DE1191027B - Arrangement for measuring and displaying the movement of moving parts on machine tools - Google Patents
Arrangement for measuring and displaying the movement of moving parts on machine toolsInfo
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Description
Anordnung zum Messen und Anzeigen der Bewegung von beweglichen Teilen an Werkzeugmaschinen Die Erfindung geht aus von einer Anordnung zum Messen und Anzeigen der Bewegung von beweglichen Teilen an Werkzeugmaschinen, bei der die geradlinige oder die Drehbewegung des Maschinenteils über Zahnkamm und Ritzel in eine Drehbewegung übergeführt wird, die auf eine Grob- und eine Feinmeßeinrichtung übertragen wird, und wobei die Feinmeßeinrichtung eine elektromagnetische Abnehmereinrichtung aufweist, auf deren einen drehbaren Teil die Drehbewegung des Ritzels übertragen wird, während ein zweiter drehbarer Teil der Abnehmereinrichtung von einem Stellmotor angetrieben wird, der durch bei einer Relativbewegung der beiden drehbaren Teile entstehende und über einen Verstärker verstärkte Spannungssignale derart gespeist wird, daß er den zweiten drehbaren Teil so lange antreibt, bis das Spannungssignal den Wert Null annimmt.Arrangement for measuring and displaying the movement of moving parts on machine tools The invention is based on an arrangement for measuring and displaying the movement of moving parts on machine tools, in which the rectilinear or the rotary movement of the machine part via tooth comb and pinion into a rotary movement is transferred, which is transferred to a coarse and a precision measuring device, and wherein the precision measuring device comprises an electromagnetic pick-up device, on whose one rotatable part the rotational movement of the pinion is transmitted, while a second rotatable part of the pickup device driven by a servomotor is caused by a relative movement of the two rotatable parts and voltage signals amplified via an amplifier are fed in such a way that it drives the second rotatable part until the voltage signal reaches the value Assumes zero.
Es sind Abmeßsysteme bekannt, bei welchen eine Differentialmutter vorgesehen ist, die induktiv die Schraubenwindungen der mit dem beweglichen Teil der Maschine fest verbundenen Meßschraube abnimmt. Dieses Verfahren ist namentlich beim Abmessen von größeren Entfernungen (größer als 1 bis 2 m) unvorteilhaft. Ein Nachteil ist hauptsächlich der große Durchhang, das Schlingern und die schwierige Erzeugung von langen Meßschrauben.There are measuring systems known in which a differential nut is provided, the inductively the screw turns of the with the movable part the machine is firmly attached to the micrometer. This procedure is named disadvantageous when measuring larger distances (greater than 1 to 2 m). A The main disadvantage is the large slack, the lurching and the difficult Production of long micrometers.
Dieser Nachteil besteht nicht bei Abnehmern, welche induktiv die Verzahnung eines Meßkammes abtasten. Diese Lösungen sind jedoch gleichfalls meist nicht vorteilhaft, denn es ist schwierig, derartige Abnehmer mit minimaler Streuung der magnetischen Kreise herzustellen und den Einfluß der veränderlichen Größe der Luftspalte beim Verstellen der gesteuerten Supporte zu beheben.This disadvantage does not apply to customers who inductively use the toothing scan a measuring comb. However, these solutions are also usually not advantageous, because it is difficult to find such buyers with minimal magnetic dispersion Create circles and the influence of the variable size of the air gaps Adjustment of the controlled supports to fix.
Bekannte elektrische Fernanzeigeeinrichtungen weisen einen elektromagnetischen Abnehmer auf, dessen Ausgangssignale von einer Relativbewegung zwischen zwei drehbaren Teilen des Abnehmers abhängig ist. Der eine drehbare Teil wird dabei von dem Teil, dessen Bewegungen gemessen werden sollen, angetrieben, während der andere Teil durch einen Stellmotor bewegt wird, der durch die Ausgangssignale des Abnehmers gesteuert wird. Bei einer solchen bekannten Anordnung, die im wesentlichen auf dem Selsynsystem beruht, sind die beiden drehbaren Teile des Abnehmers räumlich getrennt und durch die Ständeranordnung induktiv gekoppelt, so daß der Abnehmer praktisch aus einer eigentlichen Gebereinheit und einer Empfängereinheit besteht, die räumlich von der Gebereinheit getrennt ist.Known electrical remote display devices have an electromagnetic one Pickup, whose output signals from a relative movement between two rotatable Share is dependent on the buyer. The one rotatable part is replaced by the part whose movements are to be measured, while the other part is driven by a servomotor is moved, which is controlled by the output signals of the consumer will. In such a known arrangement, which is essentially based on the Selsyn system is based, the two rotatable parts of the pickup are spatially separated and through the stator assembly inductively coupled, so that the consumer practically from a actual transmitter unit and a receiver unit, the spatially of the Encoder unit is separated.
Diese bekannten Selsynsysteme besitzen gewisse Eigenschaften, die sich in der Praxis in verschiedenen Fällen als nachteilig herausgestellt haben. Insbesondere ist bei diesen Systemen jeweils nur eine einzige definierte Null-Lage oder Ruhelage vorhanden, bei der das Ausgangssignal Null ist. Dadurch ist die Genauigkeit der Messung begrenzt bzw. für die Erzielung einer größeren Genauigkeit eine sehr große übersetzung ins Schnelle notwendig. Abgesehen davon, daß dies zu erheblichen Kräften und damit zu einer merklichen Abnutzung der bewegten Teile führt, kann aus diesem Grunde das Selsynsystem auch nicht in allen Fällen angewendet werden.These known selsyn systems have certain properties that have proven to be disadvantageous in practice in various cases. In particular, there is only a single defined zero position in each of these systems or a rest position in which the output signal is zero. This is the accuracy the measurement is limited or a very high for achieving greater accuracy large translation required in a hurry. Besides that this is too substantial Forces and thus leads to a noticeable wear and tear of the moving parts can For this reason the Selsyn system cannot be used in all cases.
Die Erfindung vermeidet diese Nachteile bei einer Anordnung der eingangs genannten Art dadurch, daß die beiden drehbaren Teile der Abnehmereinrichtung, von denen der eine von dem Ritzel über eine mechanische übersetzung und der andere von dem Stellmotor über eine mechanische Untersetzung angetrieben wird, konzentrisch und gegeneinander frei drehbar gelagert sind und mehrere über den Umfang verteilte Gleichgewichtsstellungen aufweisen, in denen das Ausgangssignal der Abnehmereinrichtung den Wert Null besitzt, und daß die Verstellbewegung der Meßelemente des Feinmeßgetriebes von dem übersetzungsgetriebe zwischen Stellmotor und dem von diesem angetriebenen Teil der Abnehmereinrichtung abgeleitet wird, während die Elemente des Grobmeßgetriebes direkt vom Ritzel bewegt werden.The invention avoids these disadvantages with an arrangement of the above mentioned type in that the two rotatable parts of the pickup device, of which one from the pinion via a mechanical transmission and the other from the servomotor is driven by a mechanical reduction, concentric and are freely rotatable relative to one another and several distributed over the circumference Have equilibrium positions in which the output signal of the pickup device has the value zero, and that the adjustment movement of the measuring elements of the precision measuring gear of the transmission between the servomotor and the one driven by it Part of the pickup device is derived while the Elements of the coarse measuring gear can be moved directly by the pinion.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung besitzt der eine Teil des Abnehmers am inneren Umfang und der andere Teil am äußeren Umfang Verzahnungen, durch welche bei gegenseitiger Winkelverdrehung beider Teile der magnetische Widerstand von zwei magnetischen Kreisen geändert wird, deren Spulen in Differentialschaltung arbeiten, wobei die einzelnen Gleichgewichtslagen des Abnehmers jeweils bei Verdrehung dessen beider Teile um eine Zahnteilung entstehen. Dabei ist es zweckmäßig, daß die einzelnen Meßelemente des Grob-und Feinabmeßgetriebes dekadisch aufgebaut und so angetrieben sind, daß bei langsamer Vorschubbewegung beide Abmeßsysteme entsprechend einer Übersetzung von 1:10 synchron laufen. Zweckmäßig ist es auch, wenn an die einzelnen Meßelemente des Grob- und Feinabmeßgetriebes analogonumerische Umsetzer angeschlossen sind, mit deren Hilfe die Lage des beweglichen Teiles der Werkzeugmaschine numerisch ausgedrückt und angegeben werden kann.According to a further development of the invention, one part has the pickup on the inner circumference and the other part on the outer circumference teeth through which with mutual angular rotation of both parts, the magnetic resistance of two magnetic circuits are changed, the coils of which work in differential circuit, the individual positions of equilibrium of the customer each time it is rotated of both parts arise around a tooth pitch. It is useful that the individual Measuring elements of the coarse and fine measuring gear set up in decadic form and driven in this way are that with slow feed movement both measuring systems according to a translation run synchronously from 1:10. It is also useful if the individual measuring elements the coarse and fine measuring gear analog-to-numeric converters are connected, with the help of which the position of the moving part of the machine tool is expressed numerically and can be specified.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht es, mit wesentlich kleinerer Winkelgeschwindigkeit zu arbeiten, die zu einer sehr raschen Synchronisation bei Verlangsamung des Vorschubes des zu messenden Maschinenteils führt. Die Genauigkeit der Messung wird allein durch die geometrische Form der Verzahnung der beiden beweglichen Teile des Abnehmers bestimmt. Diese Genauigkeit ist sehr groß, da die Zähne sehr genau gefertigt werden können und eventuelle Fehler dadurch ausgeglichen werden, daß zur Bestimmung der Ruhestellung jeweils alle Zähne auf dem Umfang gleichmäßig wirksam sind.The arrangement according to the invention makes it possible with much smaller Angular velocity to work, which contributes to a very rapid synchronization Slowing down the feed rate of the machine part to be measured leads. The precision the measurement is made solely by the geometric shape of the toothing of the two movable ones Parts of the buyer determined. This accuracy is very great because the teeth are very can be manufactured precisely and any errors can be compensated for, that to determine the rest position in each case all teeth on the circumference evenly are effective.
Es wird somit durch diese Anordnung eine sehr große Genauigkeit der Feinmessung erzielt, die die Genauigkeit der bekannten Anordnung bei gleicher Übersetzung um ein Vielfaches übersteigt.There is thus a very high accuracy of the Fine measurement achieved that the accuracy of the known arrangement with the same translation many times over.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben, wo F i g. 1 das Schaltbild der ganzen Anordnung vorstellt, F i g. 2 a und 2 b Schaltbilder der Schaltung der Abnehmerspulen.The invention is described below with reference to the drawing, where F i g. 1 presents the circuit diagram of the entire arrangement, FIG. 2 a and 2 b wiring diagrams the circuit of the pickup coils.
Die Längsbewegung des gesteuerten Teiles der Werkzeugmaschine wird mittels eines Kammes 1 bzw. im Fall einer Drehbewegung mittels eines Zahnkranzes erfaßt und mittels eines Ritzels 2 mit begrenztem Spiel abgenommen. Dieses treibt entweder direkt oder über eine kleine Übersetzung 3, 4 ins Schnelle einen Teil s eines elektromagnetischen Abnehmers an, während der zweite Teil 6 des Abnehmers von einem Stellmotor SM angetrieben wird, der selbst von der durch die gegenseitigen Winkelverdrehungen der beiden Teile 5, 6 des Abnehmers entstehenden Spannung über einen Verstärker 13 gesteuert wird. Diese Bewegung geht zum Beispiel über eine Übersetzung ins Langsame vor sich und zwar über die Zahnräder 7, 8, 9,10,11,12. Der Stellmotor SM treibt gleichzeitig ein Feinmeßgetriebe f an, das so kinematisch eindeutig mit dem Abnehmerteil 6 verbunden ist Auf diese Weise wird eine höhere Drehzahl des Meßgetriebes OSJ mit Rücksicht auf den Abnehmerteil 6 ohne Anwendung von Getrieben ins Schnelle erzielt. Der Abnehmer 6i besitzt eine größere Anzahl von Gleichgewichtslagen, d h. Lagen, für welche die Spannung am Austritt des Abnehmers gleich Null ist. Es wird ein induktiver Abnehmer, der nach dem Prinzip eines Differentialtransformators arbeitet, verwendet, wobei die Form der aktiven Luftspalte beider magnetischer Kreise durch die innere und äußere Verzahnung beider Teile 5, 6 des Abnehmers gegeben ist, so daß die Gleichgewichtslage des Abnehmers jeweils bei gegenseitiger Verdrehung der Teile 5, 6 um eine Zahnteilung eintritt. Die Verzahnung beider magnetischer Kreise I, 1I ist um eine halbe Zahnteilung versetzt, so daß zum Beispiel im Augenblick, wo der magnetische Widerstand des Kreises I maximal ist, der magnetische Widerstand des Kreises 1I minimal ist und umgekehrt. Dabei kommt der minimale magnetische Widerstand immer in dem Augenblick zustande, wo die äußeren Zähne des Teiles 6 des Abnehmers gerade gegenüber den inneren Zähnen des Teiles 5 zu liegen kommen. Beide Teile 5 und 6 haben die gleiche Anzahl von Zähnen.The longitudinal movement of the controlled part of the machine tool is detected by means of a comb 1 or, in the case of a rotary movement, by means of a toothed ring and picked up by means of a pinion 2 with limited play. This drives part s of an electromagnetic pickup either directly or via a small transmission 3, 4 at high speed, while the second part 6 of the pickup is driven by a servomotor SM , which itself is controlled by the mutual angular rotations of the two parts 5, 6 the voltage generated by the consumer is controlled via an amplifier 13. This movement takes place, for example, via a translation into slow speed, namely via the gears 7, 8, 9, 10, 11, 12. The servomotor SM simultaneously drives a precision measuring gear f, which is so kinematically clearly connected to the pick-up part 6. In this way, a higher speed of the measuring gear OSJ is achieved with regard to the pick-up part 6 without the use of gears. The pickup 6i has a larger number of equilibrium positions, i.e. Positions for which the voltage at the outlet of the consumer is zero. An inductive pickup is used, which works on the principle of a differential transformer, the shape of the active air gaps in both magnetic circuits is given by the inner and outer teeth of both parts 5, 6 of the pickup, so that the equilibrium position of the pickup is given in each case with mutual Rotation of the parts 5, 6 occurs by one tooth pitch. The toothing of both magnetic circuits I, 1I is offset by half a tooth pitch, so that, for example, at the moment when the magnetic resistance of circuit I is maximum, the magnetic resistance of circuit 1I is minimal and vice versa. The minimum magnetic resistance always comes about at the moment when the outer teeth of the part 6 of the consumer come to lie just opposite the inner teeth of the part 5. Both parts 5 and 6 have the same number of teeth.
Beide Abnehmerspulen werden durch Wechselspannung gespeist und sind differential so geschaltet, daß in der Lage, wo die magnetischen Widerstände der Kreise I, 1I gleich sind, der Abnehmer ein Nullaustrittssignal gibt. Falls der magnetische Widerstand des Kreises I kleiner ist als der Widerstand des Kreises Il, erzielt man ein Wechselstromsignal einer Phase von 0°, im entgegengesetzten Fall ein Signal der Gegenphase von 180°. Dieses Signal steuert nach Verstärkung direkt den Zweiphasen-Asynchronstellmotor SM. Die Schaltung der Abnehmerspulen kann z. B. in Form eines Differentialtransformators (F i g. 2 a) oder in Form einer durch Wechselstrom gespeisten Brücke (F i g. 2b) ausgeführt werden. Durch Pfeile sind in den Figuren veränderliche Induktivitäten der magnetischen Kreise I, II des Abnehmers dargestellt. Die Verzahnung des Abnehmers der Winkelverdrehung muß nicht unbedingt so, wie in F i g. 1 dargestellt ist, durchgeführt werden. Am Wesen der Erfindung wird nicht geändert, wenn die Verzahnung an den Stirnseiten beider Abnehmerteile von gegenseitig sich um dieselbe Achse drehenden Rädern angeordnet ist u. dgl.Both pick-up coils are fed by alternating voltage and are connected differentially so that in the position where the magnetic resistances of the circuits I, 1I are equal, the pick-up gives a zero exit signal. If the magnetic resistance of the circuit I is smaller than the resistance of the circuit II, an alternating current signal with a phase of 0 ° is achieved, in the opposite case a signal of the opposite phase of 180 °. After amplification, this signal directly controls the two-phase asynchronous servomotor SM. The circuit of the pickup coils can, for. B. in the form of a differential transformer (FIG. 2 a) or in the form of an alternating current-fed bridge (FIG. 2 b). Arrows in the figures show variable inductances of the magnetic circuits I, II of the consumer. The toothing of the collector of the angular rotation does not necessarily have to be as shown in FIG. 1 is shown. The essence of the invention is not changed if the toothing is arranged on the end faces of both pickup parts of mutually rotating wheels about the same axis and the like.
Die Zahnradübersetzungen 1, 2, 3, 4 und die Zahl der Zähne des Abnehmers sind so gewählt, daß die Verdrehung des äußeren Teiles 5 des Abnehmers um eine Zahnteilung gegenüber dem Teil 6 des Abnehmers einer Supportbewegung um 1 mm oder um ein ganzes Vielfaches eines Millimeters entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, Bruchteile von Millimetern (0,1, 0,01 usw.) in jeder der Gleichgewichtslagen des Abnehmers zu messen. Bei Schnellvorschub muß also der Teil 6 des Abnehmers, der durch den Stellmotor SM angetrieben wird und mit dem Feinmeßgetriebe OSJ verbunden ist, nicht den Bewegungen des äußeren Teiles 5 des Abnehmers folgen. Bei Verlangsamung des Vorschubes synchronisiert sich das System in der nächstliegenden Gleichgewichtslage des Abnehmers, wobei durch das Feinmeßgetriebe OSJ Bruchteile von Millimetern abgemessen werden. Die ganze Zahl von Millimetern, die nicht gemessen wurde, da beide Abnehmerteile 5, 6 ihre Lage um eine ganze Zahl von Zahnteilungen geändert haben, wird durch das Grobmeßgetriebe OSH abgemessen.The gear ratios 1, 2, 3, 4 and the number of teeth of the customer are chosen so that the rotation of the outer part 5 of the customer by one tooth pitch compared to the part 6 of the customer of a support movement of 1 mm or a whole multiple of a millimeter is equivalent to. In this way it is possible to measure fractions of a millimeter (0.1, 0.01, etc.) in each of the equilibrium positions of the pickup. In the case of rapid advance, the part 6 of the customer, which is driven by the servomotor SM and is connected to the precision measuring gear OSJ, does not have to follow the movements of the outer part 5 of the customer. When the feed rate is slowed down, the system synchronizes itself in the closest equilibrium position of the consumer, with fractions of millimeters being measured by the precision measuring gear OSJ. The whole number of millimeters that was not measured because both pickup parts 5, 6 have changed their position by a whole number of tooth pitches is measured by the coarse measuring gear OSH.
Auf diese Weise kann z. B. die Lage des gesteuerten Teiles der Werkzeugmaschine dekadisch durch die Lage einiger Wellen ausgedrückt werden, die sowohl im Feinmeßgetriebe OSJ als auch im Grobmeßgetriebe OSH gegenseitig durch Zahnradübersetzungen im Verhältnis 1 : 10 verbunden sind. Die Kopplung zwischen dem feinen und dem groben Teil des Meßsystems ist gleichfalls dekadisch und wird mittels des oben beschriebenen Abnehmers und des Folge-Stellmechanismus bewerkstelligt. Diese Kopplung wird bei Schnellvorschub immer aufgehoben - bei verlangsamten Vorschub wird sie jedoch selbsttätig wiederhergestellt durch Ansprechen des Folge-Stellmechanismus in Synchronlauf in einer der Gleichgewichtslagen des Abnehmers der Winkelverdrehung. Bei verlangsamter Bewegung verfolgen somit beide Systeme der dekadisch gekoppelten Wellen die abgemessene Bewegung so, als ob zwischen beiden Gruppen eine Zahnradübersetzung 1:10 bestehen würde.In this way, z. B. the position of the controlled part of the machine tool can be expressed decadically by the position of some waves, the both in the precision measuring gear OSJ and in the coarse measuring gear OSH through each other Gear ratios in a ratio of 1:10 are connected. The coupling between the fine and the coarse part of the measuring system is also decadal and becomes accomplished by means of the above-described pickup and the follow-up adjusting mechanism. This coupling is always canceled with fast feed - with slowed feed however, it is automatically restored by the response of the subsequent actuating mechanism in synchronous operation in one of the equilibrium positions of the pickup of the angular rotation. When the movement is slowed down, both systems follow the decadic coupled system Wave the measured movement as if there was a gear ratio between the two groups 1:10 would exist.
Bei Meßsystemen ist es möglich, die auf oben erwähnte Weise erzielte analogdekadische Angabe in eine numerische Form zu überführen, d. h. die Lage des gesteuerten Teiles der Werkzeugmaschine durch einen dekadischen Wert auszudrücken. An der Steuertafel OP kann diese numerische Angabe zu einer Zahlenindikation der Lage verwendet werden, zu einer selbsttätigen Einstellung der Koordinaten, die durch von Hand betätigte Schalter oder durch ein Lochband oder eine Lochkarte zwecks selbsttätigem Steuern eines rechteckigen Zyklus durch ein Lochband vorgewählt wurden od. dgl. Dabei wird der Umstand ausgenutzt, daß man bei Schnellvorschub nicht die augenblickliche Lage der gesteuerten Koordinate mit einer Genauigkeit von Hundertsteln von Millimetern kennen muß. Vor Anfahren auf die genaue Abmessung wird die Vorschubgeschwindigkeit verlangsamt, die richtige Funktion der zwei feinsten Dekaden wird hergestellt, und der gesteuerte Tisch fährt so auf die genaue Abmessung an.In measuring systems, it is possible to achieve that achieved in the above-mentioned manner to convert analog decadic information into a numeric form, d. H. the location of the to express the controlled part of the machine tool by a decadic value. On the control panel OP, this numerical information can be converted into a numerical indication of the Able to be used to an automatic adjustment of the coordinates, which by manually operated switch or by a perforated tape or a punch card for the purpose of automatic Controlling a rectangular cycle by a perforated belt were preselected or the like. This takes advantage of the fact that you do not get the current one with fast feed Position of the controlled coordinate with an accuracy of hundredths of a millimeter must know. Before approaching the exact dimension, the feed speed is slowed down, the correct functioning of the two finest decades is established, and the controlled table moves to the exact dimension.
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