Verfahren zum Messen oder Einstellen der relativen Lage zweier Körper
Das Patent bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen oder Einstellen der relativen Lage zweier Körper und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Vorrichtung nach der Erfindung ist für verschiedene Geräte verwendbar, bei denen eine genaue Einstellung eines eine Linear- oder eine Schwenkbewegung vollführenden Elementes gewünscht wird.
So müssen z. B. bei einer Lehrenbohrmaschine, die für äusserst genaue Bearbeitungen benutzt wird, geradlinige Bewegungen des Tisches mit hoher Präzision durchgeführt werden können. Diese Bewegungen werden normalerweise von Hand gesteuert, oder es wird eine Handsteuerung mit mechanischer Hilfe angewendet, wobei Skalen mit feinen Teilungen und optischer Vergrösserung verwendet werden zwecks Erzielung des erforderlichen Genauigkeitsgrades.
Es sind mechanische Skalen verschiedener Art zum Messen oder zur Anzeige von Längen und Abständen im Gebrauch, deren Skalenteilungen aus Markierungen oder dergleichen bestehen.
Das Patent bezweckt, ein Messverfahren und eine Messvorrichtung zu schaffen, durch die eine äusserst genaue Messung durch Interpolation zwischen den Markierungen der Skala möglich ist.
Die Vorrichtung nach der Erfindung weist Mittel zum Erzeugen eines als Interpolationsskala verwendbaren Lichtmusters auf sowie lichtempfindliche Elemente zur Beobachtung dieses Lichtmusters zusammen mit mindestens einer Teilmarke der Hauptskala, Organe zur Umwandlung des beobachteten Lichtmusters in Impulsreihen, deren einzelne Impulse den Teilungen der Interpolationsskala entsprechen, und einen Zähler für die Impulse.
Die Hauptskalenteilung (grobe Skala) kann entweder in einem undurchsichtigen Bauelement eingeschnitten oder auf andere Weise gebildet werden, oder in Form von undurchsichtigen Markierungen auf einer durchsichtigen Skala angebracht sein.
Das Lichtmuster wird vorzugsweise durch optische Verkleinerung einer genau ausgeführten Interpolationsskala z. B. eines Gitters erhalten, das durch direkt auffallendes Licht oder durch Reflexion beleuchtet wird und mit undurchsichtigen oder lichtabsorbierenden Interpolationsteilungen versehen ist.
Die Erfindungen werden im folgenden beispielsweise näher erläutert.
In der beiliegenden Zeichnung sind einige beispielsweise Ausführungsformen von Vorrichtungen nach der Erfindung dargestellt. Bei denselben ist ein mit einer sägezahnförmigen Zahnung versehener Stab vorhanden, der am beweglichen Tisch einer Lehrenbohrmaschine oder eines anderen Werkzeuges befestigt ist und einen Teil der Apparatur zum Messen des Abstandes bildet zwecks Erhaltung einer sehr genauen und gegebenenfalls selbsttätigen Einstellung.
Die Fig. 1 und 2 zeigen ein Lichtmuster und eine Impulsreihe, die zwei verschiedenen Zählungen entsprechen. Die Impulse sind zur Verdeutlichung genau unter den Elementen des Musters dargestellt. Bemerkt wird aber, dass das Muster als Funktion der Länge abgetragen ist, während die Impulsreihen auf einer Zeitskala abgetragen sind.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches die Lagen für verschiedene Zählungen darstellt, und
Fig. 4 zeigt ein Blockdiagramm der Vorrichtung.
Auf dem nicht gezeichneten beweglichen Tisch einer Werkzeugmaschine und in der Längsrichtung dieses Tisches verlaufend ist eine Hauptskala (Fig. 1 und 2) mit einer sägezahnförmigen Kante befestigt.
Die senkrechten Zahnflanken V, Vn dienen als Skalenteilungen und liegen mit Genauigkeit in gegen seitigen Abständen von 2,5 mm. Bei Abwesenheit dieser Genauigkeit werden die Fehler der Lagen der senkrechten Zahnflanken gemessen, und es wird im Messsystem eine Korrektur angebracht.
Um die Lage des Tisches auf t/loo oder 1/looo der Hauptskaleneinteilung von 2,5 mm genau messen zu können, wird eine relativ zur Werkzeugmaschine feste, nicht dargestellte Interpolationsskala auf die mit dem Tisch bewegliche Hauptskala projiziert.
Diese Interpolationsskala, welche eine Länge von 10 bis 25 cm haben kann, ist undurchsichtig und weist 100 oder 1000 linear in gleichen Abständen angeordnete Marken in der Form von lichtdurchlässigen Öffnungen auf. Eine nicht dargestellte Linse hoher Qualität und mit einer numerischen Apertur, die für die erforderliche Auflösung hinreichend ist, erzeugt ein verkleinertes Bild der Interpolationsskala auf der Hauptskala. Die Verkleinerung ist derart, dass die Bilder von 100 oder 1000 Öffnungen genau zwischen zwei aufeinanderfolgende senkrechte Zahnflanken der Hauptskala fallen.
Bei der praktischen Anwendung sind mehr als 100 oder 1000 Öffnungen, z. B. 110 oder 1010, in der Skala vorhanden; die Verkleinerung wird aber derart sein, dass gerade 100 oder 1000 Öffnungen zwischen zwei Hauptskalenmarkierungen mit einem gegenseitigen Abstand von 2,5 mm fallen. Der Rest der Öffnungen spielt keine Rolle oder kann zum Messen des Fehlers des Abstandes zwischen zwei aufeinanderfolgenden senkrechten Flanken dienen.
Um die genaue Lage des Tisches auf der Maschine festzustellen, werden nun von einer senkrechten Zahnflanke der Hauptskala an die Bilder der Öffnungen der Interpolationsskala gezählt.
Für diese Zählung wird die Interpolationsskala von einem Lichtfleck abgetastet, der ebenso klein oder kleiner als die Öffnungen in der Skala ist. Der Lichtfleck bestreicht die Skala vorzugsweise mit gleichmässiger oder nahezu gleichmässiger Geschwindigkeit, und zwar bei jeder Abtastung immer in derselben Richtung. Das Abtasten erfolgt viele Male je Sekunde.
Das auf die sägezahnförmige Hauptskala fallende Licht wird hinter dieser Skala von einer Photozelle aufgefangen, die infolge des Abtastens eine aus unterbrochenen (durch die Zähne der Hauptskala unterbrochen) Impulsreihen bestehende Ausgangs spannung liefert.
In den Fig. 1 bis 3 ist deutlichkeitshalber eine Interpolation mit 10 statt mit 100 oder 1000 dargestellt. In Fig. 1 sind die senkrechten Zahnflanken der mit dem Tisch beweglichen Hauptskala mit V, die festen Bilder der Öffnungen in der Interpolationsskala mit B bezeichnet. Es ist darin die Impulszahl zwischen der Flanke Vn, d. h. der letzten senkrechten Flanke V der Hauptskala und dem letzten Impuls der Abtastung (entsprechend dem Bild der letzten Öffnung der Interpolationsskala) ein Mass für die Unterteilung des Abstandes von 2,5 mm. Diese Zahl nimmt zu, wenn sich die Hauptskala nach links bewegt (da ja die Interpolationsskala fest ist, erscheinen dann nach der Flanke Vn mehr Bilder von Öffnungen).
In einem gegebenen Augenblick begegnet das Bild der Interpolationsskala der schrägen Flanke S der Hauptskala, und der gewünschte Teil der Impulsreihe wird unterbrochen. Dieser Fall ist in Fig. 2 dargestellt. Um die Zählung trotzdem richtig vornehmen zu können, d. h. vom ersten Impuls nach der senkrechten Flanke (in Fig. 2 mit D bezeichnet) bis zum letzten Impuls der Abtastung E, wird die Interpolationsskala auch direkt mittels einer zweiten Photozelle beobachtet, deren Ausgangsspannung aus einer kontinuierlichen Impulsreihe besteht. Die beiden auftretenden Impulsreihen sind in Fig. 2 unten dargestellt für den Fall, dass der schrägen Flanke S während der Zählung begegnet wird.
Um in jedem Fall die richtige Zahl von Impulsen zu zählen, wird eine Zähleinrichtung verwendet, welche a) die Impulse der zweiten erwähnten Reihe (aus der direkten Beobachtung) zählt, b) zu zählen beginnt, wenn Impulse der beiden Reihen miteinander auftreten (Koinzidenz, kurz C), und c) auf null zurückgestellt wird, wenn Impulse miteinander auftreten (C), nachdem sie vorher nur in einer Reihe vorhanden waren (Antikoinzidenz, kurz A).
Diese Zähleinrichtung arbeitet nun wie folgt:
Im in Fig. 1 dargestellten Fall beginnt sie bei H zu zählen und zählt fortlaufend alle Impulse über J und K hinaus. Bei D wird sie auf null zurückgestellt, beginnt neu zu zählen und zeigt am Ende die Zahl der Impulse zwischen D und E.
Im in Fig. 2 dargestellten Fall beginnt sie die Zählung bei D und zählt weiter bis E.
In Fig. 3 und allgemein zeigt sie am Ende einer Abtastung die Zahl der Impulse zwischen dem letzten Beginn der Koinzidenz (C) (erster Impuls rechts von einer Flanke V in Fig. 3) und dem Ende der direkt beobachteten Reihe, in Fig. 3 also die rechts am Rand angegebenen Zahlen.
Fig. 4 zeigt schematisch ein Blockschema der bei diesem Ausführungsbeispiel verwendeten Zähleinrichtung. Es werden photoelektrische Vervielfacher zur Beobachtung des optischen Bildes der Interpolationsskala verwendet. Die Einrichtungen 101 und 102 ergeben elektrische Impulse mit einer Amplitude von etwa 100 Volt. Diese Impulse werden in den Umkehreinrichtungen 103 und 104 umgekehrt, so dass eine Übertragung von Licht zu einem Impuls positiven Vorzeichens führt. Die Impulse werden der Koinzidenzschaltung 105 zugeführt, die eine einzige Röhre enthalten kann, die an zwei Gittern gesteuert wird. Eine Koinzidenz führt zu einem negativen Impuls, der der Einrichtung 107 zugeführt wird, die zwei stabile Betriebslagen hat.
An einer Anode ist ein verstärkter negativer Impuls für die Rückstellung verfügbar; das Auftreten des ersten Zusammenfallens wird durch die Lage der Einrichtung 107 aufgezeichnet.
In der Verzögerungseinrichtung 108 und einer Einrichtung 112, mittels deren die Impulsbreite geregelt wird, werden die Impulse P2 der kontinuierlichen Impulsreihe mit einer Zeit gleich ¸ der Impulsbreite verzögert, und ihre Länge wird auf die Hälfte der ursprünglichen reduziert. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein unerwünschtes Nichtzusammenfallen nicht aufgezeichnet wird, wenn ein Impuls der unterbrochenen Reihe P1 etwas ausser Phase mit einem P2-Impuls auftreten würde. Bei Nichtzusammenfallen wird mittels der Einrichtung 106 ein negatives Signal der anderen Röhre der bistabilen Einrichtung 107 zugeführt, so dass das Nichtzusammenfallen als neue Lage der bistabilen Einrichtung aufgezeichnet wird.
Die rechte Anode der bistabilen Einrichtung 107 ergibt eine positive rechtwinklige Welle, die mit der Unterbrechung der Reihe von Pl-Impulsen zusammenfällt; die ablaufende Flanke dieser rechtwinkligen Welle wird für die Rückstellung des Zählers 110 benutzt.
Der Zähler 110 wird von der kontinuierlichen Impulsreihe P2 gespeist und gibt die Zählung an eine Vergleichsvorrichtung 109 weiter, in der die Zählungen mit einer erforderlichen Abmessungszahl verglichen werden, die in einem Eingangsteil 111 eingestellt wird. Unterschiede, die positiv oder negativ sein können, ergeben positive oder negative Signale.
Diese Signale können an einen Indikator weitergegeben werden, der die Abweichung der Tischlage vom im Eingangsteil 111 eingestellten Sollwert anzeigt, oder sie können einem Servomechanismus zugeführt werden, welcher die Tischlage selbsttätig verändert, bis die Abweichung null ist.
Die beschriebene Ausführung ist bei rechteckigen oder trapezartigen Hauptskalenteilungen, wie bei S1 oder S2 (Fig. 1) angegeben, oder bei anderen Formen der Skalenteilung verwendbar; die Genauigkeit und die Gleichförmigkeit der Breiten oder der Profile sind von wenig Bedeutung, wenn nur die Bezugsflanken V genau gestaltet sind und in den richtigen gegenseitigen Abständen liegen. Die Ausführung kann auch mit geringer Änderung bei einer bogenförmigen oder kreisförmigen Sägezahnskala Anwendung finden, wenn Winkelbewegungen vollführt oder gesteuert werden müssen, z. B. bei Einrichtungen zum Richten von Geschützen.
Bei einer abgeänderten Ausführungsform, die schematisch in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist, erzeugt die Abtastvorrichtung zwei Lichtflecke, die im Falle einer waagrechten Skala beim Abtasten senkrecht übereinander gehalten werden. Die beiden Lichtflecke können gewünschtenfalls mittels einer senkrechten Lichtlinie erhalten werden, die über ein waagrechtes Muster bzw. eine Maske streicht, wie in Fig. 6 dargestellt. Ein Lichtfleck, durch einen kontinuierlichen Spalt T2 (Fig. 6) erzeugt, führt eine ununterbrochene Abtastung der Sägezahnskala aus. Der andere Lichtfleck, der zum Erzeugen von Impulsen benutzt werden soll, wird bei seiner Bewegung mit Intervallen von einer Maske T1 (Fig. 6) maskiert, so dass eine Interpolation zwischen senkrechten Flanken V der Skala möglich ist.
Beim Erzeugen eines verkleinerten Bildes des Abtastmusters wird aber nur der Lichtfleck zum Abtasten des Sägezahns verwendet, während der Impulse erzeugende Lichtfleck gegenüber dem verkleinernden Linsensystem durch einen Schirm oder Reflektor T3 abgeschirmt ist und von einer getrennten Photozelle überwacht wird.
Diese Photozelle ergibt daher eine Reihe von Impulsen, die während der Abtastung ununterbrochen läuft. Der Abtastfleck für den Sägezahn wird nur von der Sägezahnskala unterbrochen und die Ausgangsspannung der zugeordneten Photozelle ist im oberen Teil von Fig. 5 angegeben. Wenn der Lichtfleck hinter der senkrechten Flanke V hervor zum Vorschein kommt, so nimmt der Zellenstrom plötzlich zu, so dass die Ausgangsspannung abnimmt (Q); diese Änderung unterscheidet sich von der in positiver Richtung gehenden Änderung (R), die auftritt, wenn der Fleck hinter der schrägen Flanke S verschwindet. Der sich im negativen Sinne ändernde Teil o wird als Signal verwendet, welches das Zählen der Impulse einleitet, die im Ausgangskreis der Photozelle auftreten.
Die am Ende der Abtastung gezählte Anzahl ergibt die erforderliche Interpolation.
Eine Vorrichtung, die, wie an Hand der Fig. 5 und 6 erläutert, arbeitet, wird im nachfolgenden ausführlicher an Hand der Fig. 7 bis 70 beschrieben; die Vorrichtung kann beim waagrecht verschiebbaren Tisch einer Werkzeugmaschine Anwendung finden.
Bei dieser Vorrichtung ist die Hauptskala ein mit einem mit Schraubengewinde versehenes Element, wobei eine oder die beiden Flanken des Gewindes als Bezugsfläche dienen und wobei das Profil des Gewindes längs einer Tangentialebene belichtet wird.
Das Skalenorgan besitzt grobe Skalenteilungen von 2,5 mm, während die Interpolationsskala 100 Teilstriche aufweist, so dass eine Messung bis 0,025 mm möglich ist; es ist aber einleuchtend, dass diese Zahlen nur beispielsweise und zur Erleichterung der Erläuterung angenommen sind.
Nach Fig. 7 erzeugt eine feste Lichtquelle mit einem linearen Glühfaden 1 und einer Kondensorlinse 2 ein senkrechtes paralleles Lichtbündel, in dem sich ein Abtastorgan in Form eines Spiegels 3 unter 45o mit einer senkrechten Zylinderlinse 4 hin und her bewegt. Das Abtastorgan 3 wird von einem nicht dargestellten Wagen unterstützt, der durch passende Mittel hin und her bewegt wird, wobei die Bewegung in waagrechter Richtung erfolgt; der Spiegel bewegt sich daher im Bündel hin und her, wobei ein konstanter Bündelteil auf die Linse 4 geworfen wird. Letztere hat die Form eines geschliffenen und polierten Glasstabes mit einer Länge von 25 mm und einem Durchmesser von 12,5 mm.
Sie ist mit der Achse senkrecht angeordnet und erzeugt ein senkrechtes Linienbild des Glühfadens in einem Abstand von etwa 4 mm von der Oberfläche. Die Breite der Linie ist nach Verkleinerung mittels eines im nachfolgenden zu beschreibenden Objektivsystems etwa 0,005 mm.
Das optische System ist auf einer Grundplatte 8 befestigt. Eine Platte mit der Interpolationsskala 5, die später beschrieben wird und die im wesentlichen den Masken T1 und T2 (Fig. 6) entspricht, ist in der Nähe des Abtastorgans über einer waagrechten rechteckigen Öffnung im einen Ende einer lichtdichten Dose 9 befestigt. Eine waagrechte Teilungsplatte T3 entsprechend dem Schirm T3 in Fig. 6 teilt die Skala in einen oberen Teil und einen unteren Teil und ebenso die Dose 9. Ein Spiegel 10 reflektiert Licht vom oberen Teil der Skala nach einer Photovervielfachungszelle 12. Die Dose 9 mit dem Abtastorgan und der Lichtquelle sind auf einem nicht dargestellten Schlitten befestigt, der in geringem Abstand gegen über der Grundplatte 8 bewegt werden kann, so dass die Länge des Systems und auch der optische Verkleinerungsfaktor, der z. B. 40:1 beträgt, eingestellt werden können.
Eine zweite lichtdichte Dose 14 ist starr auf der Grundplatte 8 befestigt und mit der Dose 9 durch eine teleskopartige Verbindung 15 verbunden. Die Dose 14 enthält ein Mikroskop 17 mit einem 16-mm-Objektiv und besitzt ein mittels eines Zahnrades bewegtes Einstellorgan. Die mit Gewinde versehene grobe Skala ist mit 18 bezeichnet und ist mit ihrer Messfläche 19 dem Objektiv gegen über angeordnet, während eine Photovervielfachungszelle 22 an der anderen Seite angebracht ist.
Um einen wesentlichen Verlust an Auflösungsvermögen und eine Oberlastung der Photozelle zu vermeiden, muss beim Auffallen von Licht unter einem kleinen Winkel auf der unteren Fläche der Teilungsplatte T3 eine Reflexion vermieden werden, denn sonst wäre ein zweites unregelmässiges Bild der Lichtlinie im Mikroskopobjektiv sichtbar. Auch kann ein Spiegel sehr guter Qualität zum Verdoppeln der Länge der Lichtlinie benutzt werden, wie sie vom Objektiv wahrgenommen wird. Es ist auch von Bedeutung, dass Reflexionen durch die Wände der Dosen 9 und 14 vermieden werden.
Wie in Fig. 8 dargestellt, weist die Interpolationsskala 5 einen oberen Teil 5' mit undurchsichtigen Markierungen und einen unteren hellen Teil 5" auf.
Der Teil 5' der Interpolationsskala entsteht z. B. durch photographische Verkleinerung einer grossen Zeichnung in weiss und schwarz oder durch direktes Gravieren. Die in Fig. 8 dargestellte Ansicht ist eine Ansicht, deren Unterhälfte durch das Mikroskopobjektiv und deren Oberhälfte durch die Photozelle 12 gesehen würde, das vergrösserte rückprojizierte Bild der Hauptskala ist für die Erläuterung hinzugefügt. Die Hauptskala ist ein axialer Schnitt des Schraubengewindes und ist sägezahnförmig mit einer Messfläche 19 mit Sägezahnprofil, das schräge Seiten S und senkrechte Bezugsflanken V aufweist.
Die vom Abtastbündel erzeugte Lichtlinie ist bei 23 als aus zwei Teilen bestehend dargestellt, die von der Teilungsplatte T3 getrennt sind. Die Verwendung einer Lichtlinie bietet wesentliche Vorteile gegenüber kreisförmigen oder viereckigen Lichtflecken, wie sie mit der Vorrichtung nach Fig. 6 erzeugt werden. Abgesehen vom erzielbaren höheren Auslösungsvermögen und der grösseren Menge einfallenden Lichtes entsteht eine weitere Unterscheidung zwischen den Spannungsänderungen an der Photozelle 22 gegen über den entsprechenden Anderungen R und Q von Fig. 5.
Das Maskieren der Lichtlinie durch die schräge Flanke S erfolgt allmählich, so dass eine allmähliche Stromabnahme in der Zelle und eine entsprechende Spannungszunahme (R 1 in Fig. 8) auftritt, die sich leicht von der schnellen linderung Ql (infolge des Erscheinens des Bündels von hinter der Flanke V) unterscheiden lässt, ohne dass man sich auf den Polaritätsunterschied zu verlassen braucht. Diese Eigenschaft bewirkt, dass das elektrooptische System während des Rücklaufes der Wagenbewegung wirksam bleiben kann, ohne dass ein Schalten nötig ist, was nicht nur eine Verwicklung der Einrichtung herbeiführen würde, sondern auch Spannungsänderungen einleiten würde, die sich nicht direkt von der gewünschten Änderung Q1 unterscheiden lassen.
Die vom zurückkehrenden Bündel erzeugte Wellenform kann daher wie eine Fortsetzung der Wellenform Ql, Rl in Fig. 8 dargestellt werden und enthält entgegengesetzte Änderungen R2, Q2. Wenn die Lichtlinie hinter einer senkrechten Flanke V zum Vorschein kommt, so wird in der Photozelle 22 der scharf abfallende Wellenteil Q 1 entwickelt, während das Maskieren durch eine schräge Flanke 3 den langsam zunehmenden Wellenteil R1 ergibt. Das Maskieren durch eine senkrechte Flanke V beim Rückschlag ergibt einen scharf zunehmenden Wellenteil Q2, während die Erscheinung des Bündels von hinter einer schrägen Flanke S den langsam abnehmenden Wellenteil R2 ergibt.
Die hieraus durch Differenzierung erhaltene Wellenform ist in Fig. 10 dargestellt und enthält zwei scharfe Impulse A 1 und A2 mit grosser Amplitude und entgegengesetztem Vorzeichen sowie zwei Impulse mit viel geringerer Amplitude (z. B. dem zehnten Teil der ersteren) und längerer Dauer.
Hierbei ist einer der scharfen Impulse Ql deutlich von den anderen drei Signalen zu unterscheiden und wird als Steuerimpuls benutzt. Dieser Impuls öffnet ein Tor, durch das die übrigen von der Interpolationsskala erzeugten Impulse einem Zähler zugeführt werden. Die Zahl dieser Impulse ist ein Mass für den Abstand der Flanke V (Fig. 8) bis zum rechten Ende 6 der Interpolationsskala.
Die Interpolationsskala 5 besitzt mehr als 100 Teilstriche, z. B. 110, so dass sie etwas länger ist als der vergrösserte, rückprojizierte Abstand zweier senkrechter Flanken der Hauptskala, was einen allmählichen Übergang von einer Sägezahnflanke auf die nächste ermöglicht.
Fig. 9 zeigt ein Blockschema der Einrichtung zum Selektieren und zum. Zählen der von der Photozelle 12 herrührenden Impulse und zur Durchführung der entsprechenden Interpolationsmessung, und Fig. 10 zeigt verschiedene Wellenformen, die mit der Vorrichtung nach Fig. 9 erhalten werden.
Die Einrichtung enthält folgende Elemente: a) eine von Hand zu betätigende Eingangseinheit 26 mit Steuerschaltern 27 und 28 zur Einstellung der gewünschten Tischlage in Viertel- und Vierzigstelteilen eines Millimeters. Jeder Schalter besitzt einen Bedienungsknopf und weiter angegebene Knöpfe 29 dienen für die Grobeinstellung des Tisches auf dem nächsten vierten Teil eines Zentimeters von der Interpolation, b) einen Detektor 30 zum Erzeugen eines Impulses 63 (Fig. 9 und 10), der das Tor 32 am Ende jeder Vorwärtsabtastung schliesst, c) eine Einrichtung 31 zum Differentiieren der Wellenform Ql, R1, R2, Q2 (Fig.
8 und 10) und zum Erhalten des Impulses 62, der das Tor öffnet, d) ein Tor 32, das von Impulsen 62 und 63 derart betätigt wird, dass nur der wirksame Teil 66 jeder von der Photozelle 12 abgeleiteten Impulsreihe durchgelassen wird, e) einen Zähler 34 zum Zählen des durch das Tor 32 passierenden Teiles jeder Impulsreihe, wobei die Anfangslage des Zählers durch die Schalter 27 und 28 eingestellt wird, mit denen er durch die Leitung 33 verbunden ist, f) ein Register 36, nach dem die aufeinanderfolgenden Zählungen des Zählers 34 parallel, über das Übertragungsrelais 35, weitergegeben werden, g) einen Übertragungs-Impulsgenerator 37, der einen Ubertragungsimpuls 64 (Fig.
9 und 10) ergibt, der aus dem Impuls 63 abgeleitet wird und dient, um sämtliche Relais 35 für eine regelbare tZbertra- gungszeit gleichzeitig zu schliessen, h) eine Einrichtung 39 zum Erzeugen eines Wiederherstellungsimpulses 65 (Fig. 9 und 10), der nach einer durch die Verzögerungseinrichtung 38 bedingten Zeitverzögerung aus dem Impuls 64 abgeleitet wird. Der Wiederherstellungsimpuls 65 dient für die Rückstellung des Zählers über den Schalter der von Hand betätigten Eingangseinheit, i) eine Einrichtung 40, durch die aus dem Register die Grösse und der Sinn der Abweichung der Tischlage von der eingestellten Sollage abgeleitet werden, j) ein Messinstrument 41 zur Anzeige dieser Abweichung in der Lage sowohl hinsichtlich der Grösse (wie Abweichung von einer Nullage) als auch hinsichtlich des Sinns (links oder rechts von der Nulllage).
Jeder Arbeitszyklus der Vorrichtung umfasst kurzweg folgende Phasen: a) die durchgelassene Impulsreihe, die eine Messung darstellt, wird vom Zähler 34 empfangen und von der Zahl abgezogen, die bereits früher durch die Schalter 27, 28 der Eingangseinheit in ihm erzeugt wurde, b) die Übertragungsrelais 35 werden unter der Wirkung der Einrichtungen 30, 37, momentan geschlossen, so dass: c) der Unterschied, d. h. der Fehler, der im Zäh ]er festgehalten wird, parallel nach dem Register 36 und von dort nach dem Messgerät 41 weitergegeben wird, cl) die Obertragungsrelais 35 werden wieder durch die Einrichtungen 30 und 37 geöffnet, e) es wird von der Einrichtung 38 eine Verzögerung eingeleitet, um die Phase d) zu ermöglichen;
diese Verzögerung ist notwendig, weil die Relais beim Offnen träge sind, ss der Zähler 34 wird von der Einrichtung 39 über den Schalter 27, 28 zurückgeführt, so dass er die nächste Impulsreihe empfangen und zählen kann.
Die Phasen a) und b) treten während der Vorwärtsabtastung und die Phasen c) bis f) während der unbenutzten Rückkehr auf. Die Wirkungsweise des Systems wird im nachfolgenden ausführlicher beschrieben:
Die vier Knöpfe der von Hand betätigten Eingangseinheit 26 werden derart eingestellt, dass sie die gewünschte Tischlage der Maschine ergeben (z. B.
60,425 mm). Der Tisch wird nun zuerst durch nicht dargestellte Mittel in die richtige 2,5-mm-Teilung der Hauptskala gebracht (z. B. auf 60,575 mm eingestellt). Der Sollabstand von der letzten senkrechten Flanke der Hauptskala ist an den Knöpfen 27 und 28 in Viertelmillimetern (im Beispiel: ein Viertelmillimeter) bzw. Vierzigstelmillimetern (im Beispiel: 17 Vierzigstelmillimeter) eingestellt. Der tatsächliche Abstand in Vierzigstelmillimetern (im Beispiel: 23 Vierzigstelmillimeter) ergibt sich bei jeder Abtastung aus der Zahl der durchgelassenen Impulse 66.
Die beiden Zahlen (17 Vierzigstelmillimeter und 23 Vierzigstelmillimeter) werden im Zähler 34 miteinander verglichen, und die Grösse und das Vorzeichen des Unterschiedes werden der Bedienungsperson durch das Messinstrument 41 angezeigt, so dass sie den Tisch der Maschine verschieben kann, bis in jeder Impulsreihe gerade 17 Impulse vorhanden sind. Wenn diese Lage erreicht ist, so steht das Messinstrument 41 auf Null, und der Tisch hat eine Lage, die der Einstellung der Eingangseinheit entspricht. Jede Abtastung und der resultierende Unterschied in Abmessung ist unabhängig von der vorhergehenden Abtastung und dem zugehörigen Unterschied, so dass eine unabhängige Schätzung des Feh- lers in der Tischlage bei jeder Abtastung vorhanden ist.
Der Zähler 34 enthält zwei Dekadenteile, die je aus vier bistabilen Paaren bestehen und in Reihe geschaltet sind, so dass der Zähler nur bis 100 zählen kann. Der Umstand, dass der Zähler nur bis 100 zählen kann, wird dazu benutzt, einer allmählichen Übertragung von einer Flanke des Sägezahns auf die anderen zu erreichen, wobei es nicht notwendig ist, sehr genaue Grenzen für die Abtastlänge und die Lage zu - bestimmen, die, wie bereits erwähnt, sich etwas ändern können, falls mehr als 100 Teilungen abgetastet werden.
Der Zähler 34 ist derart eingerichtet, dass beim Empfang aufeinanderfolgender Impulse die Zählung, wie sie durch die Lage der bistabilen Paare im Zähler dargestellt wird, für jeden Impuls um eins vermindert wird. Beispielsweise wird angenommen, dass der Zähler 56 anzeigt und eine Reihe von 100 Impulsen zugeführt wird. Der Zähler durchläuft dann folgenden Zyklus:
56, 55, 54, 53 . . .3, 2, 1, 0, 99, 98, 97, 96...
59, 58, 57, 56.
Die letzte Zahl des Zyklus ist gleich der ersten, so dass eine Reihe von 100 Impulsen, hinsichtlich des Ergebnisses, nicht von einer Reihe von null Impulsen unterscheidbar ist. Wenn wieder angenommen wird, dass die Zählung 56 anzeigt, nachdem 24 Impulse zugeführt wurden, so durchläuft der Zähler die Reihe:
56, 55, 54, 53... 35, 34, 33, 32. Er steht dann auf 32, das ist der Unterschied zwischen 56 und 24.
In sämtlichen Fällen wird die Eingangseinheit zum Wählen der Lage (in diesem Falle 56) benutzt, von der die abnehmende Zählung ausgeht; auf diese Weise ergibt sich die erhaltene Subtraktion der Impulsreihe von der Anfangs einstellung.
Wenn die erforderliche Tischlage (und daher die Handeinstellung der Eingangseinheit) in Wert erhöht wird, so wird die Flanke V (Fig. 8) nach links bewegt.
Bei einer Einstellung zwischen 80 und 90 Vierzigsteln eines Millimeters wird die nächste senkrechte Flanke V' (Fig. 8) von der Abtastung getroffen und ein zweiter Öffnungsimpuls 63 für das Tor wird während der Vorwärtsabtastung erzeugt. Dies bleibt wirkungslos, da das Tor 32 bereits geöffnet ist. Bei einer Einstellung von 100 Vierzigsteln (oder Null) werden bei jeder Abtastung 100 Impulse der Interpolationsskala 5' erhalten. Von dieser Einstellung bis zu einer Einstellung von 10 bis 20 ist die erhaltene Impulszahl gleich der Handeinstellung, zuzüglich 100, und diese Zahl erscheint dem Zähler wie die der Handeinstellung allein.
In einem bestimmten Augenblick wird die Flanke V nicht mehr von der Abtastung getroffen und zum Öffnen des Tors 32 wird nur ein Impuls erzeugt, nämlich derjenige durch die Flanke V'. Die Impulszählung kann dann sein: 113, 114, 115, 16, 17, 18 usw. infolge des Umstandes, dass die Flanken V und Vt genau um 100 Impulse voneinander entfernt sind.
Es tritt daher keine Unterbrechung auf, wenn die Zählung von einer Flanke auf die andere übergeht.
Die Übertragung der Einstellung der Eingangseinheit auf den Zähler erfolgt in Parallelschaltung auf folgende Weise: Im Augenblick, in dem der Zähler auf die Eingangsablesung eingestellt werden muss, wird ein einziger Rückstellimpuls erzeugt. Er wird gleichzeitig über Schalter 27, 28 un sein, um auf elektrischem Wege die wirkliche Lage des Tisches mit einer gewünschten Einstellung (z. B. in Zentimeter oder in Millimeter) zu vergleichen, die mittels der Knöpfe 29 bewirkt wird.
Ein solches System kann auf einem getrennten Messgerät mit seinem Nullpunkt in der Mitte oder mit Hilfe eines ähnlichen Geräts eine Anzeige ergeben; die Einrichtung kann auch derart sein, dass die von der Einrichtung 9 dem Messgerät 41 zugeführten Signale zunichte gemacht werden und der Zeiger des Messgerätes rechts oder links gehalten wird, bis der Tisch bis auf einen Abstand von 0,125 mm von der gewünschten Endlage geführt ist; in dieser Lage geht die Steuerung selbsttätig auf das der Einrichtung 40 entnommene Signal für die Feineinstellung über, so dass die Bedienungsperson eine völlig unzweideutige Anzeige erhält.
Die Übertragungsrelais können elektromagnetische Relais oder Torkreise mit Dioden sein. Ferner kann die Genauigkeit des Systems von 0,25 mm bis auf 0,025 mm vergrössert werden, indem auf der Interpolationsskala 5' eine Teilung in Tausendstel angebracht wird und der Eingangseinheit 26 ein weiterer Schalter mit Skala zugefügt wird, wobei unter anderem gleichzeitig ein dritter Teil im Zähler 34 zum Zählen von gewünschten Teilen eines Millimeters angebracht werden muss.
Obzwar der Tisch von einer Bedienungsperson mittels der Anzeige des Messgerätes 41 von Hand eingestellt werden kann, können diese Anzeigen auch zur Steuerung eines den Tisch selbsttätig einstellenden Servosystems verwendet werden. Im letzteren Falle ist die Anordnung vorzugsweise derart, dass die Amplitude des Fehlers durch den Abstand zwischen dem Zeiger und der Mitte der Skala bis auf eine bestimmte Maximalamplitude bedingt wird, grössere Fehler ergeben Anzeigen mit konstanter oder nahezu konstanter Amplitude.