DE1242005B - Einrichtung zum Bestimmen der Lage zweier relativ zueinander verschiebbarer Teile - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Bestimmen der Lage zweier relativ zueinander verschiebbarer Teile Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen der Lage zweier relativ zueinander verschiebbärer Teile, von denen das eine mit einem Teilungsträger fest verbunden ist und dem anderen ein Abtastorgan in Bewegungsrichtung der relativ zueinander verschiebbaren Teile definiert zugeordnet ist und bei der außerdem für das Abtastorgan ein vorbestimmter Abstand von der Oberfläche des Teilungsträgers gewährleistet ist. Die angegebenen Teile können beispielsweise das feststehende Bett und der hierzu dreh- oder längsverschiebbare Tisch einer Werkzeugmaschine sein.
• Es ist bekannt, das Abtastorgan über angefederte Abstandhalter, die mit dem Teilungsträger in Kontakt stehen, in dem erforderlichen Abstand von der Oberfläche des Teilungsträgers zu halten und mittels der federnden Elemente in Bewegungsrichtung definiert festzulegen.
• Diese Einrichtungen sind jedoch mit dem Nachteil behaftet, daß die Empfindlichkeit solcher Meßgeräte weitgehend durch die zwischen den Abstandhaltern und dem Teilungsträger auftretende'Reibung bestimmt ist. Infolge der unterschiedlichen Größe der Haftreibung und der Gleitreibung tritt vor Beginn einer Verschiehung des Abtastorgans relativ zum Teilungsträger zunächst eine Speicherung der Energie in den sich dabei elastisch ' verformenden Federelementen auf, bis die'Haftreibung überwunden ist und anschließend eine sprunghafte Verschiebung um einen - gewissen Betrag in Bewegungsrichtung einsetzt. Diese Erscheinung führt zu''Fehlern, da die Größe des Sprunges vom Messenden nicht beeinflußt werden kann und ganz willkürlich ist.
• - Zwar ist es bekannt, -den relativ hohen Reibungswert zwischen den vorstehend erwähnten Teilen durch die Verwendung eines geeigneten Schmiermit tels einigermaßen herabzusetzen, jedoch muß durch diese Maßnahme der zusätzlich auftretende Nachteil in Kauf genommen werden, daß der Abstand des Abtastorgans senkrecht zur Oberfläche des Teilungsträgers infolge des an den Abstandhaltern aufgetragenen Schmierfilms verändert wird.
• Weiter ist es bekannt, auch ohne Zuhilfenahme von Schmiermitteln auszukommen und die z. B. als Gleitschienen gestalteten Abstandhalter aus Kunststoff, z. B. Teflon, auszubilden. Der Nachteil dieser Ausführungsart besteht darin, daß der Reibungswert obwohl er relativ gering ist, bei Einrichtungen dieser Art immer noch störend wirkt. Nachteilig ist auch, daß der Abstand des Abtastorgans senkrecht zur Oberfläche des Teilungsträgers infolge Verschmutzung an den Gleitflächen des Abstandhalters sowie durch Abnutzung des Abstandhalters selbst verändert werden kann. Bei Abstandsschwankungen zwischen Teilungsträger und Abtastorgan können unerwünschte Erscheinungen auftreten, die die Sicherheit des Ableseergebnisses erheblich beeinträchtigen.
• Besonders störend wirken sich beispielsweise Abstandsschwankungen zwischen Abtastorgan und Teilungsträger bei optisch-eIektrisch arbeitenden Vorrichtungen aus, bei denen z. B. - eine gitteraitig geteilte StrichpIatte eine gitterartig geteiIte Teilung abtastet, deren Gitterkonstanten zwecks möglichst hoher Ablesegenauigkeit in der Größenordnung optischer Beugungsgitter liegen. In diesem Fall können bei Abstandsschwankungen zwischen Teilung und Abtastorgan unerwünschte beugungsoptische Erscheinungen die Sicherheit des Ableseergehnisses beeinträchtigen.
• Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, die Nachteile bekannter Einrichtungen zu beheben und eine Einrichtung der einleitend erwähnten Art zu schaffen, bei der das Abtastorgan in seiner Verschieberichtung definiert festgelegt und senkrecht zur Öberiläche des Teilungsträgers benihrungslos in einem sehr geringen und definierten Abstand gehalten wird.
• Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß ein zwischen Abtastorgan und Teilungsträger im Betriebszustand erzeugtes Luftpolster im Zusammenwirken mit einer auf die vom Teilungsträger abgewandte Seite des Abtastorgans wirkenden Kraft den vorbestimmten Abstand einstellt. -Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, teilweise im Schnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 einen schematisch dargestellten Schaltplan zu dem Ausführungsbeispiel der F i g. 1.
• In Fig. 1 ist mit 1 der Tisch einer Werkzeugmaschine bezeichnet, der gegenüber dem feststehenden Bett 2 durch nicht dargestellte mechanische Führungselemente so geführt ist, daß er noch einen Freiheitsgrad der Bewegung besitzt. Die Bewegungsrichtung verläuft dabei senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 1. 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.
• Der Teilungsträger 4 hat, wie in F i g. 2 ersichtlich, auf seiner Teilungsebene 18 eine gitterartige Teilung 19, ebenso besitzt die Abtastplatte 10 auf der der Teilungsebene 18 zugekehrten Fläche 20 zwei um 900 phasenverschobene Teilungen 21 und 21'.
• Weiter ist, wie in Fig. 1 ersichtlich, mit dem Bett 2 ein insgesamt mit 5 bezeichnetes optisch-elektrisches Abtastgerät durch Schrauben 6 starr verbunden. Es umfaßt einen Lampenhalter 7 mit Lampe 8, einen Kondensor9 eine AbtastplattelO, deren Befestigung am Abtastgerät weiter unten noch erläutert wird, zwei aneinander angrenzende Objektive 11 und 12, eine Schlitzblende 13 und zwei Photozellen 14 und 15, welche die auf sie fallenden Lichtströme in elektrische Signale umwandeln, die über Leitungen 16 und 17 an ein nicht gezeigtes Auswertgerät beliebiger, bekannter Bauart weitergeleitet werden, das die elektrischen Signale in Längenangaben umsetzt, was jedoch nicht Gegenstand der Erfindung und deshalb nicht näher erläutert ist.
• Um die Fläche 20 der Abtastplatte 10 in dem vorgesehenen Abstand von der Fläche 18 des Teilungsträgers 4 zu halten, dabei aber gleichzeitig eine vollkommen gleichbleibende Lage der Abtastplatte 10 zum Abtastgerät 5 in Verschieberichtung des Tisches 1 einzuhalten, ist die Abtastplatte 10, wie in F i g. 1 ersichtlich, über ein Halterungssystem 22 mit dem Abtastgerät 5 folgendermaßen verbunden: Das Halterungssystem 22 besteht aus einer Trägerplatte23, einem darauf mittels der Schrauben 24 und Stifte 25 befestigten Rahmen 26, einem in der Bohrung des Rahmens 26 an der Trägerplatte 23 mittels der Schrauben 27 und Stifte 28 befestigten Mittelstück 29, in dem die Abtastplatte 10 eingekittet ist. Die Bohrung des Rahmens 26 sowie der äußere Umfang des Mittelstückes 29 sind dabei so dimensioniert, daß zwischen den Teilen 26 und 29 ein ringförmiger Spalt 30 entsteht. Dem ringförmigen Spalt 30 wird über die Leitung 31, das elastische Zwischenstück 32, die Schraubverbindung 33 und die Luftberuhigungskammer34 unter Druck stehende Luft zugeführt, die zwischen die Teilungsebene 18 und 20 gedrückt wird.
• Das Halterungssystem 22 ist über vier um 900 zueinander versetzte Bolzen 35 mit einem ringförmigen Kolben 36 verbunden, der im ringförmigen Zylinder 37 mittels der Gummiringe 38 und 39 abgedichtet ist. Die Bolzen 35 sind in dem Abdeckflansch 40, der mittels der Schrauben 41 und Stifte 42 am Abtastgerät 5 befestigt ist, spielfrei gleitend geführt.
• Zwischen dem Kolben 36 und dem Abdeckflansch 40 sind auf dem Bolzen 35 die Druckfedern 43 angebracht, die das Halterungssystem 22 gegen den Bund des Abdeckflansches drücken. Dem Zylinder 37 wird über die Leitung 44, Schraubverbindung 45 und Bohrung 46 unter Druck stehende Luft zugeführt.
• Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung sei nachfolgend, und zwar an Hand der F i g. 3 erläutert.
• Bei Betätigung des Druckknopfes »Ein« des Schalters 47 wird über die elektrische Leitung 48 ein Impuls an das Magnetventil 49 abgegeben und die Durchlaßöffnung des Magnetventils 49 für die in der Speiseleitung 50 unter Druck stehende Luft freigegeben.
• Der Druck der eintretenden Luft ist dabei durch ein in der Speiseleitung 50' eingefügtes Druckminderungsventil 51 regelbar. Ein an der Speiseleitung 50' angeschraubtes Verteilerstück 52 führt die unter Druck stehende Luft der Leitung 31 und 44 zu, wobei der Druck der Luft mittels der Druckminderungsventile 53 und 54 einstellbar ist. Ober-die Leitung 31 wird unter Druck stehende Luft in den ringförmigen Spalt 30 eingeführt und gelangt aus dem Spalt 30 zwischen die Teilungsebene 18 und 20, wo sich ein Tragpolster bildet und die beiden Flächen der Teilungsebene 18 und 20 vor gegenseitiger Berührung bewahrt. Dadurch, daß gleichzeitig über die Leitung 44 dem Zylinder 37 Druckluft zugeführt und auf den Kolben 36 und somit auf das Halterungssystem 22 eine Kraft ausgeübt wird, die durch im Zylinder 37 angebrachte Entlüftungsbohrungen 55 und 56 konstant gehalten wird und der Lagerkraft entgegengesetzt ist, stellt sich der Abstand x zwischen den Teilungsebenenl8 und 20 ein. Der Abstand x ist dabei in seiner Größe durch Druckänderung, die sowohl am Druckminderungsventil 53 als auch am Druckminderungsventil 54 vorgenommen werden kann, einstellbar, und zwar bewegt sich der Abstand x in der Größenordnung von tausendgtel Millimetern. In ungefähr derselben Größenordnung liegt die Breite y des Spaltes 30.
• Da die dem Spalt 30 sowie dem Zylinder 37- zugeführte Luft aus einer zentralen Speiseleitung 5d stammt, bleibt der Abstand x zwischen der Teilungsebenel8 und 20 bei geringen Druckschwankungen in der Speiseleitung 50 in seiner eingestellten Größe erhalten.
• Fällt dagegen, z. B. durch eine Störung bedingt, der Druck in der Speiseleitung 50 erheblich ab, dann kommt die Kraft der zwischen dem Kolben 36 und Abdeckflansch 40 vorgespannten Federn 43 zur Wirkung. Das Halterungssystem 22 wird dabei gegen den Bund des Abdeckflansches 40 gedrückt und die Abtastplatte 10 vor einer Berührung mit dem Teilungsträger 4 bewahrt.
• Bei Betätigung des Druckknopfes »Aus« des Schalters 47 wird über die elektrische Leitung 57 ein Impuls an das Magnetventil 49 abgegeben, die Durchlaßöffnung des Magnetventils 49 geschlossen und die Luftzufuhr in der Leitung 50 abgesperrt. Wie bereits vorstehend erläutert, bewirken die auf den Bolzen 35 aufgebrachten Federn 43, daß nach Erreichen eines bestimmten Druckabfalles das Halterungssystem 22 gegen den Bund des Abdeckflansches 40 gedrückt wird. Die Entlüftung der Leitung 50', 31 und 44 erfolgt über die Bohrung 55 und den Spalt 30.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Einrichtung zum Bestimmen der Lage zweier relativ zueinander verschiebbarer Teile, von denen das eine mit einem Teilungsträger fest verbunden ist und dem anderen ein Abtastorgan in Bewegungsrichtung der relativ zueinander verschiebbaren Teile definiert zugeordnet ist und bei der außerdem für das Abtastorgan ein vorbestimmter Abstand von der Oberfläche des Teilungsträgers gewährleistet ist, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß ein zwischen Abtastorgan(10) und Teilungsträger (4) im Betriebszustand erzeugtes Luftpolster im Zusammenwirken mit einer auf die vom Teilungsträger (4) abgewandte Seite des Abtastorgans (10) wirkenden Kraft den vorbestimmten Abstand einstellt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein an sich bekanntes pneumatisches Differenzdrucklager (30, 34/36, 37) den vorbestimmten Abstand zwischen Abtastorgan (10) und Teilungsträger (4) bewirkt.
3. 3. Einrichtung nach Anspruchl und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß federnde Elemente (43) vorgesehen sind, die eine Rückstellkraft auf das Abtastorgan (10) ausüben und gewährleisten, daß bei Druckabfall im Differenzdrucklager (30, 34/36, 37) das Abtastorgan (10) vom Teilungsträger (4) einen notwendigen Abstand einhält.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Differenzdrucklager (30, 34/36, 37) zugeführte Luft mittels in den Zuleitungen (31, 44, 50E) eingesetzter Druckregulierungsventile (54, 53, 51) bekannter Bauart einstellbar ist.
5. 5. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Abtastorgan (10) in einem Halter (22) eingesetzt ist und daß in diesem Halter (22) ringförmig verlaufende Spalte des pneumatischen Differenzdrucklagers (30, 34/36, 37) vorgesehen sind.
6. 6. Einrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmig verlaufenden Spalte des pneumatischen Differenzdrucklagers (30, 34/36, 37) durch Einpassen eines das Abtastorgan (10) tragenden Mittelstückes (29) in ein dieses berührungslos umschließendes Rahmenteil (26) gebildet sind und daß dabei sowohl das das Abtastorgan (10) tragende Mittelstück (29) als auch das Rahmenteil (26) auf einer im Flächenbereich des Abtastorgangs (10) durchbrochenen Trägerplatte (23) befestigt ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 2 und/oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das pneumatische Differenzdrucklager (30, 34/36, 37) einen in einem Zylinder unter Druck stehenden Kolben enthält, der seinerseits mit dem Halter (22) für das Abtastorgan(10) über Stifte (35) mechanisch verbunden ist, und daß zwischen dem Kolben und einem Abdeckflansch (40) des Zylinders an den Stiften (35) zentrierte, vorgespannte Druckfedern (43) vorgesehen sind, die bei Druckausfall im pneumatischen System (30, 34/36, 37) den Halter (22) für das Abtastorgan (10) gegen den Abdeckflansch (40) des Zylinders drücken und so ein Schleifen des Abtastorgans (10) auf der Oberfläche des Teilungsträgers (4) verhindern.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1060 609; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 829 550; Hengstenberg, »Messen und Regeln in der chemischen Technik«, 1957, S. 372.