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Längenmeßvorriohtung
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Die Erfindung betrifft eine Längenmeßvorrichtung mit zwei relativ
zueinander verstellbaren Teilen, von denen einer einen Maßstab und der andere einen
Detektor zum Abtasten des Maßstabes und zum Erzeugen elektrischer Signale, die der
abgetasteten Länge entsprechen, trägt, und mit einer Elektronik zum Verarbeiten
der Detektorsignale.
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Es sind Längenmeßvorrichtungen bekannt, die rein mechanisch arbeiten
und bei denen der Meßwert an einer mechanisch verstellbaren Anzeigeeinrichtung abgelesen
werden muß. Die Teile, die den Meßwert mechanisch auf die Anzeigeeinrichtung übertragen,
unterliegen dabei einem nicht unerheblichen Verschleiß. Die Anzeigegeneuigkeit kann
daher im Laufe der Zeit schlechter werden. Ferner kann bei Benutzung der mechanischen
Längenmeßvorrichtung beim Ablesen, z.3. über den Nonius einer Schiebelehre, leicht
ein Ablesefehler auftreten, der z.B. durch ungUnstige lichtverhältnisse verursacht
werden kann.
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Es ist ferner bereits bekannt, bei einer Schiebelehre eine elektrooptische
Abtasteinrichtung für die gemessene Länge an der Schiebelehre vorzusehen, die mit
einer elektronischen Zähleinrichtung für den vom Schieber beim Abmessen zurückgelegten
Weg zusamrnsn arbeitet.
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Die Zähleinrichtung steuert dabei eine elektronische Anzeigeeinrichtung
für den abgelesenen Wert. Nachteilig bei dieser Schiebelehre ist, daß die Meßwerterfassung
mit Hilfe von Fotodioden und einem perforiertvm Skalenkörper verhältnisuäßig aufwendig
ist und viel Platz beansprucht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Längsmeßvorrichtung
der eingangs genannten Art so aussubilden, daß bei einfachem und störunempfindiichem
sowie kompaktem Aufbau eine exakte und fehlerfreie Längenmessung erfolgt.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgeniäß dadurch gelöst, daß der Maßstab
einen Markierungsträger mitmagnetisierbarem Material aufweist, welcher in vorbestimmten
Abständen zur Bildung von ablesbaren Markierungen magnetisiert ist, und daß der
Detektor ein Lesekopf für die Markierungen ist. Bei der erfindungsgemäßen Längenmeßvorrichtung
erfolgt die Meßwerterfassung durch magnetische Abtastung.
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Es kann hierzu ein Miniatur-Magnetkopf Verwendung finden, der einen
äußerst geringen Platzbedarf hat.
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Es ist vorteilhaft an dem den Detektor tragenden Teil einen elektronischen
Chip zum Verarbeiten der Detektorsignale anzubringen.
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In diesem Chip können alle für die Signalverarbeitung erforderlichen
Bauelemente integriert sein, z.B. VerstSrker, Zähler, Ubertrager usw. Ferner ist
es vorteilhaft, einen Null-Schalter vorzusehen, durch den die Elektronik in ihren
Nullzustand schaltbar ist.
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Dadurch ist es möglich, die Elektronik in den Nullzustand zu schalten,
wenn.eine vorbestimmte Lunge an der Lan'genmeßvorrichtung eingestellt ist und von
der eingestellten Nullage zu messen. FUr die Erleichterung der Ablesung ist es zweckmäßig,
an dem den Detektor tragenden Teil eine Steckvorrichtung zum Anschluß einer weiterverarbeitenden
Einrichtung, s.B. einer Anzeigeeinrichtung, vorzusehen Die Ablesung der Meßwerte
an der Anzeigeeinrichtung kann in diesem Falle unabhängig vom Meßort in einfacher
Weise erfolgen. Die beiden
Teile können in vorteilhafter Weise von
dem langen Teil und dem Schieber einer Schiebelehre gebildet sein, wobei der lange
Teil den Markierungsträger und der Schieber den Detektor sowie die Elektronik und
die Anzeigeeinrichtung trägt. Der Harkierungsträger kann von einer Magnetschicht,
z.B. einem Magnetband, gebildet sein, die auf nicht magnetisierbarem Material aufgebracht
ist. Es ist aber auch möglich, als Markierungaträger einen Glaskörper vorzusehen,
der in vorbestimmten Abständen mit Aussparungen versehen ist, die mit magnetisierbarem
Material gefüllt sind.
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Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung bei einer Schiebenehre beschränkt,
sondern ganz allgemein für die Bängensessung geeignet, z.B. als Meßuhr, Tiefenlehre,
Mikrometerschraube, Hdhenmeßgerät usw. und auch an Werkseugmaschinen anwendbar.
Die Ausgangssignale der Elektronik können außer einer Anzeigeeinrichtung auch einer
Längensteuer- oder Regelvorrichtung zugeführt werden.
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Auf einem Markierungsträger mit magnetisierbarem Material konnen Markierungen
in sehr geringem Abstand von z.B. 1/100 Millimeter und weniger aufgebracht werden,
so daß bei der erfindungsgemaßen Längenmeßvorrichtung eine hohe Meßgenauigkeit gegeben
ist, die durch die nachgeschaltete Elektronik nicht beeinflußt wird.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine als Schiebelehre ausgebildete
Längenmeßvorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 2 eine separate Anzeigevorrichtung
fUr die Schiebelehre gemäß Figur 1, Fig. 3 eine Darstellung der für die Erfindung
wesentlichen Teile der Schiebelehre gemäß Figur 1, und Fig. 4 eine Einzelheit der
Schiebelehre gemäß Figur 1.
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In der Figur 1 ist eine Schiebelehre dargestellt, die einen langen
Teil 1 und einen Schieber 2 aufweist. Zwischen den Meßbacken 3 und 4 der Schieblehre
ist ein Stab 5 eingeklemmt, dessen Durchmesser gemessen werden soll. Auf dem langen
Teil 1 der Schiebelehre ist ein in Verbindung mit der Figur 3 noch näher erläuterter
Markierungsträger aus magnetisierbarem Material angeordnet, welcher in vorbestimmten
Abständen zur Bildung von ablesbaren Markierungen magnetisiert ist. Im Schieber
2 ist ein Lesekopf fUr diese Markierungen sowie ein Chip angeordnet, der die Elektronik
zur Verarbeitung der Ausgangssignale des Lesekopfes aufweist. Die Anzeige des Meßwertes
erfolgt durch eine elektronische Anzeigevorrichtung 6, die aus Leuchtdioden besteht.
Die Speisespannungsquelle fUr die Elektronik ist ebenfalls im Schieber 2 untergebracht.
Die Elektronik kann durch einen SchaB r 7 ein- und ausgeschaltet werden.
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Ein weiterer Schalter 8 erlaubt es, die Elektronik in ihren Nullzustand
surUcksustellen. Diese RUckstellung ist in Jeder Stellung des Schiebers 2 möglich,
so daß Jede beliebige Stellung des Schiebers 2 als Nullstellung dienen kann.
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Am Schieber 2 ist eine Steckvorrichtung 9 vorgesehen, die zum Anschluß
einer weiterverarbeitenden Einrichtung, die gemäß.Figur 2
bei dem
Beispiel eine Digital-Anzeigeeinrichtung 10 ist, dient.
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Die Digital-Anzeigeeinrichtung 10 ist ebenfalls mit einer Steckvorrichtung
11 versehen. Dadurch ist es möglich, den Meßwert unabhängig vom Meßort abzulesen.
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Aus der Figur 3 geht hervor, daß der lange Teil 1 der Schiebelehre
mit einem Markierungsträger 12 aus magnetisierbarem Material versehen ist, welcher
zwei Meßspuren 13, 14 aufweist. Der Markierungsträger 12 ist auf den Meßspuren 13,
14 mit magnetischen Marken versehen, welche gegeneinander versetzt sind. Dadurch
werden beim Verschieben des Schiebers 2 aus einer durch den Schalter 8 gewählten
Nullstellung heraus durch zwei den Meßspuren 13, 14 zugeordnete Leseköpfe 15, 16,
die in der Figur 4 dargestellt sind, und die an einem Halter 17 angebracht sind,
gegeneinander phasenverschobene Impulse erzeugt. Aus der Phasenlage der Impulse
zueinander kann der in der Figur 3 dargestellte Chip 18 erkennen, in welcher Richtung
der Schieber 2 aus der gewählten Nullage heraus bewegt worden ist und die richtige
Anzeige auf der Digital-Anzeigevorrichtung 19 hervorrufen. In der Figur 3 ist noch
die Speisespannungsquelle 20 für die Elektronik, d.h. den Chip 18 und die Anzeigevorrichtung
19 dargestellt, die eine Miniaturbatterie sein kann. Da diese Miniaturbatterie 20
über den Schalter 7 nur an die Elektronik 18, 19 angeschaltet wird, wenn gemessen
wird, hat sie eine verhältnismäßig lange Lebensdauer.
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Die Leseköpfe 15, 16 können an der Halterung 17 justierbar angeordnet
sein, so daß bei der Erstmontage eine exakte Einstellung der Leseköpfe 15, 16 auf
den absoluten Nullwert möglich ist.
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Die Stromversorgung kann bei stationären Längenmeßvorricbtungen, z.B.
bei Werkzeugmaschinen, auch vom Netz erfolgen.
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Der MarklerungstrEger 12 kann auf einer Leiste 12a aus nichtmagnetisiertem
Material mit geringem Wärmeausdehnungskoeffizienten aufgebracht sein, indem diese
von einer Magnetschicht, z.B, von einem Magnetband, überzogen ist. Der Markieruflgsträger
kann mit dieser Leiste in einem nichtmagnetisiebaren Bett befestigt sein.
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Die Magnetschicht kann auf ihrer abzutastenden Seite mit einer Schutz-Gleitfolie
überzogen sein.
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Der Markierungsträger 12 kann auch ein Glaskörper sein, der in vorbestimmten,
der gewünschten Meßgenauigkeit entsprechenden Abständen mit Aussparung;en versehen
ist, die mit magnetisierbarem Material gefüllt sind. Die Magnetisierung kann bei
Verwendung eines Magnetbandes als Markierungstrager in Form. von zwei Sinusspuren
erfolgen, die gegeneinander phasenverschoben sind. Zweckmäßiger ist es jedoch, zur
Erzielung exakter Meßergebnisse die Magnetisierung in Rechteckform vorzunehmen.
Zur Vermeidung von Störeinfltissen kdnnen die Leseköpfe 15, 16 (Fig. 4) in Abschirumaterial
eingekapselt sein.
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Die Erfindung ist in Verbindung mit einer Schiebelehre beschrieben,
jedoch nicht darauf beschränkt, sondern ganz allgemein zur Längenmessung anwendbar.
Die Ausbildung des Markierungsträgers muß dabei nicht geradlinig, sondern kann auch
gekrümmt sein.
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Die Meßwerterfassung kann in der Weise erfolgen, daß im Chip 18 ein
Vorwärts-Rückwärts-Zähler vorgesehen ist, der durch die Aus gangssignale der Leseköpfe
15, 16 schrittweise weitergeschaltet wird, und zwar in der einen Richtung, wenn
der Schieber 2 aus einer Ausgangsposition in die eine Richtung bewegt wird, und
in der anderen Richtung, wenn der Schieber 2 in der anderen Richtung bewegt wird.
Der Jeweilige Zählerstand ist dann ein Maß für die Jeweilige Stellung des Schiebers
2 und damit die gemessene Länge.
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In dem Falle, in dem der Markierungsträger ein Glaskörner ist, der
in vorbestimmten Abstanden mit Aussparungen versehen ist, die mit magnetisierbarem
Material gefüllt sind, kann die Herstellung des Glaskdrpers in der Weise erfolgen,
daß er z.B. mittels einer Foto-Stzmaske kammartig geätzt wird, wobei die Aussparungen
mit Magnetmasse gefüllt werden. Die Breite der Aussparungen und der dazwischen liegenden
Glas stege muß dabei der gewünschten Meßgenauigkeit entsprechen und kann s.B. 0,01
mm oder weniger betragen. Die Magnetisierung der Magnetmasse in den Aussparungen
kann mittels eines magnetischen Rechteckimpulsgenerators oder eines Laser-Interferometers
erfolgen.
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Die Leseköpfe können Ringköpfe sein, in deren rückwärtigem Spalt ein
magnetischer Modulator eingesetzt ist, der von einem Steuergenerator mit einer Wechselfrequenz
erregt wird. Hierdurch wird eine periodische Unterbrechung des magnetischen Ringkernkreises
erreicht, so daß ein im Ringkern induzierter Nutzfluß - auch wenn es sich um einen
Gleichfeld-Nutzfluß handelt - in der Wiedergabewicklung eine Wechseispannung von
der doppelten Frequenz des Steuerwechselfeldes hervorruft. Nach selektiver Verstärkung
kann diese Wechselspannung einem Phasengleichrichter zugeführt werden.
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Hier kann das ankommende Signal mit einer Wechselspannung doppelter
Steuerfrequenz verglichen werden. Auf diese Weise entsteht im Ausgang des Phaaengleichrichters
ein der Flußricbtung und der Stärke des Magnetflusses im Aufzeichnungsträger proportionales
S-ignal. Ein flußempfindlicher Xopf dieser Art erlaubt die Abtastung magnetischer
Aufseichnungen auch bei sehr langsamer RelatisgeXc.hwindigkeit zwischen Markierungsträger
und Lesekopf. Der flußempfindliche Lesekopf arbeitet in diesem Fall in Verbindung
mit der ihm nachgeschalteten Schaltung nach dem Prinzip eines magnetischen Modulators.