DE9018030U1

DE9018030U1 - Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE9018030U1
Application number: DE9018030U
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1990-11-26
Filing date: 1990-11-26
Publication date: 1993-12-23
Anticipated expiration: 2000-11-27

Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 7. November 1990

Meßeinrichtung

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.

Aus der DE-PS 24 16 212 ist eine Meßeinrichtung bekannt, bei der ein Teilungsträger eine Teilung 20

und dieser Teilung absolut zugeordnete identische Referenzmarken aufweist. Der Absolutwert jeder Referenzmarke bestimmt sich aus ihrem jeweiligen Abstand zu einer benachbarten Referenzmarke. Diese unterschiedlichen Abstände zwischen den benachbarten Referenzmarken werden durch die Abtastung der inkrementalen Teilung ermittelt. Zur Identifizierung jeder einzelnen Referenzmarke müssen diese Referenzmarke und die zugehörige benachbarte Re-

^q ferenzmarke abgetastet und deren gegenseitiger Abstand ermittelt werden.

Bei dieser bekannten Meßeinrichtung werden die Referenzmarken bei der Herstellung der Teilung auf

^5 den Teilungsträger in verschiedenen Abständen aufgebracht. In der Praxis sind Meßlängen bis etwa 30m zu realisieren, der Teilungsträger ist dabei meist ein Stahlband. Beim Aufbringen der Teilung können fehlerhafte Teilungsstellen entstehen, diese Teilstücke werden bei Stahlbändern ohne Referenzmarken einfach herausgeschnitten und der Rest für kleinere Meßlängen verwendet. Sind nun aber die Referenzmarken in unterschiedlichen Abständen auf den Nullpunkt bezogen auf dem Teilungsträger aufgebracht, so ist der gesamte Teilungsträger durch diese fehlerhafte Teilungsstelle unbrauchbar geworden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Referenzmarken einer Meßeinrichtung möglichst auf einfache &lgr;&lgr; Weise eine Absolutposition zuzuordnen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen

insbesondere darin, daß der Hersteller der Meßeinrichtung die Referenzmarken standardmäßig in gleichen Abständen anbringen kann und der Anwender gezielt Referenzmarken auswählen kann und erst durch c diese Auswahl den Referenzmarken eine Absolutposition zuordnet. Dadurch kann aus einem Teilungsträger 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 -₅ näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 schematisch eine lichtelektrische Meßeinrichtung,

Figur 2 eine Draufsicht auf einen Teilungsträger mit Referenzmarken und

Figur 3 eine Draufsicht auf einen weiteren Teilungsträger.

In Figur 1 ist eine lichtelektrische Meßeinrichtung

zur Längenmessung dargestellt. Sie besteht aus einem Teilungsträger 1 und einer Abtasteinrichtung 2, die in nicht gezeigter Weise jeweils mit Objekten ~₀ verbunden sind, deren Relativlage gemessen werden soll. Diese beiden Objekte können beispielsweise durch das Bett und durch einen Schlitten einer Bearbeitungsmaschine gebildet sein. Auf dem Teilungsträger 1 ist eine inkrementale Teilung 3 aufgebe bracht, die im Durchlicht berührungsfrei

lichtelektrisch von der Abtasteinrichtung 2 abgetastet 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 äguidistanten Strichgitters und entlang dieser Teilung 3 in Meßrichtung in gleichen Abständen A angeordnete identische Referenzmarken -,Q Rn (n=l, 2, 3, .·.) auf. Diese Referenzmarken Rn wurden bei der Herstellung in aufeinanderfolgend gleichen Abständen A auf den Teilungsträger 1 aufgebracht.

,_r 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 Figur 1 sind diese Mittel in Form von Magneten Mn in einer Nut 8 verschiebbar ange-

2Q bracht. Auf der Abtastplatte 6 befindet sich ein Reed-Schalter 9, der bei Annäherung an einen Magneten Mn angesteuert wird. Ein Referenzsignal wird nur ausgegeben, wenn bei der Abtastung einer Referenzmarke Rn auch gleichzeitig vom Reed-Schalter

₂c 9 ein Signal abgegeben wird.

In der Figur 1 ist erkennbar, daß die Referenzmarken Rn in gleichen Abständen A zueinander angeordnet sind. Damit jeder Referenzmarke Rn eine Ab-

2Q solutposition zugeordnet werden kann, sind die Magnete Mn in unterschiedlichen Abständen zueinander angebracht. Der Magnet Ml ist der Referenzmarke Rl zugeordnet und macht diese Referenzmarke Rl wirksam. Der zweiten Referenzmarke R2, auf der gerade 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

C Abtastung unwirksam bleibt. Der nächsten Referenzmarke R4 ist wiederum ein Magnet M4 zugeordnet, so daß bei der Abtastung an dieser Position ein Referenzsignal gebildet wird. Die Referenzmarke Rl ist eindeutig durch den Abstand Al=IxA bestimmt. Der

- Q Abstand A2 zwischen der zweiten wirksamen Referenzmarke R2 und der nächsten wirksamen Referenzmarke R4 beträgt 2xA. Aus den unterschiedlichen Abständen Al=IxA, A2=2xA kann jede wirksame Referenzmarke Rl, 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 2Q nicht näher erläutert werden, da es bereits in der DE-PS 24 16 212 ausführlich beschrieben ist.

Bei dem Beispiel nach Figur 1 wird jede wirksame Referenzmarke Rn nur durch einen Abstand An bestimmt. Die Magnete Mn können aber auch so angeordnet werden, daß zur Bestimmung der Absolutposition einer Referenzmarke Rn mehrere aufeinanderfolgende Abstände An herangezogen werden. Das Auswerteverfahren für dieses Beispiel ist in der DE-PS 36 17 254 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 Figur 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 wirksamer Referenzmarken Rl, R2, R4, R7, RIl unterschiedlich, wodurch jede wirksame Referenzmarke Rl, R2, R4, R7, RIl identifiziert ist. Die Referenzmarken R3, R5, R6, R8, R9, RIO sind mittels Blenden Bl, 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 Anzahl gleichbeabstandeter Referenzmarken gebildet, die bereits bei der Herstellung aufgebracht sind. Der Anwender wählt innerhalb eines Meßzyklusses gezielt Referenzmarken aus, so daß aus der sich dadurch ergebenden Folge von wirksamen und unwirksamen Referenzmarken eine Codeinformation entsteht, die den Meßzyklus identifiziert. Die möglichen Positionen der wirksamen Referenzmarken innerhalb eines Meßzyklusses sind in der Auswerteeinrichtung in Form eines Abstandsrasters abgespeichert. In Abhängigkeit des Abstandsrasters wird an den von der Auswerteeinrichtung vorgegebenen möglichen Positionen überprüft, ob eine Referenzmarke wirksam oder unwirksam ist und in

Abhängigkeit des Vergleiches an jeder dieser möglichen Positionen eine Binärinformation erzeugt. Aus allen Binärinformationen innerhalb eines Meßzyklusses wird die Absolutposition bestimmt.

Der Anfang jedes Meßzyklusses kann dabei durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken in einem vorgegebenen Abstandsraster gekennzeichnet sein.

-,Q In der Figur 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-

,r nerhalb eines Meßzyklusses Zn sind in Form eines Abstandsrasters in der Auswerteeinrichtung abgespeichert. 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 Meßzyklusses Zn wird eine Codeinformation Cn für diesen Meßzyklus Zn gebildet. Aus dieser Codeinformation Cn wird die Absolutposition hergeleitet.

Die möglichen Positionen sind beispielsweise im Abstandsraster mit aufeinanderfolgenden Abständen A von 50mm vorgegeben. Dieser Abstand A wird durch die Abtastung der inkrementalen Teilung 103 er-,Q mittelt. Die möglichen Positionen sind in der Figur 3 als Punkte eingezeichnet und die Positionen, an denen tatsächlich eine Referenzmarke Ron wirksam ist, sind mit einem Strich markiert.

Der Anfang jedes Meßzyklusses 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-

c fernten wirksamen Referenzmarken Ron besteht. Wird bei der Abtastung der Referenzmarken Ron die Referenzmarke ROl erfaßt, dann wird bei der nächst möglichen Position - die aus dem in der Auswerteeinrichtung abgespeicherten Abstandsraster bekannt ist

,_Q - überprüft, ob eine Referenzmarke Ron wirksam ist oder nicht. Im gezeigten Beispiel wird nach 50mm überprüft und festgestellt, daß eine Referenzmarke RO2 wirksam ist. Aus der Information, daß zwei aufeinanderfolgende Referenzmarken ROl, R02 im Abstand A wirksam sind, erkennt die Auswerteeinrichtung, daß der Anfang des Meßzyklusses Zl erreicht ist und eine Codeinformation Cl folgt. Von der Auswerteeinrichtung ist wiederum ein Abstandsraster vorgegeben, das bestimmt, in welchen Abständen die Anwe-

~₀ senheit oder Wirksamkeit einer Referenzmarke Ron überprüft wird. Im Beispiel ist das Abstandsraster wieder auf 50mm festgelegt, es kann aber auch auf einen anderen Wert, z.B. 100mm festgelegt sein. Wird nach jeweils 50mm keine Referenzmarke ROn erkannt, wird der Binärwert 0 gesetzt, dies wird fortgeführt bis zur Referenzmarke R03 und R04, an denen jeweils der Binärwert 1 gesetzt wird und die Auswerteeinrichtung erkennt, daß der nächste Meßzykluß Z2 beginnt. Innerhalb des Meßzyklusses Z2

₃Q ist die Referenzmarke Ro5 wirksam und bildet mit den restlichen, im Abstandsraster von 50mm gesetzten Binärwerten J die Codeinformation C2. Ebenso wird die Codeinformation C3 aus den im Abstandsraster 50mm ermittelten Binärwerten J zusammengesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die

Überprüfung von wirksamen Referenzmarken Ron durchgehend im gleichen Abstandsraster A=50mm. Es ist aber auch möglich, daß zur Erfassung der Anfangsinformation ein anderes Abstandsraster verwendet c wird, als für die nachfolgende Bildung der Codeinformation Cn.

Die Überprüfung, ob eine Referenzmarke wirksam oder unwirksam ist kann auch durchgehend im konstanten Abstandsraster A=50mm erfolgen, nach Erkennen der Anfangsinformation erfolgt die Überprüfung weiter im Abstandsraster A=50mm, eine Binärinformation für die Codeinformation wird aber nur alle 100mm gebildet. Die Codeinformation eines Meßzyklusses nach

,j- Figur 3 würde somit nur aus 6 Binärwerten bestehen.

Auch bei dem Teilungsträger 101 nach Figur 3 ist es vorteilhaft, wenn die Referenzmarken Ron bei der Herstellung in aufeinanderfolgend gleichen Abstän-

2Q 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 Absolutposition durch eine Anzahl weiterer Referenzmarken

₂c 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 ROl, RO2 bestehen, sie kann auch aus einer anderen vorgegebenen Folge von Referenzmarken zusammengesetzt ^c sein. Diese Folge von Referenzmarken in einem vorgegebenen Abstandsraster darf nur innerhalb des

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nachfolgenden Meßzyklusses nicht mehr im gleichen Abstandsraster enthalten sein.

Die Erfindung ist nicht auf das lichtelektrische Abtastprinzip beschränkt.

Claims

- Il - DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 7. November 1990 Ansprüche

1. Meßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte, bei der ein Teilungsträger mit einer inkrementalen Teilung und mehreren Referenzmarken von einer Abtasteinrichtung abtastbar ist, und daß durch die Abtastung mehrerer aufeinanderfolgender Referenzmarken die Absolutposition einer Referenzmarke ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarken (Rn) bei der Herstellung in Meßrichtung verlaufend in aufeinanderfolgend gleichen Abständen (A) angebracht sind und Mittel (Mn, Bn) vorgesehen sind, mit denen einzelne Referenzmarken (Rl, R2, R4, R7, RIl) auswählbar sind, so daß nur diese ausgewählten Referenzmarken (Rl, R2, R4, R7, RIl) bei der Abtastung wirksam sind und aus jeweils mindestens zwei wirksamen Referenzmarken (Rl, R2; R2, R4; R4, R7; R7, RIl) die Absolutposition einer wirksamen Referenzmarke (Rl, R2, R4, R7) bestimmt wird.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absolutposition einer Referenzmarke (Rl, R2, R4, R7) durch Abtastung der inkrementalen Teilung (3) zwischen mindestens zwei wirksamen Referenzmarken (Rl, R2; R2, R4; R4, R7; R7, RIl) bestimmt wird.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Absolutposition einer Referenzmarke eine Kombination von wenigstens zwei Abständen zwischen dieser Referenzen marke und wenigstens zwei weiteren Referenzmarken ermittelt wird.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrecke in aufeinanderfol-

,_Q gende Meßzyklen aufgeteilt ist und die möglichen Positionen der wirksamen Referenzmarken innerhalb eines Meßzyklusses in Form eines Abstandsrasters in der Auswerteeinrichtung abgespeichert sind und an diesen möglichen Positionen über-

.,C prüft wird, ob eine Referenzmarke wirksam oder unwirksam ist und in Abhängigkeit des Vergleiches an jeder dieser möglichen Positionen eine Binärinformation erzeugt wird und aus allen Binärinformationen innerhalb eines Meßzyklusses

2Q die Absolutposition bestimmt wird.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anfang jedes Meßzyklusses durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken in einem vorgegebenen Abstandsraster bestimmt ist.

6. Meßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte mit einem Teilungsträger, auf dem eine inkrementale Teilung und mehrere identische Referenzmarken vorgesehen sind sowie mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung der Teilung und der Referenzmarken, wobei die Meßstrecke in aufeinanderfolgende Meßzyklen aufgeteilt ist, gekennzeichnet durch die Kombination folgender

Merkmale:

a) der Anfang jedes Meßzyklusses (Zn) ist durch eine Folge von wirksamen Referenzmarken (ROl,

R02; R03, RO 4; R06, R07; ROlO, ROH) in einem vorgegebenen Abstandsraster bestimmt,

b) dieses Abstandsraster ist in der Auswerteeinrichtung abgespeichert,

c) die Abstände der wirksamen Referenzmarken

(ROn) werden durch Zählung von Inkrementen der Teilung (103) erfaßt,

_lt. d) in Abständen, die vom gespeicherten Abstandsraster vorgegeben sind, wird überprüft, ob Referenzmarken (Ron) wirksam sind oder nicht wirksam sind,

^_n e) der Anfang eines Meßzyklusses (Zn) wird erkannt, wenn an den vom Abstandsraster vorgegebenen Sollpositionen wirksame Referenzmarken festgestellt wurden,

-c- f) in einem weiteren Abstandsraster, das möglichen Positionen von wirksamen Referenzmarken (ROn) entspricht, wird daraufhin überprüft, ob an den möglichen Positionen eine Referenzmarke (ROn) wirksam ist, oder nicht

,.-. wirksam ist,

g) in Abhängigkeit des Vergleiches wird an diesen möglichen Positionen eine Binärinformation (J) ausgegeben und

h) aus den Binärinformationen (J) innerhalb

eines Meßzyklusses (Zn) eine Codeinformation (Cn) gebildet, aus der die Absolutposition bestimmt wird.

[.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzmarken (Ron) bei der Herstellung in Meßrichtung verlaufend in aufeinanderfolgend gleichen Abständen (A) angebracht sind und Mittel vorgesehen sind, mit denen einzelne Referenzmarken (Ron) auswählbar sind, so daß nur diese bei der Abtastung wirksam sind.