AT396840B - Vorrichtung zur erzeugung von referenzsignalen - Google Patents

Description

AT 396 840 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung von Referenzsignalen auf photoelektrischem Wege, insbesondere bei Meßsystemen, wobei auf einem relativ zu einer mit Photoempfängem ausgestatteten Abtasteinheit verstellbaren Träger eine beleuchtbare, wenigstens eine Referenzstelle kennzeichnende Markierung vorgesehen ist, die bei der Referenzstelle eine charakteristische Änderung des auftretenden Abtastsignales hervorruft, welche für die Erzeugung eines Referenzsignales auswertbar ist

Referenzsignale werden unter anderen bei inkrementalen Meßsystemen benötigt, um die jeweilige Messung auf eindeutig definierte Maßstabstellen beziehen zu können und um eine bestimmte Position nach Betriebsunterbrechungen, Stromausfall usw. eindeutig wiederfinden zu können. Bei Drehgebem kann über ein Referenzsignal ein Umdrehungszähler zusätzlich gesteuert werden. Es ist notwendig, ein Referenzsignal so zu erzeugen, daß es möglichst eindeutig einer Flanke eines Teilungsfeldes bei Inkrementalteilungen zugeordnet ist. Ferner ist anzustreben, daß der Verschiebeweg in dem ein Referenzsignal auftritt, gleich oder kleiner als der Verschiebeweg während eines Zählschrittes bei inkrementalen Meßsystemen ist.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingangs genannten Art besteht die eine Referenzstelle kennzeichnende Markierung aus einer nicht periodischen Gitterteilung, bei der im Falle von Inkrementalmeßsystemen die kleinste Strichbreite in einem definierten Verhältnis zur Maßstabteilung steht, wobei ein zugeordneter Photoempfänger gegen die Abtastspur, in der die Markierung liegt, gerichtet ist und diese Spur durch ein eine entsprechende Gitterteilung wie die Marke aufweisende Abtastplatte hindurch abtastet, so daß je nachdem, ob an der Referenzstelle bei Übereinstimmung der Gitterteilungen von Marke und Abtastplatte stärkste Beleuchtung oder Abdunkelung auftritt, charakteristische Signalspitzen nach oben oder unten auftreten, die unmittelbar als Referenzsignal ausgewertet werden können. Nachteilig bei der bekannten Konstruktion ist, daß die Anbringung der Referenzmarken in exakter Zuordnung zu einer Meßteilung aufwendig wird, wobei keine Korrekturen der Relativlage des auftretenden Signales zum Träger vorgenommen werden können und daß ein bestimmter relativ kleiner Abstand zwischen Maßstab und Abtastplatte nicht überschritten werden darf,

Beträgt z. B. das Intervall der Maßstabteilung eines Inkrementalmaßstabes 20 μιη und die kleinste Strichbreite der Referenzmarkierung g= 15 |im, so darf ein Abstand (d) von 2g2 d=-=511 pm

X überschritten werden, wobei χ die Schwerpunktwellenlänge des von der verwendeten Lichtquelle abgestrahlten Lichtes ist Bei den bekannten Referenzmarkierungen laßt sich ferner aus dem Abtastsignal nicht feststellen, von welcher Seite z. B. des Maßstabes her eine Referenzmarke angefahren wird bzw. auf welcher Seite der Abtaststelle die Referenzmarke liegt

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, die bei einfachem Aufbau die exakte Erzeugung von bestimmten Maßstabstellen genau zugeordneten Referenzsignalen ermöglicht, dabei gegen Änderungen des Abtastabstandes und relativ große Abtastabstände unempfindlich ist, nachträgliche Korrekturen für die Bestimmung der Referenzsteile zuläßt und überdies die Möglichkeit schafft, die Relativlage der momentanen Abtaststelle gegenüber der Referenzstelle (rechts oder links der Referenzstelle) anzugeben.

Die gestellte Aufgabe wird prinzipiell dadurch gelöst, daß die Markierung aus wenigstens zwei in quer zur Verstellrichtung gegeneinander versetzten Abtastspuren vorgesehenen Markierungsstreifen besteht, von denen der eine in seiner Spur bis zur Referenzstelle reicht und der zweite von der Referenzstelle weiterführt, wobei die Markierungsstreifen einander im Bereich der Referenzstelle überlappen, daß die Abtasteinheit für jede Spur wenigstens einen auf sie ausgerichteten Photoempfänger aufweist, und daß die Photoempfänger entsprechend der Länge der Überlappung gegeneinander in Verstellrichtung versetzt und in Äntiparallelschaltung verbunden sind, so daß ihr Summensignal im Bereich der Referenzstelle einen z. B. durch einen Fensterkomparator erfaßbaren, das Referenzsignal bestimmenden Nullduichgang aufweist.

Bei außerhalb der Referenzstelle befindlicher Abtasteinheit erzeugt nur einer der beiden Photoempfänger ein charakteristisches Signal, so daß allein daraus, welcher Empfänger ein Signal erzeugt bzw. wie dieses Signal zufolge der Antiparallelschaltung gepolt ist, erkennbar wird, auf welcher Seite der Referenzstelle sich die Abtastemheit befindet. Die Signalform des erhaltenen Summensignales ist durch die Größe der Überlappung der Markierungsstreifen an der Referenzstelle und die Kantenform, insbesondere die Form der Endkanten der Markierungsstreifen im Zusammenwirken mit der Form der Empfangsfelder der Photoempfänger definiert bzw. definierbar. Es läßt sich an der Referenzstelle eine relativ steile Signalflanke mit Nulldurchgang erzeugen, wobei durch geringfügige Änderungen der Abstände der Photoempfänger einerseits und durch Einstellung der Triggerpunkte des Fensterkomparators anderseits noch geringfügige Justierungen hinsichtlich der Lage des Referenzpunktes vorgenommen werden können. Durch Abgleich der Triggerpunkte des Fensterkomparators kann auch die Impulsbreite genau definiert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, nur auf einen Triggerpunkt einzustellen und über das Triggersignal einen gespeicherten, vorwählbare Signalform aufweisenden Referenzimpuls auszulösen. -2-

AT396840B

Es wurde schon erwähnt, daß die Form des erhaltenen Summensignales von der Form der Markierung der Größe der Überlappung an der Referenzstelle und der Form der Empfangsflächen der Photoempfänger mitbestimmt wird, wobei diese Empfangsflächen auch durch normalen Photoempfängem vorgeschaltete Blenden bestimmt werden können. Dementsprechend wird man auch bei runden Empfangsflächen vorzugsweise andere Formen der Enden der Markierungsstreifen wählen als bei rechteckigen Empfangflächen. Für die Angabe der Relativlage der Abtasteinheit zur Referenzstelle genügt bei außerhalb der Referenzstelle befindlicher Abtasteinheit ein relativ schwaches Signal, wogegen man im Bereich der Referenzstelle vielfach einen stärker ausgeprägten oberen und unteren Signalpegel wünscht, zwischen denen der Nulldurchgang stattfindet, um mehr Spielraum für die Triggerpunkte und eine noch ausgeprägtere Änderung des Signalverlaufes im Bereich des Referenzpunktes zu erhalten.

Um dies zu erreichen, sieht eine Weiterbildung vor, daß die Markierungsstreifen im Überlappungsbereich nach der zur anderen Spur gerichteten Seite verbreitert sind, so daß in den in ihren Abmessungen an diese Verbreiterung angepaßten Photoempfängem beim Eintritt in den Überlappungsbereich ein Signalanstieg auftritt. Dabei ist es an sich möglich, die Markierungsstreifen mit größeren Abständen voneinander, etwa an den beiden Seiten einer Inkrementalteilung bei entsprechenden Meßsystemen vorzusehen. Vorteilhafter ist es jedoch, wenn nach einer bevorzugten Ausführungsform die beiden Spuren nebeneinander vorgesehen sind und die Markierungsstreifen im Überlappungsbereich ineinander übergehen. Derzeit wird eine Ausführungsform bevorzugt, bei der der Überlappungsbereich die Form eines Rechteckes aufweist, dessen in Abtastrichtung verlaufende Ränder in die Außenränder der Markierungsstreifen übergehen und daß die Empfangsflächen der Photoempfänger eine angepaßte Rechteckform aufweisen, aber in Querrichtung vor der ihnen nicht zugeordneten Spur enden.

Bei der bisher beschriebenen Ausführungsform soll nur ein Referenzsignal an einer bestimmten Stelle erzeugt werden. Will man z. B. auf einen Maßstab mehrere Referenzstellen eindeutig definieren, so kann man jeder dieser Refeienzstellen eine Markierung der beschriebenen Art zuordnen. Es wird sich dann aber als notwendig erweisen, zwischen aufeinanderfolgenden Referenzstellen etwa über eine abgetastete Steuerspur Schaltmaßnahmen vorzusehen, um bei dem wegen der versetzten Anordnung der Photoempfänger notwendig werdenden Sprung von der dann z. B. zwischen zwei Referenzmarken endenden unteren Abtastmarkierung auf die dort einsetzende obere Abtastmarkierung die Auslösung eines Referenzsignals zu verhindern. Auch eine Anordnung der Markierung mit zwischen den Referenzstellen durchlaufenden Markierungsstreifen wäre möglich, es ist aber dann notwendig, zwei Photoempfängerpaare mit bei jedem Paar gegengleich versetzten Photoempfängem vorzusehen und jeweils nur das eine Paar für die Auslösung des Referenzsignales heranzuziehen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes entnimmt man der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht Es zeigen

Fig. 1 in schematisch schaubildlicher Darstellungsweise eine bei einem inkrementalen Meßsystem verwirklichte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform in der Fig. 1 entsprechenden Darstellungsweise und

Fig. 3 eine Kurvendarstellung des auftretenden Summensignales.

Von einem inkrementalen Längenmeßsystem wurde nur ein Maßstabkörper (1) mit inkrementaler Meßteilung (2) angedeutet. Der auch die Meßteilung (2) im Durchlicht abtastenden Abtasteinheit ist zusätzlich eine Beleuchtungseinrichtung (3) zugeordnet, die aus einer LED, Glühlampe oder Laserdiode bestehen kann und ihr Licht, das durch eine Kondensorlinse (4) parallel gerichtet ist, gegen den neben der Inkrementalteilung (2) liegenden Bereich (5) des Maßstabkörpers (1) äbstrahlt. An der gegenüberliegenden Seite des Maßstabkörpers befinden sich, vorzugsweise in die Abtasteinheit für die Inkrementalteilung (2) integriert, zwei zugeordnete gegeneinander versetzte Photoempfänger (6), (7), die mit einer Auswertungseinheit (8) verbunden sind, wobei zunächst eine Antiparallelschaltung der Ausgänge der beiden Photoempfänger (6), (7) vorgenommen und das erhaltene Summensignal einem Fensterkomparator zugeführt wird.

Im Bereich (5) des Maßstabkörpers ist nach Fig. 1 eine lichtundurchlässige Abdeckung vorgesehen, in der zwei lichtdurchlässige Markierungsstreifen (9), (10) ausgespart sind, die im Bereich einer Referenzstelle des Maßstabes in Form eines Rechteckfensters (11) ineinander übergehen. Der Photoempfänger (7) ist dem in der Zeichnung oben dargestellten Markierungsstreifen (9) und der Photoempfänger (6) dem Markierungsstreifen (10) zugeordnet, wobei die Photoempfänger innerhalb des Fensters (11) in Richtung auf den anderen Streifen (9) bzw. (10) zu über einen Teilbereich des Fensters reichen, an keiner Stelle aber den anderen Markierungs-pstreifen (9) bzw. (10) erreichen. In Längsrichtung, also in Richtung der relativen Verstellmöglichkeit der Abtasteinheit gegenüber dem Maßstabkörper (1) sind die Photoempfänger (6), (7) abhängig von der Fensterbreite versetzt, so daß nur an einer Stelle beide Empfänger (6), (7) gleich beleuchtet werden, in jeder anderen Stellung der Abtasteinheit aber einer der beiden Photoempfänger mehr Licht als der andere erhält und außerhalb des Fensters immer nur einer der beiden Photoempfänger beleuchtet wird.

Gleiche Verhältnisse ergeben sich bei der Ausführungsform nach Fig. 2, wo im Auflicht gearbeitet wird und an Stelle des lichtdurchlässigen Bereiches nach Fig. 1 eine die gleiche Form wie die Markierungen (9), (10) -3-

Claims (4)

1. AT 396 840 B und das Fenster (11) aufweisende reflektierende Markierung vorgesehen ist, bei der die entbrechenden Teile durch einen zusätzlichen Strich gekennzeichnet werden. Die Beleuchtungseinheit (3')> (4') befindet sich an der gleichen Seite des Maßstabkörpers (1') wie die Photoempfänger (6'), (7'). Wird der Maßstabköiper (1), (1') relativ zur Abtasteinheit mit Beleuchtungseinrichtung (3), (4) und Photoempfängem (6), (7) in Richtung des Pfeiles (12), (12') verstellt und befindet sich die Abtasteinheit noch vor dar Referenzstelle, dann wird zunächst nur der Photoempfänger (7), (7') über den Markierungsstreifen (9), (9’) beleuchtet, so daß das Summensignal der beiden Photoempfänger (6), (7) einen durch den Kurvenabschnitt (13) in Flg. 3 dargestellten Pegel erreicht. Beim Eintritt der Photoempfänger (7), (7') in das Fenster (11), (11*) steigt dieser Pegel nach (14) und erreicht den oberen Wert (15), wenn sich der Photoempfänger (7), (7') in der voll über das Fenster (11), (11') beleuchteten Stellung befindet Erreicht nun bei der Weiterverstellung der Photoempfänger (6), (6*) das Fenster (11), (11*), so sinkt das Signal mit einer steilen Hanke (16) ab und zeigt einen charakteristischen Nulldurchgang, sobald exakt beide Photoempfänger (6), (6*), (7), (7‘) über das Fenster gleich stark beleuchtet sind. Von da an nimmt die Beleuchtung des Photoempfängers (7), (7‘) ab und jene des Photoempfängers (6), (6*) zu, bis schließlich, wenn der Photoempfänger (7), (7‘) aus dem Fensterbereich (11), (11*) ausgetreten ist, nur mehr der Photoempfänger (6), (61) im Fenster (11), (11') beleuchtet wird, so daß das Signal den zum Verlauf (15) gegengleichen Verlauf (17), mit zunehmendem Austritt auch des Photoempfängers (6), (6') den zu (14) gegengleichen Verlauf (18) und schließlich den Verlauf (19) zeigt, wenn nur mehr der Photoempfänger (6), (6') auf die Abtastspur (10), (10') ausgerichtet ist In Fig. 3 wurden noch die einstellbaren Triggerpunkte (20), (21) eines Fensterkomparators eingezeichnet, über den beispielsweise das schlanke Rechtecksignal (22) als Referenzsignal erzeugt wird. PATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zur Erzeugung von Referenzsignalen auf photoelektrischem Wege, insbesondere bei Meßsystemen, wobei auf einem relativ zu einer mit Photoempfängem ausgestatteten Abtasteinheit verstellbaren Träger eine beleuchtbare, wenigstens eine Referenzstelle kennzeichnende Markierung vorgesehen ist, die bei der Referenzstelle eine charakteristische Änderung des auftretenden Abtastsignales hervorruft, welche für die Erzeugung eines Referenzsignals auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung aus wenigstens zwei in quer zur Verstellrichtung gegeneinander versetzten Abtastspuren vorgesehenen Markierungsstreifen (9,10) besteht, von denen der eine in seiner Spur bis zur Referenzstelle (11) reicht und der zweite von der Referenzstelle weiterführt, wobei die Markierungsstreifen (9,10) einander im Bereich der Referenzstelle (11) überlappen, daß die Abtasteinheit für jede Spur wenigstens einen auf sie ausgerichteten Photoempfänger (6, 7) aufweist, und daß die Photoempfänger entsprechend der Länge der Überlappung gegeneinander in Verstellrichtung versetzt und in Antiparallelschaltung verbunden sind, so daß ihr Summensignal im Bereich der Referenzstelle einen z. B. durch einen Fensterkomparator (8) erfaßbaren, das Referenzsignal bestimmenden Nulldurchgang aufweist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsstreifen (9, 10) im Überlappungsbereich nach der zur anderen Spur (10,9) gerichteten Seite verbreitert sind, so daß in den in ihren Abmessungen an diese Verbreiterung an gepaßten Photoempfängern (6, 7) beim Eintritt in den Überlappungsbereich ein Signalanstieg auftritt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spuren nebeneinander vorgesehen sind und die Markierungsstreifen (9,10) im Überlappungsbereich (11) ineinander übergehen.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Überlappungsbereich (11) die Form eines Rechteckes aufweist, dessen in Abtastrichtung verlaufende Ränder in die Außenränder der Markierungsstreifen (9,10) übergehen und daß die Empfangsflächen der Photoempfänger (6,7) eine angepaßte Rechteckform aufweisen, aber in Querrichtung vor der ihnen nicht zugeordneten Spur (9,10) enden. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-