DE8201438U1

DE8201438U1 - Längenmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE8201438U1
Application number: DE8201438U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1982-01-22
Publication date: 1984-10-04

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 19. Januar 1982

Längenmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Läiigenmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen Längenmeßeinrichtung mit ι einer Abtasteinheit, die an einer von der Führung des zu messenden Objekts unabhängigen Hilfsführung | verschiebbar ist, ist eine gelenkige Ankopplung der Abtasteinheit an das zu messende Objekt bzw. an den daran angebrachten Mitnehmer erforderlich.

Bei der Abtastung der Maßstabsteilung kann diese Ankopplung zu Meßfehlern führen, wenn die Hilfeführung nicht parallel zur Führung des zu messenden Objekts verläuft und/oder Richtungsänderungen zwischen der Hilfsführung und der Mittellinie der Teilung des Maßstabs auftreten-

' Meßfehler infolge Richtungsänderungen zwischen der Hilfsführung und der Mittellinie der Teilung

(Richtungsfehler) .werden durch eine Ankopplung der Abfcastelnheit am Objekt bzw. am Mitnehmer in der neutralen Faser des Maßstabs vernachlässigbar klein« die neutrale Faser ist als Schnittgerade zwischen der neutralen Ebene und der senkrecht zur neutralen Ebene in Meßrichtung verlaufenden Ebene durch die Mittellinie der Teilung definiert.

Meßfehler infolge von Unparallslitäten zwischen der Hilfsführung und der Führung des zu messenden Objekts werden nur dann vernachlässigbar klein, wenn das Kupplungselement so ausgebildet ist, daß es Relativbewegungen zwischen der Abtastein-5 lieifc und dein Mix-näliiäeir bzw· dem Objekt sefikröCut zur Meßrichtung ohne eigene Längenänderung erlaubt.

In der DE-PS 28 10 3^1 ist eine Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der die Abtasteinheit üb·; r ein in Meßrichtung· steifes Kupplungselement in Form eines Drahtes an den Mitnehmer nahe der neutralen Faser des Maßstabs angekoppelt idt* Durch Auslenkungen des Drahtes infolge von Unparallelitäten zwischen der Führung des zu messenden Objekts und der Hilfsführung und den damit verbundenen Längenänderungen des Drahtes in Meßrichtung treten Meßfehler auf} des weiteren verläuft der Draht nicht in der neutralen Faser, so daß Richtungsfehler ebenfalls Meßungenauigkeiten zur Folge haben.

Bei der Längenmeßeinrichtung der DE-OS 25 05 586 ist die AbtasteirJheit ebenfalls über einen in

1 I I I II··

* I 111»

Meßrichtung steifen Draht an den Mitnehmer angekoppelt; zugleich bewirkt dieser Draht das Andrücken der Abtasteinheit an die Hilfsführung. Auch dieser Draht verändert bei Parallelbewegungen den Abstand zwischen der Abtasteinheit und dem Mitnehmer, während bei Winkelbewegungen der Drehpunkt ebenfalls nicht in der neutralen Faser liegt, so daß Meßfahler durch Unparallelitäten und Richtungsfehler nicht zu vermeiden sind.

In der DE-PS 26 11 ^59 ist eine Längenmeßeinrichtung gezeigt, bei der die Abtasteinheit über eine Kupplung gelenkig an dem Mitnehmer angekoppelt ist; die Kupplung besteht aus einer planen Fläche an der Abtasteinheit_f die mit einer sphärischen Fläche des Mitnehmers mittels einer Feder in ständigem Kontakt steht. Bei dieser Ankopplung liegt der Kupplungspunkt außerhalb der neutralen Faser des Maßstabs, wobei der Abstand des Kupp- '· lungspunktes von der neutralen Faser Schwankungen durch Parallelversatz zwischen der Hilfsführung und der Objektführung unterliegt, so daß Meßfehler infolge von Richtungsfehlern auftreten können.

Die DE-AS 22 19 62k betrifft eine Meßanordnung, bei der die Abtasteinheit an den Mitnehmer über einen in Meßrichtung steifen Draht gelenkig angekoppelt ist, der mit einem Gelenkviereck verbunden ist, dessen Momentalpol in der neutralen Faser liegt. Mit dieser Ankopplung werden zwar Meßfehler infolge von Richtungsfehlern vermieden, nicht jedoch Meßfehler durch Auslenkungen des Drahtes infolge von Unparallelitäten. »

ι cc · · ·■■ » as ι
• · · · · ρ · ι

Bei der Längenmeßeinrichtung der DE-PS 25 10 219 erfolgt die gelenkige Ankopplung der Äbtasteinheit an den Mitnehmer einmal in Höhe der neutralen Ebene des Maßstabs durch Blattfedern und zum anderen durch weitere Blattfedern in einer zur neutralen Ebene senkrechten Ebene durch die neutrale Faser. Mit dieser Ankopplung werden gleichfalls Meßfehler infolge von Richtungsfehlern ausgeschaltet , nicht jedoch Meßfehler durch Auslenkungen der Blattfedern infolge von Unparallelitäten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Längenmeßeinrichtung der oben erwähnten Gattung eine meßfehlerfreie Ankopplung der Abtasteinheit am zu messenden Objekt oder an einem daran angebrachten Mitnehmer anzugeben.

t Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die

kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei der vorgeschlagenen Ankopplung mit einfachen Mitteln bei einer an einer Hilfsführung verschiebbaren Abtasteinheit auch bei außerhalb der neutralen Ebene des Maßstabs liegender Teilungsebene die Meßgenauigkeit weiter gesteigert werden kann, ohne daß an die HilfsfUhrung und an die Objektführung hinsichtlieh der Fiihrungsgenauigkeit hohe Anforderungen gestellt werden müssen.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen. "

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine Längenmeßeinrichtung mit einer ersten Ausführungsform der Ankopplung und

Figur 2 eine weitere Ausführungsform der Ankopplung nach der Er

findung in vereinfachter Darstellung.

Gemäß Figur 1a, b ist das Gehäuse 1 einer Längenmeßeinrichtung mittels einer.Schraube 2 an einem Bett 3 einer nicht dargestellten Werkzeugmaschine befestigt. An. einer Innenfläche des Hohlgehäuses' ist mittels einer Klebeschicht k ein Maßstab 5 angebracht, dessen Teilung von einer Abtasteinheit 6 abgetastet wird, die in nicht gezeigter Weise eine Beleuchtungseinrichtung und Photoelemente aufweist. Die Abtasteinheit 6 stützt sicn mittels Rollen 7 auf der Teilungsebene T des Maßstabs 5 und mittels Rollen 8 an einer Führungsfläche 9 des Gehäuses 1 ab, die die Hilfsführung für die Abtasteinneit 6 bilden. An einem Schlitten 10 der Werkzeugmaschine ist in beliebiger Weise ein Montagefuß 11 mit einem Mitnehmer 12 befestigt, der mit der Abtasteinheit 6 über eine Kupplung verbunden ist. Die Öffnung I3 in dem ansonsten

völlig geschlossenen Gehäuse 1 ist zur Vermeidung des Eindringens von Verunreinigungen durch Dichtlippen 14 verschlossen, die an einem schwertförmigen Zwischenstück I5 des Mitnehmers 12 an-.35 liegen.

• β · *

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Die Kupplung zwischen der Abtasteinheit 6 und dem Mitnehmer 12 besteht erfindungsgemäß zum Ausgleich von Unparallelitäten zwischen der Hilfs-¹ führung der Abtasteinheit 6 und der Führung des Schlittens 10 aus ein&r Kreuzführung, die aus zwei magnetisch miteinander verbundenen ebenen Platten 16₍ 17 gebildet ist, die eine zweidimensionale translatorische Bewegung der Kupplung in einer zur Meßrichtung etwa senkrechten Ebene erlauben;

die Platte 17 ist mit dem Mitnehmer 12 verbunden. Zum Ausgleich von Richtungsfehlern zwischen der Führungsrichtung der Abtasteinheit 6 an der Hilfsführung und der Mittellinie der Teilung des Maßstabs 5 in der Teilungsebene T und in einer zur Teilun^sebene T senkrechten Ebene sind zwei J ebeue Drehgelenke in Form zweier Blattfedern 18,

19 vorgesehen, die über eine Platte 20 miteinander verbunden sind. Während die Blattfeder 18 mit der Abtasteinheit 6 verbunden ist und mit

ihrer Ebene in Höhe der neutralen Ebene N des Maßstabs 5 verläuft, ist die Blattfeder 19 mit der Platte 16 verbunden und liegt mit ihrer Ebene in Höhe der zur neutralen Ebene N senkrechten Ebene durch die Mittellinie der Teilung des Maß-

» 25 stabs 5; die letztere Ebene schneidet die neutrale Ebene N in der neutralen Faser des Maßstabs 5· Die Blattfedern 18, 19 ermöglichen somit Drehbewegungen um zwei Drehachsen, die sich in der neutralen Faser schneiden.

30

In Figur 2 ist eine weitere Ausführungsform einer derartigen Kupplung zwischen einer Abtasteinheit 6' und einem Mitnehmer 12* dargestellt. Eine Blattfeder 21 ist mit ihrer Ebene in Höhe der neutralen

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ι * j ■ ti··

Ebene Ν· eines Maßstabs 5' einmal mit der Abtasteinheit 6* und zum anderen mit einer zur Meßrichtung senkrechten ebenen Platte 22 aus Hartmetall verbunden, die mittels einer Feder 23 mit zwei sphärischen Flächen 2k des Mitnehmers 12' in

ständigen Kontakt gehalten wird; diese sphärischen Flächen 2k liegen in der zur neutralen Ebene N¹ des Maßstabs 5¹ senkrechten Ebene durch ie neutrale Faser Die Platte 22 mit den kontaktierenden sphärischen Flächen 2k erlauben eine zweidi· mensionale translatorisc^ie Bewegung der Kupplung in einer zur Meßrichtung etwa senkrechten Ebene zum Ausgleich von Unparallelitäten und eine Drehbewegung um eine Drehachse senkrecht zur Meßrichtung und senkrecht zur neutralen Ebene N¹ des Maßstabs 5^f zum Ausgleich von Richtungsfehlern in Verbindung mit der Drehbewegung der Blattfeder 21 um eine Drehachse in der neutralen Ebene N¹ senkrecht zur Meßrichtung.

20

Das Drehgelenk mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden kann auch durch ein räumliches Drehgelenk, vorzugsweise durch einen kurzen Draht, gebildet sein, dessen Länge derart bemessen ist, daß lediglieh Winkelbewegungen möglich sind. Wenigstens eine der beiden Platten 16, 17 kann aus einem kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff bestehen. Die beiden Platten I6_e I7 können auch in nicht gezeigter Weise durch Federkraft in Kontakt gehalten werden.

Auch die ebene Platte 22 kann aus kunststoffgebundenem Magnetwerkstoff bestehen, so daß auch die Platte 22 und die sphärischen Flächen 2k

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aus Stahl durch Magnetkraft In ständigem Kontakt gehalten werden. Des weiteren können die Blattfedern 18» I9 mitsamt den Platten 16, 20 und der Abtasteinheit 6 bzw. die Blattfeder 21 mitsamt der Platte 22 U-Id der Abtasteinheit 6¹ in einem Stück aus demselben Material gebildet sein. Die Lagen der Blattfedern 18, I9 können auch gegeneinander vertauscht sein.

Zusammenfassung Längenmeßeinrichtung

Bei einer Längenmeßeinrichtung wird die Teilung eines Maßstabs (5), der mit dem einen zu messenden Objekt verbunden ist, von einer Abtasteinheit (6) abgetastet, die am anderen zu messenden Objekt

oder an einem daran angebrachten Mitnehmer (12) über eine in Meßrichtung steife Kupplung gelenkig angekoppelt und an einer von der Führung des zu messenden Objekts unabhängigen Hilfsführung verschiebbar ist. Die Kupplung weist zum Ausgleich von Richtungsfehlern ein Drehgelenk (18, 19) mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden senkrecht zur Meßrichtung und zum Ausgleich vor. Unparallelitäten eine Linearführung (16, 17) mit zwei translatorischen Freiheitsgraden senkrecht zur Meßrichtung

auf.

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Claims

Ansprüche

1.) Längenmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekts, bei der ein Maßstab mit dem einen Objekt verbunden ist und die Teilung des Maßstabs von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die am anderen Objekt oder an einem daran angebrachten Mitnehmer über eine in Meßrichtung steife Kupplung gelenkig angekoppelt und an einer von der Führung des zu messenden Objekts unabhängigen Hilfsführung verschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung zwischen der Abtastsinheit (6, 6·) und dem zu messenden Objekt (10) bzw. eimern daran angebrachten Mitnehmer (12, 12') zum ί usgleich von Richtungsfehlern infolge von Richtungsänderungen zwischen der Hilfsführung und der Mittellinie der Teilung ein Drehge- ₍ lenk mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden etwa senkrecht zur Meßrichtung und/oder zum Ausgleich von Unparallelitäten zwischen der Hilfsführung und der Führung des zu messenden Objekts (10) eine Linearführung mit zwei translatorischen Freiheitsgraden etwa senkrecht zur Meßrichtung aufweist.

2.) Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehgelenk mit zwei rotatorischen Freiheitsgraden durch zwei ebene Drehgelenke (18, I9) gebildet wird, deren zueinander senkrechte Achsen sich in der neutralen Faser des Maßstabs (5) schneiden·

1 I I I Il

3.) • ι · » · r * » - 10 - Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch 40 gekennzeichnet, daß die ebenen Drehgelenke (18, 19) durch je eine Blattfeder gebildet sind. Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch 5 gekennzeichnet, daß das Drehgelenk mit zwei 5.] rotatorischen Freiheitsgraden durch ein räum liches Drehgelenk gebildet ist. - Längenme.ieinrichtung nach Anspruch h, dadurch 10 gekennzeichnet, daß das räumliche Drehgelenk aus einem Draht besttht, dessen Länge derart bemessen ist, daß lediglich Winkelbewegungen 6. möglich sind. 15 I Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearführung mit zwei translatorischen Freiheitsgraden aus zwei durch Magnetkraft oder durch Federkraft 7. miteinander in Kontakt stehenden ebenen Plat 20 ten (16, 17) besteht. ) Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine ebene 8. Platte (16, 17) aus kunststoffgebundenem Mag 25 netwerkstoff besteht. ) Längenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein ebenes 9. Drehgelenk einen Bestandteil der Linearfünrung 30 bildet. ) Längenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Blattfeder (21) mit ihrer Ebene in Höho der neutralen 35

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- 11 -

Ebene (N') des Maßstabs (5') mit einer Ab- |i

tasteinheit (6·) und mit einer zur Meßrichtung senkrechten ebenen Platte (22) verbunden ist, die mit zwei sphärischen Flächen (24) eines :

Mitnehmers (12') in ständigem Kontakt steht, I die in einer Ebene in der neutralen Faser \

senkrecht zur neutralen Ebene (N¹) des Maßstabs (5¹) liegen.

10.) Längenmeßeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (22) aus Hart- '

metall und die sphärischen Flächen (24) aus |

ϊ Stahl bestehen. ·

11 · ) LängenfBößeinrichtune nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (22) und die sphärischen Flächen (24) durch Magnetkraft oder Federkraft in ständigem Kontakt stehen.

12.) Längenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und

3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern u

(18, 19) mitsamt den Platten (16, 20) und der |

Abtasteinheit (6) in einem Stück aus demselben |

Material gebildet sind. |

I

13.) Längenmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 ψ

und 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfader (21) mitsamt der Platte (22) und der Abtasteinheit (6¹) in einem Stück aus demselben Material gebildet eind.