DE1835607U - Vorrichtung zur bestimmung der relativlage zweier teile. - Google Patents

Description

• WENCZLER & HEIDENHAIN 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 Freiheitsgrad der Bewegung besitzt. Solche Teile sind z. B. das feststehende Bett und der hierzu dreh-oder längsverschiebbare Tisch einer Werkzeugmaschine.
• Hierbei ist es üblich, an dem einen dieser Teile ein optisches oder optisch-elektrisches Ableeegerät zu befestigen, welches mit einer an dem anderen Teil befestigten Teilung zusarmenarbeitet. Das Ablesegerät umfasst dabei stets eine der Teilung unmittelbar vorgelagerte Baueinheit, deren in Richtung des erwähnten Freiheitsgrade gemessene Relativlage zur Teilung bestimmend für die Auswahl der von der Teilung auf einen Ableseindex, bzw. auf ein fotoelektronisches Bauelement treffenden Strahlenbündelist.
• Naturgemäss geht das Bestreben dahin, immer kleinere Verechiebungswege 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 Abstandsechwankungen zwischen Teilung und Ablesegerät zwar meist das Meßergebnis nicht direkt, aber die Sicherheit seiner Abl@@@g beeinträchtigen.

  "*

  Wird z. B. zur optischen Abbildung der Teilung auf einen Ab, < J

  index ein extrem stark vergröseerndei3 Objektiv'*benutztg so

  wirken sich wegen der geringen Tiefenschärfe eines solchen Ob-

  jekivee bereits geringe Abetandeschwankungen zwischen Objektiv und Teilung in erheblichen Unachärfeerscheinungen der Abbildung aus, eo 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 Gitterkonstarten zwecks möglichst hoher Ablesegenauigkeit in der Groeeenordnung optischer Beugungegitter liegen. In diesem Falle können bei Abstandsschwankungen zwischen Teilung und Abtaststrichplatte unerwünschte beugungeoptieche Erscheinungen die Sicherheit des Ableseergebnieses beeinträchtigen.
• Die Erfindung bezweckt, die erwähnten Nachteile zu vermeiden und erreicht dies durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Weitere Merkmale der Erfindung, sowie die hierdurch erzielten Vorteile ergeben eich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen.
• Es zeigt Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, teilweise im Schnitt.
• Figur 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Pigur 1.
• Figur 3 eine Teilansicht in Richtung III der Figur 1. Figur 4 eine Teilansicht nach der Linie IV-IV der Figur 1.

  Figur 5 stark vergröeeerte Ausschnitte aus der bei

  'f

  em beschriebenen Ausführungsbeiepiel ver-

  wendeten Teilung und Abtaetetrichplatte in

  ihrer räumlichen Zuordnung.
• Figur 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Wirkungweise der in Figur 5 gezeigten Gitterabtaetung.
• Mit 1 ist der Tisch einer Werkzeugmaschine bezeichnet, der ge-

  genüber dem feststehenden Bett 2'durch nicht dargestellte me-

  chanische Führungselemente so geführt ist, dass er noch einen

  Freiheitsgrad der Bewegung besitzt. Die Bewegungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene der Figur 1, wobei aber infolge unvermeidbarer Ungenauigkeiten der Führungselemente die Belegung 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 den Bett 2 ist ein insgesamt mit 5 bezeichnetes optischelektrisches Ablesegerät durch Schrauben 6 starr verbundene Es umfaßt einen Lampenhalter 7 mit Lampe 8, einen Kondensor 9, eine Abtaststrichplaite 10, deren Befestigung am Ableeegeriit 5 weiter unten noch näher erläutert wird, zwei aneinander angrenzende Objektive 11 und 11', eine Schlitzblende 12 und zwei foto -elektronische Bauelemente 13 und 1", welche die auf sie

  fallenden Lichtströme in elektrische Sigialt uzwandeln, 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 Figur 5 vergröseert dargestellt ist. Ebenso besitzt die Ablesestrichplatte lo auf der der Teilungaebene 15 zugekehrten Fläche 17 zwei zueinander um 90° phasenverschobene Teilungen 18 und 18'. Für das gezeigte Aueführungebeispiel sei angenommen, dase die Gitterkonstante der Teilungen 10/um beträgt. Die bei der Überdeckung der Teilungen 16 und 18 bzw 18' bei vollkommen paralleler Durchleuchtung und Vernachlässigung beugungsoptischer Effekte durchgelassenen Lichtsträme I bzw. I'sind in Figur 6 a in Abhängigkeit von der gegenseitigen Verschiebung s zwischen Strichplatte 10 und Teilungsträger 4 dargestellt. Die den Lichtetrömen I und I'entsprechenden elektrischen Signale werden durch das angeschlossene Auswertegerät beliebiger bekannter Bauart in Ltingenangaben umgesetzt, was jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und deshalb nicht naher erläutert ist.
• Die Schlitzblende 12, deren Längsausdehnung in Figur 1 parallel zur Zeichenebene verläuft und die im Fokus der Objektive 11 und 11' angebracht ist, soll dafür sorgen, dass wirklich nur solche Lichtstrahlen auf die fotoelektronischen Bauelemente 13 und 13'treffen, welche den Teilungsträger 4 und die Strichplatte 10 parallel zur Zeichenebene der Figur 1 durchsetzen.
• Trotzdem lassen sich in der Praxis nie Lichtetromkurven nach Figur 6 a erzielen, sondern bestenfalls solche nach Figur 6 b.
• Jedoch kann auch die in Figur 6 b gezeigte Abhängigkeit der auf die fotoelektronischen Bauelemente fallenden Lichtströme von der Verschiebung e nur erreicht werden, wenn der Abstand zwischen den die Teilungen tragenden Flächen 15 und 17 einige wenige/um, z. B. 5/um beträgt und diesen Wert stets genau beibehält. (Ein unmittelbares Aufeinandergleiten der beiden Flachen 15 und 17 kommt wegen der damit verbundenen Gefahr des Verkratzens der Teilungen nicht in Betracht.) Treten bei der gegenseitigen Verschiebung e zwischen Strichplatte 10. und Teilungsträger 4 auch nur geringe Abstandsänderungen ein, so ergitt sich eine Lichtetromkurve etwa nach Figur 6 c, die deutlich erkennen läset, dass eine sichere Auswertung nicht mehr möglich ist.
• Um die Strichpatte 1o in dem vorgesehenen Abstand vom Teilungenträger 4 zu halten, dabei aber gleichzeitig eine vollkommen gleichbleibende Lage der Strichplatte 10 zum Abtastgertit 5 in Verschieberichtung des Tisches 1 einzuhalten, ist die Strichplatte 10 in einen rechteckigen Rahmen 19 aus Polyfluoräthylen eingekittet, dessen Längeränder 20 die Teilung che 17 der Strichplatte lo um den vorgesehenen Abstand von einigen wenigen pm ilberragen und als Gleitschienen zur Anlage an der Tei-/ lungeebene 15 dienen. Das für den Rahmen 19 vorgesehene Material Polyfluoräthylen zeichnet sich durh einen besonders geringen Eeibwert auch ohne Zuhilfenahme von Schmiermitteln aue, eo dass keine den Abstand zwischen den Flächen 17 und 15 verfäl@@henden Schichten auf den Gleitschienen 20 aufgetragen sein müssen und trotzdem eine leichtgängige und verechleißfreie Verschiebung zwischen den Teilen möglich ist.
• Der Rahmen 19 ist seinerseits in einen Metallrahmen 21 eingekittet, der von zwei sich parallel zur Teilungsebene 15 eretrekkenden Blattfederarmen 22 gehalten wird, die mit dem Ablesegerät 15 verbunden sind, jedoch selbst keine nennenswerte Kraft auf den Rahmen 21 in Richtung senkrecht zur Teilungsebene 15 ausüben. Besondere, am Ablesegerät 15 sich abstützende Druckfedern 23 sorgen für eine einwandfreie Anlage der Gleitechienen 2o an die Teilungsebene 15. Durch die nahezu parallel zur Teilungsfläche 15 gerichteten Federarme 22 ist sichergestellt, dass sich bei Bewegungen der Strichplatte 10 senkrecht zur Teilungefläche 15 die gegenseitige Lage zwischen Strichplatte 10 und Ableeererät 5 in Verschiebungsrichtung des Tisches 1 um merkliche Beträge nicht verändern kann. Die in Figur 2 dargestellten Ansätze 24 am Ablesegerät 5 dienen als Juetierhilfe 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 von ca. 1/10 mm von der Teilungsfläche 15.

Claims (1)

1. A n a py tl c h e. i 1.) Vorrichtung zur Bestimmung der Relativlage zweier Teile.', von denen der eine relativ zum anderen mechanisch so ge- führt ist, dass er einen Freiheitsgrad der Bewegung (Trane. lation oder Rotation) besitzt, mittels eines an dem einen Teil befestigten optischen oder optisch-elektrischen ablesegerätes, welches mit einer an dem anderen Teil befestigten Teilung zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens diejenige, der Teilung (16) unmittelbar vorgelagerte Baueinheit (10) des Ablesegerätee (5), deren in Richtung des erwähnten Freiheitsgradee gemessene Relativlage zur Teilung (16) bestimmend für die Auswahl der von der Teilung (16) auf einen Ableaeindex bzw. auf ein fotoelektronisches Bauelement (13 bzw. 13') treffenden Strahlen- bündel ist, eo befestigt ist, dass eie relativ zu den das wie Ablesegerät (5) tragenden Teil (2) zwar/an eich bekannt inlichtung des erwähnten Freiheitsgrades festgelegt, gleichzeitig aber in Richtung senkrecht zur Teiluneebe- ne (15) federnd beweglich iat und mittels auf der Teilungeebene (15) gleitender Abetandehalter (2o) in deriniertem Abstand von der Teilungsebene (15) gehalten wird.

   2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Baueinheit (10) mittels zweier eich etwa parallel zur Teilungeebene (15) erstreckender Blattfederarme (22) am Ableaegerät (5) gehalten und mittels besonderer Druckfedern (23) gegen die Teilungsebene (15) gedrückt wird. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dase die auf der Teilungsebene (15) gleitende Flache der Abstandshalter (2o) aus Polyfluorathylen besteht.

   4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, bei der die genannte Baueinheit (10) eine Strichplatte iet, welche sich in einem Abstand von wenigen/um entlang der Teilung (16) bewegen soll, nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daes die 3trichplatte (10) fest in einen Rahmen (19) gekittet ist, der mit die Strichplatte (1o) um den erwähnten Abstand überragenden Gleitschienen (2o) versehen und am Ablesegerät (5) unter Einhaltung der für die Baueinheit genannten Beweglichkeitsbedingungen befestigt ist.