Die Erfindung betrifft einen Messwertgeber für Längenoder Winkelmessung mit einem annähernd sinusförmigen Ausgangssignal, bei dem ein Teil eines Rastermassstabes mit Hilfe einer Beleuchtungsquelle, von Spiegeln und einem optischen System auf einen anderen Teil des gleichen Rastermass- stabes so abgebildet wird, dass zwischen der Anzahl der Rasterstriche der Abbildung und der des anderen Rasterteiles eine Differenz von einem Rasterstrich besteht.
Es ist bekannt, ein annähernd sinusförmiges Signal dadurch zu gewinnen, dass man ein Gegenraster gegen einen Massstab verkleinert. Bei Bewegung des Massstabes entstehen Moire-Streifen, die von einem Foto empfänger registriert werden.
Weiterhin ist bekannt, die Verschiebung eines Massstabes in einer Dimension in ein elektrisches digitales Ausgangssigna umzuwandeln. Dabei werden durch Benutzung von Spiegelprismen und einem optischen System ein Teil eines Massstabes auf einen anderen Teil des gleichen Massstabes abgebildet. Die Abbildung durch das optische System wird so durchgeführt, dass zwischen der Anzahl der Rasterstriche der Abbildung und der Anzahl der Rasterstriche des Teiles des Massstabes, auf den die Abbildung erfolgt, bezogen auf eine bestimmte, vorher festgelegte Länge, immer die Differenz vor einem Rasterstrich besteht.
Durch diese Differenz kommt es im Überlagerungsbereich an der Stelle, an der die Massstabslücken übereinander stehen, zu einem Maximum des hin durchtretenden Lichtstromes und an der Stelle, an der ein Massstabsstrich mit einer Massstabslücke übereinander steht, zu einem Lichtstrom-Minimum; es entstehen also ebenfalls Moire-Streifen. An beiden Stellen sind Foto empfänger angeordnet. Bei Bewegung des Massstabes werden die entstehenden Impulse empfangen und einer Zählschaltung zugeführt.
Mit diesem Verfahren wird also nur ein digitales und kein sinusförmiges Ausgangssignal erzeugt. Bei dem Verfahren mit Massstabskippung wird ein Gegenraster benutzt. Durch die
Anwendung dieses Gegenrasters wird der Effekt der Verdoppelung des Messsignals im Messwertgeber nicht ausgenutzt.
Nachteilig bei der Anordnung, bei der ein Teil eines Massstabes auf einen anderen Teil des gleichen Massstabes abgebildet wird, ist dass die Messempfindlichkeit dieser Anordnung von der Teilung des Massstabes abhängt, da die empfangenen Signale nur begrenzt vervielfacht werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bereits verdoppeltes Messsignal zu gewinnen, welches in hohem Mas- se vervielfacht werden kann, indem der Messwertgeber so ver ändert wird, dass eine Abbildung eines Massstab es auf sich selbst durchgeführt wird und gleichzeitig der Lichtstrom des Messsignals in ein sinusähnliches Signal umgewandelt wird.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass an der Uberlagerungsstelle oder in der Ebene eines Bildes der Überlagerungsstelle eine Blende mit einer Länge gleich dem Abstand von einem Helligkeitsminimum zum daran anschliessenden Helligkeitsmaximum der überlagerten Raster und nach der Blende eine Sammeloptik und ein Foto empfänger angeordnet ist.
Bei vergrösserter oder verkleinerter Abbildung eines Teilstückes des Massstab es auf ein anderes Teilstück des gleichen Massstab es entsteht ein Unterschied in der Teilung t des Massstabes gegenüber t2 des Massstabbildes. An der tÇberla- gerungsstelle entstehen Moire-Streifen. Der Abstand der hellsten bzw. dunkelsten Stelle ist
T = ntt, wobei t2 l-t2 ist. Durch die Wahl der Länge der Blende
T 1 T2, wird der die Blende durchsetzende Lichtstrom entsprechend der jeweiligen Zuordnung der Strecke von Massstab und Gegenraster schwanken. Bei Bewegung des Massstabes um eine Teilung t1 wird der durch die Blende hindurchtretende Lichtstrom sich vom Mittelwert zum Höchstwert und weiter über den Mittelwert zum Kleinstwert verändern.
Ist die Anzahl n der Striche von Höchstwert zu Höchstwert des Lichtes sehr gross und dabei die Blende entsprechend lang und die Lükkenbreite gleich der Strichbreite, dann ändert sich der durch die Blende hindurchtretende Lichtstrom bei Bewegung des Massstabes kontinuierlich mit x2, wenn O < x < tt der zurückgelegte Weg ist. Das Signal setzt sich aus Parabeln zusammen und ist einer Sinusform stark angenähert. Ordnet man an der Überlagerungsstelle oder im Bild der Überlagerungsstelle zueinander versetzte und in einem bestimmten Winkel verkippte Spiegel mit der in die Bildebene projizierten Länge der Spie gelungsfläche 1 oder Spiegeiprismen mit einer Grundfläche der Länge 1 an, denen jeweils ein Fotoempfänger zugeordnet ist, wird jeweils eine Bildlänge 1 ausgespiegelt, die dem halben Streifenabstand entspricht.
In Abhängigkeit von der Anzahl der angeordneten Spiegel oder Prismen können zwei oder vier um jeweils ff verschobene Signale gewonnen werden.
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Weiters ist es möglich, das Licht der Beleuchtungsquelle zu teilen. Dazu wird in die eine Hälfte des Lichtes eine Einrichtung zur Veränderung des Lichtstromes angeordnet, und diese Hälfte direkt auf den Fotoempfänger geleitet.
Der besondere Vorteil der Anordnung einer Blende an der Überlagernngsstelle oder am Bild der Überlagerungssteile besteht darin, dass ein analoges, annähernd sinusförmiges Messsignal empfangen werden kann. Dieses Messsignal kann anschliessend in geeigneten Schaltungen, z. B. Interpolationsschaltungen, in kleinste Wegelemente unterteilt werden. Die Messempfindlichkeit ist damit unabhängig von der Teilung des Massstabes. Das ermöglicht, dass bei diesen Anordnungen auch Massstäbe mit relativ grober Teilung verwendet und die Zwischenwerte durch Interpolation bestimmt werden können.
Eine Abbildung der Überlagerungsstelle an einen beliebigen Ort erhöht die Messgenauigkeit der Anordnung, da es somit möglich ist, die Blende direkt am Bildort anzuordnen.
Der sonst erforderliche Abstand zwischen Blende und Massstab, der eingehalten werden müsste, um den Massstab bewegen zu können, entfällt. Bei der Anordnung von vier verkippten Spiegeln oder Prismen an der Überlagerungsstelle oder an ihrem Bild und den vier so gewonnenen, um -phasenver- schobenen Messsignalen ist eine Kompensation der in den Messsignalen enthaltenen Gleichanteile und eine Vor- und Rückwärtszählung möglich. Sehr vorteilhaft ist hierbei, dass eine Ausblendung des Lichtstromes erfolgt, weil es technisch sehr schwierig ist, die benötigte Anzahl von Fotoempfängern an der Überiagerungsstelle oder an ihrem Bild anzuordnen.
Ein weiterer besonderer Vorteil ergibt sich bei Anordnung einer Einrichtung zur Veränderung des mittleren Lichtstromes vor dem Foto empfänger. Es ist damit möglich, den Arbeitspunkt des Empfängers in ein Gebiet mit linearer Kennlinie und hoher Empfindlichkeit zu legen und so die Genauigkeit der Messanordnung zu erhöhen.
Die Erfindung soll nachstehend in einigen Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung eines Messwertgebers mit Auflichtmassstab,
Fig. 2 Darstellung der versetzt angeordneten Blenden,
Fig. 3 Darstellung der versetzt angeordneten Prismen,
Fig. 4 schematische Darstellung eines Messwertgebers mit Durchlichtmassstab.
Von einer Lichtquelle 1 wird über einen Kondensor 2 par alleles Licht in das Prisma 3 geworfen. Die eine Hälfte des Lichtes tritt durch die zum Massstab 6 parallelen Begrenzungsflächen der Prismen 3 und 4 hindurch und beleuchtet über die Optik 5 den Massstab 6. Von den spiegelnden Flächen des Massstab es 6 wird das Licht reflektiert, tritt durch die zweite Hälfte der Optik 5 und wird über das Prisma 4 als paralleles Lichtbündel in die Optik 7 geleitet. Mit Hilfe der Optiken 5 und 7 wird die beleuchtete Stelle I des Massstabes 6 an der Stelle II etwas vergrössert oder verkleinert abgebildet. Dies kann z. B. durch Optiken mit unterschiedlicher Brennweite erreicht werden. Das Bild wird dem Massstab 6 überlagert und bewegt sich bei Verschiebung des Massstabes 6 entgegengesetzt wie der Massstab 6.
Infolge der vergrösserten oder verkleinerten Abbildung der Massstabsstelle I werden die reflektierenden Stellen (Lücken) der Stelle II ungleich breit beleuchtet. An allen Stellen, an denen das helle Lückenbild mit der Lücke auf dem Massstab 6 zur Deckung kommt, wird Licht in die Optik 7 reflektiert. An allen Stellen, wo Strichbild mit Strich, Strichbild mit Lücke oder Lückenbild mit Strich sich decken, wird unter der Voraussetzung, dass man einen Massstab mit geätzten Strichen und spiegelnden Lücken verwendet, nur wenig Licht in die Optik 7 reflektiert.
Es entstehen Moire-Streifen an der Oberlagerungsstelle. Die Optiken 7 und 8 bilden die Überlagerungsstelle II in der Bildebene 9 ab. In der Bildebene 9 sind eine oder mehrere Blenden 10 angebracht. Hinter jeder Blende 10 ist eine Sammeloptik 11 angeordnet, die das Licht, das durch die Blende 10 hindurchtritt, sammelt und auf den Fotoempfänger 12 leitet.
Je nach der Stellung von Massstabbild zu Massstab 6 wird mehr oder weniger Licht auf den Fotoempfänger 12 treffen.
Werden z. B. wie in Fig. 2 dargestellt, die Blenden 13; 14; 15 und 16 um je eine halbe Blendenlänge versetzt angeordnet, so entstehen in den vier angeordneten Fotoempfängern 12 vier um 900 verschobene Signale. Die zweite Hälfte des durch die Optik 2 hindurchtretenden parallelen Lichtes wird durch das Prisma 3 in die zweite Hälfte der Optik 8 geleitet, gesammelt und von dort durch die Blenden 10 über die Optiken 11 in die Fotoempfänger 12 geworfen. Durch eine regelbare Halbblende oder einen Graukeil 17 kann der auf den Fotoempfänger 12 treffende mittlere Lichtstrom und damit der Arbeitspunkt des Fotoempfängers eingestellt werden. Um auf engem Raum aus dem Überlagerungsbild mehrere, z.
B. vier um 900 phasenverschobene Ausschnitte auszublenden, können Prismen 18, deren Grundfläche der gewünschten Blendenfläche entspricht, mit ihrer Grundfläche in der Bildebene, wie in Fig. 3 gezeigt, angeordnet werden. Der vom Prisma 18 abgelenkte Lichtstrahl wird über die Sammellinse 11 auf den Fotoempfänger geworfen. Anstelle der Prismen 18 können z. B. auch quadratische Lichtleiter angeordnet werden, deren Querschnitt der Blendenfläche entspricht und die das Licht zu den Fotoempfängern 12 leiten.
Beim in der Fig. 4 dargestellten Durchlichtsystem wird das Licht der Lichtquelle 19 über eine Optik 20 auf einen Durchlichtmassstab 21 geworfen. Die beleuchtete Stelle I des Durchlichtmassstabes 21 wird über die Optik 22, das Prisma 23 und die Optik 24 an der Stelle II abgebildet. Je nachdem ob ein heller Strich der Stelle I auf Lücke oder Strich der Stelle II trifft, wird das Licht hindurchtreten oder abgeblendet werden. Über die Optik 25 und eine Sammeloptik 26 wird das durch die Stelle II des Massstabes 21 hindurchtretende Licht auf den Fotoempfänger 27 geworfen. Über einen Lichtleiter 20 wird zusätzlich Licht von der Lichtquelle 19 auf den Foto empfänger 27 geleitet. Die verstellbare Blende 29 gestattet es, den Gleichlichtstrom zu variieren und so den Arbeitspunkt des Fotoempfängers 27 einzustellen.