DE2735154B1

DE2735154B1 - Laengen- oder Winkelmesssystem

Info

Publication number: DE2735154B1
Application number: DE2735154A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr-Ing Nelle
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1977-08-04
Filing date: 1977-08-04
Publication date: 1978-10-12
Also published as: JPS6215801B2; JPS5448574A; GB2004059A; IT7812725A0; FR2399641B1; DE2735154C2; IT1103778B; FR2399641A1; US4170829A; ATA565278A; GB2004059B; AT382717B; CH636438A5

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Längen- oder Winkelmeßsystem der eingangs genannten Art mit besonders einfachen Mitteln eine möglichst weitgehende, genaue und zuverlässige Fehlerkompensation z. B. von Führungsfehlern oder Fehlern der Meßteilung zu ermöglichen.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einem Längen- oder Winkelmeßsystem der eingangs genannten Art dadurch, daß die Meßteilung mindestens an einer Stelle etwa senkrecht zur Teilungsebene unter Druck- oder Zugeinwirkung entsprechend den Fehlerwerten geringfügig ausgelenkt wird.

Zur Auslenkung der Meßteilung sind Verstellglieder, vorzugsweise Stellschrauben vorgesehen, die an verschiedenen Stellen der Meßteilung angreifen. Die Verstellglieder sind zweckmäßig im Trägerkörper für die Meßteilung angebracht

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung sieht die Kombination zweier Korrektursysteme vor, durch weiche sowohl eine Längsstreckung oder Längsstauchung der Meßteilung zur Kompensation linearer Fehler als auch eine Auslenkung der Meßteilung an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene zur Kompensation nichtlinearer Fehler erfolgt

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.

Beim Kompensationssystem nach der Erfindung werden im einfachsten Falle nur Stellschrauben benötigt die zweckmäßig im Trägerkörper für die Meßteüung vorgesehen sind. Durch die Erfindung wird demnach mit besonders einfachen Mitteln eine Möglichkeit zur Kompensation nichtlinearer Fehler der Maschine und/oder der Meßteüung geschaffen. Hierdurch ergeben sich u. a. günstige Herstellungskosten für die Maschine, weil größere Toleranzen bei der Herstellung einzelner Maschinenbauteile zulässig sind. Auch kann die Lebensdauer der Maschine verlängert werden. Die erfindungsgemäße Kompensationsmethode gestattet nämlich auch bei sich ändernden Fehlerwerten auf einfache Weise und ohne zusätzlichen baulichen Aufwand eine Nachkorrektur der Meßteüung.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt Es zeigt

Fig.1 eine gekapselte Längenmeßeinrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie A-Bder F i g. 1, F i g. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung,

F i g. 4 eine Längenmeßeinrichtung mit einer flexiblen Meßteihing,

F i g. 5 einen Schnitt nach der Linie C-D der F i g. 4,

F i g. 6 ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel,

F i g. 7 einen Schnitt nach der Linie E-F'der F i g. 6.

Mit dem Bezugszeichen 1 ist in der F i g. 1 und 2 die Meßteihing eines an sich bekannten inkrementalen Längenmeßsystems bezeichnet Die Gitterteilung des lichtelektrischen Meßsystems befindet sich an der Oberfläche 1'. Die Meßteihing 1 ist unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht 2 (zweckmäßig Silikonkautschuk) am vorspringenden Teil eines U-förmigen Hohlkörpers 3 befestigt Dachförmige Dichtlippen 4 und 5 aus biegsamen Material schützen die Meßteihing 1 und den Abtastkopf 6 vor störenden Umwelteinflüssen. Die Meßteilung 1 ist hierbei ein Glaskörper, der Hohlkörper 3 zweckmäßig ein stranggezogenes Aluminiumprofil. Der Hohlkörper 3 ist über Befestigungselemente 7 und 8 an einem der relativ zueinander beweglichen Objekte, z. B. am Maschinenbett (nicht dargestellt) befestigt. Der Abtastkopf 6 steht über ein Kupplungselement 9, das außerhalb der neutralen Faser der Meßteüung 1 liegt, mit einem schwertförmigen Mitnehmer 10 in Verbindung, der zwischen den Dichtlippen 4 und 5 hindurchgreift und dessen Bauteil 10' am anderen Objekt z. B. am Maschinenschlitten (nicht dargestellt) befestigt ist. Gekapselte digitale Längenmeßeinrichtungen der vorstehenden Art sind z.B. aus der DE-OS 25 05 587 ίο bekannt.

Zur Kompensation insbesondere von Führungsfehlern der Objekte, an denen das Längen- oder Winkelmeßsystem angebaut ist, sind erfindungsgemäß Stellschrauben 11 vorgesehen, die im Trägerkörper 3 angebracht und von außen einstellbar sind. Mittels der Stellschrauben U wird die Meßteüung 1 an mehreren Stellen senkrecht zur Teilungsebene entsprechend den Fehlerwerten (Führungsfehler und/oder Fehler der Meßteüung) geringfügig ausgelenkt. Dabei wird entsprechend den Dehnungen und Stauchungen der Randzonen des Maßstabskörpers dessen Meßteüung länger bzw. kurzer.

Zur Ermittlung von Fehlerwerten der Maschine und/oder Meßteüung wird zweckmäßig ein Laser- Interferometer benutzt. Die Feststellung der Fehlerwerte beruht auf dem Vergleich der Anzeige des zu prüfenden Meßsystems mit der des Laser-Interferometers. Die Abweichungen beider Anzeigen entsprechen den zu korrigierenden Fehlern, wenn die Meßfehler des Laser-Interferometers vernachlässigbar gering sind. Die entsprechend den Fehlerwerten zu erfolgende Auslenkung der Meßteüung 1 senkrecht zur Teilungsebene wird zweckmäßig an der Maschine, an der das Meßsystem eingesetzt wird, eingestellt. Es ist jedoch auch möglich, die Meßteüung 1 anhand eines Fehlerprotokolls vor dem Anbau an die Maschine entsprechend zu korrigieren.

In F i g. 3 wird über die Verstellglieder 11 in Richtung zu«· Auflagefläche für die Meßteüung 1 hin eine Kraft auf die Meßteüung 1 ausgeübt, die eine Auslenkung senkrecht zur Teüungsebene bewirkt. Außerdem erfolgt mittels einer Verstellschraube 12 über eine Feder 13 noch eine Stauchung d. h. eine lineare Verkürzung der Meßteüung 1. Somit ist eine Kompensation nichtlinearer und linearer Fehler möglich.

F i g. 4 zeigt eine digitale elektrische Längenmeßeinrichtung mit flexibler Meßteüung li, die zweckmäßig ein Stahlband ist. Mittels der Schraube 12i und Zugfeder 13i wird eine lineare Verlängerung der flexiblen Meßteüung Ii bewirkt. Die lineare Dehnung und damit Verlängerung der Meßteüung Ii ist proportional der Federkraft der Zugfeder 13i. Der Abtastkopf 6, ist hierbei auf die Meßteüung Ii geführt. Die flexible Meßteüung Ii wird mittels Schrauben 11 senkrecht zur Teüungsebene entsprechend den Fehlerwerten verformt Diese Korrektur ist proportional dem Abstand zwischen Meßteilung Ii und Ankoppelgelenk 14 des Abtastkopfes 6, und der Durchbiegung der Meßteüung It. Mit 15 ist eine Fläche des Maschinenschlittens, mit 16 eine Fläche des

Maschinenbettes angedeutet.

In F i g. 6 wird die Meßteüung 1, die ein Glaskörper ist, ausschließlich zwischen Verstellschrauben 11, die seitlich an der Ober- und Unterseite des Glaskörpers angreifen, befestigt. Die Gitterteilung befindet sich außerhalb der neutralen Faser des Maßstabkörpers an der Fläche Γ. Durch Dehnen und Stauchen der Randzonen des Glaskörpers 1 wird dessen Meßteüung länger bzw. kürzer. Bei Meßsystemen, bei denen sich der

Abtastkopf wie bei F i g. 6 nicht auf der Meßteilung 1 abstützt, ist die durch Verbiegung der Meßteilung senkrecht zur Teilungsebene erreichbare Korrektur proportional der Maßstabdicke und der Maßstabdurchbiegung.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten lichtelektrischen Meßsysteme beschränkt, sondern sinngemäß auf alle Längen- oder Winkelmeßsysteme mit einer Meßteilung übertragbar.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Längen- oder Winkelmeßsystem, bestehend aus Meßteilung und Abtastkopf an relativ zueinander beweglichen Objekten, mit Mitteln zur Fehlerkompensation insbesondere von Führungsfehlern der vorgenannten Objekte, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1, li) mindestens an einer Stelle etwa senkrecht zur Teilungsebene unter Druck oder Zugeinwirkung entsprechend den Fehlerwerten geringfügig ausgelenkt wird.

2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1, li) mit Hilfe von Verstellgliedern (11), vorzugsweise Stellschrauben (11) an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt wird.

3. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht (2) an einem Trägerkörper (3) befestigt ist und mittels Verstellglieder (11), die in Richtung von der Auflagefläche für die Meßteilung (1) weg eine Kraft ausüben, an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt wird.

4. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) unter Zwischenfügung einer hochelastischen Schicht (2) an einem Trägerkörper (3') befestigt ist und mittels Verstellglieder (11), die in Richtung zur Auflagefläehe für die Meßteilung (1) hin eine Kraft ausüben, an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene ausgelenkt wird

5. Meßsystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) nur an den Endbereichen direkt am Trägerkörper (3') anliegt

6. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) ausschließlich zwischen Verstellgliedern (11), die seitlich an der Ober- und Unterseite der Meßteilung (1) angreifen, befestigt ist und durch entsprechendes Einstellen der Verstellglieder (11) eine Auslenkung der Meßteilung (1) senkrecht zur Teilungsebene bewirkt wird.

7. Meßsystem nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (11) ein flexibles Band, vorzugsweise Stahlband ist, daß mittels Verstellglieder (11) an mehreren Stellen senkrecht zur Teilungsebene verformt wird.

8. Meßsystem nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellglieder (11) im Trägerkörper (3,3', 3i, 3₂) für die Meßteilung (1,1₁) angebracht sind.

9. Meßsystem nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßteilung (1) zur Abschirmung gegen Umwelteinflüsse in einem biegesteifen Hohlkörper (3) befestigt ist und daß die Verstellglieder (11) zum Auslenken der Meßteilung (1) im Hohlkörper (3) vorgesehen sind.

10. Meßsystem nach Anspruch 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Kombination zweier Korrektursysteme, durch welche sowohl eine Längsstauchung oder Längsstreckung der Meßteilung (1 bzw. li) zur Kompensation linearer Fehler als auch eine Auslenkung der Meßteilung (1 bzw. li) an verschiedenen Stellen senkrecht zur Teilungsebene zur Kompensation nichtlinearer Fehler erfolgt

Die Erfindung betrifft ein Längen- oder Winkelmeßsystem, bestehend aus Meßteilung und Abtastkopf an relativ zueinander beweglichen Objekten, mit Mitteln zur Fehlerkompensation insbesondere von Führungsfehlem der vorgenannten Objekte. Die Objekte können das Bett bzw. der Schlitten einer Bearbeitungs- oder Meßmaschine sein.

Bei Bearbeitungs- oder Meßmaschinen können Fehler insbesondere in den Führungen eine tatsächliche Verschiebung bewirken, die entweder durchweg größer oder durchweg kleiner ist als die vom Wegmeßsystem festgestellte Verschiebung. Die tatsächliche Verschiebung kann auch längs des Meßbereiches von einem zu kleinen zu einem zu großen Wert oder umgekehrt wechseln. Problematisch sind dabei Fehler, die außerhalb der geforderten Maschinentoleranzen liegen. Die Herstellung hochgenauer Führungen ist insbesondere bei großen Maschinen schwierig und kostspielig. Außerdem kann es im Laufe der Zeit durch Verschleiß in den Führungen wieder zu einer Überschreitung der zulässigen Maschinentoleranzen kommen. Es gibt bereits verschiedene Korrektursysteme, um derartige

Fehler zu kompensieren oder zu verringern.

Aus der DE-AS 14 77 390 ist es bereits bekannt,

Führungsfehler dadurch zu kompensieren, daß man die Fehler laufend erfaßt, um dann über eine Stelleinrichtung Gegenkräfte auf die Führung der Maschine auszuüben. Derartige Kompensationssysteme sind aufwendig und teuer.

In der DE-OS 20 42 505 wird zur Fehlekompensation ein Korrekturlineal benutzt Das Korrekturlineal wird dabei über ein Hebelsystem abgetastet, das den Abtastkopf für die Meßteilung entsprechend der Korrekturfunktion nachstellt Die Herstellung von Korrekturlinealen ist schwierig und teuer. Auch muß das Korrekturlineal im Laufe der Zeit wegen der sich ändernden Fehlerwerte erneuert werden. Einstellbare Korrekturlineale, wie sie z. B. aus der DE-AS 12 31 595 bekannt sind, sind baulich aufwendig.

Bei einem weiteren bekannten Kompensationsverfahren werden an bestimmten Stellen des Weges, an denen eine Korrektur erfolgen soll, Nocken gesetzt, die beim Überfahren ein Korrektursigna] auslösen (DE-AS 15 52 273). Die Anbringung von Korrekturnocken ist insbesondere bei großen Maschinen aufwendig.

Aus der US-PS 29 88 681 ist es ferner bekannt, Fehler in der Mechanik von Maschinen mit Hilfe eines »Korrekturcomputers« zu kompensieren. Im Computer werden sämtliche Einflußgrößen, die sich auf den Maschinenfehler auswirken, gespeichert, um in Abhängigkeit von der jeweiligen Vorschubposition dem Istsignal das zugehörige Korrektursignal überlagern zu können.
In der US-PS 38 16 002 werden flexible Längenmeßteilungen mittels einer Streckeinrichtung derart gespannt, daß unterschiedliche Längenausdehnungen von Meßteilung und deren Gehäuse — die auf Temperatureinflüsse zurückzuführen sind — praktisch keinen Meßfehler nach sich ziehen.

Korrektureinrichtungen einfacher Bauart sind bereits aus der DE-OS 25 18 745 bekannt geworden. Bei diesen wird zur Kompensation insbesondere von Führungsfehlern an Maschinen die Längenmeßteilung in ihrer Einbaulage entsprechend den Fehlerwerten der Maschine durch Längsstrecken oder Längsstauchen korrigiert und dadurch die Anzeige des Meßwertes berichtigt Diese Methode gestattet die Kompensation von Linearitätsfehlern.