DD284772A5 - Verfahren und anordnung zur ueberwachung eines winkel- oder laengenmesssystems an einer maschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur UEberwachung eines Winkel- oder Laengenmeszsystems an einer Maschine. Die Erfindung besteht darin, dasz bei Stillstand der zueinander beweglichen Maschinenelemente (4, 6) mit Hilfe einer Positioniereinrichtung * die ein Verstellelement (12) und Fixierelemente (18, 19) auf einem maszstabilen Basiselement (20) beinhaltet, eine definierte Verstellung einer Abtasteinrichtung (5) oder eines Teilungstraegers (1) in Teilungsrichtung (9) erreicht wird. Der vorzeichenbehaftete Verstellweg (14) wird mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung (7) aus den Zaehlsignalen der Abtasteinrichtung (5) ermittelt. Nach einem Vergleich des ermittelten Verstellweges (14) mit einem gespeicherten Normalwert (17) wird entweder eine Fehlermeldung abgegeben oder bei UEbereinstimmung beider Werte wird in der einen stabilen Position der Meszwert des Meszsystems direkt der Relativlage zwischen den beiden Maschinelementen (4, 6) zugeordnet und in der anderen stabilen Position wird der Meszwert des Meszsystems vor der Zuordnung zur Relativlage zwischen den Maschinenelementen (4, 6) mit dem vorzeichenbehafteten Verstellweg (14) korrigiert. Figur{UEberwachung; Winkel; Laenge; Meszsystem; Maschine; Positioniereinrichtung; Verstelleinrichtung; Abtasteinrichtung; Teilungstraeger; Fixierelemente; Verstellweg; Maschinenelement}

Description

Dabei gibt es jedoch keine funktionsgerechte Kontrolle der metrologischen Richtigkeit der Anzeige des Meßsystems, d. h. selbst wenn die kontrollierten Parameter in Ordnung sind, können Anzeigefehler des Meßsystems nicht ausgeschlossen werden. Deshalb werden mit anderen Lösungen, z. B. DT 1 214892 A1, die Anzeigen des Meßsystems mit Zusatzinformationen, die in Hilfsmarken auf der Maßstabsteilung enthalten sind, verglichen. Damit wird die Zählung funktionsgerecht kontrolliert, der Nachteil ist jedoch, daß mit dieser Methode beim Test die Maschine verfahren werden muß, was jedoch aus den eingangs gesagten Gründen im Fehlerfall gefährlich sein kann. Gleiches gilt für die Kontrolle des Meßsystems in der Maschine mittels eines Fremd-Meßsystems, zumeist eines Laser-Wegmeßsystems, wie dies auch bei der Maschinen-Abnahme oder einer Korrekturwert-Ermittlung erfolgt

R. Schröter: „Anwendung von Laserwegmeßsystemen in der Fertigungsmeßtechnik"

Feingerätetechnik 1984/9 „Calibration of Machine Tool" Laser Measurement System - Application Note 156-4 Hewlett Packard J.Möbius „Anwendung des Lasermeßsystems LMS 100 in der Fertigungsmeßtechnik"

Feingerätetechnik 1984/12 Zudem ist der Anbau eines Fremd-Meßsystems zum Test des maschineneigenen Meßsystems aufwendig und zeitraubend.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, für ein an einer Maschine einzusetzendes Längen-oder Winkelmeßsystem eine Anordnung und ein Verfahren anzugeben, mittels denen ein Überwachungstest schnell und funktionsgerecht einschließlich Prüfung der metrologischen Richtigkeit des Anzeigeergebnisses durchgeführt werden kann.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben und eine Anordnung zu entwickeln, die eine Überwachung eines Winkel- oder Längenmeßsystems mit einfachen Mitteln bei Stillstand der relativ zueinander beweglichen Maschinenelemente ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren und bei einer Anordnung mit einem Winkel oder Längenmeßsystem, welches aus einer Rasterteilung mit Referenzmarken auf einem Teilungsträger, aus einer Abtasteinrichtung zur Abtastung der Rasterteilung und der Referenzmarken und aus einer Auswerte- und Anzeigeeinheit besteht, das Meßsystem nicht in üblicher Weise mit dem Teilungsträger an einem ersten Maschinenelement und der Abtasteinrichtung an einem zweiten Maschinenelement abgebracht ist, wobei die Relativbewegung zwischen erstem und zweitem Maschinenelement zu messen ist, sondern entweder die Abtasteinrichtung oder der Teilungsträger zunächst in eine Positioniereinrichtung aufgenommen ist und über diese Positioniereinrichtung die Verbindung zum ersten bzw. zweiten Maschinenelement hergestellt ist. Diese Positioniereinrichtung ist so ausgelegt, daß sie für die Abtasteinrichtung bzw. den Teilungsträger in Teilungsrichtung, d. h. folglich auch in Meßrichtung, zwei unterschiedliche feste Positionen realisieren kann. Der Verstellweg zwischen diesen beiden Positionen wird einmalig bestimmt und ist somit als Normal wert bekannt, er kann durch die Differenz der Meßsystemanzeige in beiden Positionen bestimmt werden. Dieser Normalwert ist von nun an ein Testkriterium für die Funktion des Meßsystems, d. h. in beliebiger Relativlage zwischen erstem und zweitem Maschinenelement und somit an beliebigen Stellen des Meßbereiches des Meßsystems muß fernerhin die Differenz zwischen den Anzeigen der einen zur anderen Position in der Positioniereinrichtung, d. h. also der zurückgelegte Verstellweg, gleich dem erstmals ermittelten Normalwert sein, wenn zu Testzwecken die Position in der Positioniereinrichtung gewechselt wird und das Meßsystem in Ordnung ist. Zu diesem Zweck enthält die Positioniereinrichtung neben den beiden stabilen Fixierelementen ein Verstellelement, welches den Übergang von der einen in die andere stabile Position bewirkt. Weiterhin müssen erfindungsgemäß Mittel in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung enthalten sein, welche den mechanisch initiierten Verstellweg anhand der Zählsignale des Meßsystems erfassen können. Dieses ist beim reinen Inkrementalsystem, z. B. der Hauptzähler selbst, beim reinen Absolutwertsystem wäre es ein Differenzbildner für die beiden den stabilen Positionen zugeordneten Absolutwerte und bei einem hybriden System wäre es z. B. ein eigens dafür vorgesehener Zähler für die inkrementale Zählfolge, der jedoch beim Überfahren von abstandscodierten Referenzmarken nicht wie der Hauptzähler von einem Absolutwert überschrieben würde. Der mit diesen Mitteln erfaßte Verstellweg wird mit geeigneten Mitteln, z.B. elektronischer Vergleichsschaltung, numerischer Vergleich mittels Steuerrechner o.a., mit dem Normalwert verglichen. Im Falle der Übereinstimmung ist an der getesteten Stelle das Meßsystem in Ordnung, anderenfalls erfolgt Fehlermeldung. Dabei erfolgt dieser Überwachungstest bei Stillstand des ersten gegenüber dem zweiten Maschinenelement.

Während für den Vergleich mit dem Normalwert nur der Betrag des Verstellweges herangezogen wird, kann das Vorzeichen des Verstellweges zur Unterscheidung der ersten stabilen Position von der zweiten stabilen Position der Abtasteinrichtung bzw. des Teilungsträgers in der Positioniereinrichtung herangezogen werden, dazu könnten aber auch andere Mittel geschaffen oder eine richtungsvorgebende Ansteuerung des Verstellelementes genutzt werden. Wenn sich die Maschinen-Grundeinstellung bzw. die Maschinen-Abnahme auf die Stellung der Abtasteinrichtung bzw. des Teilungsträgers in der ersten stabilen Position in der Positioniereinrichtung bezog, dann muß, wenn nach einem Überwachungstest in der zweiten stabilen Position verblieben wird, die Anzeige des Meßsystems entweder im Meßsystem selbst oder in der Steuerung der Maschine um den vorzeichenbehafteten Verstellweg, der gleich dem Normalwert ist, korrigiert werden. Dies ist eine einfache Korrektur mit einem Konstantbetrag. Der beschriebene Überwachungstest kann nach erfolgten Störungen an der Maschine zur Kontrolle des Meßsystfems an den Stellen der Relativzuordnung zwischen erstem und zweitem Maschinenelement, also an den Stellen des Meßbereiches, wo die Störung auftrat, erfolgen. Er kann weiterhin grundsätzlich nach allen Einschaltvorgängen oder grundsätzlich zu Beginn eines neuen Bearbeitungszyklus erfolgen. Es ist auch mit maschinen- bzw. meßsystemeigenen Mitteln eine Komplettüberprüfung

möglich, indem der Überwachungstest wiederholt im Abstand von jeweils höchstens dem Verstellweg über dem gesamten Meßbereich des Meßsystems durchgeführt wird. Die Positioniereinrichtung kann vorteilhafterweise so ausgelegt werden, daß der Verstellweg in der Größenordnung weniger mm bis zu einigen cm liegt. Es sind Verstellelemente bekannt, die für solche Verstellwege die Verstellung in Bruchteilen von Sekunde realisieren können und somit dieser Überwachungstest die Maschine zeitlich kaum belastet.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.

Das in der Zeichnung schematisch dargestellt hybride Längenmeßsystem besteht aus folgenden Elementen:

Auf einem Teilungsträger 1 von 1 m Länge sei einerseits eine Rasterteilung 2 mit einer Rasterperiode von 8 pm und andererseits eine Referenzmarkenfolge 3 aufgebracht, wobei die beiden ersten Referenzmarken auf dem Teilungsträger leinen Abstand von 1 cm zueinander haben und sich dieser Abstand bei allen folgenden Referenzmarken um jeweils 8 pm verkürzt.

Anhand der durch die Abtasteinrichtung 5 gewonnenen Zähl- und Referenzsignale wird in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung 7 in bekannter Weise ein durch Absolutwertangaben gestützter Zählwert gebildet und als Anzeige 22 des Meßsystems ausgegeben.

Der Teilungsträger 1 ist fest am ersten Maschinenelement, dem Maschinenbett 4 angebracht. Die Abstandseinrichtung 5 ist am zweiten Maschinenelement, einem Support 6 mittels der Positioniereinrichtung 8 angebracht. Diese besteht aus dem maßstabilen Basiselement 20, an welchem zwei 2 mechanische Anschläge 18 und 19 angebracht sind sowie aus einem Verstellelement 12, welches z. B. durch einen durch Federn vorgespannten Schubmagneten realisiert sein kann.

Die Abtasteinrichtung 5 befindet sich in einer stabilen Lage 10, wenn sie durch das Verstellelement 12 an den mechanischen Anschlag 18 gedrückt wird und in der zweiten stabilen Lage 11, wenn sie an den mechanischen Anschlag 19 gedrückt wird.

Zwischen beiden stabilen Lagen ergibt sich in Teilungsrichtung 9 ein Verstellweg 14 von etwa 25mm gemäß Tolerierung der mechanischen Teile.

Der präzise Verstellweg 14, der als Normalwert 17 in der Auswerte-und Anzeigeeinrichtung 7 zu speichern ist, möge sich beim Einmessen bzw. beim ursprünglichen Funktionstest des Meßsystems zu 24,982 mm ergeben.

Beim Überwachungstest, z.B. nach einem Stromausfall an der Maschine, wird mittels Verstellelement 12 die stabile Position 10 bzw. 11 gegen die jeweils andere gewechselt. Die dabei entstehenden Zählsignale des Meßsystems 15 werden in einem Verstellwegzähler 13 erfaßt. Der so erfaßte Verstellweg 14 wird mittels einer Vergleichslogik 16 mit dem gespeicherten Normalwert 17 verglichen. Die Vergleichslogik 16 ist so ausgelegt, daß bei Abweichungen von größer als ±1 pm vom Normalwert von 24,982 mm die Signalleitung 21 für die Fehlermeldung Η-Pegel erhält, im anderen Fall L-Pegel.

In der Auswerte-und Anzeigeeinrichtung 7 wird anhand des Vorzeichens beim Verstellwegzähler 13 erkannt, ob sich die Abtasteinrichtung 5 in der ersten stabilen Lage 10 oder der zweiten stabilen Lage 11 befindet.

Wenn sich die ursprüngliche Maschinenjustierung bzw. Maschinenabnahme auf die erste Lage 10 bezog, dann wird in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung im Falle der zweiten stabilen Lage 11 mit nicht dargestelltem Mittel der Normalwert = 24,982 mm zur Anzeige 22 des Meßsystems addiert. Diese additive Korrektur mit einem Konstantwert kann auch in der Maschinensteuerung erfolgen, für die die Anzeige 22 die Eingangsgröße darstellt.

Claims (3)

1. Verfahren zur Überwachung eines Winkel- oder Längenmeßsystems an einer Maschine, bei dem zu markanten Zeitpunkten durch eine Relativbewegung zwischen einem Teilungsträger und einer Abtasteinrichtung aus den Zählsignalen, die von der Abtasteinrichtung abgegeben werden, in einer Auswerteeinrichtung Signale erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß bei Stillstand der Maschinenelemente (4, 6) der Teilungsträger (1) oder die Abtasteinrichtung (5) durch ein Verstellelement (12) einer Positioniereinrichtung (8) in Richtung (9) der Teilung von einer stabilen Position in eine zweite stabile Position bewegt wird, daß mit Hilfe der Auswerteeinrichtung (7) aus den Zählsignalen der Abtasteinrichtung (5) dervorzeichenbehaftete Verstellweg (14) ermitteltwird, daß der ermittelte Verstellweg (14) mit einem in der Auswerteeinrichtung (7) gespeicherten Normalwert (17) verglichen wird, daß bei Abweichung beider Werte voneinander eine Fehlermeldung abgegeben wird und bei Übereinstimmung beider Werte in dereinen stabilen Position der Meßwert des Meßsystems direkt der Relativlage zwischen erstem (4) und zweitem Maschinenelement (6) zugeordnet wird und in der anderen stabilen Position der Meßwert des Meßsystems vor der Zuordnung zur Relativlage zwischen erstem und zweitem Maschinenelement (4,6) mit dem vorzeichenbehafteten Verstellweg (14) korrigiert wird.

2. Anordnung zur Überwachung eines Winkel- oder Längenmeßsystems an einer Maschine, bei der an einem ersten Maschinenelement ein Teilungsträger mit einer Rasterteilung und mit Referenzmarken angebracht ist und bei der an einem zweiten Maschinenelement, welches zum ersten Maschinenelement relativ beweglich ist, eine Abtasteinrichtung für die Rasterteilung und die Referenzmarken angebracht ist, wobei die Abtasteinrichtung mit einer Auswerte- und Anzeigeeinrichtung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß eine Positioniereinrichtung (8) fest am ersten (4) oder zweiten Maschinenelement (6) vorgesehen ist, die aus einem Verstellelement (12)fürden Teilungsträger (1) oderdie Abtasteinrichtung (5) relativ zum ersten (4) oder zweiten Maschinenelement (6) in Teilungsrichtung (9) besteht, und die zwei Fixierelemente (18,19) für einen definierten Anfangs- und Endwert der Verstellung beinhaltet, daß in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung (7) Mittel zur Erfassung des Verstellweges (14) des Teilungsträgers (1) oder der Abtasteinrichtung (5) von der einen in die andere stabile Position anhand der Zählsignale (15) des Meßsystems vorgesehen sind, und daß in der Auswerte- und Anzeigeeinrichtung (7) Mittel (16) zum Vergleich des erfaßten Verstellwinkels oder Verstellweges (14) mit einem in der Auswerteeinrichtung (7) gespeicherten Normalwert (17) enthalten sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fixierelemente feste mechanische Anschläge (18,19) vorgesehen sind, und daß diese Anschläge (18,19) auf einem maßstabilen Basiselement (20) der Positioniereinrichtung (8) installiert sind.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist im wissenschaftlichen Gerätebau, im allgemeinen Maschinenbau und in derWerkzeugmaschinenindustrie bei der Überwachung von hochauflösenden Winkel- oder Längenmeßsystemen an einer Maschine anwendbar.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Im Werkzeugmaschinenbau und im allgemeinen Maschinenbau werden in großem Umfang Längen- und Winkelmeßsysteme eingesetzt. Grundsätzlich sind dabei zwei Arten bekannt, wobei die eine Art unter dem Begriff Absolutwert-System und die andere Art unter dem Begriff Inkremental-Zählsystem zu beschreiben sind. Absolutwertsysteme, z.B. CH 374207 und Inkremental-Systeme, z.B. CH 499091 haben jeweils eine Reihe spezifischer Vor- und Nachteile. Eine Reihe von Lösungen vereinigt mit spezifischen hybriden Lösungen die Vorteile von beiden bzw. vermeidet deren Nachteile, z. B. DT 2416212 B 2 oder DE 3144334 C2. Für den Einsatz in modernen Fertigungssystemen ist eine hohe Funktionssicherheit dieser Meßsysteme von herovrragender Bedeutung, da Falschanzeigen der Meßsysteme erhebliche Schäden hervorrufen können. Deshalb gibt es erhebliche Anstrengungen, um mittels Überwachungstests eine rechtzeitige Fehlererkennung zu erhalten und damit Folgeschäden abzuwenden. Viele Lösungen werten elektrisch/elektronische Parameter aus, um bei Abweichungen von vorgeschriebenen Funktionsparametern Fehlermeldungen auszulösen,z.B. CH 499091; CH 472021, DD 130685; DE 2020393 A1; DE 3528796 A1; DE 3431841 A1 ;
Carl Zeiss Jena - Firmenschrift
Gebrauchsanleitung Inkrementales Durchlicht-L-ängenmeßsystem IDL 01 Anzeigeeinheit AE 101 L.