CH398098A - Vorrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier Teile - Google Patents

Description

  
 



  Vorrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier Teile
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier Teile, von denen der eine relativ zum anderen mechanisch so geführt ist, dass er einen   Translations-und    Rotationsfrei  heitsgrad    der Bewegung besitzt. Solche Teile sind z. B. das feststehende Bett und der hierzu drehoder längsverschiebbare Tisch einer Werkzeugmaschine.



   Hierbei ist es üblich, an dem einen dieser Teile ein optisches oder optisch-elektrisches Ablesegerät zu befestigen, welches mit einer an dem anderen Teil befestigten Teilung zusammenarbeitet. Das Ablesegerät umfasst dabei stets eine der Teilung unmittelbar vorgelagerte Baueinheit, deren in Richtung des erwähnten   Freiheitsgrades    gemessene Relativlage zur Teilung bestimmend für die Auswahl der von der Teilung auf einen Ableseindex bzw. auf ein photoelektronisches Bauelement treffenden Strahlenbündel ist.



   Naturgemäss geht das Bestreben dahin, immer kleinere Verschiebungswege zwischen den beiden zueinander beweglichen Teilen messbar zu machen.



  Die hierzu immer weiter getriebene Verfeinerung von Teilung und Ablesegerät fand jedoch bisher ihre Grenze dort, wo die durch die nie ganz vermeidbaren Ungenauigkeiten der mechanischen Führung zwischen den verschiebbaren Teilen verursachten Abstandsschwankungen zwischen Teilung und Ablesegerät zwar meist das Messergebnis nicht direkt, aber die Sicherheit seiner Ablesung beeinträchtigen.



   Wird z. B. zur optischen Abbildung der Teilung auf einen Ableseindex ein extrem stark vergrösserndes Objektiv benutzt, so wirken sich wegen der geringen Tiefenschärfe eines solchen Objektives bereits geringe Abstandsschwankungen zwischen Objektiv und Teilung in erheblichen Unschärfeerscheinungen der Abbildung aus, so dass die Ablesung nicht mehr mit der der Vergrösserung der Abbildung angemessenen Sicherheit erfolgen kann.   ähnlich    liegt der Fall bei solchen optisch-elektrisch wirkenden Vorrichtungen, bei denen z. B. eine gitterartig geteilte Strichplatte eine   gitterartig    geteilte Teilung abtastet, deren Gitterkonstanten zwecks möglichst hoher Ablesegenauigkeit in der Grössenordnung optischer Beugungsgitter liegen.

   In diesem Falle können bei   Abstandlsschwan-    kungen zwischen Teilung und   Abtaststrichpiatte      uaL    erwünschte beugungsoptische Erscheinungen die Sicherheit des   Ableseergetnlisses    beeinträchtigen.



   Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und ist dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens diejenige der Teilung unmittelbar vorgelagerte Baueinheit des Ablesegerätes, deren in Richtung des erwähnten Freiheitsgrades gemessene Relativlage zur Teilung bestimmend für die Auswahl der von der Teilung auf einen Ableseindex bzw. auf ein   photoelektrom.sches    Bauelement treffenden Strahlenbündel ist, so befestigt ist, dass sie relativ zu dem   das    Ablesegerät tragenden Teil zwar in Richtung des erwähnten Freiheitsgrades festgelegt, gleichzeitig aber in Richtung senkrecht zur   Teilung    ebene federnd beweglich ist und mittels auf der Teilungsebene gleitender Abstandshalter (20) in definiertem Abstand von der Teilungsebene (15) gehalten wird.



   Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sowie    die hierdurch erzielten : Vorteile ergeben sich aus den    Unteransprüchen der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung   mit      der    Zeichnung.



   Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung, teilweise im Schnitt,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie II-II der Fig. 1,  
Fig. 3 eine Teilansicht in Richtung III der Fig. 1,
Fig. 4 eine Teilansicht nach der Linie IV-IV der Fig. 1,
Fig. 5 eine Gitterabtastung mit stark vergrösserten Ausschnitten aus der bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendeten Teilung und Ab  taststrichplatte    in ihrer räumlichen Zurodnung.



   Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise der in Fig. 5 gezeigten Gitterabtastung.



   Der Tisch 1 einer Werkzeugmaschine ist gegen über dem feststehenden Bett 2 durch nicht dargestellte mechanische Führungselemente so geführt, dass er noch einen Freiheitsgrad der Bewegung besitzt. Die Bewegungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1, wobei aber infolge unvermeidbarer Ungenauigkeiten der Führungselemente die Bewegung nicht exakt geradlinig ist Am Tisch 1 ist mittels der üblichen Spannpratzen 3 ein Teilungsträger 4 aus Glas befestigt, der somit die gleichen Bewegungen wie der Tisch 1 ausführt.



   Mit dem Bett 2 ist ein   optischelektrisches    Ablesegerät 5 durch Schrauben 6 starr verbunden.



  Das Ablesegerät 5 umfasst einen Lampenhalter 7 mit Lampe 8, einen Kondensor 9, eine Abtaststrichplatte 10, deren Befestigung am Ablesegerät 5 später noch näher erläutert wird, zwei aneinander angrenzende Objektive 11 und 11', eine   Schlitzblendle    12 und zwei photoelektronische Bauelemente 13 und 13', welche die auf sie fallenden Lichtströme in elektrische Signale umwandeln, die über die Leitungen 14 und   14' an    ein nicht gezeigtes Auswertegerät weitergeleitet werden.



   Der Teilungsträger 4 hat auf seiner Teilungsebene 15 eine gitterartige Teilung 16, die in Fig. 5 vergrössert dargestellt ist. Ebenso besitzt die   Ablese-    strichplatte 10 auf der der Teilungsebene 15 zugekehrten Fläche 17 zwei   zueinander    um 900 phasenverschobene Teilungen 18 und 18'. Für das gezeigte Ausführungsbeispiel sei angenommen,   dass    die Gitterkonstante der Teilungen 10 um beträgt. Die bei der Überdeckung der Teilungen 16 und 18 bzw. 18' bei vollkommen paralleler Durchleuchtung und Ver  nachlässigung      beugungsoptischer    Effekte durchgelassenen Lichtströme I bzw.   1' sind    in Fig. 6 Abschnitt a in Abhängigkeit von der gegenseitigen   Verschieb    bung s zwischen Strichplatte 10 und Teilungsträger 4 dargestellt.

   Die den Lichtströmen I und   r    entsprechenden elektrischen Signale werden durch das angeschlossene Auswertegerät   beliebiger    bekannter Bauart in Längenangaben umgesetzt, was jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und deshalb nicht näher erläutert ist
Die   Schlitzbiende    12, deren Längsausdehnung in Fig. 1 parallel zur Zeichenebene verläuft und die im Fokus der Objektive 11 und   11'angebracht    ist, soll dafür sorgen, dass wirklich nur solche Lichts strahlen auf die photo elektronischen Bauelemente 13 und   13' treffen,    welche den Teilungsträger 4 und die Strichplatte 10 parallel zur Zeichenebene der Fig. 1 durchsetzen. Trotzdem lassen sich in der Praxis nie Lichtstromkurven nach Fig. 6 Abschnitt a erzielen, sondern bestenfalls solche nach Fig. 6 Abschnitt b.

   Jedoch kann auch die in Fig. 6 Abschnitt b gezeigte Abhängigkeit der auf die photoelektronischen Bauelemente fallenden Lichtströme von der Verschiebung s nur erreicht werden, wenn der Abstand zwischen den die Teilungen tragenden Teilungsebenen 15 und 17 einige wenige   ftm,    z. B.



  5 um, beträgt und diesen Wert   stets    genau beibehält. (Ein unmittelbares Aufeinandergleiten der beiden Teilungsebenen 15 und 17 kommt wegen der damit verbundenen Gefahr   des    Verkratzens der Teilungen nicht in Betracht.) Treten bei der gegenseitigen Verschiebung s zwischen der Strichplatte 10 und   dem    Teilungsträger 4 auch nur geringe Abstandsänderungen ein, so ergibt sich eine Lichtstromkurve etwa nach Fig. 6 Abschnitt c, die deutlich erkennen lässt, dass eine sichere Auswertung nicht mehr möglich ist.



   Um die Strichplatte 10 in dem vorgesehenen Abstand vom Teilungsträger 4 zu halten, dabei aber gleichzeitig eine vollkommen gleichbleibende Lage der Strichplatte 10 zum Abtastgerät 5 in Verschieberichtung des Tisches 1 einzuhalten, ist die Strichplatte 10 in einen rechteckigen Rahmen 19 aus Polyfluoräthylen eingekittet, dessen Längsränder 20 als Abstandshalter dienen und die Teilungsebene 17 der Strichplatte 10 um den vorgesehenen Abstand von einigen wenigen um überragen und Gleitschienen zur Anlage an der Teilungsebene 15 darstellen.

   Das für den Rahmen 19 vorgesehene Material Polyfluoräthylen zeichnet sich durch einen besonders geringen Reibwert auch ohne Zuhilfenahme von Schmiermitteln aus, so dass keine den Abstand zwischen den Teilungsebenen 17 und 15 verfälschenden, Schichten auf den Gleitschienen 20 aufgetragen sein müssen und trotzdem eine leichtgängige und verschleissfreie Verschiebung zwischen den Teilen möglich ist.



   Der Rahmen 19 ist seinerseits in einen Metallrahmen 21 eingekittet, so dass die aus Strichplatte 10, Rahmen 19 und Gleitschienen 20 bestehende Bau  einheit    von zwei sich parallel zur Teilungsebene 15 erstreckenden Blattfederarmen 22, die mit dem Ablesegerät 5 verbunden sind, am Ablesegerät 5 gehalten wird. Die   Blattfederarme    22 üben jedoch selbst keine nennenswerte Kraft auf den Rahmen 21 in Richtung senkrecht zur Teilungsebene 15 aus.



  Besondere, am Ablesegerät 5 sich abstützende Druckfedern 23 drücken die Baueinheit gegen die Teilungsebene und sorgen für eine einwandfreie Anlage der Gleitschienen 20 an die Teilungsebene 15. Durch die nahezu parallel zur Teilungsebene 15 gerichteten Blattfederarme 22 ist sichergestellt, dass sich bei Bewegungen der Strichplatte 10 senkrecht zur Teilungsebene 15 die gegenseitige Lage zwischen der Strichplatte 10 und dem Ablesegerät 5 in Ver  schiebungsrichtung    des Tisches 1 um nennenswerte Beträge nicht verändern kann.

   Die in Fig. 2 dargestellten Ansätze 24 am Ablesegerät 5 dienen als   Justierhilfe zum Einrichten des Teilungsträgers 4 bei der Montage der gesamten Vorrichtung und haben bei vollendeter Montage keine Funktion mehr zu erfüllen, sondern bleiben in sicherem Abstand   vonyetwa      I/lo    mm von der Teilungsebene 15.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier Teile, von denen der eine relativ zum anderen mechanisch so geführt ist, dass er einen Translationsund Rotationsfreiheitsgrad der Bewegung besitzt, mittels eines an dem einen Teil befestigten optischen oder opüsch-elektrischen Ablesegerätes, welches mit einer an dem anderen Teil befestigten Teilung zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens diejenige der Teilung (16) unmittelbar vorgelagerte Baueinheit (10, 19, 20) des Ablesegerätes (5), deren in Richtung des erwähnten Freiheitsgrades gemessene Relativlage zur Teilung (16) bestimmend für die Auswahl der von der Teilung (16) auf einen Ableseindex bzw.

   auf ein photoelektronisches Bauelement (13 bzw. 13') treffenden Strahlenbündel ist, so befestigt ist, dass sie relativ zu dem das Ablesegerät (5) tragenden Teil (2) zwar in Richtung des erwähnten Freiheitsgradles festgelegt, gleichzeitig aber in Richtung senkrecht zur Teilungsebene (15) federnd beweglich ist und mittels auf der Teilungsebene (15) gleitender Abstandshalter (20) in definiertem Abstand von der Teilungsebene (15) gehalten ist.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Baueinheit (10, 19, 20) mittels zweier sich etwa parallel zur Teilungsebene (15) erstreckender Biattfederarme (22) am Ablesegerät (5) gehalten und mittels besonderer Druckfedern (23) gegen die Teilungsebene (15) gedrückt wird.

   2. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die auf der Teilungsebene (15) gleitende Fläche der Abstandshalter (20) aus Polyfluoräthylen besteht.

   3. Vorrichtung nach Patentanspruch, wobei die genannte Baueinheit eine Strichplatte ist, welche sich in einem Abstand von wenigen um entlang der Teilung bewegen soll, dadurch gekennzeichnet, dass die Strichplatte (10) fest in einen Rahmen (19) gekittet ist, der mit die Strichplatte (10) um den erwähnten Abstand ! überragenden Gleitschienen (20) versehen und am Ablesegerät (5) unter Einhaltung der für die Strichplatte (10) genannten Beweglich keitsbedingungen befestigt ist.