DE1262621B - Electromechanical device for determining the current relative position of two machine parts that can be moved against one another - Google Patents
Electromechanical device for determining the current relative position of two machine parts that can be moved against one anotherInfo
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Description
Elektromechanische Einrichtung zur Feststellung der momentanen Relativlage zweier gegeneinander verschiebbarer Maschinenteile Die Erfindung betrifft eine elektromechanische Einrichtung zur Feststellung der momentanen Relativlage zweier gegeneinander verschiebbarer Maschinenteile, nämlich zwischen einem Meßstab aus remanent magnetischem Material, der in regelmäßigen Einheitsabständen abwechslungsweise als Nordpol und als Südpol magnetisiert ist, und einer Abtastvorrichtung, die eine dauernd umlaufende Schnecke aus magnetisch leitendem Material mit dem Einheitsabstand des Meßstabes entsprechender Steigung und einen mit einer Aufnahmespule bewickelten magnetischen Rückführungskreis für den vom Meßstab durch die Schnecke abgenommenen Magnetfluß enthält. Die dabei in der Spule induzierte Wechselspannung, deren Phasenlage sich abhängig von der Relativlage der Abtastvorrichtung zum Meßstab ändert, wird mit einer Referenzwechselspannung fester Phasenlage verglichen.Electromechanical device for determining the current relative position two mutually displaceable machine parts The invention relates to an electromechanical one Device for determining the current relative position of two mutually displaceable Machine parts, namely between a dipstick made of remanent magnetic material, which at regular unit intervals alternately as the North Pole and the South Pole is magnetized, and a scanning device, which is a continuously revolving worm made of magnetically conductive material with the unit spacing of the measuring stick more corresponding Slope and a magnetic feedback circuit wound with a take-up coil for the magnetic flux taken from the dipstick by the screw. The one with it AC voltage induced in the coil, the phase position of which depends on the The relative position of the scanning device to the measuring stick changes, is with a reference alternating voltage fixed phase position compared.
Eine derartige Einrichtung ist z. B. in der französischen Patentschrift 1074 892 beschrieben. Diese Einrichtung hat jedoch den Nachteil, daß zwei Luftspalte zwischen beweglichen und feststehenden Teilen des Magnetweges vorhanden sind, die senkrecht zueinander stehen. Die Ausrichtung der mechanischen Elemente gegeneinander ist deshalb sehr schwierig und für hohe Genauigkeiten nur unter großem Aufwand zu erreichen.Such a device is z. B. in the French patent 1074 892. However, this device has the disadvantage that two air gaps are present between moving and stationary parts of the magnetic path, which stand perpendicular to each other. The alignment of the mechanical elements with one another is therefore very difficult and requires great effort for high accuracies reach.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromechanische Meßeinrichtung vorzuschlagen, bei der diese Einstellprobleme auf ein Mindestmaß reduziert werden.The invention is based on the object of an electromechanical To propose measuring device in which these adjustment problems to a minimum be reduced.
Eine elektromechanische Einrichtung der angegebenen Art ist gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die umlaufende Schnecke als Doppelschnecke ausgebildet ist, deren Mantel aus magnetisch leitendem Material in der Längsmitte durch einen Ring aus magnetisch nicht leitendem Material in zwei Teile aufgeteilt ist, die je an den äußeren Umfangsflächen mit steigungsgleichen, gegeneinander um eine halbe Steigung versetzten Schneckengängen versehen sind, und daß ein magnetisch leitendes Verbindungsjoch die beiden Schnekkenteile magnetisch miteinander verbindet und mit der Aufnahmespule bewickelt ist.An electromechanical device of the type specified is in accordance with of the present invention characterized in that the revolving screw as Double screw is formed, the shell of which is made of magnetically conductive material in the longitudinal center by a ring made of magnetically non-conductive material in two Parts is divided, each on the outer circumferential surfaces with the same pitch, are provided mutually offset by half a pitch screw flights, and that a magnetically conductive connecting yoke the two screw parts magnetically connects with each other and is wound with the take-up spool.
Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Eintritts- und Austrittsluftspalt der Meßschnecke in der gleichen Richtung, d. h. in Achsrichtung der Schnecke, verlaufen. Bei dieser Anordnung ist eine Ausrichtung der den Luftspalt bestimmenden Teile (Meßstab und Meßschnecke) auf einfache Weise möglich. Es genügt hierbei, wenn die Drehachse der Schnecke über den gesamten Bewegungsweg des Meßstabes mit der Achse der magnetisierten Zylinderflächen des Meßstabes identisch ist.This measure ensures that the inlet and outlet air gap the measuring screw in the same direction, d. H. in the axial direction of the screw. With this arrangement, an alignment of the parts that determine the air gap (measuring stick and measuring screw) possible in a simple manner. It is sufficient here if the axis of rotation of the screw over the entire path of movement of the dipstick with the axis of the magnetized Cylinder surfaces of the dipstick is identical.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmespule im Innern der Doppelschnecke auf einen axialen Stabkern gewikkelt ist, der durch Abschlußdeckel aus magnetisch leitendem Material mit den beiden Schneckenhälften verbunden ist. Diese Anordnung läßt einen raumsparenden Aufbau ohne weitere Luftspalte zu.Another advantageous embodiment of the device according to the invention is characterized in that the take-up reel inside the twin screw an axial rod core is wound, which is made of magnetically conductive by cover plate Material is connected to the two halves of the screw. This arrangement leaves one space-saving structure without additional air gaps.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmespule auf einem U-förmigen Joch angeordnet ist, daß die in einer Ebene liegenden, glatten Polflächen des Joches parallel zu den beiden Teilschnecken auf der dem Meßstab gegenüberliegenden Seite angeordnet sind und sich etwa über die gesamte Axiallänge der beiden Teilschnecken erstrecken. Diese Konstruktion hat gegenüber der vorhergehenden den Vorteil, daß die Anschlüsse der Aufnahmespule nicht über Schleifringe angeschlossen zu werden brauchen.Another advantageous embodiment is characterized in that that the take-up reel is arranged on a U-shaped yoke that the in a Flat, smooth pole faces of the yoke parallel to the two partial worms are arranged on the opposite side of the dipstick and about extend the entire axial length of the two partial worms. This construction has compared to the previous one the advantage that the connections of the take-up coil are not need to be connected via slip rings.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Referenzwechselspannung durch eine zusätzliche Abtasteinrichtung erzeugt wird, die auf einer auf der Drehachse der Doppelschnecke vorgesehenen weiteren Schnecke aus magnetisch leitendem Material mit gleicher Steigung, aber kleinerem Außendurchmesser besteht und mit einem stillstehenden, sonst wie der bewegliche Meßstab ausgebildeten Referenzmaßstab gekoppelt ist. Hierdurch wird eine frequenzgleiche Referenzspannung erzeugt, deren Phasenlage absolut konstant ist. Bei bekanntem Einrichtungen wurde nämlich die Steuerspannung des die Schnecke antreibenden Synchronmotors als Referenzspannung benutzt, wobei je nach der Belastung veränderliche Winkelabweichungen zwischen der effektiven Schnekkenstellung und der Steuerspannung des Synchronmotors als Meßfehler eingingen. Derartige Meßfehler werden bei der vorliegenden, vorteilhaften Ausführungsform vermieden.Another advantageous embodiment of the invention is thereby characterized in that the reference AC voltage by an additional scanning device is generated, which is provided on a further provided on the axis of rotation of the twin screw A screw made of magnetically conductive material with same slope, but with a smaller outer diameter and with a stationary one, otherwise like the movable measuring stick is coupled to the reference scale. This will a reference voltage of the same frequency is generated, the phase position of which is absolutely constant is. In the case of known devices, the control voltage of the screw was namely driving synchronous motor used as reference voltage, depending on the load variable angular deviations between the effective screw position and the The control voltage of the synchronous motor was received as a measurement error. Such measurement errors are avoided in the present advantageous embodiment.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. Es zeigt F i g. 1 eine schematische Gesamtübersicht einer Meßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, F i g. 2 einen Ausschnitt in vergrößertem Maßstab aus der Doppelschnecke der Einrichtung nach F i g. 1, F i g. 3 einen Querschnitt durch eine an sich bekannte Einrichtung, die im vorliegenden Fall zum Erzeugen der Referenzwechselspannung benutzt wird, und F i g. 4. eine Variante eines Teils der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung.Further advantageous embodiments of the invention are the rest Refer to subclaims. The invention is described below on the basis of exemplary embodiments explained in more detail, reference being made to the drawings. It shows F i g. 1 shows a schematic overall overview of a measuring device according to the present invention Invention, F i g. 2 shows a section on an enlarged scale from the twin screw the device according to F i g. 1, Fig. 3 shows a cross section through a known per se Device used in the present case to generate the reference AC voltage becomes, and F i g. 4. a variant of part of the measuring device according to the invention.
In den F i g. 1 und 2 besteht ein Meßstab 1 aus keramisch gesintertem Eisenoxydmaterial und ist auf einem Träger 1' aufmontiert. Der Träger 1' ist in einem Maschinenbett 2 längsverschiebbar geführt. Eine von einem Servomotor 3 angetriebene Leitspindel. 4 greift in eine Gewindelängsbohrung des Träger 1' ein, so daß der Meßstab je nach dem Drehsinn der Spindel vorwärts oder rückwärts verschoben wird.In the F i g. 1 and 2 consists of a dipstick 1 made of sintered ceramic Iron oxide material and is mounted on a carrier 1 '. The carrier 1 'is in a machine bed 2 guided longitudinally. One driven by a servo motor 3 Lead screw. 4 engages in a threaded longitudinal bore of the carrier 1 ', so that the Dipstick is moved forwards or backwards depending on the direction of rotation of the spindle.
Der Meßstab hat einen etwa rechteckigen Querschnitt, wobei seine Oberseite als Hohlzylinderfläche mit einer parallel zur Verschiebungsrichtung orientierten Achse geschliffen ist, wie das für den gleich ausgebildeten, aber stillstehenden Referenzmeßstab 100 von F i g. 3 dargestellt ist. Die genannte geschliffene Hohlzylinderfläche ist mit einer Schicht 10 bzw. 110 vorbestimmter Dicke aus Epoxy-Gießharz mit darin dispers verteiltem Magneteisenpulver als magnetisch polarisierbare Schicht belegt, die in regelmäßigen Einheitsabständen, beispielsweise 2 oder 5 mm, abwechslungsweise als Südpol und als Nord- ; pol polarisiert ist. Es sind der Anschaulichkeit wegen die als Nordpole magnetisierten Bezirke dieser Schicht 10 schraffiert gezeichnet, während die dazwischenliegenden Südpolbezirke weiß ausgespart sind (s. auch F i g. 2).The dipstick has an approximately rectangular cross-section, with its top as a hollow cylindrical surface with a surface oriented parallel to the direction of displacement Axis is ground, like that for the same trained but stationary Reference dipstick 100 of FIG. 3 is shown. The said ground hollow cylinder surface is with a layer 10 or 110 predetermined thickness of epoxy casting resin with therein dispersed magnetic iron powder coated as a magnetically polarizable layer, those at regular unit intervals, for example 2 or 5 mm, alternately as the south pole and as the north; pol is polarized. They are for the sake of clarity the regions of this layer 10 magnetized as north poles are shown hatched, while the intervening South Pole districts are left out in white (see also F i G. 2).
In. der Erzeugungsachse der genannten durch die Oberfläche der Schicht 10 bzw. 110 (F i g. 3) gebildeten Hohlzylinder-Schlifffläche liegt die Drehachse A-A einer drehbar gelagerten Welle 5, die von einem wechselspannungsgespeisten Synchronmotor 6 mit konstanter Drehzahl angetrieben wird. Auf der Welle 5 sitzt als Abtastorgan eine Doppelschnecke 7. Sie umfaßt einen axial angeordneten Stabkern 70, der mit einer Zylinderspule 71 bewickelt ist, deren Wicklungsenden an zwei Schleifringen 71a, 71b auf der Welle 5 angeschlossen sind. Die Stirnenden des Stabkernes 70 sind beidseitig über zwei Abschlußdecke172, 73 aus ebenfalls magnetisch leitfähigem hochpermeablem, keramisch gesintertem Eisenoxydmaterial an zwei koaxiale Zylindermantelteile 74, 75 aus gleichem Material angeschlossen. Die Außenflächen dieser Zylindermantelteile sind als Schnecken ausgebildet, deren Steigung dem Einheitsabstand der Nordpole bzw. Südpole des Meßstabes entspricht. Dabei sind die Schneckengänge des Schneckenteiles 74 gegenüber den Schneckengängen der Schneckenteile 75 um das halbe Steigungsmaß versetzt. In der Lage nach F i g. 1 liegen z. B. den Nordpolen des Meßstabes 1 je eine vorstehende Schneckenrippe des Schneckenteiles 74 gegenüber, während die vorstehenden Schneckenrippen des Schneckenteiles 75 je einem Südpol des Meßstabes 1 gegenüberliegen. Die beiden Schneckenteile 74 und 75 sind voneinander durch einen längsmittig angeordneten Ring 76 aus magnetisch nicht leitfähigem Material, beispielsweise Messing, getrennt. Wenn also angenommen wird, daß der magnetische Fluß von den Südpolen zu den Nordpolen fließt, so wird durch den Schneckenteil 75 der Fluß aus den Südpolen der Schicht 10 abgenommen, fließt durch den Abschlußdeckel75 zum Stabkem 71 und von dort durch den Abschlußdeckel 72 und den Schneckenteil 74 in die Nordpole der Schicht 10 zurück, um sich im Körper des Meßstabes 1 zu schließen. Wenn bei relativ zur Abtastvorrichtung stillstehendem Meßstab die Doppelschnecke 7 um die Achse A-A mit konstanter Drehzahl gedreht wird, so wird in der Spule 71, d. h. an den Schleifringen 71a, 71b, eine Meßwechselspannung konstanter Amplitude und Frequenz induziert. Bei einer Längsverschiebung des Meßstabes 1 ändern sich die Phasenlagen dieser Meßwechselspannung in eindeutiger, stetiger und linearer Funktion der Längsverschiebung.In. the axis of rotation AA of a rotatably mounted shaft 5, which is driven by a synchronous motor 6 supplied with alternating voltage, is at a constant speed. A double screw 7 is seated on the shaft 5 as a scanning element. It comprises an axially arranged rod core 70 which is wound with a solenoid 71, the winding ends of which are connected to two slip rings 71a, 71b on the shaft 5. The front ends of the rod core 70 are connected on both sides via two end covers 172, 73 made of likewise magnetically conductive, highly permeable, ceramically sintered iron oxide material to two coaxial cylinder jacket parts 74, 75 made of the same material. The outer surfaces of these cylinder jacket parts are designed as screws, the pitch of which corresponds to the unit distance between the north and south poles of the measuring stick. The worm threads of the worm part 74 are offset by half the pitch relative to the worm threads of the worm parts 75. In the situation according to FIG. 1 lie e.g. B. the north poles of the dipstick 1 each have a protruding worm rib of the screw part 74, while the protruding worm ribs of the screw part 75 are each opposite a south pole of the dipstick 1. The two screw parts 74 and 75 are separated from one another by a ring 76 arranged in the longitudinal center and made of magnetically non-conductive material, for example brass. If it is assumed that the magnetic flux flows from the south poles to the north poles, the flux from the south poles of the layer 10 is removed by the screw part 75, flows through the end cover 75 to the rod core 71 and from there through the end cover 72 and the screw part 74 back into the north poles of the layer 10 in order to close in the body of the dipstick 1. If the double screw 7 is rotated about the axis AA at constant speed with the measuring stick stationary relative to the scanning device, an alternating measuring voltage of constant amplitude and frequency is induced in the coil 71, ie on the slip rings 71a, 71b. In the event of a longitudinal displacement of the measuring rod 1, the phase positions of this measuring alternating voltage change in a clear, continuous and linear function of the longitudinal displacement.
Auf der Welle 5 sitzt außerdem eine einfache Schnecke 8 aus magnetischem leitfähigem Material, deren Außendurchmesser kleiner ist als derjenige der Doppelschnecke 7, deren Steigungsmaß aber gleich ist.On the shaft 5 there is also a simple screw 8 made of magnetic material conductive material, the outer diameter of which is smaller than that of the twin screw 7, but the pitch is the same.
Sie arbeitet nach der in F i g. 2 schematisch,- in F i g. 3 konstruktiv richtig gezeichneten Weise mit einem Referenzmeßstab 100 zusammen, dessen Hohlzylinderfläche in gleicher Weise wie der Meßstab 1 mit einer magnetisch abwechslungsweise als Nordpol und als Südpol polarisierten Schicht 110 belegt ist. Dieser Referenzmeßstab 100 ist aber an feststehenden Maschinenteilen 20 unbeweglich montiert. Ein mit einer Referenzspule 81 bewickeltes Rückführungsjoch 80 leitet den magnetischen Fluß, der durch die Schnecke aus dem Referenzmeßstab 100 abgenommen wird, in den Meßstab 100 zurück. Es wird also an den Enden der Referenzspule 81 eine Referenzwechselspannung Ur konstanter Amplitude und gleicher Frequenz wie die Meßwechselspannung Ur induziert, deren Phasenlage aber unverändert bleibt, wie sich auch der Meßstab 1 bewegen mag.It works according to the in FIG. 2 schematically, - in FIG. 3 together with a reference measuring rod 100, the hollow cylindrical surface of which is covered in the same way as the measuring rod 1 with a magnetically alternating north pole and south pole polarized layer 110. However, this reference measuring rod 100 is immovably mounted on stationary machine parts 20. A return yoke 80 wound with a reference coil 81 guides the magnetic flux, which is taken from the reference measuring rod 100 by the worm, back into the measuring rod 100. A reference alternating voltage Ur of constant amplitude and the same frequency as the measuring alternating voltage Ur is thus induced at the ends of the reference coil 81, the phase position of which, however, remains unchanged, regardless of how the measuring rod 1 may move.
Ein programmatisch steuerbares Phasenschieberglied P, symbolisch dargestellt durch einen Impedanzkreis mit fester Kapazität Cp und durch Drehung der Spindel 50 verstellbarem Widerstand Rp, erzeugt eine programmatisch zu Ur phasenverschobene Wechselspannung Up, die einem Phasenvergleicher D zugeführt wird, der vier Transistoren T1, T2, T3, T4 umfaßt, die durch die Meßwechselspannung Um so beeinflußt werden, daß eine Steuergleichspannung 'Us- entsteht, deren Vorzeichen und Größe dem momentanen Vorzeichen und Wert der Phasendifferenz zwischen der Meßwechselspannung Um und der programmatisch phasenverschobenen Wechselspannung Up entspricht. Diese Steuergleichspannung steuert über einen Gleichstromverstärker V den Servomotor 3 so, daß sich die Spindel 4 dreht und damit den Meßstab 1 verschiebt, bis die Steuerspannung Pis, d. h. die Phasendifferenz der Spannung Um und Up, den Wert Null erreicht hat. Durch die programmatische Beeinflussung des Phasenschiebers P wird also automatisch der Meßstab 1 entsprechend mitverstellt, d. h., es kann auf diese Weise ein Maschinenteil programmatisch positioniert werden, wobei Einstellgenauigkeiten bis zu -f- 1 #t erreicht werden können.A programmatically controllable phase shifter element P, symbolically represented by an impedance circuit with a fixed capacitance Cp and resistance Rp adjustable by rotation of the spindle 50, generates an alternating voltage Up, which is programmatically phase-shifted to Ur, which is fed to a phase comparator D , the four transistors T1, T2, T3, T4, which are influenced by the measurement AC voltage Um so that a control DC voltage 'Us- is produced, the sign and size of which corresponds to the current sign and value of the phase difference between the measurement AC voltage Um and the programmatically phase-shifted AC voltage Up . This DC control voltage controls the servo motor 3 via a DC amplifier V so that the spindle 4 rotates and thus displaces the measuring rod 1 until the control voltage Pis, ie the phase difference between the voltages Um and Up, has reached zero. By programmatically influencing the phase shifter P, the measuring stick 1 is automatically adjusted accordingly, ie a machine part can be positioned programmatically in this way, with setting accuracies of up to -f- 1 #t being achieved.
Bei der Variante nach F i g. 4 ist der Doppelschnecke mit den Teilen 174, 175 sowie dem Trennring 1.76 als Verbindungsjoch ein äußeres Joch 170 zugeordnet, das mit einer Spule 171 bewickelt ist. Die Wirkungsweise der Doppelschnecke nach F i g. 4 entspricht vollständig der Ausführung nach F i g. 1 und 2.In the variant according to FIG. 4 is the twin screw with the parts 174, 175 and an outer yoke 170 assigned to the separating ring 1.76 as a connecting yoke, which is wound with a coil 171. The mode of action of the twin screw F i g. 4 corresponds completely to the design according to FIG. 1 and 2.
Claims (7)
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH3083324X | 1959-02-26 | ||
| CH1262621X | 1959-02-26 | ||
| CH7011659A CH367635A (en) | 1959-02-26 | 1959-02-26 | Electromechanical device with an automatic length measuring system |
| FR819708A FR1252296A (en) | 1959-02-26 | 1960-02-26 | Electromechanical installation with automatic length measurement system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1262621B true DE1262621B (en) | 1968-03-07 |
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ID=27429829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DEC20833A Pending DE1262621B (en) | 1959-02-26 | 1960-02-19 | Electromechanical device for determining the current relative position of two machine parts that can be moved against one another |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1262621B (en) |
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