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Einrichtung zur Umwandlung eines durch die Stellung einer binärcodierten, aus lichtdurchlässigen und nichtdurchlässigen Feldern bestehenden Codescheibe bestimmten Messwertes
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Umwandlung eines durch die Stellung einer binärcodierten, aus lichtdurchlässigen und nichtdurchlässigen Feldern bestehenden Codescheibe bestimmten Messwertes in an parallelen Ausgängen anstehende elektrische, binärcodierte Signale sowie in an weiteren parallelen Ausgängen anstehende Negationssignale, wobei der Codescheibe ein aus Lichtquelle und Photodioden bestehendes, relativ zu ihr bewegliches Abtastsystem zugeordnet ist, von denen dem ersten binären Stellenwert eine und dem zweiten oder höheren binären Stellenwert je zwei Photodioden zugeordnet sind, die jeweils (unmittelbar oder über geschirmte Leitungen)
über einen Verstärker im zweiten und höheren binären Stellenwert unter Zwischenschaltung einer UND-Verknüpfung einmal mit dem vorhergehenden Ausgangssignal und das andere Mal mit der Negation desselben und einer gegenseitigen ODER-Verknüpfung an die nächste Stufe geschaltet sind.
Es ist ein berührungslos arbeitendes Weg- bzw. Winkelmesssystem bekannt, das die Messsignale in binärcodierter Form bereitstellt, und das z. B. an Werkzeugmaschinen zur absoluten Messung der Lage des Werkstückes in bezug zum Werkzeug verwendet werden kann. Ein derartig bekanntes System setzt sich zusammen aus : einem binärcodierten Strichmassstab, einem Tastkopf sowie einer dem Tastkopf nachgeordneten elektrischen Schaltung für die Verarbeitung der von diesem abgegebenen Signale.
Der Tastkopf ist der Teil des Messsystems, durch den vom binärcodierten Strichmassstab Zeichenkombinationen mittels Photodioden abgetastet werden, deren Signale in der nachfolgenden Schaltung in eine einer weiteren Verarbeitung gemässe Form gebracht werden, so dass eine absolute Wegmessung durchgeführt werden kann. Dabei wird das von jeder Photodiode des Tastkopfes ausgehende analoge Signal zunächst in einem Verstärker auf einen für die Weiterverarbeitung erforderlichen Pegel angehoben und danach in einem Schmitt-Trigger digitalisiert. Hienach ist also eine Schaltung erforderlich, in der diese von einem Tastkopf gelieferten Einzelsignale weiter verarbeitet werden, so dass ein binärcodierter absoluter Wegmesswert entsteht.
In bekannter Weise werden binärcodierter Strichmassstab, Tastkopf sowie eine Schaltung, in der jeder Photodiode des Tastkopfes ein Verstärker und ein Schmitt-Trigger zugeordnet sind, als abgeschlossene Baueinheit betrachtet. Daraus folgt, dass bei nicht paralleler Vermessung von zwei oder mehreren Koordinaten eine entsprechende Vervielfachung des gerätetechnischen Aufwandes nicht nur bezüglich Strichmassstab und Tastkopf, sondern auch der genannten Schaltung zu verzeichnen ist. Des weiteren ist eine geschlossene Bauweise des Messsystems nicht in jedem Falle vorteilhaft, und ergeben sich im Gegenteil für den räumlichen Einbau des Messsystems, z. B. bei der Ver-
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messung mehrerer Koordinaten, häufig Schwierigkeiten.
Es ist daher naheliegend, eine Trennung der Tastköpfe von der Schaltung zur Auswertung der Messsignale vorzunehmen, sowie letztere universeller und zugleich einfacher zu gestalten.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, den Gesamtaufbau des Messsystems abzuwandeln, um den Schaltungselemente- und Fertigungsaufwand für die erforderliche Signalverarbeitungselektronik zu vermindern und gleichzeitig dabei hochwertige Bauelemente einzusparen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die räumliche Anordnung der erforderlichen Bau- und Schaltungselemente so zu gestalten und nebeneinander oder zum Teil entfernt voneinander so in Beziehung zueinander zu setzen, dass für eine Anzahl von"m"Binärpotenzen (m = 1, 2....) ein für die digitale Messwertangabe notwendiges Entschlüsseln, Verknüpfen und Umschalten auf "n" Koordinaten (n = 1, 2....) ermöglicht wird.
Erfindungsgemäss ist die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Auswertung mehrerer Messgrössen für jede weitere Messgrösse ein Abtastsystem (1. m.... n. m) mit gesonderter Codescheibe und nachgeschaltetem Verstärker vorhanden ist, wobei jeder vorhandene Verstärkerausgang beim ersten binären Stellenwert mit einer UND-Verknüpfung bzw.
beim zweiten oder höheren binären Stellenwert mit einer zusätzlichen UND-Verknüpfung verbunden ist, wobei der jeweils zweite Eingang dieser Verknüpfungen parallel mit den andern derselben Messgrösse in allen binären Stellenwerten an eine der jeweiligen Messgrösse zugeordnete und zur Auswahl nur einzeln aktivierbare Auswahlleitung angeschlossen ist, wobei ferner die Ausgänge dieser UND-Verknüpfungen beim ersten binären Stellenwert über eine ODER-Verknüpfung und beim zweiten und höheren binären Stellenwert über die erweiterte ODER-Verknüpfung an einen für alle Messgrössen nur gemeinsam vorhandenen Trigger samt nachgeschaltetem Signalausgang, Negator und negiertem Signalausgang des jeweiligen binären Stellenwertes geführt sind.
In einer besonderen Ausführung der Erfindung sind die für die Auswertung einer Codespur mehrerer Koordinaten erforderlichen Schaltungsteile, wie Verstärker, Logikschaltung, Trigger und Negator jeweils auf einer steckbaren Leiterplatte angeordnet. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung dargestellt, u. zw. zeigt : Fig. l das Blockschema der elektrischen Anordnung, Fig. 2 einen Signalflussplan für zwei Koordinaten.
In Fig. 1 ist das Blockschema für die Auswertung der Messsignale von "n" Tastköpfen --1--, d. h. also für "n" Koordinaten dargestellt. Die von den Photodioden 1. m bis n. m der Tastköpfe-l-ge- bildeten Messsignale werden über geschirmte Leitungen --2-- den Verstärkern --3-- zur analogen Verstärkung zugeführt.
In einer nachgeordneten Logikschaltung --4-- werden die verstärkten Signale zunächst für die Binärpotenzen "m" aller Koordinaten "n" in der Art gemeinsam mit den Signalen En und Am-1 bzw. Am -1 verknüpft, dass durch die Signale En die Umschaltung auf die jeweils auszuwertende Koordinate und durch die Signale Am-1 und Am-1*. die die Ausgangssignale des Schaltungsteiles für die Auswertung der Binärpotenzen m-l darstellen, die Entschlüsselung der Messsignale erfolgt. Die an dieser Stelle vorliegenden Signale, die nunmehr in eindeutiger Weise der jeweils abgefragten Koordinate und deren Binärpotenzen "m" zugeordnet sind, weisen noch analoge Form auf.
Sie werden nachfolgend in einem Schmitt-Trigger --5-- digitalisiert und in einem diesem nachgeschalteten Negator-6-- erfolgt die logische Umkehrung des jeweiligen Signals.
In der Fig. 2a, b ist der Signalflussplan eines Messvorganges für zwei Koordinaten dargestellt, wobei der Messwert jeder Koordinate durch eine 10stellige Binärzahl dargestellt wird. Es erfolgt hiebei immer nur die messtechnische Auswertung der Signale einer Koordinate. Jeder Tastkopf-l- (vgl. hiezu Fig. l) des digitalen Weg- bzw. Winkelmesssystems enthält eine 10spurige binärcodierte Glasscheibe, je eine bzw. zwei den binärcodierten Spuren der Scheibe zugeordnete photoelektrische Wandler, das sind als Photowiderstand geschaltete Photodioden 1. 1. bis 1. 10 bzw. 2. 1 bis 2. 10 (s. Fig. 2a, b), und eine nicht dargestellte, optische Einrichtung einschliesslich Lichtquelle.
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mit folgenden Signalen konjunktiv verknüpft.
1. Signale El, 2 = Signale für die Steuerung der Abfrage der jeweils aus- zuwertenden Koordinaten
2. Signale Am und Am (m = 1 bis 10) = Signale für die Steuerung der Abfrage der entweder voreilend oder nacheilend im Tastkopf-l-angeord- neten Photodioden 1. 1. bis 1. 10 bzw. 2. 1 bis 2. 10 einer Codespur der jeweiligen Koordinate.
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Da diese beiden Signale rein digitalen Charakter besitzen, ist eine eindeutige Bildung der Konjunktion in den UND-Gliedern 4. 1 möglich, obwohl die aus den Verstärkern --3-- kommenden Signale noch analog sind.
Auf Grund der konjunktiven Verknüpfung hat immer nur eines der UND-Glieder 4. 1 ein L-Signal am Ausgang.
Die Ausgangssignale der UND-Glieder 4. 1 werden anschliessend in den ODER-Gliedern 4. 2 disjunk- tiv verknüpft. Das Ausgangssignal des ODER-Gliedes 4. 2 wird nachfolgend durch den Schmitt-Trigger - in ein digitales Signal umgeformt. Dieses Signal wird als bejahendes Ausgangssignal Am und nach Durchgang durch den Negator --6-- als verneintes Ausgangssignal Am abgeführt. Dies ist erforderlich, da, wie aus Fig. 2a, b hervorgeht, beide Signale für die Steuerung der Abfrage der voreilend bzw. nacheilend angeordneten Photodioden 1. 1 im Gebersystem benötigt werden.
Durch die Doppelabtastung der Spuren entstehen immer eindeutige Ableseergebnisse, auch dann, wenn beim Übergang von einer Zahl zur andern das Ableseergebnis wechselt. Es zeigt sich auch, dass bei der Doppelabtastung der Übergang von durchsichtig auf undurchsichtig für die Bildung des Messergebisses nicht benötigt wird, d. h. die Lage der Übergangsstellen muss nicht genau sein. Die beiden Abtaster jeder Spur werden über eine UND-ODER-Stufe zusammengefasst und das bejahende und negierte
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absoluten Messwert darstellen, der entsprechend der 10 Codespuren enthaltenden Codescheiben ebenfalls 10 Binärpotenzen enthält.
Aus Fig. 2a, b ist ersichtlich, dass die von den die 10 Codespuren abtastenden Photodioden 1. 1 bis 1. 10 bzw. 2. 1 bis 2. 10 gebildeten Signale der beispielsweise zwei Koordinaten in den 10 Schaltstufen mit den Ausgangssignalen A bis A 10 parallel verarbeitet werden,
Die für die Auswertung der Signale bezüglich der Binärpotenz gleichwertiger Codespuren der zwei Koordinaten dienende Schaltung ist auf der steckbaren Leiterplatte --7-- angeordnet. Die Auswertung aller Codespuren erfolgt durch Hintereinanderschaltung einer der Zahl der Codespuren entsprechenden Zahl von Leiterplatten, wie aus Fig. 2a, b zu entnehmen ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Umwandlung eines durch die Stellung einer binärcodierten, aus lichtdurchlässigen und nichtdurchlässigen Feldern bestehenden Codescheibe bestimmten Messwertes in an parallelen Ausgängen anstehende elektrische, binärcodierte Signale sowie in an weiteren parallelen Ausgängen anstehende Negationssignale, wobei der Codescheibe ein aus Lichtquelle und Photodioden bestehendes, relativ zu ihr bewegliches Abtastsystem zugeordnet ist, von denen dem ersten binären Stellenwert eine und dem zweiten oder höheren binären Stellenwert je zwei Photodioden zugeordnet sind, die jeweils (unmittelbar oder über geschirmte Leitungen)
über einen Verstärker im zweiten und höheren binären Stellenwert unter Zwischenschaltung einer UND -Verknüpfung einmal mit dem vorhergehenden Ausgangssignal und das andere Mal mit der Negation desselben und einer gegenseitigen ODER-Verknüpfung an die nächste Stufe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung mehrerer
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Eingang dieser Verknüpfungen parallel mit den andern derselben Messgrösse in allen binären Stellenwerten an eine der jeweiligen Messgrösse zugeordnete und zur Auswahl nur einzeln aktivierbare Auswahlleitung angeschlossen ist, wobei ferner die Ausgänge dieser UND-Verknüpfungen beim ersten binären Stellenwert über eine ODER-Verknüpfung (4,2) und beim zweiten und höheren binären Stellenwert über die erweiterte ODER-Verknüpfung an einen für alle Messgrössen nur gemeinsam vorhandenen Trigger (5)
samt nachgeschaltetem Signalausgang, Negator (6) und negiertem Signalausgang des jeweiligen binären Stellenwertes geführt sind.