DE3115508C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßgerät, das insbesondere als Längen- oder Winkelmeßgerät ausgebildet ist, gegebenen­ falls aber auch eine Waage oder ein sonstiges Meßgerät sein kann, bei dem eine Zeigerskala durch eine elektronische Anzeige ersetzt ist.

Vor allem betrifft die Erfindung ein Meßgerät mit einem Maßstab und einer entlang dieses Maßstabes relativ verstellbaren Abtasteinheit, die bei der Verstellung der Maßstabteilung entsprechende elektrische Meßsignale erzeugt, welche einer Anzeige- oder Auswerteeinheit zuführbar sind.

Im Normalfall wird bei solchen Meßgeräten die Abtast­ einheit gegenüber dem stillstehenden Maßstab verstellt, doch sind auch Ausführungen bekannt, bei denen der Maß­ stab allein oder Maßstab und Abtasteinheit verstellbar sind.

Bei Längen- und Winkelmeßgeräten können Maßstäbe mit Inkrementalteilung oder auch mit absoluter Maßstabteilung vorgesehen werden. Bei Inkrementalteilungen ist es bekannt, an einer oder mehreren Stellen des Maßstabes zusätzliche Markierungen vorzusehen, die das Einrichten erleichtern bzw. nach Betriebsunterbrechungen oder Be­ triebsstörungen eine neue Eichung oder das Anfahren vor­ bestimmter Positionen mit dem Schlitten od. dgl., in dem die Abtasteinheit untergebracht ist, erleichtern. Diese Markierungen werden meist zur Erzeugung besonderer Markierungssignale ausgenützt.

Über die erzeugten elektrischen Signale können Zähler und nachgeordnete Anzeigeeinrichtungen betätigt werden.

Es ist auch bekannt, die bei der Abtastung des Maßstabes erhaltenen Signale einer Steuereinrichtung für eine Werkzeugmaschine od. dgl. zuzuführen und bei der Steuerung dieser Maschine zu verwenden. Ferner ist es bekannt, am Meßgerät selbst Anzeigeeinrichtungen vorzusehen und die Signale über Kabel einer zentralen Registriereinrichtung bzw. einer sonstigen ortsfesten Anzeige- oder Auswerte­ einheit zuzuführen. Die elektrischen Meßsignale können nach verschiedenen Meßprinzipien erzeugt werden. Neben einer induktiven oder kapazitiven Erzeugung wegabhängiger Signale werden vor allem in der Längen- und Winkelmessung, insbesondere bei Inkrementalteilungen, häufig optisch ablesbare Maßstäbe verwendet, die über opto-elektronische Aufnehmer der Abtasteinheit abgelesen werden. Hier werden meist zur Beleuchtung des Maßstabes Leuchtdioden und zur Ablesung Fototransistoren verwendet. Bei bekannten Ausführungen werden in der Ableseeinheit Ablesegitter angebracht, durch die hindurch die Ablesung des Maßstabes erfolgt, so daß bei der Relativverstellung von Maßstab und Ableseeinheit etwa sinusförmige Signale erzeugt werden, deren Länge der Maßstabeinheiten entspricht. Durch versetzte Anordnung der Abtasteinheiten können phasen­ verschobene Signale erzeugt werden, die eine Richtungs­ erkennung ermöglichen, welche zur Umsteuerung eines Vor- Rückwärtszählers ausnützbar ist und die überdies mit vergleichsweise einfachen Mitteln auf elektronischem Wege eine weitere Unterteilung des Maßstabes zulassen. Neben den erwähnten festen Markierungen zur Festlegung bestimmter Maßstabpunkte gibt es auch eine elektronische Markierung, bei der wählbare Maßstabpunkte durch Speicherung festgelegt werden, wobei im einfachsten Fall bei einer Längenmeßeinrichtung der Vor-Rückwärts­ zähler beim Erreichen eines solchen Maßstabpunktes auf Null gesetzt wird. In jedem Fall ist für die Signal­ erzeugung, die Signalauswertung, -übertragung, die Anzeige des Meßergebnisses und die meist vorhandenen weiteren Einrichtungen innerhalb der Signalerzeugungs- und Auswerte­ einheit, z. B. die Speicherung eines wählbaren Nullpunktes, eine Stromversorgung notwendig. Bei eingebauten Meßgeräten werden die am verstellbaren Teil vorgesehenen Einrichtungen über Kabel versorgt und häufig auch die erzeugten Signale der dann am feststellbaren Teil vorgesehenen Auswerteeinheit zugeführt. Bei einer photoelektrischen Abtastung ist es be­ kannt, die Lichtversorgung der am verstellbaren Teil vorge­ sehenen Abtasteinrichtungen von ortsfest angebrachten Lam­ pen über ein flexibles Glasfaserkabel vorzunehmen.

Bei Handmeßgeräten, wie sie insbesondere als Schiebe­ lehren oder mikrometerähnliche Meßgeräte Verwendung finden, ist es nach der DE-OS 27 10 312 für eine Schiebelehre bekannt, auf der Maßstabschiene einen Inkrementalmaßstab vorzusehen und im Meßschieber eine Abtasteinrichtung mit nachgeschalte­ ter Auswerteelektronik und Anzeigeeinrichtung unterzubringen, wobei für die elektrische Versorgung entweder auswechselbare Batterien, über ein fallweise ansteckbares Kabel wieder auf­ ladbare Akkumulatoren oder eine Dauerversorgung über ein Netzkabel vorgesehen wird.

Keine der bekannten Einrichtungen kann voll befrie­ digen. Mitbewegte Kabel bilden eine ständige Störungsquelle und beeinträchtigen die Zugänglichkeit zu dem Gerät, in das die Meßeinrichtung eigebaut ist. Bei Batterien oder wieder aufladbaren Akkumulatoren ist eine dauernde Reservehaltung und Wartung notwendig, wobei überdies die elektronischen Einrichtungen auf Spannungsabfall empfindlich sind, so daß trotz aufwendiger Stabilisierungsschaltungen eine latente Fehlerquelle gegeben ist.

Sinngemäß gleiche Probleme ergeben sich bei anderen Meßgeräten, bei denen durch Verstellung einer Abtasteinheit gegenüber einem Maßstab fortlaufend Signale auf magnetischem, induktiven oder kapazitivem Wege für die Längen- und Winkel­ messung erzeugt werden. Es ist zwar aus der DE-OS 26 17 401 bekannt, bei einem sich gattungsmäßig von den gegenständ­ lichen Meßgeräten unterscheidenden Fahrradtachometer, bei dem ein an dem einen Rad befestigter Dauermagnet beim Durchgang durch den Empfindlichkeitsbereich einer am Fahr­ radrahmen befestigten Induktionsspule pro Umdrehung je ein Signal erzeugt, für die Versorgung einer digitalen Auswer­ teeinheit und einer Anzeigeeinrichtung für die Geschwindig­ keit eine Batterie und einen Miniaturakkumulator (letzteren für die Anzeigeeinheit) vorzusehen und gegebenenfalls für die Stromversorgung der Anzeigeeinheit auch den vorhandenen Fahrraddynamo zu verwenden, doch wird im letzteren Fall nur eine auf Fahrrädern zwingend vorgeschriebene Einrichtung, nämlich das Dynamo, zusätzlich ausgenutzt.

Bei der Weiterleitung der Meßsignale zu zentralen bzw. ortsfesten Anzeige- oder Steuereinrichtungen über Ka­ bel ergibt sich ebenfalls das Problem der richtigen Kabel­ führung und die durch jedes Schleppkabel bedingte Störan­ fälligkeit.

Ausgehend von dem vorgegebenen Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Meßgerät, insbesondere ein Längen- oder Winkelmeßgerät mit einer netz- und batterieunabhängigen Stromversorgung zu schaffen.

Bei einem Meßgerät der genannten Art besteht die Lösung dieser Aufgabe im wesentlichen darin, daß für die elektrische Versorgung wenigstens der Abtasteinheit ein mittels des ver­ stellbaren Teiles des Meßgerätes bei der Verstellung an­ treibbarer Kleingenerator vorgesehen ist.

Grundüberlegung der Erfindung war es, daß bei Meß­ einrichtungen der gegenständlichen Art immer eine Rela­ tivverstellung zwischen Abtasteinheit und Maßstab vor­ kommt, also eine für den Antrieb eines Kleingenerators ausnützbare Bewegung vorhanden ist. Der vorgesehene Klein­ generator wird vorzugsweise über eine Pufferbatterie in den Versorgungsstromkreis aufgenommen. Man kann entweder eine vollständige Versorgung der elektrischen Teile des Meßgerätes vom Kleingenerator oder auch nur eine Notver­ sorgung der Abtasteinheit selbst oder eines mit ihr ver­ bundenen Speichers, z. B. eines Nullpunktspeichers, vorsehen. In den meisten Fällen wird man auch Sparschaltungen ver­ wenden, bei einem Handmeßgerät mit Zähl- und Anzeigeein­ richtung beispielsweise die Anzeige über einige Schalter aus- und einschaltbar ausbilden, so daß das Meßergebnis zwar im Zähler vorhanden ist, aber nur im Bedarfsfall auf die Anzeige abgerufen wird. Der vorgesehene Ein-Ausschalter für die Anzeige kann als Berührungsschalter ausgebildet sein. Auch beim ortsfesten Einbau der Meßeinrichtung in eine Maschine kann man mit einfachen Mitteln eine aus­ reichende Versorgung durch den Kleingenerator dadurch er­ zielen, daß beispielsweise während des gesamten Maschinen­ betriebes bei mitlaufender Meßeinrichtung der Generator im Betrieb bleibt, die Meßeinrichtung aber nur für die tatsächlich notwendigen Meßvorgänge eingeschaltet wird. Durch das dauernde Nachladen einer vorgesehenen Puffer­ batterie wird eine konstante Versorgungsspannung erhalten.

Nach einer möglichen Ausbildung ist bei einem Längen­ meßgerät ein durch Drehung antreibbarer Kleingenerator in einem die Abtasteinheit enthaltenden Schlitten od. dgl. ange­ ordnet und über ein Antriebsrad antreibbar, das in abwälzendem Eingriff mit einer parallel zum Maßstab an diesem angebrachten Führungsbahn steht.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Klein­ generator als Linearmaschine auszubilden, deren Linear­ teil parallel zum Maßstab an diesem und dessen anderer Teil in einem mit der Abtasteinheit verstellbaren Schlit­ ten od. dgl. angeordnet ist. Der Linearteil kann aus einem nebeneinander eine Vielzahl von Dauermagneten tragenden Band bestehen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Anzeige- bzw. Auswerteeinheit ortsfest angeordnet und zwischen Abtasteinheit und Anzeige- bzw. Auswerteeinheit ist eine drahtlose Übertragungsstrecke mit Sender und Empfänger, insbesondere eine IR (Infrarot)- oder US (Ultra­ schall)-Übertragungsstrecke vorgesehen, deren mit der Ab­ tasteinheit verbundener Sender im Versorgungskreis des Kleingenerators liegt. Hier kann auch am Schlitten eine Anzeigeeinheit vorhanden sein. Die Übertragungsstrecke dient dann zur Steuerung einer Zentralanzeige bzw. Zentralsteuer­ einrichtung. Es ist kein Verbindungskabel zum Schlitten mehr notwendig. Vorzugsweise werden nur die für die Er­ fassung der Meßsignale unbedingt benötigten Einrichtungen am Schlitten und alle anderen Einrichtungen im ortsfesten Bereich des Meßgerätes angeordnet. Eine IR-Übertragungs­ strecke kann über Reflektoren mehrfach umgelenkt werden. Im einfachsten Fall wird aber der Empfänger der Übertragungs­ strecke im einen Maßstabendbereich orstfest angeordnet.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an Hand von Längenmeßgeräten beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 ein ähnlich einer Schiebelehre ausgebildetes Meßgerät in Ansicht,

Fig. 2 einen Querschnitt durch die Schiebelehre nach Fig. 1 und ein Blockschema der Abtast- und Anzeige­ einheit,

Fig. 3 in einer der Fig. 2 entsprechenden Darstellungsweise eine Ausführungsvariante und

Fig. 3 eine Maschine mit einem aufgebauten Längenmeßgerät, schematisiert in Ansicht.

Bei der Schiebelehre nach den Fig. 1 und 2 ist in an sich bekannter Weise eine mit der einen Meßbacke 1 ver­ bundene Maßstabschiene 2 vorhanden, wobei angenommen wird, daß auf der Maßstabschiene 2 ein eingesetzter Maßstab 3, beispielsweise mit Inkrementalteilung, angebracht ist. Es ist in an und für sich üblicher Weise ein mit dem zweiten Meßschenkel 4 verbundener Gleiter 5 vorhanden, der auf der Schiene 2 in Längsrichtung verstellbar ge­ führt ist und eine Abtasteinheit zur Abtastung des Maß­ stabes 3 sowie eine Anzeigeeinheit 6 enthält. Bei Ver­ wendung einer Inkrementalteilung am Maßstab 3 mit gleichgroßen Strichen und Lücken kann man die Rückseite des Maßstabes 3 verspiegeln und eine opto-elektronische Abtasteinheit mit Leuchtdioden, Ablesegittern und Foto­ transistoren vorsehen, die bei der Abtastung des Maß­ stabes etwa sinusförmige Signale, deren Länge der Maß­ stabteilung entspricht und die gegeneinander phasen­ verschoben sind, erzeugen. Die Abtasteinheit und eine nachgeordnete Auswerteeinheit wurden im Blockschema nach Fig. 2 mit 7 bezeichnet. Diese Auswerteeinheit kann Verstärker, Einrichtungen zur weiteren elektronischen Unterteilung des Maßstabes und einen Vor-Rückwärtszähler enthalten, der die digitale Anzeigeeinheit 6 steuert.

Zur Stromversorgung dient ein drehend antreibbarer, im Gleiter 5 untergebrachter Kleingenerator 8, der über ein Ritzel 9 antreibbar ist, das mit der als Zahnstange 10 ausgebildeten Unterseite der Schiene 2 kämmt. Der Generator 8 speist eine Pufferbatterie 11, von der die Versorgungsleitung für die Abtast-, die Auswerte- und die Anzeigeeinheit 6, 7 ausgeht.

Bei der Ausführung nach Fig. 3 ist im unteren Rand­ bereich der Schiene 2 der Linearteile 12 einer den Kleingenerator bildenden Linearmaschine parallel zum Maßstab 3 angeordnet. Der andere Teil 13 der Linear­ maschine ist mit dem Gleiter verbunden und speist wieder die Batterie 11.

Bei der Maschine nach Fig. 4, die eine Werkzeugmaschine sein kann, ist am Maschinenbett 14 ein Inkrementalmaßstab 15 angeordnet. Die Abtasteinheit für diesen Maßstab ist in einem Schlitten 16 untergebracht, der wieder ein Ritzel 17 zum Antrieb eines Kleingenerators aufweist und auch die Batterie 11 enthält. Die Meßsignale werden einem ebenfalls vom Kleingenerator versorgten Sender 18, bei­ spielsweise einem IR-Sender zugeführt und werden drahtlos über eine Übertragungsstrecke 19 zu einem Empfänger 20 übertragen. Selbstverständlich können auch mehrere Sender und Empfänger parallel angeordnet sein, die bei­ spielsweise bei versetzten Fotodioden mit je einer Foto­ diode verbunden sind. Die vom Sender 20 empfangenen Signale werden in einem ortsfesten Teil 21 des Meßgerätes weiterverarbeitet und umgeformt und steuern in weiterer Folge eine Anzeigeeinrichtung 22.

Claims (5)

1. Meßgerät, insbesondere Längen- oder Winkelmeßgerät, mit einem Maßstab und einer entlang dieses Maßstabes ver­ stellbaren Abtasteinheit, die bei der Verstellung der Maßstabteilung entsprechende elektrische Meßsignale er­ zeugt, welche einer Anzeige- oder Auswerteeinheit zu­ führbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß für die elek­ trische Versorgung wenigstens der Abtasteinheit (5, 16) ein mittels des verstellbaren Teiles des Meßgerätes bei der Verstellung antreibbarer Kleingenerator (8, 12, 13) vorgesehen ist.

2. Längenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein durch Drehung antreibbarer Kleingenerator (8) in einem die Abtasteinheit enthaltenden Schlitten od. dgl. (5, 16) angeordnet und über ein Antriebsrad (9, 17) an­ treibbar ist, da in abwälzendem Eingriff mit einer parallel zum Maßstab (3, 15) an diesem angebrachten Führungsbahn (10) steht.

3. Längenmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kleingenerator als Linearmaschine ausgebildet ist, deren Linearteil (12) parallel zum Maßstab (3) an diesem und deren anderer Teil (13) in einem mit der Abtasteinheit verstellbaren Schlitten (5) od. dgl. angeordnet ist.

4. Meßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige- bzw. Auswerteeinheit (21, 22) ortsfest angeordnet und zwischen Abtasteinheit (16) und Anzeige- bzw. Auswerteeinheit eine drahtlose Übertragungs­ strecke (19) mit Sender (18) und Empfänger (20), insbe­ sondere eine IR- oder US-Übertragungsstrecke vorgesehen ist, deren mit der Abtasteinheit (16) verbundener Sender (18) im Versorgungskreis des Kleingenerators liegt.

5. Meßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfänger (20) der Übertragungsstrecke im einen Maßstabendbereich ortsfest angeordnet ist.