DE2217183A1 - Capacitive position and angle measuring system - Google Patents
Capacitive position and angle measuring systemInfo
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Description
Kapazitives Weg- und Winkelmeßsystem Die Erfindung betrifft ein kapazitives Weg- und Winkel meßsystem, welches in Verbindung mit Meßgeräten oder Werkzeugmaschinen zur Ermittlung oder Einstellung von Längen- oder Winkelwerten und zur Positionierung verwendet werden kann. Capacitive position and angle measuring system The invention relates to a capacitive one Distance and angle measuring system, which in connection with measuring devices or machine tools for determining or setting length or angle values and for positioning can be used.
Bekannte kapazitive Weg- und Winkelmeßsysteme bestehen aus einem Maßstabsgrundkörper, der z. B. an der Werkzeugmaschine fest angebracht ist und einer darüber in dem beweglichen Teil der Werkzeugmaschine oder des Meßgerätes angeordneten Abtastplatte. Maßstabsgrundkörper und Abtastplatte besitzen an den einander zugekenrten Oberflächen rechteckförmige parallele Elektroden gleicher Dicke und Breite, wobei diese Elektroden quer zur Verschiebungarichtung der Abtastplatte verlaufen. Diese Elektroden des Maßstabßgrundkdrpers und der Abtastplatte sind in zwei elektrisch voneinander isolierten Gruppen angeordnet und greifen kammartig ineinander. An die Gruppen des Grundkörpers werden Wechselspannungen so angelegt, daß die Wechsel spannung einer Gruppe gegenüber derjenigen der anderen Gruppe um 1800 phasenverschoben ist. Known capacitive displacement and angle measurement systems consist of one Scale body, the z. B. is firmly attached to the machine tool and one arranged above in the movable part of the machine tool or the measuring device Scanning plate. The basic body of the scale and the scanning plate are locked to each other Surfaces rectangular parallel electrodes of equal thickness and width, where these electrodes run transversely to the direction of displacement of the scanning plate. These Electrodes of the basic scale body and the scanning plate are electrical in two Arranged groups isolated from one another and intermesh like a comb. To the Groups of the base body are applied alternating voltages so that the alternating voltage one group is out of phase with that of the other group by 1800.
Die Wirkungsweise der bekannten Meßsysteme besteht darin, daß an der Abtastplatte Spannungssignale abgenommen werden, deren Amplitude von der jeweiligen Stellung der Abtastplatte zum Maßstabsgrundkbrper infolge der veränderlichen Kapazität zwischen Maßstabsgrundkörper und Abtastplatte abhängt. Diese Spannungs signale werden mit bekannten elektronischen Mitteln ausgewertet bzw. zur Positionierung an Werkzeugmaschinen benutzt. The mode of operation of the known measuring systems is that an the scanning plate voltage signals are picked up, the amplitude of which depends on the respective Position of the scanning plate in relation to the basic scale body due to the variable capacity depends between the basic scale body and the scanning reticle. These voltage signals are evaluated with known electronic means or for positioning on machine tools used.
Diese bekannten Meßsysteme besitzen den Nachteil, daß die Phasenverschiebung der Spannung der Abtastplatte sehr leicht durch Verschmutzungen und Unregelmäßigkeiten in der Elektrodenanordnung sowie durch Stoßstellen bei zusammengesetzten Maßstäben beeinflußt wird. Außerdem tritt bei diesen Meßsystemen ein zu Meßfehlern führender hoher Oberwellenanteil in den zur Auswertung gelangenden Signalen auf. Weiterhin sind diese Meßsysteme sehr empfindlich gegen Abstandsänderungen zwischen Maßstabsgrundkdrper und Abtastplatte. These known measuring systems have the disadvantage that the phase shift the tension of the scanning plate very easily due to dirt and irregularities in the electrode arrangement as well as through joints in the case of assembled scales being affected. In addition, there is one leading to measurement errors in these measurement systems high harmonic content in the signals to be evaluated. Farther these measuring systems are very sensitive to changes in the distance between basic scale bodies and scanning plate.
Es ist deshalb Zweck der Erfindung, ein kapazitives Weg-und Winkelmeßsystem zu schaffen, bei welchem diese Nachteile beseitigt sind, und welches zuverlässig auch im Werkstattsbetrieb funktioniert. It is therefore the purpose of the invention to provide a capacitive displacement and angle measuring system to create in which these disadvantages are eliminated, and which is reliable also works in the workshop.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kapazitives Weg- und Winkelmeßsystem insbesondere für Werkzeug und Meßmaschinen zu schaffen, bei welchem durch eine entsprechende Anordnung der Elektroden auf einen Maßstabsgrundkörper und einer Abtastplatte eine Beeinflussung des Meßvorganges durch äußere Einflüsse oder Unregelmäßigkeiten in der Elektrodenanordnung weitestgehend ausgeschlossen ist. The invention is based on the object of a capacitive path and To create angle measuring system in particular for tools and measuring machines, in which by arranging the electrodes accordingly on a basic scale body and a scanning plate, an influence on the measuring process by external influences or irregularities in the electrode arrangement are largely excluded is.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe der Erfindung bei einem kapazitiven Weg- und Winkelmeßsystem, welches einen Maßstabsgrundkörper und eine Abtastplatte umfaßt, auf denen vorzugsweise parallele, rechteckförmige Elektroden gleicher Dicke und Breite in elektrisch voneinander isoliert vorgesehenen Gruppen angeordnet sind, dadurch gelöst, daß die Abstände in Längsrichtung des Maßstabes der Mittellinie einer Abtastelektrode der Abtastplatte von der Mittellinie der ihr rechts benachbarten Abtastelektrode der Abtastplatte und der Abstand der Mittellinie der ersteren Abtastelektrode der Abtastplatte zu der ihr links benachbarten Abtastelektrode der Abtastplatte ungleich sind und der kleinere dieser Abstände vorzugsweise das (n + fache der Gitterkonstante (d + a) des abzutastenden Maßstabsgrundkörpers beträgt, worin n eine natürliche Zahl ist, und die Abtastelektroden der Abtastplatte, die nicht unmittelbar benachbart sind, zwischen denen aber nicht mehr als eine Abtastelektrode der Abtastplatte liegt, leitend miteinander verbunden sind und der Abstand der (2 n + 1)-ten Abtastelektrode von der (2 ,n 1- 2 i 1+1)-ten Abtastelektrode der Abtastplatte das (2# -1m + 1/2-1)- oder das (29 1m ^ oder das 2 m-fache der Gitterkonstante (d + a) des abzutastenden Maßstabes ist, wobei 9 , p, m und n natürliche und # = 2 sind. According to the invention, the object of the invention is achieved with a capacitive one Distance and angle measuring system, which has a basic scale body and a scanning plate includes, on which preferably parallel, rectangular electrodes of equal thickness and width are arranged in groups provided that are electrically insulated from one another, solved in that the distances in the longitudinal direction of the scale of the center line a scanning electrode of the scanning reticle from the center line of the its right-hand adjacent scanning electrode of the scanning plate and the distance from the center line the former scanning electrode of the scanning plate to the scanning electrode adjacent to it on the left of the scanning reticle are unequal and the smaller of these distances is preferably the (n + times the grating constant (d + a) of the basic scale body to be scanned, where n is a natural number, and the scanning electrodes of the scanning plate, the are not immediately adjacent, but not more than one scanning electrode between them of the scanning reticle, are conductively connected to each other and the distance between the (2 n + 1) -th scanning electrode from the (2, n 1-2 i 1 + 1) -th scanning electrode of the scanning plate the (2 # -1m + 1 / 2-1) - or the (29 1m ^ or 2 m times the lattice constant (i.e. + a) of the scale to be scanned, where 9, p, m and n are natural and # = 2 are.
Besonders vorteilhaft für die Zuführung und Abnahme der Spannungen für die Elektroden ist es, wenn'der leitende, die Elektroden einer Gruppe verbindende Metallbelag auf den Seitenflächen des Maßstabsgrundkörpers und der Abtastplatte angeordnet ist. Particularly advantageous for supplying and removing voltages for the electrodes it is when the conductive one connects the electrodes of a group Metal coating on the side surfaces of the basic scale body and the scanning plate is arranged.
Vorteilhaft im Bezug auf die Beseitigung von Meßfehlern ist es, wenn für die Winkel ) die Beziehung tan # = n/m # a+d/L worin m und n natürliche Zahlen, a die Breite und L die Länge der Elektroden des Maßstabsgrundko"rpers und Y der Winkel, der zwischen den Elektroden des Grundkdrpers und den Abtastelektroden der Abtastplatte gebildet wird, sind, und daß das Verhältnis von der Breite a zur Gitteronstante (d + a) des Maßstabskörpers ungefähr 1 oder n' und die Breite des Maßstabsm' grundkörpers kleiner ist als die Länge L' der Abtastelektroden der Abtastplatte, worin n' und m' natürliche Zahlen sind. It is advantageous with regard to the elimination of measurement errors if for the angles) the relationship tan # = n / m # a + d / L where m and n are natural numbers, a is the width and L is the length of the electrodes of the basic scale body and Y is the Angle between the electrodes of the base body and the scanning electrodes the Scanning plate is formed, and that the ratio of the width a to the lattice constant (d + a) of the scale body approximately 1 or n 'and the width of the scale body sm' is smaller than the length L 'of the scanning electrodes of the scanning plate, where n' and m 'are natural numbers.
Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Breite a' der Abtastelektroden der Abtastplatte a' = Es a beträgt, worin n' und m' natürliche Zahlen, und a die Breite der Elektroden des Maßstabsgrundkörpers sind. It is also advantageous if the width a 'of the scanning electrodes of the scanning plate a '= Es is a, where n' and m 'are natural numbers, and a is the Width of the electrodes of the scale base are.
Insbesondere ist es vorteilhaft, daß für die Winkels die Beziehungen tan # = 2 d+a bei a # 1 und a' = a 3 L d+a tan # = 1 d+a bei a = 2 und a' = 1 a 3 L a+d 3 2 gelten, worin a die Breite und L die Länge der Elektroden des Naßtabegrundkdrpers, d der Abstand der benachbarten Elektroden des Maßstabsgrundkd.rpers und a' die Breite der Abtastelektroden der Abtastplatte sind. In particular, it is advantageous that the relationships tan # = 2 d + a with a # 1 and a '= a 3 L d + a tan # = 1 d + a with a = 2 and a' = 1 a 3 L a + d 3 2 apply, where a is the width and L is the length of the electrodes of the wet-rod base body, d is the distance between the neighboring electrodes of the basic scale body and a 'is the width of the scanning electrodes of the scanning plate.
Zur Beseitigung von Koppeliapazitäten sind die Elektroden des Maßstabsgrundkörpers und/oder die Abtastelektroden der Ab. The electrodes of the scale base are used to eliminate coupling capacitances and / or the scanning electrodes of the Ab.
tastplatte durch einen Metallbelag zwischen den Elektroden gegeneinander abgeschirmt.tactile plate against each other through a metal coating between the electrodes shielded.
Eine besonders günstige Ausführungsform ergibt ich, wenn zu den Gruppen der Abtastelektroden weitere Gruppen von Elektroden auf der Abtastplatte vorgesehen sind, die zu den ersteren Gruppen spiegel symmetrisch sind. A particularly favorable embodiment results when I go to the groups the scanning electrodes further groups of electrodes are provided on the scanning plate which are mirror symmetrical to the former groups.
Weiterhin ist es vorteilhaft, die die Elektroden verbirdenden Metallbeläge des MasJstabsgrundkHrpers und der Abtast platte elektrisch durch vorzugsweise parallel zu den Metall belägen verAaufende Metallstege zur ßeseitigmg von Koppelkapazitäten abzuschirmen. Furthermore, it is advantageous to connect the metal coverings to the electrodes of the basic scale body and the scanning plate electrically by preferably parallel To the metal coverings running metal webs to the side of coupling capacities shield.
Ljas erfindungsgemäße Meßsystem hat den Vorteil, daß es gegen Abstandsänderungen zwischen dem Maßstabsgrundkörper und der Abtastplatte weitestgehend unempfindlich ist. Durch das Nichtvorhandensein von Oberwellenanteilen in den gewonnenen Signalen werden erhebliche Mittel bei der nachgeschalteten elektronischen Einrichtung eingespart, da die Oberwellenanteile kompensierende Schaltungen in Fortfall kommen. Besonders vorteilhaft ist weiterhin, daß dieses Meßsystem gegen Unregelmäßigkeiten in der Elektrodenanordnung sowie gegen Verschmutzungen unempfindlich ist. Dadurch daß sich bei zusammengesetzten Maßstabsgrundkörpern die Stoßstellen nicht auf die Meßergebnisse störend auswirken, ist es möglich, insbesondere sehr große Längen zu messen. Ljas measuring system according to the invention has the advantage that it protects against changes in distance Largely insensitive between the basic scale body and the scanning reticle is. Due to the absence of harmonic components in the signals obtained considerable resources are saved in the downstream electronic device, since the harmonic components compensating circuits are omitted. Particularly It is also advantageous that this measuring system against irregularities in the Electrode arrangement and is insensitive to contamination. Because of that In the case of assembled basic scale bodies, the joints do not affect the measurement results have a disruptive effect, it is possible to measure very long lengths in particular.
Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen Fig, 1 ein Meßsystem für Längen mit Maßstabsgrundkörper und Abtastplatte, Fig. 2 ein Teil des Maßstabsgrundkörpers, Fig. 3 die Elektrooonanordnung der Abtastplatte, Fig, 4 eine weitere Anordnung der Elektroden der Ab. The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments will. In the accompanying drawings, FIG. 1 shows a measuring system for lengths with Scale base body and scanning plate, Fig. 2 a part of the scale base body, FIG. 3 shows the electro-onon arrangement of the scanning plate, FIG. 4 shows a further arrangement of the Electrodes of the ab.
tastplatte, ig. 5 die Elektrodenanordnung von Grundkörper und Abtastplatte, bei schrägverlaufenden Abtastelektroden, Fig. b die Elektrodenanordnung von Grundkdrper und Abtastplatte, bei parallelverlaufenden Abtaster elektroden, Fig. z eine symmetrische Elektrodenanordnung der Abtastplatte, Fig. 8 eine Maßstabsplatte für ein Winkelmeßsystem, Fig, 9 eine Abtastplatte für ein Winkelmeßsystem und Fig. 10 einen Maßstabsgrundkörper mit abgeschkmten Metallbelägen. touch panel, ig. 5 the electrode arrangement of the base body and scanning plate, with inclined scanning electrodes, Fig. b the electrode arrangement of base body and scanning plate, with scanning electrodes running in parallel, FIG. 2 shows a symmetrical electrode arrangement of the scanning plate, FIG. 8 shows a scale plate for an angle measuring system, FIG. 9 a scanning plate for an angle measuring system and FIG. 10 a scale base body with chipped metal coverings.
Das kapazitive Meßsystem zur digitalen Wegmessung umfaßt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, einen Maßstabsgrundkörper 20, auf dem zwei Gruppen von Elektroden 21 und 22 aufgebracht sind. Diese beiden Gruppen sind elektrisch voneinander isoliert, wobei die einzelnen Elektroden einer jeden Gruppe durch einen vorzugsweise auf der Seitenfläche des Maßstabsgrundkrpers 20 angeordneten Metallbelag 23 und 24 elektrisch verbunden sind, Die Elektroden 21 und 22 haben eine gleichmäßige Breite a und einen regelmaßigen Abstand d voneinander (Fig. 2) und verlaufen parallel sueinander und vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung des Maßstabsgrundkörpers 20, Diesen beiden Elektrodengruppen werden über Anschlüsse 25 und 26 Wechsel Spannungen zugeführt, wobei die Wechselspannung an der einen Gruppe gegen Uber der Wechselspannung an der anderen Gruppe im 1800 phasenverschoben ist. The capacitive measuring system for digital displacement measurement includes, as in Fig. 1 shows a scale base body 20 on which two groups of electrodes 21 and 22 are applied. These two groups are electrically isolated from each other, the individual electrodes of each group by one preferably on the Side surface of the scale base body 20 arranged metal coating 23 and 24 electrically are connected, The electrodes 21 and 22 have a uniform width a and a regular distance d from each other (Fig. 2) and run parallel to each other and preferably perpendicular to the longitudinal direction of the basic scale body 20, these two Electrode groups are supplied with alternating voltages via connections 25 and 26, whereby the alternating voltage at one group is opposite to the alternating voltage the other group is out of phase in 1800.
Uber dem Maßstabsgrundkörper 20 ist eine Abtastplatte 27, die vorzugsweise an einem Schlitten oder Meßtisch einer Werkzeugmaschine oder eines Meßgerätes angeordnet ist, vorgesehen, welche ebenfalls Gruppen von Abtastelektroden 28 und 29 besitzt, welche voneinander isoliert sind, wobei die Abtastelektroden einer jeden der beiden Gruppen durch Metallbeläge 30 und 31, entsprechend Fig. 3, leitend verbunden sind. Zur besseren Kontaktierung sind die Metallbeläge 30 und 31 auf den Seitenflächen der Abtastplatte 27 angeordnet. Above the basic scale body 20 is a scanning plate 27, which is preferably arranged on a slide or measuring table of a machine tool or a measuring device is provided, which also has groups of scanning electrodes 28 and 29, which are isolated from each other, the scanning electrodes of each of the two Groups are conductively connected by metal coverings 30 and 31, as shown in FIG. For better contact, the metal coverings 30 and 31 are on the side surfaces the scanning plate 27 is arranged.
Wie auch die Elektroden 21 und 22 der beiden Gruppen des Maßstabsgrundkörpers 20, so greifer die .4btastelektroden 28 und 29 der Gruppen der Abtastplatte 27 kammartig ineinander. Diese Elektroden der Abtastplatte 27 sind in Fig. 3 fortlaufend mit den Ziffern 1 bis 16 numeriert und die Abstände der Mittellinien der Elektroden 1 bis 16 mitRZ bezeichnet, wobei die Indizes auf die jeweiligen Elektroden hinweisen. Dabei sind der Abstand der Mittellinie einer Abtastelektrode von der Mittellinie einer rechts benachbarten Abtastelektrode und der Abstand der Mittellinie der ersten Abtastelektrode von der Mittellinie einer links benachbarten Abtastelektrode ungleich, wobei der kleinere dieser beiden Abstände vorzugsweise das (n + 1 )-fache der Gitterkonstante (d + a) der abzutastenden Elektroden des Maßstabsgrundkörpers 20 beträgt, worin n eine natürliche Zahl ist. Verlaufen die Abtastelektroden 28 und 29 der Abtastplatte 27, wie in Fig. V gezeigt, unter einem bestimmten Winkel Y zu den Elektroden 21 und 22 des Maßstabsgrundkörpers, so gilt für den genannten kleineren Abstand die Beziehung, L µ# = (2n + 1/2) . (d + a) mit n a+d tan # = m # L worin n und m natürliche Zahlen, d + a die Gitterkonstante und L die Länge der Elektroden 21 und 22 des Maßstabsgrundkörpers 20 sind. In Fig. 5 ist nur ein Teil der Abtastelektroden dargestellt. Bei 't = 0 ergibt sich die in Fig. 6 dargestellte Anordnung, bei welcher die Elektroden des Maßstabsgrundkörpers 20 und die der Abtastplatte 27 parallel verlaufen. Die Abtastelektroden der Abtastplatte 27, die nicht unmittelbar benachbart sind, zwischen denen aber nicht mehr als eine Abtastelektrode liegt, sind leitend miteinander verbunden, und der Abstand der (2# n + 1)-ten Abtastelektrode von der (2# n + 2#-1+ 1)-ten Abtastelektrode der Abtastplatte beträgt das (2#-1m + 1/2µ-1 )- oder das (2# -1m - 1 )- oder das (2 1m)-fache der Gitterkonstante 2µ-1 (d + a) der Elektroden des Maßstabsgrundkörpers 20. Hierin sind µ, @ , m und n natürliche Zahlen mit = 2 und n '= O. As are the electrodes 21 and 22 of the two groups of the basic scale body 20, the .4 scanning electrodes 28 and 29 of the groups of the scanning plate 27 grip like a comb into each other. These electrodes of the scanning plate 27 are continuously shown in FIG numbered 1 to 16 and the distances between the center lines of the electrodes 1 to 16 denoted by RZ, the indices referring to the respective electrodes. Here are the distance between the center line of a scanning electrode and the center line of a scanning electrode adjacent to the right and the distance from the center line of the first Scanning electrode unequal from the center line of a scanning electrode adjacent to the left, where the smaller of these two distances is preferably (n + 1) times the lattice constant (d + a) of the electrodes of the scale base body 20 to be scanned, wherein n is a natural number. Run the scanning electrodes 28 and 29 of the scanning plate 27, as shown in FIG. V, at a certain angle Y to the electrodes 21 and 22 of the basic scale body, then applies to the called smaller Distance the relationship, L µ # = (2n + 1/2). (d + a) with n a + d tan # = m # L where n and m are natural numbers, d + a the lattice constant and L the length of the electrodes 21 and 22 of the basic scale body 20 are. In Fig. 5, there is only part of the scanning electrodes shown. When 't = 0, the arrangement shown in FIG. 6 results, in which the electrodes of the basic scale body 20 and those of the scanning plate 27 parallel get lost. The scanning electrodes of the scanning plate 27, which are not immediately adjacent are, but between which there is no more than one scanning electrode, are conductive connected to each other, and the distance of the (2 # n + 1) -th scanning electrode from the (2 # n + 2 # -1 + 1) -th scanning electrode of the scanning plate is (2 # -1m + 1 / 2µ-1 ) - or the (2 # -1m - 1) - or the (2 1m) -fold of the lattice constant 2µ-1 (d + a) of the electrodes of the basic scale body 20. Here, µ, @, m and n are natural Numbers with = 2 and n '= O.
Bei einer weitereh Anordnung der Abtastelektroden auf der Abtastplatte gemäß Fig, 4 sind vier Anschlüsse für die Spannungen u1; u2; u3 und u4 vorhanden. An ihnen werden Spannungen abgenommen, deren Amplitude von der relativen Stellung der Abtastplatte 27 zum Maßstabsgrundkörper 20 auf Grund der veränderlichen Kapazität zwischen den Elektroden 21 und 22 des Maßstabsgrundkörpers 20 und den Abtastelektroden 28 und 29 der Abtastplatte 27 abhängig ist und die zueinander um annähernd 900 phasenverschoben sind. Diese Spannungen werden mit an sich bekannten elektronischen Mitteln ausgewertet und zur Positionierung von Teilen bzw zur Messung von Längen benutzt. Es gelten für die Spannungen folgende allgemeine Beziehungen U1 = U 8inX t (A1 sin # x + A3 sin # 3x + ...) (d+a) (d+a) u2 X u u3 = U sinw t (A1 cos #/(d+a) x +A3 cos w 3X + ...) U4 = -u3, worin alle Glieder mit A3; A5; Oberwellenanteile sind, die mit den erfindungsgemäßen Meßsystemen beseitigt werden. With a further arrangement of the scanning electrodes on the scanning plate According to FIG. 4, there are four connections for the voltages u1; u2; u3 and u4 available. Tensions are picked up on them, the amplitude of which depends on the relative position the scanning plate 27 to the basic scale body 20 due to the variable capacity between the electrodes 21 and 22 of the scale base 20 and the scanning electrodes 28 and 29 of the scanning plate 27 is dependent and which are phase-shifted by approximately 900 with respect to one another are. These tensions will be with known electronic Means evaluated and used for positioning parts or for measuring lengths used. The following general relationships U1 = U 8inX apply to the voltages t (A1 sin # x + A3 sin # 3x + ...) (d + a) (d + a) u2 X u u3 = U sinw t (A1 cos # / (d + a) x + A3 cos w 3X + ...) U4 = -u3, where all terms with A3; A5; Harmonic components are, which are eliminated with the measuring systems according to the invention.
Um jedoch eine 900.Phasenv'erschiebung der obigen Spannungen zu erzielen, muß außerdem der Einfluß der zwischen den Abtastelektroden der Abtastplatte 27 vorhandenen geringen Koppelkapazität beseitigt werden. Dieser Einfluß kann z. B. durch bekannte Phasenschieber oder durch eine symmetrische Anordnung der Abtastelektroden beseitigt werden. Die fn Fig, 7 dargestellte symmetrische Anordnung der Abtastelektroden ist durch eine Spiegelung der links von der Linie S1 angeordneten Abtastelektrodengruppen 32; 33 an dieser Linie S1 und durch nochmalige Spiegelung an der Linie S2 zu verwirklichen. However, in order to achieve a 900th phase shift of the above voltages, In addition, the influence of the existing between the scanning electrodes of the scanning plate 27 must be affected low coupling capacity can be eliminated. This influence can e.g. B. by known Phase shifter or eliminated by a symmetrical arrangement of the scanning electrodes will. The symmetrical arrangement of the scanning electrodes shown in FIG by a reflection of the scanning electrode groups arranged to the left of the line S1 32; 33 can be realized on this line S1 and by mirroring it again on line S2.
Eine Möglichkeit, insbesondere den Einfluß der Abtastelektroden der Abtastplatte aufeinander zu beseitigen, besteht darin, daß zwischen diesen Abtastelektroden zusammenhängende leitende Metallstege auf der Abtastplatte aufgebracht sind, die zu den Elektroden durch einen geringen Zwischenraum isoliert sind und auf Erdpotential gelegt sind Die obenerwähnten Oberwellenanteile in den an der Abt ist platte 27 abgenommenen Spannungen u1; u2; U3; u4, welche an den Anschlilesen 34; 35; 36; 37, gemäß der Anordnung in Fig. 7, abgenommen werden, sind z. B, bis zu ihrer 7. Ordnung einschließlich ihrer ganzzahligen Vielfache bei insgesamt 16 Elektroden, wie sie in Fig. 3 gezeigt sind, fUr die in Fig. 7 angeordneten Abtastelektrodengruppen 32 und 33 und bei einer entsprechenden Wahl der in Fig. 3 angegebenen Abstände L# Z der Abtastelektroden beseitigt. Eine Verminderung der Oberwellenanteile ist weiterhin durch geeignete Wahl des Winkels (ig. 5) sowie der Verhältnis.e a/d+a bzw. a'/d+a erzielen, worin a die Breite der Elektroden des Xaßstabsgrundkörpers 20, a' die Breite der Abtastelektroden der Abtastplatte 27 und (d+a) die Gitterkonstante des Maßstabsgrundkörpers sind. One possibility, in particular the influence of the scanning electrodes To eliminate scanning plates on top of one another consists in the fact that between these scanning electrodes contiguous conductive metal webs are applied to the scanning plate, the are isolated from the electrodes by a small gap and at ground potential are laid The above-mentioned harmonic components in the abb is plate 27 removed voltages u1; u2; U3; u4, which are connected to the terminals 34; 35; 36; 37, according to the arrangement in Fig. 7, are removed, for. B, to to their 7th order including their integer multiples with a total of 16 Electrodes as shown in FIG. 3 for the scanning electrode groups arranged in FIG 32 and 33 and with a corresponding choice of the distances L # given in Fig. 3 Z of the scanning electrodes eliminated. There is still a reduction in the harmonic content by suitable choice of the angle (Fig. 5) and the ratio e a / d + a or a '/ d + a achieve, wherein a is the width of the electrodes of the X scale base body 20, a 'the Width of the scanning electrodes of the scanning plate 27 and (d + a) the lattice constant of the Are the scale base.
Um auch eine Beeinflussung der an der Abtastplatte abgenommenen Spannungen durch die lietenden Metallbeläge 23 und 24 des Maßstabsgrundkörpers zu verhindern, ist die Länge L' der Abtastelektrode der Abtastplatte 27 größer als die Breite des Maßstabsgrundkörpers 20. There is also an influence on the voltages taken from the scanning reticle to prevent by the lietenden metal coverings 23 and 24 of the basic scale body, the length L 'of the scanning electrode of the scanning plate 27 is greater than the width of the Scale body 20.
Fig. 8 zeigt eine Maßstabsscheibe 38 für Winkelmceeungen, auf der, analog zu dem in Fig. 2 dargestellten Maßstabsgrund. Fig. 8 shows a scale disk 38 for Winkelmceeungen on which, analogous to the scale base shown in FIG. 2.
körper 20, Elektroden 39 und 40 in zwei voneinander isolierten Gruppen angeordnet sind, wobei die Elektroden einer jeden Gruppe durch leitende Metallbeläge 41 und 42 verbunden sind. Die dazugehörige Abtastacheibe 43 (Fig. 9) besitzt die Abtastelektroden 44 und 45, die in Gruppen angeordnet sind, wobei ebenfalls die Elektroden einer jeden Gruppe durch leitende Metallbeläge 46 und 47 verbunden sind. Für die Abstände dieser Abtastelektroden 44 und 45 gelten ebenfalls die weiter oben für Linearmaßstäbe beschriebenen Verhältnisse, und es werden an der Abtastscheibe 43 ebenfalls Spannungen gewonnen, die zur Winkelpositionierung oder -messung weiterverarbeitbar sind.body 20, electrodes 39 and 40 in two isolated groups are arranged, the electrodes of each group by conductive metal coatings 41 and 42 are connected. The associated scanning disk 43 (FIG. 9) has the Scanning electrodes 44 and 45 arranged in groups are arranged, wherein also the electrodes of each group through conductive metal coatings 46 and 47 are connected. The same applies to the distances between these scanning electrodes 44 and 45 the ratios described above for linear scales, and there are at the scanning disk 43 also obtained voltages that are necessary for angular positioning or measurement can be processed further.
In Fig. 10 ist ein Maßstabsgrundkörper 20 mit den Elektroden 21 und 22, sowie den auf der Oberfläche des Grundkörpers angeordneten, die Elektroden verbindenden Metall beläge 23 und 24 dargestellt. Zur Beseitigung von Koppelkapazitäten sind, parallel zu den Metallbelägen 23 und 24 verlaufend, auf der Oberfläche des Maßstabsgrundkörpers 20 leitende Metallstege 48 und 49 angeordnet, an die eine Spannung angelegt werden kann, die eine zur Spannung an den den Metallstegen 48 und 49 zugeordneten Metallbelägen 23 und 24 entgegengesetzte Polarität besitzt. In ähnlicher Weise können auch die Abtastplatten mit Metallstegen versehen sein, die zu den Metallbelägen parallel verlaufen (flucht dargestellt). In Fig. 10 is a scale base 20 with the electrodes 21 and 22, as well as those arranged on the surface of the base body and connecting the electrodes Metal coverings 23 and 24 are shown. To eliminate coupling capacities, running parallel to the metal coverings 23 and 24, on the surface of the basic scale body 20 conductive metal webs 48 and 49 are arranged, to which a voltage is applied can, the one for the tension on the metal webs 48 and 49 assigned to the metal coverings 23 and 24 have opposite polarity. Similarly, the Scanning plates can be provided with metal bars that are parallel to the metal coverings run (shown in flight).
Die Bestimmung der relativen Stellung x der Abtastplatte bzw. Abtaatscheibe zum Maßstabsgrundkörper bzw. zur Maßstabsscheibe erfolgt aus den genannten Spannungen ul u2; u3 und u4 durch elektrische Messung der Phasenlage dieser Spannungen und durch Zählung der einzelnen Nulldurchgänge. Diese Spannungen werden Differenzverstärkern zugeführt, deren Ausgangssignale einen Phasenschieber zugeleitet werden, der die Aufgabe hat, eine Nullpunktverschiebung zu ermöglichen, Von dort gelangen die Signale huber phasenabhangige Gleichrichter und eine Einrichtung zur Bestimmung der Bewegungsrichtung auf einen Vorwärts-RUckwärts°Zähler, der die Anzeige z. B. der ganzen MiLLimeter ermöglicht. Parallel dazu werden die Signale einem elektrischen lnterpolator, zugeführt, Lieser Inerpolator ermöglicht eine Anzeige der Stellen hinter dem Komma, also z. B. der Bruchteile von Millimetern oder Winkeleinheiten. The determination of the relative position x of the scanning plate or Abtaatscheibe to the basic scale body or to the scale disk is made from the stated voltages ul u2; u3 and u4 by electrical measurement of the phase position of these voltages and by counting the individual zero crossings. These voltages become differential amplifiers fed, whose output signals are fed to a phase shifter who has the task of enabling a zero point shift, From there The signals arrive via phase-dependent rectifiers and a device Determination of the direction of movement on a forwards-backwards ° counter, which the display z. B. allows the whole MiLLimeter. In parallel, the signals are sent to an electrical Interpolator, supplied, Lieser Inerpolator enables the positions to be displayed behind the comma, e.g. B. fractions of millimeters or angular units.
Um die Abhängigkeit der Amplitude der Signale vom Abstand h der Abtastplatte 27 vom Maßstabsgrundkörper 1 auszuschalten, werden die beiden um 900 phasenverschobenen Signale Usinx und Ucoex einzeln mittels elektronischer Mittel summiert und verstärkt, so daß ein weiteres Signal erhalten wird, welches nur von der Amplitude U nicht aber vom Abstand h abhängig ist. Dieses weitere Signal wird in ein Hochfrequenzsignal umgewandelt, welches die gleiche Phase und Frequenz besitzt, wie die Spannung, die an den Elektroden des Maßstabsgrundkörpers anliegt. About the dependence of the amplitude of the signals on the distance h of the scanning plate 27 from the basic scale body 1, the two are phase-shifted by 900 Usinx and Ucoex signals individually summed and amplified by electronic means, so that a further signal is obtained which is only not due to the amplitude U. but depends on the distance h. This further signal is converted into a high frequency signal which has the same phase and frequency as the voltage that rests against the electrodes of the scale base.
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2298079A1 (en) * | 1975-01-17 | 1976-08-13 | Farrand Ind Inc | POSITION TRANSDUCER |
| DE2853142A1 (en) * | 1977-12-09 | 1979-06-21 | Stiftelsen Inst Mikrovags | MEASURING DEVICE FOR THE CAPACITIVE DETERMINATION OF THE RELATIVE POSITIONS OF TWO EACH OTHER MOVING PARTS |
| DE2830432A1 (en) * | 1978-07-11 | 1980-02-14 | Juergen Ing Grad Machate | Capacitive angle or length measuring device - has two sinusoidal voltages which are coupled to scale, collected by receiver electrodes and evaluated |
| FR2553532A1 (en) * | 1983-10-12 | 1985-04-19 | Varian Associates | CAPACITIVE MASK ALIGNMENT DEVICE |
| EP0227591A1 (en) * | 1985-11-22 | 1987-07-01 | Hans Ulrich Meyer | Device for the capacitive measurement of lengths and angles |
| DE3826561A1 (en) * | 1988-08-04 | 1990-02-08 | Rexroth Mannesmann Gmbh | Capacitive distance pick-up |
| EP0354386A1 (en) * | 1988-08-11 | 1990-02-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Transducer for the measurement of length or distance changes, especially for the contactfree measurement of torque on rotating shafts |
| US5414420A (en) * | 1992-03-23 | 1995-05-09 | Hewlett-Packard Corporation | Switch interconnect for position encoder system |
| US5428355A (en) * | 1992-03-23 | 1995-06-27 | Hewlett-Packard Corporation | Position encoder system |
| WO2017178243A1 (en) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | Robert Bosch Gmbh | Workpiece carrier system |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102007049741B4 (en) * | 2007-10-16 | 2011-07-28 | Micromotion GmbH, 55124 | Magnetic scale carrier |
| CN104132609B (en) * | 2014-07-16 | 2017-07-07 | 广东工业大学 | A kind of electric magnetic railings ruler structure and its displacement information read method |
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-
1972
- 1972-04-10 DE DE19722217183 patent/DE2217183A1/en active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2298079A1 (en) * | 1975-01-17 | 1976-08-13 | Farrand Ind Inc | POSITION TRANSDUCER |
| US4743902A (en) * | 1977-12-09 | 1988-05-10 | Stiftelsen Institutet For Mikrovagsteknik Vid Tekniska Hogskolan | Measuring device for capacitive determination of the relative position of the two with respect to one another movable parts |
| DE2853142A1 (en) * | 1977-12-09 | 1979-06-21 | Stiftelsen Inst Mikrovags | MEASURING DEVICE FOR THE CAPACITIVE DETERMINATION OF THE RELATIVE POSITIONS OF TWO EACH OTHER MOVING PARTS |
| FR2411391A1 (en) * | 1977-12-09 | 1979-07-06 | Stiftelsen Inst Mikrovags | CAPACITIVE MEASUREMENT DEVICE |
| DE2830432A1 (en) * | 1978-07-11 | 1980-02-14 | Juergen Ing Grad Machate | Capacitive angle or length measuring device - has two sinusoidal voltages which are coupled to scale, collected by receiver electrodes and evaluated |
| FR2553532A1 (en) * | 1983-10-12 | 1985-04-19 | Varian Associates | CAPACITIVE MASK ALIGNMENT DEVICE |
| EP0227591A1 (en) * | 1985-11-22 | 1987-07-01 | Hans Ulrich Meyer | Device for the capacitive measurement of lengths and angles |
| DE3826561A1 (en) * | 1988-08-04 | 1990-02-08 | Rexroth Mannesmann Gmbh | Capacitive distance pick-up |
| EP0354386A1 (en) * | 1988-08-11 | 1990-02-14 | Siemens Aktiengesellschaft | Transducer for the measurement of length or distance changes, especially for the contactfree measurement of torque on rotating shafts |
| US4941363A (en) * | 1988-08-11 | 1990-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Sensor for measurement of the torque acting on a rotating shaft |
| US5414420A (en) * | 1992-03-23 | 1995-05-09 | Hewlett-Packard Corporation | Switch interconnect for position encoder system |
| US5428355A (en) * | 1992-03-23 | 1995-06-27 | Hewlett-Packard Corporation | Position encoder system |
| WO2017178243A1 (en) * | 2016-04-12 | 2017-10-19 | Robert Bosch Gmbh | Workpiece carrier system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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