DE1135991B - Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Laengs- oder Drehbewegungen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Längs- oder Drehbewegungen Für die Programmsteuerung von Längs- und Drehbewegungen, beispielsweise des Vorschubes bei Werkzeugmaschinen, ist bereits eine Vielzahl verschiedener Steuersysteme bekanntgeworden. Sie arbeiten beispielsweise mit Meßeinrichtungen nach dem Durchleuchtungsverfahren mit optischen Mitteln, oder mit magnetischen Meßeinrichtungen unter Verwendung einer eingeprägten Magnetisierung. Während beim optischen Verfahren der Maßstab von beiden Seiten zugänglich sein muß, ergibt sich bei magnetischen Meßeinrichtungen eine erhöhte Störanfälligkeit gegenüber Fremdfeldern. Ferner sind Verfahren bekannt, die nach dem Drehmeldeprinzip - für Längsbewegungen mit in die Ebene aufgerolltem Drehmelder - arbeiten. In diesem Falle sind Anschlußleitungen sowohl am ortsfesten als auch am beweglichen Teil erforderlich. Darüber hinaus wirken sich der geringe Signalpegel und Störabstand dieser Meßgeräte ungünstig aus.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die den bekannten Programmiersystemen anhaftenden Nachteile zu vermeiden und mit geringem Aufwand die Steuerung oder Regelung von beliebigen Längs- oder Drehbewegungen mit ausreichender Genauigkeit zu ermöglichen.
• Es ist an anderer Stelle vorgeschlagen worden, zur Messung von Wegen einen Maßstab als weichmagnetisches Strichraster auszubilden und diesen Maßstab mit einem Lesekopf abzutasten, der aus einem im wesentlichen geschlossenen magnetisch erregten Kreis mit Fühlspalt besteht. Die Ausgangsspannung des Lesekopfes ist vom Grad der Überbrückung des Fühlspaltes durch das Strichraster und damit von der Stellung des Lesekopfes abhängig.
• Zur reinen Wegmessung kommt man grundsätzlich mit einem einzigen Fühlspalt aus, da es hierbei nur darum geht, die während der Relativbewegung zwischen Maßstab und Lesekopf auftretenden Maxima der Ausgangsspannung festzustellen. Für die Steuerung sind jedoch mindestens zwei Fühlspalte, die in bestimmter Beziehung zueinander stehen, bzw. zwei Leseköpfe mit entsprechender Zuordnung erforderlich.
• Die Einrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Fühlspalte mit voneinander unabhängiger magnetischer Erregung um ein ungeradzahliges Vielfaches der Strichteilung des Maßstabes gegeneinander versetzt sind.
• Bei Verwendung zweier Leseköpfe werden die Ausgangsspannungen, die um 90° in der Phase verschoben sind, zu einer Summenspannung zusammengesetzt. Verwendet man zwei Fühlspalte in einem einzigen Lesekopf, so ist jedem Fühlspalt eine Erregerwicklung zuzuordnen, deren Magnetflüsse sich normalerweise gegenseitig aufheben.
• Die Abfrage kann auf induktivem Wege erfolgen, indem im Flußweg des Fühlspaltes, beispielsweise auf einem Mittelschenkel, eine geeignete. Wicklung angeordnet ist. Statt dessen kann man auch in an sich bekannter Weise einen Hallgenerator zur Abtastung heranziehen. Dadurch erzielt man den Vorteil, daß auch eine Erregung mit Gleichspannung möglich wird.
• Nähere Einzelheiten der Erfindung seien im folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. Die Ausführungsbeispiele beziehen sich auf die Verwendung von Hallgeneratoren, sind jedoch ohne weiteres auch für induktive Abtastung verwendbar. Zu diesem Zweck ist jeweils statt des Haugenerators auf dem betreffenden Schenkel des Lesekopfes eine Abfragewicklung anzuordnen.
• Die Fig. 1 zeigt eine Anordnung nach der Erfindung unter Verwendung zweier E-förmiger Leseköpfe, in deren Mittelschenkel Hallgeneratoren angeordnet sind. Jeder Lesekopf 1, la ist mit zwei Fühlspalten 2, 3 bzw. 2a, 3a versehen. Er weist Polschuhe 4, 5 bzw. 4a, 5 a auf. Die beiden Hallgeneratoren 6, 6 a sind in den Luftspalten der Mittelschenkel 7, 7a angeordnet. Dabei ist beim Lesekopf 1 der Hallgenerator in seiner wirklichen räumlichen Lage dargestellt, während er beim Lesekopf l a, lediglich um die elektrischen Anschlüsse deutlicher zu zeigen, gedreht dargestellt ist.
• Das Strichraster mit der Teilung a besteht aus Stegen 8 und Zwischenräumen 9. Die beiden Leseköpfe 1 und 1a sind um ein ungeradzahliges Vielfaches der Teilung gegeneinander versetzt. Sind also beispielsweise, wie in Fig.1 dargestellt, die Fühlspalte des Lesekopfes l a überbrückt, so stehen den Fühlspalten des Lesekopfes 1 Zwischenräume9 gegenüber.
• Die Felderregung der Leseköpfe kann mit dem Steuerwechselstrom (Spannungen UE 1, UE 2) und die Steuerstromversorgung für die Hallgeneratoren mit Gleichspannung (US) erfolgen. Statt dessen kann man aber auch getrennt vom Steuerwechselstrom die Erregerwicklungen mit Gleichstrom speisen. Die beiden Hallspannungen sind in Reihe geschaltet, so daß sich an den Klemmen 10, 11 die Summe der Hallspannungen UH ergibt. Die beiden Spannungen UE 1 und UE 2 sind um 90° gegeneinander phasenverschoben.
• Die Summenhallspannung an den Klemmen 10; 11 hat eine Phasenlage, die von den Amplituden der Einzelhallspannungen abhängig ist. Hat beispielsweise die eine Hallspannung ihr Maximum; die andere ihr Minimum, so hat die Summenhallspannung die Phasenlagen der maximalen Einzelspannung. Haben nach Verschiebung der beiden Leseköpfe um eine halbe Strichteilung die beiden Hallspannungen den gleichen Wert, so ist die Summenhallspannung um 45° gegen die Teilhallspannung phasenverschoben. Man kann daher die Ausgangsspannung an den Klemmen 10, 11 in der bei Drehmeldersystemen bekannten Weise zur Steuerung verwenden und einen Weg vorgeben, der einen beliebigen Bruchteil der Strichteilung enthält. Die hohe Signalleistung beim Gegenstand der Erfindung führt zu großer Betriebssicherheit.
• Eine andere Möglichkeit zur Programmierung ist in Fig.2 dargestellt. Auch hier ist ein E-förmiger Eisenkreis 12 vorgesehen, der grundsätzlich die gleiche Form wie der bei den Leseköpfen nach Fig. 1 hat. Die beiden Fühlspalte 13, 14 sind hier jedoch um ein ungeradzahliges Vielfaches der Strichteilung a gegeneinander versetzt, so daß bei Überbrückung eines der Fühlspalte durch einen Strich 8 der andere Fühlspalt frei bleibt. An die Erregerspannung UE, die imAusführungsbeispiel als Gleichspannung angenommen ist, sind zwei Erregerwicklungen 15, 16 angeschlossen, die den beiden Fühlspalten 13, 14 zugeordnet sind. Mit Hilfe von Stellwiderständen 17, 18 kann man im Normalzustand einen exakten Abgleich der Erregerflüsse erzielen, so daß der Hallgenerator 19 bei vom Strichraster abgehobenem Lesekopf die Hallspannung Null abgibt. Diese symmetrische Flußverteilung wird nun durch die weichmagnetischen Striche des Maßstabes je nach der Stellung des Lesekopfes gestört. Von der Überbrükkung des einen oder anderen Luftspaltes hängt die Richtung des den Haugenerator durchsetzenden Magnetflusses ab. Bei Verwendung eines Steuergleichstromes für den Hallgenerator erhält man also während der Verschiebung des Lesekopfes eine periodisch ihr Vorzeichen wechselnde Hallspannung. Für die Zuführung der Steuerspannung sind zwei Steuerwicklungen 20 und 21 vorgesehen, die an eine an sich bekannte Trafokombination zur Vorgabe der gewünschten Stellung angeschlossen werden können. In Fig. 2 ist mit 22 eine derartige Trafokombination bezeichnet, über die nähere Einzelheiten beispielsweise aus der USA.-Patentschrift 2 849 668 hervorgehen. Durch Umschaltung der Abgriffe bei der Trafokombination 22 kann man Steuerspannungen derart vorgeben, daß bei jeder beliebigen Stellung des Lesekopfes in Bezug zum Maßstab der Gesamtfluß Null im Hallgenerator entsteht und damit die Hallspannung UH verschwindet.
• Auch beim Ausführungsbeispiel nach Fig.2 besteht die Möglichkeit, statt eines Haugenerators eine induktive Abfragewicklung auf dem Mittelschenkel des Lesekopfes anzuordnen.
• Wie groß die Strichteilung a ausfallen wird, hängt von der praktisch erreichbaren Auflösung ab. Wird der Maßstab beispielsweise so hergestellt, daß auf einer urmagnetischen Unterlage eine weichmagretische Folie, etwa aus Mu-Metall, aufgeklebt und die Strichteilung durch photographische Übertragung und nachfolgende Ätzung erzeugt wird, so kann man mit einer Auflösung von 1 mm, gegebenenfalls auch bis zu 0,1 mm, rechnen. Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 und 2 sind in dieser Hinsicht selbstverständlich nicht maßstabsgetreu aufzufassen. Wird für a der Wert von 1 mm gewählt, so, sind die Breiten der Mittelschenkel 7 und 7 a in Fig. 1 als ein ungeradzahliges Vielfaches von 1 mm zu wählen, beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dagegen als ein geradzahliges Vielfaches; während die Fühlspalte etwa die Breite der Strichteilung haben können.
• Da sich bei derHerstellung von weichmagnetischen Maßstäben kleine Unregelmäßigkeiten nicht ohne weiteres vermeiden lassen; kann man zur Erhöhung der Genauigkeit, wie in anderem Zusammenhang bereits bekannt, mehrere parallel geschaltete Luftspalte anwenden. Dabei tritt zugleich auch eine Erhöhung der Dynamik auf, da der wirksame Gesamtluftspalt bei mehreren Parallelluftspaltenentsprechend verringert wird.
• Eine Möglichkeit zur praktischen Ausbildung eines solchen Lesekopfes ist in den Fig. 3 und 4 schematisch dargestellt. Auf einer urmagnetischen Unterlage 23 sind weichmagnetische Streifen 24, 25 und 26 angeordnet, die in der Umgebung der Mittelachse 27 kammartig mit Zähnen 28 und Zwischenräumen 29 ausgebildet sind. Die weichmagnetischen Streifen sind auf der Oberseite der Grundplatte 23 umgebogen. An diesen Stellen wird der magnetische Anschluß mit dem E-förmigen Eisenkern 30 hergestellt, wobei in einem Luftspalt zwischen dem Streifen 25 und dem Mittelschenkel 31 des Kanals 30 ein Hallgenerator 32 angeordnet sein kann. Statt dessen ist es wieder möglich, auf dem Mittelschenkel 31 eine induktive Abfragewicklung anzuordnen. Die Erreger- und Steuerwicklungen des Kerns 30 sind der Einfachheit halber nicht dargestellt.
• Fig: 4 zeigt einen Schnitt durch einen derartigen Lesekopf längs der Linie IV-IV der Fig. 3.
• Im unteren Teil der Fig. 3 ist ferner noch eine Ausbildungsmöglichkeit für den weichmagnetischen Maßstab gezeigt. Auf einer urmagnetischen Unterlage 33 ist eine weichmagnetische Folie 34 aufgeklebt, die beispielsweise durch Ätzung mit Ausnehmungen 35 versehen wurde. Die dazwischen stehenbleibenden Stege 36 bilden ein Strichraster in der Umgebung der Mittelachse 27. Denkt man sich den Lesekopf über den Maßstab geklappt, so daß die Achsen 27 zusammenfallen, so erkennt man, daß durch die Stege 36 des Meßstabes dann, wenn sie Zähnen 28 der Kämme gegenüberstehen, die parallel geschalteten Luftspalte überbrückt sind.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Steuerung oder Regelung von Längs- oder Drehbewegungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen, unter Anwendung magnetisch erregter Leseköpfe mit Fühlspalten, die an einem weichmagnetischen Maßstab mit Strichraster in Form von Stegen mit dazwischenliegenden Ausnehmungen vorbeibewegt werden, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Fühlspalte mit voneinander unabhängiger magnetischer Erregung um ein ungeradzahliges Vielfaches der Strichteilung des Maßstabes gegeneinander versetzt sind.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fühlspalte verschiedenen Leseköpfen angehören, deren Ausgangsspannungen um 90° phasenverschoben und in Reihe geschaltet sind (Fig. 1).
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Fühlspalte einem Lesekopf mit zwei magnetischen Kreisen angehören, deren Grunderregung entgegengesetzt gleich ist (Fig. 2).
4. 4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseköpfe mit Hallgeneratoren ausgerüstet sind.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur magnetischen Erregung Gleichstrom dient.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseköpfe einen annähernd E-förmigen Eisenkern mit zwei Fühlspalten enthalten.
7. 7. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Fiihlspalt in eine Mehrzahl von parallel geschalteten Luftspalten aufgeteilt ist (Fig. 3).