Abtastbare Skala mit Einrichtung zu ihrer Abtastung Neuerdings gewinnt die Aufgabe, Massstäbe, Kreisteilungen usw. aus der Ferne abzulesen bzw. die Messwerte an entfernte Orte zu übertragen, stei gend an Bedeutung. So können z. B. bei Gross maschinen die zur Ortung der Schlitten und Werk zeuge angebrachten Massstäbe vom Bedienungs stand aus nicht auf gewöhnliche Weise abgelesen werden. Wünscht man die Ablesung an anderer Stelle vorzunehmen, so müssen die Messwerte auf irgendeine Weise dorthin übertragen werden. Dies kann z. B. auf lichtelektrischem Wege geschehen.
Der bei dieser Methode nötige Aufwand ist aber verhältnismässig gross, und bei gewissen Einrichtun gen ist die durch die dabei nötige Lichtquelle er zeugte Wärme sehr nachteilig.
Die vorliegende Erfindung bezweckt die Be seitigung der geschilderten Nachteile und betrifft eine abtastbare Skala mit einer Einrichtung zu ihrer Abtastung. Die Erfindung besteht im wesentlichen darin, dass die Skala kapazitiv abtastbare Zeichen aufweist, denen gegenüber eine Gegenelektrode an geordnet ist, und dass Mittel vorhanden sind, um die bei relativer Bewegung der Skala gegenüber der Gegenelektrode verursachte Kapazitätsänderung zu messen.
Im folgenden sind, an Hand der beigefügten Zeichnungen, einige Ausführungsformen des Erfin dungsgegenstandes erläutert.
Fig. 1-5 zeigen verschieden ausgebildete, kapa- zitiv abtastbare Skalen.
Fig. 6 stellt eine Skala und eine zu ihrer Ab tastung dienende Gegenelektrode dar.
Fig. 7 zeigt wieder eine andere Form einer kapa- zitiv abtastbaren Skala.
Fig. 8 veranschaulicht eine Skala und eine kammförmig ausgebildete Gegenelektrode, und Fig. 9 zeigt eine andere Ausbildung einer kamm- förmigen Gegenelektrode.
Die in Fig. 1 dargestellte, kapazitiv abtastbare Skala besteht aus einer isolierenden Unterlage - A und aus auf dieser angebrachten Zeichen T, welche Skalenteilstriche bilden und aus elektrisch leitendem oder halbleitendem Material bestehen. Die Zeichen T sind durch Leitungsdrähte F elektrisch leitend mit einander verbunden. Sie könnten jedoch auch nur kapazitiv oder durch halbleitende Verbindungen mit einander verbunden sein.
Eine weitere Ausbildungsmöglichkeit besteht darin, die Zeichen der Skala gemäss Fig. 2 als Ver tiefung V oder nach Fig. 3 als leitende oder halb leitende Erhöhungen K auf einem Leiter oder Halb leiter H darzustellen. Schliesslich kann man die kapa- zitiv abtastbare Skala dadurch erzeugen, dass man nach Fig. 4 und Fig. 5 auf leitender oder halbleiten der Unterlage<I>B</I> Zeichen<I>D</I> anbringt, die aus Mate rialien mit hoher Dielektrizitätskonstante bestehen.
Gegenüber diesen kapazitiv abtastbaren Skalen M wird gemäss Fig. 6 in möglichst kleinem Abstand eine Gegenelektrode E angebracht.
Die leitenden oder halbleitenden Teile oder Zei chen der kapazitiv abtastbaren Skala bilden zusam men mit der Gegenelektrode einen Kondensator. Werden die kapazitiv abtastbare Skala und die Ge genelektrode relativ gegeneinander bewegt, so wer den Kapazitätsänderungen hervorgerufen.
Insbeson dere ist die Kapazität am grössten, wenn die Gegen elektrode genau einem Zeichen<I>T, K</I> oder<I>D</I> gegen überliegt und damit der Abstand zwischen Gegen elektrode und Zeichen am geringsten ist, falls die Zeichenfolge durch Zeichen aus leitendem Material auf isolierender Unterlage oder durch Zeichen aus Material hoher Dielektrizitätskonstante auf leitendem Material oder durch Zeichen, die durch die den Ab stand zwischen Gegenelektrode und kapazitiv ab tastbarer Teilung verringernden Erhöhungen ge geben sind, gebildet wird. Anderseits ist die Kapa zität ein Minimum, wenn die Gegenelektrode den Zeichen V genau gegenüberliegt und die Skala aus Zeichen besteht,
die durch den Abstand gegenüber der Gegenelektrode erhöhende Vertiefungen im Träger H der Skala gegeben sind. Werden also ent sprechende, an sich bekannte Mittel vorgesehen, um diese Kapazitäten zu messen, so lässt sich durch Be stimmung der Orte der Kapazitätsmaxima und -minima genau die Lage der Zeichen der Skala fest stellen. Der Verlauf der Kapazität, der sich ergibt, wenn die Gegenelektrode von einem Zeichen zum andern wandert, hängt in entscheidender Weise von der Form der Zeichen ab.
Gibt man den Zeichen eine geeignete Form, so lässt sich unschwer erreichen, dass - konstanten Abstand zwischen Skala und Ge genelektrode vorausgesetzt - die Kapazität einen klar -und eindeutig von der relativen Stellung der Gegenelektrode gegenüber dem Schwerpunkt der Zeichen abhängigen und an allen Stellen für die Messung hinreichend grossen Wert erhält. Dies ist z. B. der Fall, wenn man nach Fig. 7 den leitenden, auf leitender Unterlage U aufgebrachten Zeichen P dreieckige Umrisse gibt, die sich gegenseitig be rühren.
Man kann dann - bei ausreichender Kon- stanthaltung der übrigen, die Messwerte bestimmen den Faktoren - jede Stelle zwischen den Zeichen schwerpunkten hinsichtlich der örtlichen Lage messend erfassen. Dieselbe Wirkung lässt sich für beliebige Zeichenformen durch entsprechende Aus bildung der Gegenelektrode erreichen.
Meist ist es von Vorteil, die Gegenelektrode in ihrer Form der Form der Zeichen anzupassen. Haben die Zeichen insbesondere die Form von Teil strichen, so wird man der Gegenelektrode auch eine im wesentlichen rechteckige bzw. langgestreckte Form geben und dieselbe so anordnen, dass zwei gegen überliegende Rechteckseiten der Gegenelektrode zu den Teilstrichen parallel verlaufen, wie dies in Fig. 6 der Fall ist.
Man kann die Gegenelektrode auch nach Fig. 3 als Kamm ausbilden, dessen Zinken Z zu den ab zutastenden Zeichen K parallel verlaufen und durch den Steg V miteinander leitend oder halbleitend ver bunden sind. Durch entsprechende Ausbildung des Kammes lässt sich auf diese Weise die nächste Unter teilungsstufe der abzulesenden Zeichenfolge erzielen. Ist z.
B. der Abstand von Zeichen K zu Zeichen K 1 mm und haben die Zinken voneinander einen Ab stand von 1/1o mm, so erhält man durch eine solche Kammelektrode in Verbindung mit einer Millimeter- teilung dieselbe Anzeige, wie man sie mit einer ge wöhnlichen, einteiligen Gegenelektrode in Verbin dung mit einer Zehntelmillimeterteilung bekommt.
Die leitenden und halbleitenden Zeichen T nach Fig. 1 und die erhabenen Zeichen K nach Fig. 3 so wie die aus Materialien hoher Dielektrizitäts- konstante bestehenden Zeichen D nach Fig. 5 können durch Aufdampfen entsprechender Materia lien auf die Unterlage im Vakuum hergestellt wer den. Auch Skalen nach Fig. 2 können durch Auf dampfen im Vakuum dadurch erzeugt werden, dass die zwischen den Vertiefungen V liegenden Stege S durch Aufdampfen leitender oder halbleitender Ma terialien erzeugt werden.
Auch die Gegenelektro den, und zwar auch dann, wenn sie als Kamm aus gebildet sind, können durch Aufdampfen im Va kuum erzeugt werden. Dies kann z. B. dadurch ge schehen, dass nach Fig. 9 eine nichtleitende Träger platte Q, die beispielsweise aus Glas besteht, in der Form der gewünschten Gegenelektrode R mit lei tendem oder halbleitendem Material bedampft wird. Ausser den Zeichen können auch die leitenden oder halbleitenden Verbindungen zwischen diesen Zeichen im Wege des Aufdampfens im Vakuum erzeugt wer den.
Scannable scale with a device for scanning it Recently, the task of reading scales, circle divisions, etc. from a distance or transferring the measured values to distant locations has become increasingly important. So z. B. in large machines to locate the slide and tools attached scales from the operator stand can not be read in the usual way. If you want to take the reading elsewhere, the measured values must be transferred there in some way. This can e.g. B. happen by photoelectric means.
The effort required in this method is relatively large, and with certain Einrichtun conditions, the heat generated by the light source required is very disadvantageous.
The present invention aims to eliminate the disadvantages and relates to a scannable scale with a device for scanning it. The invention consists essentially in the fact that the scale has capacitively scannable characters opposite which a counter electrode is arranged, and that means are present to measure the change in capacitance caused when the scale moves relative to the counter electrode.
In the following, some embodiments of the subject of the invention are explained with reference to the accompanying drawings.
1-5 show differently designed, capacitively scannable scales.
Fig. 6 shows a scale and a counter-electrode used to scan it from.
7 shows another form of a capacitively scannable scale.
FIG. 8 illustrates a scale and a comb-shaped counter-electrode, and FIG. 9 shows another configuration of a comb-shaped counter-electrode.
The capacitively scannable scale shown in FIG. 1 consists of an insulating base - A and of characters T applied to it, which form scale graduation lines and are made of electrically conductive or semiconductive material. The characters T are connected to one another in an electrically conductive manner by lead wires F. However, they could also be connected to one another only capacitively or by semiconducting connections.
Another training option is to represent the characters of the scale according to FIG. 2 as a recess V or according to FIG. 3 as a conductive or semi-conductive elevations K on a conductor or semi-conductor H. Finally, the capacitively scannable scale can be generated by attaching <I> B </I> characters <I> D </I>, which are made of mate, to conductive or semiconductors of the base according to FIGS. 4 and 5 Materials with a high dielectric constant exist.
Opposite these capacitively scannable scales M, according to FIG. 6, a counter-electrode E is attached at the smallest possible distance.
The conductive or semiconductive parts or characters of the capacitively scannable scale together with the counter electrode form a capacitor. If the capacitively scannable scale and the counter electrode are moved relative to one another, then the changes in capacitance are caused.
In particular, the capacitance is greatest when the counter-electrode is exactly opposite one character <I> T, K </I> or <I> D </I> and thus the distance between the counter-electrode and the character is smallest, if the character sequence is formed by characters made of conductive material on an insulating surface or by characters made of high dielectric constant material on conductive material or by characters that are given by the increases that reduce the distance between the counter electrode and the capacitively palpable division. On the other hand, the capacity is a minimum when the counter electrode is exactly opposite the character V and the scale consists of characters
which are given by the distance from the counter electrode increasing depressions in the carrier H of the scale. So if appropriate, per se known means are provided to measure these capacities, the location of the characters on the scale can be determined by determining the locations of the maximum and minimum capacities. The course of the capacitance, which results when the counter electrode moves from one character to the other, depends in a decisive way on the shape of the characters.
If the characters are given a suitable shape, it is easy to achieve that - assuming a constant distance between the scale and the counter electrode - the capacitance clearly depends on the relative position of the counter electrode in relation to the center of gravity of the characters and at all points for the Measurement receives a sufficiently large value. This is e.g. B. the case when, according to Fig. 7, the conductive, applied to conductive pad U characters P are triangular outlines that mutually touch each other.
One can then - if the others are kept sufficiently constant, the measured values determine the factors - each point between the character centers of gravity can be measured with regard to the local position. The same effect can be achieved for any character shape by appropriate formation of the counter electrode.
It is usually advantageous to adapt the shape of the counter electrode to the shape of the characters. If the characters have in particular the shape of partial lines, the counter electrode will also be given an essentially rectangular or elongated shape and will be arranged in such a way that two opposite rectangular sides of the counter electrode run parallel to the partial lines, as shown in FIG Case is.
The counter electrode can also be designed as a comb according to FIG. 3, the prongs Z of which run parallel to the characters K to be scanned and are connected to one another in a conductive or semiconducting manner by the web V. By appropriately designing the comb, the next subdivision level of the character string to be read can be achieved in this way. Is z.
If, for example, the distance from character K to character K is 1 mm and the teeth have a distance of 1/10 mm from each other, then with such a comb electrode in conjunction with a millimeter division the same display is obtained as with an ordinary one , one-piece counter electrode in conjunction with a tenth of a millimeter division.
The conductive and semiconductive characters T according to FIG. 1 and the raised characters K according to FIG. 3 as well as the characters D according to FIG. 5 consisting of materials of high dielectric constant can be produced in a vacuum by vapor deposition of appropriate materia on the substrate. Scales according to FIG. 2 can also be produced by vapor deposition in a vacuum, in that the webs S lying between the depressions V are produced by vapor deposition of conductive or semiconducting materials.
The counter electrodes, even if they are formed as a comb, can be generated by vapor deposition in the vacuum. This can e.g. B. by the fact that, according to FIG. 9, a non-conductive carrier plate Q, which consists, for example, of glass, is vaporized in the form of the desired counter electrode R with conductive or semiconductive material. In addition to the characters, the conductive or semiconducting connections between these characters can also be created by vapor deposition in a vacuum.