DE4200597A1 - Einrichtung zum messen und einstellen von laengen mit einem, einen bandfoermigen teilungstraeger umfassenden wegmesssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen und Ein­ stellen von Längen mit einem, einen bandförmigen Teilungs­ träger umfassenden Wegmeßsystem, vor allem für Werkzeugma­ schinen, Koordinatenmeßgeräte und in der Automatisierungs­ technik.

Vor allem im Werkzeugmaschinen- und Präzisionsgerätebau und bei Koordinatenmeßgeräten sind hauptsächlich zwei Einsatz­ arten translatorischer Meßsysteme mit materieller Maßver­ körperung bekannt. Bei der ersten Art ist die Maßverkörpe­ rung stationär angeordnet und die Abtasteinheit wird relativ zu dieser bewegt. Vorteilhaft bei dieser Art ist, daß durch eine relativ kurze bewegte Abtasteinheit die Gesamtbaulänge nur geringfügig größer sein muß als die Meßlänge. Nach­ teilig ist jedoch, daß mit der Bewegung der Abtasteinheit auch die für diese notwendigen Anschlußleitungen über die gesamte Meßlänge mitbewegt werden müssen. Dieses erfordert zum einen wegen großer Kabellängen und wegen der relativ hohen Steifigkeit dieser abgeschirmten und geschützten Kabel höhere Antriebskräfte und zum anderen einen zusätzlichen Einbauraum für den Kabeltransport über den gesamten Bewe­ gungsbereich der Abtasteinheit. Durch die ständigen Bewegun­ gen der Anschlußkabel und die dadurch auftretenden Belastun­ gen bildet dieser Kabelanschuß eine kritische Schwachstel­ le, wo jedoch besonders in modernen Fertigungssystemen und bei komplexen Meßgeräten eine hohe Funktionssicherheit und Verfügbarkeit gefordert wird.

Bei der zweiten Einsatzart ist die Abtasteinheit eines Weg­ meßsystems stationär angeordnet, und die Maßverkörperung wird relativ dazu bewegt. Damit werden zwar die Nachteile der ersten Einsatzart beseitigt, jedoch besteht der Nachteil, daß durch die bewegte Maßverkörperung die Gesamtbaulänge der Maschine mindestens doppelt so groß sein muß wie die Meßlänge. So beschränkt sich diese Einsatzart nur auf kürzere Meßlängen.

Diese bekannten Längenmeßsysteme haben den Nachteil, daß sie unzureichend gegen Schmutz, Kühlflüssigkeit und andere, für die Maßverkörperung schädliche Stoffe geschützt sind. Ein wirksamer Schutz ist oft nur durch hohen Aufwand zu realisieren.

Beispiele hierfür sind in den Druckschriften DE-OS 34 00 395, DE-OS 34 10 944, DE-OS 36 23 353, DE-OS 38 40 791 und DE-OS 38 41 721 beschrieben. Ursache hierfür ist, daß der in der Regel schwertartige Mitnehmer, durch den der Abtastkopf mit dem beweglichen Teil der Maschine, z. B. einem Schlitten, verbunden ist, relativ dick ist, da er gleichzei­ tig auch die Anschlußkabel oder -leitungen aufnimmt und die elastischen Dichtelemente infolge der größeren Aufspreizung am Mitnehmer nicht immer eng genug anliegen.

Bezüglich der Führung der Abtasteinheit relativ zur Maß­ verkörperung gibt es ebenfalls zwei Gruppen.

Bei der einen Gruppe wird die Abtasteinheit des Wegmeßsy­ stems fremdgeführt, und sie ist starr an das bewegliche Teil der Maschine oder des Meßgerätes angekoppelt. Diese Lösung stellt jedoch hohe Anforderungen an die Fremdführung und an die Ausrichtung der Maßverkörperung zur Bewegungsrichtung des beweglichen Teils. Die starre Ankopplung des Abtastkopfes ist mit einfachen Mitteln zu verwirklichen, jedoch erfüllen die meisten Führungen in den Werkzeugmaschinen nicht die geforderten hohen Ablauftoleranzen. Aus diesen Gründen wird bei der zweiten Gruppe die Abtasteinheit durch eine meßsy­ stemeigene Führung zur Maßverkörperung geführt und durch eine spezielle Art der Ankopplung, welche Ablaufdifferenzen zwischen den Führungen ausgleicht, mit dem bewegten Teil verbunden. Sowohl die Realisierung der meßsystemeigenen Führung als auch die spezielle Ankopplung der Abtasteinheit erhöhen die Anforderungen bei der Herstellung der Meßsy­ steme.

Es ist eine Einrichtung zum Messen und Einstellen von Längen zwischen einem ersten und einem zu diesem verschiebbaren zweiten Maschinenelement vorgeschlagen worden, welche die Nachteile der genannten Lösungen beseitigt, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie einen flexiblen Teilungsträger mit Teilungsmarken und eine Abtasteinheit zum Abtasten der Teilungsmarken umfaßt, wobei der Teilungsträger als ein geschlossenes Band über zwei, mit dem ersten Maschinenele­ ment verbundenen Umlenkrollen gespannt ist. Dieser Teilungs­ träger ist mit einem einfach ausgebildeten Mitnehmer mit dem zweiten Maschinenelement verbunden und kann zwischen den Umlenkrollen bewegt werden. Durch eine mit dem ersten Maschi­ nenelement stationär auf der Maschine angeordnete Abtast­ einheit werden die Teilungsmarken des Teilungsträgers abge­ tastet und die gewonnenen Abtastsignale einer Auswerteeinheit zugeführt.

Ein Nachteil dieser Einrichtung besteht darin, daß die Um­ lenkrollen direkt mit einem Maschinenelement starr verbunden sind und sich so zum einen eine komplizierte konstruktive Ausgestaltung als leicht montierbare Einheit in einem Schutz­ gehäuse ergibt und zum anderen eine Kalibrierung der Maß­ verkörperung nach dem Aufbau der Umlenkrollen an dem einen Maschinenelement erforderlich wird. Für die Durchführung dieser Kalibrierung ist ein externes Meßgerät erforderlich, oder es muß ein Kalibrierverfahren angewendet werden, wie es in einer anderen Patentanmeldung vorgeschlagen wurde. Ein hoher Zeitaufwand für eine solche Kalibrierung ist erfor­ derlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zum Messen und Einstellen von Längen mit einem einen band­ förmigen Teilungsträger umfassenden Wegmeßsystem zu schaf­ fen, die einfach aufgebaut ist, eine kompakte und gut ab­ dichtbare Bauweise zuläßt, und welche ohne nachträgliche Kalibrierung einfach an der Maschine oder an einem Meßgerät montierbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen der Erfindung dargelegt.

Die für die Umlenkung des flexiblen Teilungsträgers notwen­ digen Umlenkelemente sind an einem in Längsrichtung steifen Basiskörper angeordnet, welcher in einem Schutzgehäuse an einem Fixpunkt befestigt ist, und der so im Schutzgehäuse angeordnet ist, daß er sich von diesem Fixpunkt aus um durch die thermische Dehnung bestimmte Beträge in Meßrichtung zwangsfrei bewegen kann. Dieser Basiskörper kann direkt in einer Führungsnut oder über spezielle Halteelemente, welche in Längsrichtung elastisch sind, im Schutzgehäuse angeord­ net sein.

Es ist vorteilhaft, daß durch die Verwendung des in seiner Länge verstellbaren Basisteils die Vorspannung des in sich geschlossenen Teilungsträgers auf einfache Weise und der lineare Teilungsfehler, bezogen auf einfache Bezugstemperatur minimiert bzw. optimal eingestellt werden können. Nach einer einmaligen Kalibrierung des Teilungsträgers durch eine richtige Längeneinstellung des Basisteiles durch Verstellung bzw. Justierung der beiden Basiselemente zueinander werden das metrologische Verhalten richtige und die Maßstabilität der erfindungsgemäßen Einrichtung durch das Basisteil be­ stimmt, und die temperaturbedingten Längenänderungen werden durch den thermischen Längenausdehnungskoeffizienten des Basisteils bestimmt. Da der dünne flexible, unter Vorspan­ nung stehende Teilungsträger mechanisch sehr weich gegenü­ ber dem Basisteil ist, wird dem Teilungsträger immer die Temperaturdehnung des Basisteils aufgezwungen. Temperaturdif­ ferenzen zwischen dem Basisteil und dem Teilungsträger füh­ ren also nicht zu Längenänderungen gegenüber dem Basis­ teil, sondern nur zu inneren Spannungsänderungen im Teilungsträger.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 die schematisch dargestellte Einrichtung in Form eines Wegmeßsystems,

Fig. 2 im Schnitt die Aufnahme des Basisteils im Schutzgehäu­ se und

Fig. 3 eine Draufsicht der Einrichtung ohne Schutzgehäuse.

Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung, ein Wegmeßsystem, zum Messen und Einstellen von Längen zwischen einem festen ersten Maschinenteil 1 und einem zu diesem relativ bewegbaren zweiten Maschinenteil 2 umfaßt einen aus einem dünnen Stahlband bestehenden, flexiblen und elastischen Teilungs­ träger 3 mit Teilungsmarken 4 und eine Abtasteinheit 5, welche stationär mit dem ersten Maschinenteil 1 verbunden ist, mit welcher die Teilungsmarken 4 abgetastet werden und welche mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist. Der Teilungsträger 3 ist an seinen Enden, vorzugsweise im Bereich eines an ihm befestigten Mitnehmers 6, zu einem geschlossenen Band zusammengefügt und über zwei als Umlenk­ rollen ausgebildete Umlenkelemente 7 und 8 und ge­ spannt. Der Mitnehmer 6 ist ferner fest am zweiten Maschinen­ teil 2 angeordnet.

Es ist ferner ein aus zwei Basiselementen 9 und 10 bestehen­ des Basisteils 11 vorgesehen, welches am festen, ersten Ma­ schinenteil 1 befestigt ist und dessen Basiselemente 9 und 10 zueinander in Richtung der Längserstreckung des Teilungs­ trägers 3 verstellbar sind. Am Basiselement 9 sind auf einer Achse 12 das Umlenkelement 7 und am Basiselement 10 auf einer Achse 13 das Umlenkelement 8 drehbar gelagert. Das Basisteil 11 selbst ist an einem Fixpunkt 16 am ersten Maschinenteil 1 durch Schrauben 25 fest und an mindestens einem anderen Fixpunkt in Richtung der Längserstreckung des Teilungsträ­ gers 3 beweglich am ersten Maschinenteil 1 befestigt und von einem an der Maschine oder dem Meßgerät vorgesehenen Schutzgehäuse 17 umgeben. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das gesamte Basisteil 11 einen thermischen Ausdehnungskoeffizien­ ten besitzt, der dem des ersten und/oder dem zweiten Maschi­ nenteils entspricht. Der in sich geschlossene Teilungsträ­ ger 3 ist durch die Einstellung des Abstandes der Umlenkele­ mente 7 und 8 so vorgespannt, daß, bezogen auf eine Bezugs­ temperatur, die Teilungsmarken 4 den kleinsten Teilungsfehler aufweisen. Durch Schrauben 14 und 15 werden nach der Einstel­ lung die beiden Basiselemente 9 und 10 zueinander fixiert.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, befindet sich die Abtasteinheit 5 ebenfalls im Schutzgehäuse 17 und ist vorteilhaft in der Nähe eines der Umlenkelemente 7 oder 8 fest mit dem Basis­ element 9 oder 10 verbunden und somit stationär am festen Maschinenteil 1 angeordnet. Zur Begrenzuung des Durchhanges des Teilungsträgers 3 und zur Verbesserung seines Schwin­ gungsverhaltens können stabilisierende Elemente 18 am ersten oder zweiten Maschinenteil 1 oder 2 vorgesehen sein. Gemäß Fig. 1 sind sie am ersten Maschinenteil 1 angebracht.

Die Lage des Basisteils 11 im Schutzgehäuse 17 ist in Fig. 2 in einer Schnittdarstellung gezeigt. Das vorteilhaft als Strangpreßprofil ausgebildete Schutzgehäuse 17 besitzt in seinen beiden Seitenteilen 19 und 20 jeweils eine eingearbei­ tete Führungsnut 21 und 22, in denen das Basisteil 11 mit seinen Führungsflächen 23 und 24 längsverschieblich ruht.

In Fig. 3 ist das Basisteil 11 mit dem daran gelagerten Umlenkelement 7 und dem darüber geführten Teilungsträger 3 in einer Draufsicht dargestellt.

Bezugszeichenzusammenstellung

 1 erstes Maschinenteil
 2 zweites Maschinenteil
 3 Teilungsträger
 4 Teilungssmarken
 5 Abtasteinheit
 6 Mitnehmer
 7 Umlenkelement
 8 Umlenkelement
 9 Basiselement
10 Basiselement
11 Basisteil
12 Achse
13 Achse
14 Schraube
15 Schraube
16 Fixpunkt
17 Schutzgehäuse
18 stabilisierendes Element
19 Seitenteil
20 Seitenteil
21 Führungsnut
22 Führungsnut
23 Führungsfläche
24 Schraube

Claims (7)

1. Einrichtung zum Messen und Einstellen von Längen zwischen einem festen ersten Maschinenteil einer Maschine oder eines Meßgerätes und einem, zum ersten Maschinenteil relativ bewegbaren zweiten Maschinenteil,
umfassend einen flexiblen Teilungsträger mit Teilungsmarken, welcher als ein an seinen Enden verbundenes Band ausgebildet ist und über zwei Umlenkelemente geführt und gespannt ist und durch einen Mitnehmer mit dem zweiten Maschinenteil ver­ bunden ist,
und eine Abtasteinheit, welche stationär mit dem ersten Maschinenteil verbunden ist und mit welcher die Teilungsmar­ ken des Teilungsträgers abtastbar sind, wobei die Abtastein­ heit mit einer Auswerteeinheit elektrisch verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein aus Basiselementen (9; 10) zusammengesetztes Basis­ teil (11) vorgesehen ist, welches am festen ersten Maschi­ nenteil (1) angeordnet ist, wobei am Basisteil (11) die Umlenkelemente (7; 8) auf festen Achsen (12; 13) drehbar gelagert sind und durch diese Spannkräfte für den Tei­ lungsträger (3) aufgenommen werden,
daß das Basisteil (11) in einem an der Maschine oder dem Meßgerät befestigten Schutzgehäuse (17) angeordnet ist,
und daß das Basisteil (11) in diesem Schutzgehäuse (17) an einem Fixpunkt (16) fest und an mindestens einem anderen Fixpunkt in Richtung der Längserstreckung des Teilungsträ­ gers (3) beweglich angeordnet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkelemente (7; 8) Umlenkrollen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (11) aus mehreren, zueinander einstellba­ ren Basiselementen (9; 10) besteht, wobei die Länge des Basisteils (11) einstellbar ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Basisteil (11) einen thermischen Ausdehnungskoeffi­ zienten besitzt, der dem des ersten und/oder zweiten Maschi­ nenteils (1; 2) entspricht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinheit (5) am Basisteil (11) befestigt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Beispiel (11) eine Durchhang- und eine Schwingungs­ begrenzung bewirkende stabilisierende Elemente (18) für den gespannten Teilungsträger (3) vorgesehen sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgehäuse (17) als ein Strangpreßprofil mit Führungsnuten (21; 22) zur Aufnahme des Basisteils (11) ausgebildet ist.