JPS62500543A

JPS62500543A - ２個の部材の位置又はそれらの移動を制御するためにそれらの間の相対的位置を決定するための装置及びこの装置の運転方法

Info

Publication number: JPS62500543A
Application number: JP60504391A
Authority: JP
Inventors: ヘルマン、フエルデイナント
Original assignee: アクチエンゲゼルシャフト・フュ−ル・インヅストリエル・エレクトロニ−ク・アギ−・ロ−ソネ・バイ・ロカルノ
Priority date: 1984-10-08
Filing date: 1985-10-08
Publication date: 1987-03-05
Also published as: EP0198846B1; KR930011888B1; WO1986002156A1; KR880700247A; DE3566038D1; EP0198846A1; US4810892A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】２個の部材の位置又はそれらの移動を制御するためにそれらの間の相対的位置を決定するための装置及びこの装置の運転方法本発明は、２個の部材の間、特に、工作物と工具との間の相対的位置を、それらの位置又は移動を制御するために決定するための装置並びにこの装置の運転方法に関するものである。

２個の部材の相対的位置又は移動を、１マイクロメータの大きさの精度の下に達成し且つ維持の下に、特に、例えば、工作機械における切り粉を発生する金属加工のなめ、又は、電食機械における切り粉を発生しない金属加工のために、工作物と、工具との間における相対的位置又は移動を、１マイクロメータの大きさの精度の下に達成し且つ維持の下に制御することは、当業者に、位置測定それ自身の、必要とされる精度、再現性及び信頼性並びに環境条件（汚染、電場及び磁場など）及びそれらの変動（熱により起こされる長さの変化、振動による周期的変形、加えられる力による緩やかな可塑的変形）により起こされる有害な影響から生ずる問題に当面させる。このような誤差の源の締め出し及び機械によって達成可能な幾何学的精度の改善のために、例えば、工作物の加工の際に、既に、種々の原則が適用され、また、種々の方法及び装置が提案されている。

このようにして、例えば、データの磁気的貯蔵の原理の使用が知られており（ドイツ特許第２０９０７１７５号公報）、これは、２個の部材の間、すなわち、工作物と工具との間の相対的移動を、一方の部材に固着された、その上に周期的キャリブレーション信号を有している磁気トラックと、第二の部材に固着された、磁気トラックの読み取りのための２個の磁気ヘッドとにより測定するようになっている。読み取られる信号を発生及び評価するための特別に構成された回路により、相対的移動がパルスにより、増分として与えられ、この場合、達成された精度は、１パルス当たり、約５マイクロメータであると公称されている。これは、例えば、電食機械の精度に現在課せられている要求及び必要な運転の信頼性を満足させるものでは無い。

なぜならば、磁気トラックの上に記録される周期的な信号は、一方では、周期的誤差のあることがあり、他方では、周囲条件により偶発的な電磁的影響により妨害されたり、又は、消されることがあるからである。

データの光学的貯蔵の原理の使用の下に（ドイツ特許第３００７３１１号公報、アメリカ特許第３，５７８，９７９号明細書）、周期的に交替する明るい及び暗いないしは透光性及び不透光性のしまを設けられたスケールを、光源と、検知手段との組み合わせにより読み取るようにし、この場合、このスケールが、一つの部材の上に、また、光源及び検知手段が、他の部材の上に固着されており、それらの間において、相対的移動が測定されるようになっている。結果は、増分的な位置測定である。多数の走査トラックを有するスケールの特別な形成及び周期的なスケールの増分に相当すると共に相互に位相差がある走査場を有する検知手段の特別な形成により、増分の補間が可能とされ、それ故、達成可能な精度は、向上する。このような装置により、達成可能な精度は、特ニ、モイルしよ（Ｎｏ１ｒ−Ｓｔｒｅｉｆｅｎ−）の形成によりスケールの目盛りの内挿が行なわれる時は、公称的に、１パルス当たり約１マイクロメータである（アメリカ特許第３．７７９．６４７号明細書）、シかしながら、この種類の装置の機能は、汚染により影響を受ける。また、その製作及び調節も困難であり、それ故、価格が高く、シかも、この欠点の減少のためには、例えば、検知手段を、それが使用される機械の上に、直接的に機械的装置により調節可能に配置することが提案されている（ヨーロッパ特許第１０２．４７２号公報）。しかしながら、このような解決は、振動の影響に関しては、満足なものでは無い、仕上げられたスケールを機械の上に正確に固着することにも、また、問題が起こされる。その回避のために、例えば、コード模範が、スケール担体の機械の上への取り付けの後に、始めて施され、このようにして、偏心度誤差を回避することが提案されている（ヨーロッパ特許第４８．４８７号公報）、シかしながら、このような解決は、高価であり、機械の製作の過程において、容易に組み込まれることはできない。

相対的な位置決定の希望される精度を、干渉計の原理の使用の下に達成することが提案されている（アメリカ特許第３．４０９．３７５号明細書）、シかしながら、このために、レーザ光線の高い凝集及び集束が必要であるが、とれは、対応して高価とする。大きな長さ及び距離の測定の際において起こされる問題を幾らか克服するために、特別な解決が提案されているが（アメリカ特許第３．８８４．５８０及び４．１９５．４１２号明細書）、シかしながら、これらの解決は、対応して複雑性を必要としている。また、レーザ干渉計においては、与えられる精度は、はぼ２５ナノメータの大きさの範囲内にあり、この測定方法は、振動により妨害に会うという意味で、余りにも高い、干渉しまけ、相互に識別することが可能では無く、それ故、単に増分が計算可能であるだけであり、従って、機械の何らかの各振動及び、例えば、光束の経路の上の空気の屈折率の熱的な影響による変化が、増分の誤った計数を生じさせる。金属加工機械におけるこれらの問題の克服のための対応する解決は、複雑であり、また、高価である（アメリカ特許第３．５２０．６１３　；３．７０８．６５７及び４．３６５．３０’１号明細書）。

希望される精度の達成のために、相対的位置を決定すべきである部材の上に、測定装置の共同作用をする部材が直接的に配置され、固着されるべきであるという問題が、一般的に生ずる。すなわち、金属加工機械において、コード円板を軸の上に配置し、この軸の回転又は回転位置を精度良、く測定することが、知られている（アメリカ特許第３．９８３，３９１号明細書）、シかしながら、この軸の運動及び位置を対応する部材（工作物又は工具）の上に伝達する駆動装置の中において、精度が失われる。その上、部材の相対的運動の制御が、歯の無い部分、すなわち、軸の逆転の間における歯車の中における遊びに相当する、部材の無駄行程が害され、それは、駆動損失を生じさせ、また、無駄行程は対応して位置の不正確を生じさせる。

それ故、機械的伝動装置を無くシ、ないしは、流体的駆動装置又はリニヤモータに置き換えることが提案されている（アメリカ特許第３．７３６．８１８及び４．２２１−９９５号明細書）。

これらの手段は、希望される精度に寄与はするが、しかしながら、精度は、それら自身からは与えられない。

本発明の課題は、機械部材の間における相対的位置又は移動の制御が、１マイクロメータのオーダにおける精度の達成及び維持の下に、負担可能な費用の下に達成可能である新規な方法を呈示すること、対応する装置を提供すること及びこの装置の運転方法を提案することにあるものである。特に、例えば、工作機械における切り粉を発生する金属加工のために、又は、電食機械における切り粉の発生しない金属加工のために、工作物と工具との間において、１マイクロメータの範囲における位置測定の再現性及び信頼性があり、環境条件の有害な影響及びその変動から広範に免れるようにすることが、できるものである。

この課題は、最初に述べられた装置においては、本発明によると、後記の請求の範囲第１項の特徴項に記載のようなｌｌＩ戊により解決される。

以下、本発明をその実施例を示す添付図面に基づいて詳細に説明する。

添付図面において第１図は、本発明による装置の略図第２図は、円板状データ担体を使用する本発明による装置の１実施例を示す平面図第３図は、直線状データ担体を使用する本発明による装置の実施例を示す平面図である。

本発明装置は、加工機械１を含んでいるが、この機械１は、例えば、電食機械であって良い、この機械１は、実際的にＵ字形の枠を有しており、これは、その脚の一つ２の上に横たわっている。下方の脚２の頂部の上には、テーブル３があり、その上には、工作物４が固着され、この工作物４は、工具５の助けにより加工される。この工具５は、保持器６にその１端部において固着されており、また、保持器６は、機械１の枠の上方の脚７の中に配置されている。保持器６は、垂直方向にも、水平方向にも、工作物４の加工を制御するプログラムに応じて動かされることができるようになっている。工具５の上部において、保持器６の上にデータ担体１０が配置されている。このデータ担体１０は、保持器６に強固に固着されることができ、又は、データ担体１０は、駆動装置１１により、保持器６に連結されることもできる。この駆動装置１１は、被駆動部材（図示されていない）をも含んでおり、これにより、データ担体１０が、たとえ、保持器６、従って、電極５も、また、静止していても、動かされることできるようにする。

データ担体１０は、走査ヘッド１５を付属されており、しかも、有利には、その下側から付属されており、これにより、この走査ヘッド１５が、データ担体１０に関して動くことができるようになっている。

走査ヘッド　１５は、スライダ１６の中にあるが、このスライダ１６は、機械の枠の下方の脚２に連結されている。しかしながら、事情によっては、スライダ１６は、工作物４に強固に連結されることもできる。走査ヘッド１５は、評価回路１７に接続されており、この評価回路１７の中において、走査ヘッド１５において読み取られるデータが処理される。対応する信号が、導線１８を介して保持器６の駆動装置２０に供給され、これにより、この駆動装置２０が、保持器６を、プログラムの命令並びに評価回路１７からの信号をも考慮の下に、制御されることができる。

第２図は、円板状データ担体１０の平面図であるが、これは、保持器６に強固に固着されている。スライダ１６は、走査ヘッド１５を支持しているが、その探触スリット２１は、破線により示されている。データ担体１０は、同心に延びているトラック　２２を有しており、これらのトラック　２２の中に、データが磁気的、光学的、又は、同様に記入されている。データ担体１０のトラック　２２は、領域２３に分割されている。このトラック２２及び領域２３の中には、情報が記入されるが、これらの情報は、当該の領域２３及び当該のトラック２２の一義的な識別を可能とさせる。

データ担体１０の走査のために、その中を走査ヘッド　１５がしゆう動自在に軸受けされているスライダ１６が、放射方向Ｒにか、接線方向Ｔにか、又は、両方向にか同時にか動かされないしは揺動される。

データ担体１０は、しかしながら、第３図に略図により示されるように、直線状に実施されることもできる。このようなデータ担体１０は、バンドとして実施され、この場合、このバンドの１端部は、保持器６に固着される。このデータ担体１０の下には、スリット２１を有している走査ヘッド１５が置かれるが、これは、スライダ１６の中に可動的に軸受けされている。この場合にも、スライダ１６は、方向Ｔ及び（又は）Ｒに動かされることができる。

機械部材の位置の決定のためには、まず、各トラックの中の各領域に対して、これらの特定の領域及びトラックの一義的な識別を形成する情報が、記録トラック及び領域に分割された、磁気的又は光学的に読み取り可能であるデータ担体の上に貯蔵される。このデータ担体は、円板状又は直線状であり、これにより、特定の構造に応じて、この情報が、回転運動又は長手運動に関して、機械部材の位置決めのために使用されることでき・るようにする、データ貯蔵の種類は、それ自身公知であり、例えば、磁気的に読み取り可能なデータのために、磁化可能な担体の上の磁化された領域の連続の形、あるいは、光学的に読み取り可能なデータのために、鏡平滑な担体の上の穴の連続又は非鏡面化された箇所の連続の形である。

その後、情報担体は、一つの機械部材の上に固着され、一方、対応する読み取りヘッドーーデータ担体の種類に応じて、それ自体公知の、例えば、磁気板（例えば、いわゆる、フロッピーディスク及びビンチェスタ板）又は光学的板（例えば、いわゆる、ビデオディスク）に対するような種類の磁気的又は光学的読み取りヘッドーーが、他の機械部材の上に固着される。当該の機械部材は、それらの間における相対的位置を測定すべきである、又は、運動を制御すべきである機械部材であり、読み取りヘッドは、データ担体に関して、データ担体の読み取りヘッドによる確実な読み取りが保証されるように配置されるが、このことは、例えば、磁気的又は光学的円板又は板の上におけるデータ貯蔵の技術から、同様に、それ自体公知である。

読み取りヘッドは、機械部材の間における相対的位置の決定のためのユニットの内部において、読み取りヘッドの信号の、他の処理可能な２通信号への変換のための普通の評価回路を後続されている。

位置信号が、機械部材の相対的位置又は運動に対して評価回路に接続された制御手段に定常的に供給されることを確実とするために、読み取りヘッドから評価回路への定常的なデータの供給を確実にするために、読み取りヘッドのデータ担体に関する定常的な相対的運動が、機械部材が相互に静止している時にも、駆動装置により与えられることができる。一つの変形実施例においては、データ担体は、回転対称的に、例えば、駆動装置により定常的に回転する板又は駆動装置により定常的に回転するリングの形状であっても良く、このことは、読み取りヘッドの板に対する定常的な相対的運動を保証する１機械部材の相対的往復運動に対応する読み取りヘッドの板に対する相対的運動は、この場合、板に対して本質的に放射方向に行なわれ、この場合、放射方向に向けられた運動か、らのわずかな反れ（例えば、１ｏ°よりも小さな反れ）が、内挿される精密調整（反れ角度に対する三角法の関係における精密運動）をもたらす目的で設けられることができる。他の変形実施例においては、データ担体は、例えば、機械部材に固着されている直線状のバンドの形状に形成されることができ、また、その時には、読み取りヘッドは、他の機械部材に駆動装置により、それが周期的に中心位置の回りを揺動し、その場合に、データ担体に対して周期的に運動をし、しかも、機械部材の相互の相対的静止の場合にも、また、周期的に運動をするように配置される。

この最後に述べられた変形実施例のＰ４きには、２個の実施形態の可能性がある。一つの実施形態においては、読み取りヘッドの周期的運動は、検出されるべき機械部材の相対的運動と同じ方向に行なわれ、従って、データが同様にこの長手方向に且つ直線状に、すなわち、１元的に（しかしながら、なお、依然として、領域に分割されて）書き込まれているデータ担体の長手方向に行なわれる。読み取りヘッドの周期的長手運動の間に、読み取りヘッドは、その上にデータを貯蔵された且つこの領域を識別する少なくとも１個の領域の上を通るが、このデータは、制御ユニットにより定常的に処理され、制御手段に付与され、位置の確実な制御を保証する。この実施例は、迅速な粗い位置決めに関連して使用されることができる。なぜならば、解像度が、データ領域が直線状に前後に並べられ、各データ領域がそれぞれ１個の位置を規定するので、減少されるからである。しかしながら、個々のデータ領域の中に貯蔵されたデー、夕の適当な符号化の場合には、内挿が実施可能であり、また、その時には、この実施形態は、精密調整に対しても使用可能である。

他の実施形態においては、読み取りヘッドの周期的運動は、検出されるべきＲｈ５部材の相互の相対的運動の方向に対して、本質的に直角に横たわっている方向、従って、あたかも、データ担体の長手方向に行なわれ、データ担体それ自体は、２元的にデータを設けられており、すなわち、データ担体の横方向に延びている領域を有しており、これらのデータは、データ担体の長方向に対して相互に平行に且つ相並んで配置されて横たわっている。読み取りヘッドの周期的横運動の際に、この読み取りヘッドは、その上に貯蔵された且つこれを識別するデータを走査するが、このデータは、ユニットにより定常的に処理され、制御手段へ渡され、これにより、位置の確実な制御を保証する。読み取りヘッドの横運動は、読み取りヘッドが、例えば、その運動を保証するために、スライダに固着されるか、あるいは、旋回腕（例えば、その端部において）に固着されるかに応じて、直線状にか、又は、円弧状にか行なわれることもできることは、良く理解することができるところである。

本発明の運動学的な逆転の一般的な概念の一つの展開においては、読み取りヘッドが一つの機械部材に固着され、データ担体が、他の機械部材に周期的に可動であるように固着されることもできる６本質的には、この場合に、用語「読み取りヘッド」及び「データ担体」が、相互に交換される時には、前の実施形態が利用可能である。

２個の機械部材の間における相対的位置の決定のための上述の装置の、それらの位置又は移動の制御の目的で運転するためには、次ぎの方法段階が実施される。

すなわち、データを磁気的又は光学的に読み取り可能な、書き込みトラック及び書き込み領域に分割されたデータ担体の上に貯蔵することと、一つの機械部材の上に配置されたデータ担体を、他の機械部材の上に配置された読み取りヘッドにより読み取ることと、読み取られるデータを機械部材の相互の相対的位置の、機械部材の相互の位置又は移動の制御のために使用される測定値に協同させることとから成り立っており、この場合、データは、各トラックの中の領域の上に貯蔵されたデータが、当該の領域及び当該のトラックの一義的な識別を可能とさせるように符号化されものである。

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Claims

【特許請求の範囲】

１．２個の部材、特に、工作物と、工具との間における相対対的位置を、工具の位置、又は、移動を制御する目的で決定するための装置において、磁気的又は光学的に読み取り可能な、記録トラック及び領域に分割されたデータ担体を有し、このデータ担体の上には、情報が記憶されており、この情報は、各トラックの中の各領域に対して、当該の領域及び当該のトラックの一義的な識別を可能とし、また、データ担体は、一つの機械部材の上に配置され、一方、対応する読み取りヘッドが、他の機械部材の上に配置されるようにしたことを特徴とす相対的位置決定装置。
２．データ担体が、円板状に形成されている請求の範囲第１項記載の相対的位置決定装置。
３．データ担体が、直線状に形成されている請求の範囲第１項記載の相対的位置決定装置。
４．データ担体が、一つの機械部材の上に、また、対応する読み取りヘッドが、他の機械部材の上に、固定的に配置されている請求の範囲第１，２又は３項記載の相対的位置決定装置。
５．機械部材の一つに配置されたデータ担体の場合に、読み取りヘッドが、他の機械部材に、それが、機械部材の相対的静止の場合にも、また、データ担体に関して定常的な相対的運動を与えられることができるように配置され且つ固着されている請求の範囲第１，２又は３項記載の相対的位置決定装置。
６．データ担体が、回転対称的に形成されており、対応する機械部材に定常的に回転するように配置されている請求の範囲第５項記載の相対的位置決定装置。
７．読み取りヘッドが、データ担体に関して、これに対して本質的に放射方向に動くことを可能とされている請求の範囲第６項記載の相対的位置決定装置。
８．読み取りヘッドが、データ担体に関して、１０°よりも小さく放射方向から偏って動くことができるようになっている請求の範囲第６項記載の相対的位置決定装置。
９．データ担体が、一つつの機械部材に固定されている直線状のバンドの形に形成されており、他の機械部材の読み取りヘッドが、駆動装置により、それが、中央位置の回りに周期的に往復運動可能とされ、この場合に、機械部材の相対的静止の際にも、また、相互に、データ担体に対して、周期的運動をされること可能であるように配置されている請求の範囲第５項記載の相対的位置決定装置。
１０．データ担体が、それらの長手方向により機械部材の相対的運動の方向に対して本質的に平行に配置されており、また、それがその長手方向に対して平行に１元的に記録されたデータを設けられており、読み取りヘッドが、同様に、この方向に対して平行に動くことができるようになっている請求の範囲第９項記載の相対的位置決定装置。
１１．データ担体が、その長手方向を、機械部材の相対的運動の方向に対して本質的に平行にして配置されており、また、データ担体が、この方向に対して本質的に垂直に延びている、相互に平行に且つデータ担体の長手方向に隣接して配置されて横たわっている領域の上に、貯蔵されたデータを設けられており、更に、読み取りヘッドが、同様に、この方向に対して直角方向に動くことができるようになっている請求の範囲第９項記載の相対的位置決定装置。
１２．領域並びに読み取りヘッドの運動が、直線状である請求の範囲第１１項記載の相対的位置決定装置。
１３．読み取りヘッドが、スライダの上に配置されている請求の範囲第１２項記載の相対的位置決定装置。
１４．領域並びに読み取りヘッドの運動が、円弧状である請求の範囲第１１項記載の相対的位置決定装置。
１５．読み取りヘッドが、旋回自在に配置されている請求の範囲第１４項記載の相対的位置決定装置。
１６．一つの機械部材に配置された読み取りヘッドの場合に、データ担体が他の機械部材に、機械部材が相互に静止している時にも、それが、読み取りヘッドに関する定常的な相対的運動を与えられることができるように、動力駆動装置によって配置され且つ固着されている請求の範囲第１，２又は３項記載の相対的位置決定装置。
１７．データ担体が、回転対称的に形成されており、対応する機械部材に定常的に回転するように配置されている特許請求の範囲第１６項記載の相対的位置決定装置。
１８．データ担体が、読み取りヘッドに関して、これに対して本質的に放射方向に動くことを可能とされている請求の範囲第１７項記載の相対的位置決定装置。
１９．データ担体が、読み取りヘッドに関して、１０°よりも小さく放射方向から偏って動くことができるようになっている請求の範囲第１７項記載の相対的位置決定装置。
２０．読み取りヘッドが、一つの機械部材に固定して配置されており、また、データ担体が、直線状のバンドの形状に形成されており、他の機械部材には、駆動装置を介して、それが、周期的に中央位置の回りを往復運動可能とされており、この場合に、機械部材の相対的的静止状態の際にも、また、相互に、読み取りヘッドに対して周期的運動をされることが可能であるように配置されている請求の範囲第１６項記載の相対的位置決定装置。
２１．データ担体が、その長手方向を、機械部材の相対的運動の方向に対して本質的に平行にして配置されており、その長手方向に対して平行に一義的に記録されたデータを設けられており、また、同様に、この方向に対して平行に動くことが可能となっている請求の範囲第２０項記載の相対的位置決定装置。
２２．データ担体が、その長手方向を、機械部材の相対的運動の方向に対して本質的に平行にして配置されており、また、この方向に対して本質的に垂直に延びている、相互に平行であり且つ隣接してデータ担体の長手方向に配置されて横たわっている領域の上には、貯蔵されたデータを設けられており、同様に、この長手方向に対して直角に動くことが可能となっている請求の範囲第２０項記載の相対的位置決定装置。
２３．領域並びにデータ担体の運動が、直線状である請求の範囲第２２項記載の相対的位置決定装置。
２４．データ担体が、スライダの上に配置されている請求の範囲第２３項記載の相対的位置決定装置。
２５．領域並びにデータ担体の運動が、円弧状である請求の範囲第２２項記載の相対的位置決定装置。
２６．データ担体が、旋回腕の上に配置されている請求の範囲第２５項記載の相対的位置決定装置。
２７．２個の部材の間における相対的位置を決定するための装置を運転するための方法において、データを磁気的、又は、光学的に読み取り可能な、記録トラック及び記録領域に分割されたデータ担体の上へ貯蔵することと、一つの機械部材の上に配置されたデータ担体を、他の機械部材の上に配置された読み取りヘッドにより読み取ることと、読み取られたデータを、機械部材の相対的位置、又は、運動を制御するために使用される、機械部材の相対的位置の測定値に協同させることとから成り立っており、前記データは、各トラックの中の各領域の上に貯蔵されたデータが、特定の領域及び特定のトラックの一義的な識別を許すように符号化されていることを特徴とする運転方法。