DE9201104U1 - Sensor - Google Patents
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Description
Firma SIKO GmbHCompany SIKO GmbH
Postfach 11 06PO Box 11 06
7815 Kirchzarten7815 Kirchzarten
Die Erfindung betrifft einen Meßwertgeber zum Erfassen der Position eines drehenden Elementes eines Werkzeuges oder Werkstückes mit einer lösbaren, auf das Element aufgesetzten Kupplung, insbesondere einer Hohlwelle, zur Abnahme der zu messenden Positionierbewegung durch ein mechanisches Zählwerk mit mechanischer Positionsanzeige, welches über zumindest ein Antriebsrad mit der Kupplung verbunden ist und mit einem Steuerimpulsgeber zum Erzeugen von Steuerimpulsen als Positions-Ist-Wert-Geber, welcher mit einer Elektronikeinheit verbunden ist.The invention relates to a measuring sensor for detecting the position of a rotating element of a tool or workpiece with a detachable coupling placed on the element, in particular a hollow shaft, for recording the positioning movement to be measured by a mechanical counter with a mechanical position display, which is connected to the coupling via at least one drive wheel and with a control pulse generator for generating control pulses as an actual position value transmitter, which is connected to an electronic unit.
Es sind bereits mechanische Positionsanzeigen mit digitaler Anzeige bekannt, die z.B. an einem Ende einer Verstellspindel aufgesetzt werden können. Die Anzeigeauflösung solcher Zählwerke liegt in der Regel im Bereich einer Verstellbewegung von 1/10 mm. Konstruktionsbedingt ist es bei dem gegenwärtigen Stand der Technik nicht möglich, bei mechanischen Positionsanzeigen mit Zahlenrollen sowohl einen positiven als auch einen negativen Wertebereich anzuzeigen. Bei Überfahren eines Nullpunktes wird beginnend mit dem maximalen Wert 999... 9 abwärts gezählt. Dies erweist sich vor allem als nachteilig bei zu messenden relativen Verstellbewegungen, wobei in vielenMechanical position indicators with digital displays are already known, which can be attached to one end of an adjustment spindle, for example. The display resolution of such counters is usually in the range of an adjustment movement of 1/10 mm. Due to the design, it is not possible with the current state of technology to display both a positive and a negative value range with mechanical position indicators with number rollers. When a zero point is passed, the countdown begins with the maximum value 999... 9. This is particularly disadvantageous when measuring relative adjustment movements, whereby in many
Fällen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, die Messung von Relativmaßen von größerer Wichtigkeit ist.cases, especially in machine tools, the measurement of relative dimensions is of greater importance.
Bisher werden mechanische Positionsanzeigen für die Relativmaß-Messung in der Regel mit einer Rücksetztaste ausgestattet. Zum Teil werden diese Geräte auch mit zwei Zählwerken ausgerüstet, wobei ein Zählwerk der Absolutmaßmessung dient, während ein weiteres mit einer Rücksetztaste ausgerüstet ist, um ein Relativmaß erfassen zu können.Up to now, mechanical position indicators for relative measurement have generally been equipped with a reset button. Some of these devices are also equipped with two counters, with one counter being used for absolute measurement, while another is equipped with a reset button to be able to record a relative measurement.
Neben der Unfähigkeit, Maße mit wechselnden Vorzeichen anzeigen zu können, haben solche bekannten Zählwerke mit Rücksetztaste in der Regel den Nachteil eines hohen mechanischen Aufwandes, geringer Zuverlässigkeit und nur begrenzter Zählgeschwindigkeit.In addition to the inability to display measurements with changing signs, such known counters with a reset button usually have the disadvantage of high mechanical complexity, low reliability and only limited counting speed.
Ferner ist aus der DE-PS 34 19 499 ein Meßwertgeber der o.g. Art bekannt, bei dem ein Zähler mit mechanischem Zählwerk als visueller Positionsanzeiger und ein Steuerimpulsgeber zum Erzeugen von Steuerimpulsen als Positions-Ist-Wert-Geber mit der Kupplung verbunden sind. Diese Steuerimpulse können beispielsweise außerhalb des Meßwertgebers zur sehr genauen Steuerung einer entsprechenden Werkzeugmaschine dienen, haben aber innerhalb des Meßwertgebers ansonsten keine weiteren Funktionen.Furthermore, a measuring sensor of the above-mentioned type is known from DE-PS 34 19 499, in which a counter with a mechanical counter as a visual position indicator and a control pulse generator for generating control pulses as an actual position value sensor are connected to the coupling. These control pulses can, for example, be used outside the measuring sensor for the very precise control of a corresponding machine tool, but have no other functions within the measuring sensor.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwertgeber der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die genannten Nachteile vermeidet und insbesondere im Aufbau sehr kompakt ist und sich mit geringem Aufwand montieren läßt.The present invention is based on the object of creating a measuring sensor of the type mentioned at the beginning, which avoids the disadvantages mentioned and, in particular, is very compact in construction and can be installed with little effort.
Zur Lösung dieser Aufgabe führt, daß die Elektronikeinheit als elektronisches Zählwerk mit einer elektronischen Positionsanzeige ausgebildet ist, die in dem selben Gehäuse wie das mechanische Zählwerk und die mechanischeTo solve this problem, the electronic unit is designed as an electronic counter with an electronic position indicator, which is housed in the same housing as the mechanical counter and the mechanical
Positionsanzeige untergebracht ist und parallel zu diesem wirkt.Position indicator is housed and works parallel to it.
Mit dieser parallelen elektronischen Positionsanzeige sollen vor allem Relativmaße erfaßt werden. Damit hat man bei der vorliegenden Erfindung sowohl eine visuelle Positions-anzeige durch ein mechanisches Zählwerk, wie auch eine visuelle Positionsanzeige durch ein elektronisches Zählwerk. Während bei der mechanischen Positionsanzeige eine Auflösung in der Regel von etwa 1/10 mm gegeben ist, bietet die elektronische Positionsanzeige eine Auflösung von bis zu 1/100 mm und dies bei einer sehr kompakten Ausgestaltung des Meßwertgeber und kleinsten Abmessungen. Durch diese Möglichkeit der unterschiedlichen Auflösungen des mechanischen Zählwerkes und des elektronischen Zählwerkes wird eine sehr genaue Auflösung für eine Feinjustierung zur Verfügung gestellt. Während sich die Anzeigegenauigkeit des mechanischen Zählwerkes darauf beschränkt, eine visuelle Information mit etwas gröberer Auflösung für die jeweilige Position zu geben (Absolutwerterfassung), die im allgemeinen für einen Voreinrichtbetrieb z.B. bei einer Werkzeugmaschine in den meisten Fällen ausreichend ist, gestattet die zusätzliche elektronische Feinstauflösung auch eine entsprechende Feinjustierung.This parallel electronic position indicator is primarily intended to record relative measurements. This means that the present invention provides both a visual position indicator using a mechanical counter and a visual position indicator using an electronic counter. While the mechanical position indicator generally has a resolution of around 1/10 mm, the electronic position indicator offers a resolution of up to 1/100 mm, and this with a very compact design of the sensor and the smallest dimensions. This possibility of different resolutions for the mechanical counter and the electronic counter provides a very precise resolution for fine adjustment. While the display accuracy of the mechanical counter is limited to providing visual information with a somewhat coarser resolution for the respective position (absolute value recording), which is generally sufficient for pre-setting operations, e.g. on a machine tool, in most cases, the additional electronic ultra-fine resolution also allows for corresponding fine adjustment.
Die vorliegende Erfindung bietet auch die Möglichkeit für die elektronische Positionsanzeige einen entsprechenden digitalen Positionsanzeiger, wie beispielsweise eine LCD-Anzeige zu verwenden. Dabei sollen elektronische Positionsanzeige und mechanische Positionsanzeige bevorzugt im gleichen Gehäuse und nahe beieinander angeordnet sein. Hierdurch ist auf einen Blick die Erfassung der entsprechenden Maße möglich. Im übrigen finden elektronische Steuerimpulsgeber und Zählwerke mit einem relativ geringen Energiebedarf Anwendung, wie dies beispielsweise bei kapazitiven Meßsystemen, die später noch beschrieben werden, gegeben ist. Diese AusgestaltungThe present invention also offers the possibility of using a corresponding digital position indicator, such as an LCD display, for the electronic position indicator. The electronic position indicator and the mechanical position indicator should preferably be arranged in the same housing and close to one another. This makes it possible to record the corresponding dimensions at a glance. In addition, electronic control pulse generators and counters with a relatively low energy requirement are used, as is the case, for example, with capacitive measuring systems, which will be described later. This design
erlaubt, daß das elektronische Zählwerk mit einer autonomen Energieversorgung ausgestattet ist, so daß eine aufwendige externe Verkabelung entfallen kann. Eine autonome Energieversorgung bietet eine entsprechende Batterie (Knopf batterie) oder gar eine Solarzelle bzw. eine Kombination aus beiden.allows the electronic counter to be equipped with an autonomous energy supply, so that complex external cabling is not required. An autonomous energy supply is provided by a suitable battery (button battery) or even a solar cell or a combination of both.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die mechanische Positionsanzeige eine an sich bekannte Welle mit entsprechenden Zahlenrollen auf, wobei bevorzugt der Steuerimpulsgeber dieser Welle zugeordnet ist. Dreht sich die Welle und die Zahlenrollen, so wird auch das elektronische Zählwerk angesprochen. Hierdurch wird eine enge Kopplung zwischen mechanischem und elektronischem Zählwerk gewährleistet und eine Fehlerquelle minimiert. Soll dann beispielsweise durch ein dazwischengeschaltetes Getriebe mit unterschiedlichen Zwischenrädern einer entsprechenden Spindelsteigung oder einer gewünschten Anzeigenauflösung Rechnung getragen werden, so wird durch die Änderung dieses Getriebes sowohl das elektronische, wie auch das mechanische Zählwerk gleichzeitig beeinflußt. Zusätzliche Änderungen oder Anpassungen beim einen oder anderen sind nicht mehr notwendig.In the preferred embodiment, the mechanical position indicator has a shaft known per se with corresponding number rollers, whereby the control pulse generator is preferably assigned to this shaft. If the shaft and the number rollers rotate, the electronic counter is also addressed. This ensures a close coupling between the mechanical and electronic counter and minimizes a source of error. If, for example, a corresponding spindle pitch or a desired display resolution is to be taken into account by means of an intermediate gear with different intermediate gears, then changing this gear affects both the electronic and the mechanical counter simultaneously. Additional changes or adjustments to one or the other are no longer necessary.
In einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es auch möglich sein, zwischen das Antriebsrad und das mechanische Zählwerk ein bereits oben erwähntes Getriebe mit Zwischenrädern einzuschalten. Falls gewünscht kann der Steuerimpulsgeber auch einem dieser Zwischenräder zugeordnet sein.In another embodiment of the invention, it may also be possible to insert a gear with intermediate gears as mentioned above between the drive wheel and the mechanical counter. If desired, the control pulse generator can also be assigned to one of these intermediate gears.
Ferner ist auch denkbar, daß der Steuerimpulsgeber direkt dem Antriebsrad zugeordnet ist, so daß das Antriebsrad der "Meßwertgeber sowohl für das mechanische, wie auch das elektronische Zählwerk ist.It is also conceivable that the control pulse generator is assigned directly to the drive wheel, so that the drive wheel is the "measuring sensor for both the mechanical and the electronic counter.
Ferner besteht die Möglichkeit auf der oben erwähntenFurthermore, there is the possibility of using the above-mentioned
Kupplung ein weiteres Antriebsrad anzuordnen oder aber das bereits erwähnte Antriebsrad mit einem zusätzlichen Zwischengetriebe für das elektronische Zählwerk zu versehen. All diese Ausführungsbeispiele sollen vom Erfindungsgedanken mit umfaßt sein.Coupling to arrange another drive wheel or to provide the already mentioned drive wheel with an additional intermediate gear for the electronic counter. All of these embodiments are intended to be included in the inventive concept.
Als Steuerimpulsgeber können alle bekannten Sensoren Anwendung finden. Bevorzugt allerdings ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Steuerimpulsgeber kapazitiv ausgebildet, wobei eine drehende Einheit als Rotor und eine oder mehrere feststehende Einheit als Stator ausgebildet sind. Der Rotor kann eine selbständige drehende Scheibe oder aber ein bereits vorhandenes Getriebeelement wie beispielsweise ein Zwischenrad sein, dem dann eine entsprechende Scheibe als Stator zugeordnet ist. Vorhandene Getriebeelemente können auch so ausgeformt sein, daß sie bereits selbst als Rotor wirken. Der Stator bzw. die Statoren sind mit der Elektronikeinheit verbunden und geben die Steuerimpulse an diese ab. Ein derartiger Steuerimpulsgeber kann im übrigen auch mit einem induktiven oder optoelektronischen Sensor ausgestattet sein. Hier sind viele Möglichkeiten denkbar, die auch vom Erfindungsgedanken umfaßt sein sollen.All known sensors can be used as control pulse generators. However, in the present embodiment, the control pulse generator is preferably designed to be capacitive, with a rotating unit as the rotor and one or more fixed units as the stator. The rotor can be an independent rotating disk or an existing gear element such as an intermediate gear, to which a corresponding disk is then assigned as the stator. Existing gear elements can also be designed in such a way that they themselves already act as a rotor. The stator or stators are connected to the electronic unit and transmit the control pulses to it. Such a control pulse generator can also be equipped with an inductive or optoelectronic sensor. Many possibilities are conceivable here, which are also intended to be covered by the inventive concept.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Rücksetztaste für die elektronische Positionsanzeige, wodurch das elektronische Zählwerk bei einer beliebigen Position auf Null oder einen anderen festen Wert gesetzt werden kann. Dies ist ein ganz wesentlicher Vorteil der vorliegenden Erfindung, der bislang durch die mechanischen Zählwerke nicht oder nur mit erheblich hohem Aufwand in die Tat umgesetzt werden konnte.Another important feature of the present invention is a reset button for the electronic position indicator, whereby the electronic counter can be set to zero or another fixed value at any position. This is a very important advantage of the present invention, which could not previously be implemented with mechanical counters or only with considerable effort.
Ferner erlaubt das elektronische Zählwerk auch die Erfassung von Wertebereichen mit wechselnden Vorzeichen und Zählrichtung.Furthermore, the electronic counter also allows the recording of value ranges with changing signs and counting directions.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter
Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
5Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing, which shows in
5
Figur 1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Meßwertgebers;Figure 1 is a front view of a sensor according to the invention;
Figur 2 einen Querschnitt durch den Meßwertgeber gemäß Figur 1.Figure 2 shows a cross section through the sensor according to Figure 1.
Ein erfindungsgemäßer Meßwertgebern P weist gemäß den Figuren 1 und 2 ein Gehäuse 1 auf, welches von einer Hohlwelle 2 durchsetzt ist. In einer nicht näher gezeigten Gebrauchslage wird der Meßwertgeber P über diese Hohlwelle 2 auf eine nicht näher gezeigte Drehwelle, beispielsweise eine Verstellspindel einer Werkzeugmaschine aufgesetzt, deren Drehung vom Meßwertgeber P erfaßt werden soll. Zur Festlegung der Hohlwelle 2 auf der nicht näher gezeigten Drehwelle dient z.B. eine Stiftschraube 3.According to Figures 1 and 2, a sensor P according to the invention has a housing 1 through which a hollow shaft 2 passes. In a position of use not shown in detail, the sensor P is placed via this hollow shaft 2 onto a rotary shaft not shown in detail, for example an adjusting spindle of a machine tool, the rotation of which is to be detected by the sensor P. A stud screw 3, for example, is used to fix the hollow shaft 2 onto the rotary shaft not shown in detail.
Auf der Hohlwelle 2 sitzt drehfest ein Antriebsrad 4 aufgeschoben, welches beispielsweise als Antriebszahnrad bzw. als Hohlrad ausgebildet sein kann. Die Drehbewegung dieses Antriebsrades 4 wird über mehrere Zwischenräder 5 auf eine Welle 6 übertragen, welche Teil eines mechanischen Zählwerkes M ist. Die Übersetzung zwischen dem Antriebsrad 4 und dem mechanischen Zählwerk M über die Zwischenräder 5 kann je nach Spindelsteigung und gewünschter Anzeigenauflösung gewählt werden. Dem mechanischen Zählwerk M ist dann eine mechanische Positionsanzeige 7 zugeordnet.A drive wheel 4 is pushed onto the hollow shaft 2 in a rotationally fixed manner, which can be designed as a drive gear or as a hollow gear, for example. The rotary movement of this drive wheel 4 is transmitted via several intermediate wheels 5 to a shaft 6, which is part of a mechanical counter M. The transmission ratio between the drive wheel 4 and the mechanical counter M via the intermediate wheels 5 can be selected depending on the spindle pitch and the desired display resolution. A mechanical position indicator 7 is then assigned to the mechanical counter M.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 und 2 dient die Welle 6 für eine erste Zahlenrolle 8 der mechanischen Positionsanzeige 7 gleichzeitig auch als Antrieb für einen Steuerimpulsgeber 9, der über eine entsprechende Leitung 10 mit einem elektronischen Zählwerk E verbunden ist. TeilIn the embodiment according to Figures 1 and 2, the shaft 6 for a first number roller 8 of the mechanical position indicator 7 simultaneously serves as a drive for a control pulse generator 9, which is connected to an electronic counter E via a corresponding line 10. Part
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dieses elektronischen Zählwerkes E ist eine Elektronikeinheit 11, die wiederum eine Verbindung über eine Leitung 12 mit einer elektronischen Positionsanzeige 13 aufweist. Die Elektronikeinheit 11 sitzt auf einem Träger 14 innerhalb des Gehäuses 1.of this electronic counter E is an electronic unit 11, which in turn has a connection via a cable 12 to an electronic position indicator 13. The electronic unit 11 sits on a carrier 14 inside the housing 1.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel eines Steuerimpulsgebers 9 handelt es sich um einen kapazitiven Steuerimpulsgeber, wobei eine mit der Welle 6 rotierende Scheibe 15 einer über die Leitung 10 mit der Elektronikeinheit 11 verbundenen Statorscheibe 16 zugeordnet ist. In Zusammenwirken mit der Elektronikeinheit 11 werden durch Rotor 15 und Stator 16 entsprechende Steuerimpulse erzeugt, die gezählt und in der elektronischen Positionsanzeige 13 dargestellt werden.In the present embodiment of a control pulse generator 9, it is a capacitive control pulse generator, where a disk 15 rotating with the shaft 6 is assigned to a stator disk 16 connected to the electronic unit 11 via the line 10. In cooperation with the electronic unit 11, the rotor 15 and stator 16 generate corresponding control pulses, which are counted and displayed in the electronic position display 13.
Durch die direkte Kopplung von mechanischem Zählwerk M und elektronischem Zählwerk E wird ein Höchstmaß an Abstimmung zwischen beiden Zählwerken erreicht. Vom Benutzer kann die parallele Funktion über die beiden nahe beieinanderliegenden Positionsanzeigen überprüft werden.The direct coupling of the mechanical counter M and the electronic counter E achieves the highest level of coordination between the two counters. The user can check the parallel function via the two position indicators that are located close to each other.
Ferner ist für das elektronische Zählwerk E eine Rücksetztaste 17 vorgesehen, durch welche das elektronische Zählwerk E bei einer beliebigen Maßanzeige- bzw. Spindelstellung auf Null oder einen anderen Wert gesetzt werden kann. Die Rücksetztaste 17 kann auch die kombinierte Funktion einer Umschalt-/Rücksetztaste haben. Eine Betätigung schaltet dann zwischen einer Absolutmaßanzeige und einer Nullung/Relativraaßanzeige um.Furthermore, a reset button 17 is provided for the electronic counter E, by means of which the electronic counter E can be set to zero or another value at any measurement display or spindle position. The reset button 17 can also have the combined function of a toggle/reset button. Pressing it then switches between an absolute measurement display and a zeroing/relative measurement display.
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