Weise fest angebracht ist. Ein Schlitten 3 der Bearbeltungs-

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ί oder Meßmaschine trägt einen Montagefuß k, der

: beispielsweise mit Schrauben 5 ^an dem Schlitten 3

befestigt ist. Der Montagefuß h weist ein Schwert auf, das durch einen Schlitz 1a in den im übrigen vollkommen geschlossenen Hohlkörper 1 hineinragt.

An einer Innenfläche des Hohlkörpers 1 ist über

^; eine elastische Klebeschicht 7 ein Maßstab 8 ange

bracht, der das Meßnormal verkörpert. Am Maßstab 8 stützt sich eine Abtasteinheit 9 ab, die mit

'( 10 an sich bekannten, in Figur 1 nicht dargestellten

: Mitteln die Teilung des Maßstabes 8 abtastet. Die

;: Relativbewegung von Maschinenbett 2 und Maschinen-

ί schlitten 3 wird vom Montagefuß k und dem Schwert

über einen Winkelhebel 10 auf die Abtasteinheit 9 15 und den Maßstab 8 übertragen. Die Führungsfehler

j| von Maschinenbett 2 und Maschinenschlitten 3 wur

den ohne Korrektureinrichtung ebenfalls voll übertragen und gingen in das Meßergebnis als Fehler ein. Das Längenmeßgerät weist daher eine Korrek- · tureinrichtung auf, die im Innern des Hohlkörpers angeordnet ist. Ein winkelförmiges, einstückiges Profil 11 weist in Abständen Querschnittsverringerungen 11a auf. In der Nähe der Querschnittsverringerungen 11a befinden sich Verstellelemente, hier Exzenter 12, mit denen das Profil 11 aus

seiner Geraden - dem zu kompensierenden Fehlerverlauf entsprechend - ausgelenkt wird. Der Winkel- ; hebel 10 ist um eine Achse 10" schwenkbar mit der

Abtasteinheit 9 verbunden. Ein freies Ende des Winkelhebels 10 trägt eine Rolle 13, die bei Verschiebung dem Linienzug des Profiles 11 folgt und

;. den Winkelhebel 10 um die Achse 10' verschwenkt.

' Die Schwenkbewegung des Winkelhebels 10 entspricht

ji dem zu korrigierenden Fehlerverlauf der Einrichtung.

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Die Korrektur wird durch einen zweiten Arm des Winkelhebels 10 - der auch als Exzenter 1^ ausgebildet sein kann - vorgenommen, der die Schwenkbewegung des Winkelhebels 10 in eine Relativbewegung zwischen der Abtasteinheit 9 und dem Schwert 6 umsetzt. Das durch den Schlitz 1a des Hohlkörpers 1 ragende Schwert 6 wird von dachförmig angeordneten Dichtlippen 15 eng umschlossen, so daß auch an dieser Stelle die sichere Kapselung der Meßeinrichtung gewährleistet ist.

In der Figur 2 ist zur besseren Verständlichkeit

nur ein Teil der Bauelemente in der Seitenansicht $

gezeigt. Der Montagefuß h mit den Bohrungen k' if

für die Befestigungsschrauben trägt das Schwert 6, f§ dessen Oberseite mit einem zylindrischen Mitnehmer j 6' versehen ist, an dem der Winkelhebel 10 mit j·

seinem Exzenter 1^ angreift. Die Abtasteinheit 9 ist als Fragment nur soweit dargestellt, daß die Befestigung des Winkelhebels 10 mittels einer aus \ der Abtasteinheit 9 herausragenden Achse 10· er- ]

kennbar ist. Wird nun der Montagefuß h in Pfeil- ]

richtung verschoben, folgt die Abtasteinheit 9 dieser Längsbewegung, da sie mit einer Feder 9' an dem Mitnehmer 6' gehalten ist und der Winkelhebel 10 mit der Rolle 13 tastet das Profil 11 ab, dessen Kurvenverlauf über Exzenter 12 entsprechend dem Fehlerverlauf eingestellt ist. Dabei verschwenkt sich der Winkelhebel 10 um die Achse 10' und aufgrund des Exzenters 1^ verändert sich der Abstand _; zwischen der Abtasteinheit 9 und dem zylindrischen Mitnehmer 6·, also auch dem Montagefuß. Der Führungsfehler, dem der Montagefuß h samt dem Maschinen- \ schlitten 3 unterliegt, kann also durch eine von

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dem einstellbaren Profil, 11 verursachte Relativbewegung zwischen Abtasteinheit 9 und Montagefuß k kompensiert werden.

In der Figur 3 ist ein Korrekturprofil 11 gezeigt, das durch die Exzenter 12 ausgelenkt ist. Es ist der geradlinige Verlauf des Kurvenzuges zwischen den Querschnittsverringerungen 11a zu erkennen, wobei letztere Biegestellen 11b ermöglichen. Da sich durch die Auslenkung Längenänderungen ergeben, ist das Profil 11 mit Langlöchern 16 versehen, die Längsverschiebungen des gesamten Korrekturprofiles 11 ermöglichen. Ein Ende des Korrekturprofiles 11 ist in bekannter, nicht gezeigter Weise in Bezug auf den Messungsnullpunkt festgelegt.

In Figur 5 ist eine mit einer Teilung 18 versehene Abtastplatte 9a gezeigt. Bei dieser Ausführung handelt es sich - wie bei Figur 1 - um ein lieht-' elektrisches digitales Längenmeßgerät. Bei einer einfachen Bauart ist die Abtasteinheit 9 nicht am Maßstab 8 geführt, sondern ist direkt über einen Mitnehmer 20 mit einem der obengenannten Objekte 3 verbunden. Die Abtastplatte 9& ist über Blattfedern 21 mit dem Mitnehmer 20 so verbunden, daß sie vom Übertragungselement 10, I3 und i4 in Meßrichtung bewegt werden kann. Nach erfolgter Auslenkung des Korrekturlineals 11 entsprechend des Fehlerverlaufs der Maschine wird das Korrekturlineal 11 am Hohlkörper 1 mit Hilfe von Klemmelementen 19 in seiner Lage fixiert. Besonders geeignet sind dazu handelsübliche genormte Muttern, da bei Verwendung dieser Elemente I9 und dem winkelförmigen Profil 11 ein Schenkel des Profilwinkels

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11 als Verdrehsicherung dient. Eine weitere Möglichkeit der Fixierung besteht in der Verwendung von sogenannten Kulissensteinen, die einen Klemmflansch aufweisen.

Es liegt im Wesen der Erfindung, daß sie sich nicht auf lichtelektrische digitale Längenmeßgeräte beschränkt, sondern die Erfindung ist ebenso vorteilhaft bei optischen, induktiven, kapazitiven und magnetischen Meßgeräten einsetzbar. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Korrektur von Führungsfehlern beschränkt, sondern auch zur Korrektur von inneren Teilungsfehlern geeignet,

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Zusammenfassung

Diese Fehlerkompensationseinrichtung enthält ein Korrekturlineal (11 ), das sich in Meßrichtung innerhalb eines Hohlkörpers (1) erstreckt, der eine Vegmeßeinrichtung enthält. Es sollen mit dieser Fehlerkompensationseinrichtung beispielsweise Führungsfehler von Maschinen (2, 3) oder Teilungsfehler des Maßstabes (8) kompensiert werden. Ein Schenkel des als Winkelprofil ausgebildeten Korrekturlineals (11) weist Querschnittsverringerungen (I1a) auf. Mit Exzentern (12) kann der Verlauf der Korrekturkurve dem Fehlerverlauf der Maschine angepaßt werden. Die Meßeinrichtung tastet sowohl den Maßstab (8) als auch das Korrekturlineal (11) ab, so daß es durch Relativbewegungen der Abtasteinrichtung (9) zum Maßstab (8) zur Kompensation von Fehlern kommt (Figur 2).

Claims (3)

»β 9 ft·· «ι «ft » ι* ^r -ι» iff Ansprüche

1. )y Einrichtung zur Fehlerkompensatxon bei Präzisionsmaschinen und Meßgeräten, insbesondere Korrektureinrichtung für ein gekapseltes Längenmeßgerät zum Messen der Relativlage zweier Objekte, mit einem quer zur Meßrichtung einstell-> baren Korrekturlineal, einem Übertragungselement zwischen einer eine Maßverkörperung abtastenden Abtasteinrichtung, dem Korrekturlineal und einem der vorgenannten Objekte, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrekturlineal von einem in Meßrichtung verlaufenden, einstückigen Profil (11) gebildet wird, daß das Profil (11) in Abständen Querschnittsverringerungen (11a) aufweist, und daß durch Einstell· mittel (12) das Profil (11) aus seiner Geraden auslenkbar ist, derart, daß das Profil (11) . an den QuerschnittsVerringerungen (11a) Biegestellen (11b) und zwischen den Biegestellen (lib) jeweils einen geradlinigen Verlauf (lic) aufweist.

2.) Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil (11) winkelförmig ", ausgebildet ist.

3.) Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsverringerungen (11a) des Profils (11) in bestimmter Lage entlang der Meßstrecke angeordnet sind, abhängig von dem Verlauf des zu kompensierenden Maschinenfehlers.