DD250368A1

DD250368A1 - ARRANGEMENT OF A SENSOR LINE RELATIVE TO THE PATTERN OF A GRID

Info

Publication number: DD250368A1
Application number: DD29176886A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Schleicher
Original assignee: Werkzeugmasch Forschzent
Priority date: 1986-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1987-10-08

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung einer Sensorzeile bezueglich der Rasterspur eines Rastermassstabs. Ein Messwertwandler enthaelt in einer Basiszeile n Sensorelemente, die innerhalb einer Teilungsperiode die Rasterspur ablesen, absolute Positionsmesswerte erfassen und ein Phasenwertsignal ausgeben. Ziel der Erfindung ist, das Verhaeltnis von Messgenauigkeit zu Aufwand zu verbessern. Es wird die Aufgabe geloest, bei Anwendung eines ohne Referenzspur auskommenden Abtastverfahrens und senkrecht zur Rasterspur angebrachter Rasterstriche die zur Rasterspur geneigt angeordnete Basiszeile mit einer vom Neigungswinkel abhaengigen Zeilenlaenge erstrecken beziehungsweise mit einem von der Zeilenlaenge abhaengigen Neigungswinkel ausrichten zu koennen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei einer als geeignet ausgewiesenen Abtastung das Anfangssensorelement und das Endsensorelement der Basiszeile innerhalb der Rasterspur gelegen sind und die Basiszeile in Richtung der Rasterspur ueber die einfache oder mehrfache Anzahl voller Teilungsperioden ausgedehnt ist. Die Erfindung ist fuer Positionsmessungen mit Rastermassstab anwendbar. FigurThe invention relates to the arrangement of a sensor line with respect to the raster track of a raster scale. A transducer contains n sensor elements in a base line, which read the raster track within one graduation period, acquire absolute position measurement values and output a phase value signal. The aim of the invention is to improve the ratio of measurement accuracy to expense. The object is achieved, when using a non-reference track sampling method and perpendicular to the raster line mounted raster lines inclined to the raster line arranged base line extend with a slope angle dependent line length or align with a dependent on the line length angle of inclination. The essence of the invention is that in a scan designated as appropriate, the initial sensor element and the end sensor element of the base line are located within the raster track and the base line is extended in the direction of the raster track over the single or multiple number of full graduation periods. The invention is applicable to position measurements with grid scale. figure

Description

Diese bekannte Lösung besitzt die Nachteile, daß neben der eigentlichen Lesespur eine Referenzspur erforderlich istunddaßdie Sensorzeile einen Bereich abtastet, der über die Rasterspur sowie die Referenzspu.r hinausreicht. Die Sensorzeile muß deshalb eine entsprechend größere Zeilenlänge besitzen. Das Abtastsignal unterliegt keiner Phasenmodulation, so daß eine einfache Auswerteschaltung, wie sie für die Phasenmodulation möglich ist, nicht eingesetzt werden kann.This known solution has the disadvantages that a reference track is required besides the actual read track and that the sensor line scans an area extending beyond the raster track as well as the reference track. The sensor line must therefore have a correspondingly longer line length. The sampling signal is not subject to any phase modulation, so that a simple evaluation circuit, as is possible for the phase modulation, can not be used.

Object of the invention

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, das Verhältnis von Meßgenauigkeit zu Aufwand zu verbessern.The aim of the invention is to be achieved to improve the ratio of accuracy to effort.

Explanation of the essence of the invention

Die Ursache der in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mangel besteht einerseits in der Aneinanderreihung der Basiszeilen sowie den Grenzen für eine Erhöhung der Anzahl der Sensorelemente und andererseits bei geneigter Sensorzeilenrichtung gegenüber den Rasterstrichen im Abtastprinzip mit zusätzlicher Referenzspur. Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung einer Sensorzeile relativ zur Rasterspur eines Rastermaßstabs gemäß dem Oberbegriff des Erfindungsanspruchs so auszuführen, daß bei Anwendung eines ohne Referenzspur auskommenden Abtastverfahrens die zur Rasterspur geneigt angeordnete Basiszeile mit einer vom Neigungswinkel abhängigen Zeilenlänge erstreckbar beziehungsweise mit einem von der Zeilenlänge abhängigen Neigungswinkel ausrichtbar ist.The cause of the defect described in the characteristic of the known technical solutions consists, on the one hand, in the juxtaposition of the base lines and the limits for an increase in the number of sensor elements and, on the other hand, in the case of inclined sensor line direction with respect to the raster lines in the scanning principle with additional reference track. To eliminate this cause, the invention has for its object to perform an arrangement of a sensor line relative to the raster track of a grid scale according to the preamble of the claim so that when using an exiting without reference track scanning the inclined to the raster line arranged base line with a slope angle dependent line length is extendable or alignable with an inclination angle dependent on the line length.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Anwendung einer periodisch umlaufenden Abtastung, bei der eine in der Basiszeile umlaufende Gruppe einander benachbarter aktivierter Sensorelemente aus wenigstens einem Sensorelement und höchstens n/2 Sensorelementen zusammengesetzt sowie über höchstens eine halbe Teilungsperiode erstreckt ist und bei der die Basiszeile in Zeilenriehtung länger als eine volle Teilungsperiode ausgeführt ist, das Angangssensorelement und das Endsensorelement der Basiszeile, deren Zeilenriehtung abweichend von der Rasterspur vorgesehen ist, innerhalb der Rasterspur gelegen sind und die Basiszeile in Richtung der Rasterspur über die einfache oder mehrfache Anzahl vollerTeilungsperioden ausgedehnt ist.According to the invention the object is achieved in that using a periodically rotating scan, in which a circulating in the base line group of adjacent activated sensor elements from at least one sensor element and at most n / 2 sensor elements composed and extends over at most half graduation period and at the Is carried out in lines longer than a full graduation period, the starting sensor element and the end sensor element of the base line, whose Zeilenriehtung deviated from the raster track is provided within the raster track and the base line in the direction of the raster track over the single or multiple number of full Teilungsperioden is extended.

Diese variable und einfache Anordnung der Sensorzeile weist den Vorteil auf, daß Sensorelemente beliebiger Art in frei wählbarer Anzahl eingesetzt werden können und mit nur geringen Abmessungsgenauigkeiten versehen zu sein brauchen. Innerhalb der vorgegebenen Grenze kann die Sensorzeile eine beliebige Zeilenlänge aufweisen. Die Zeilenbreite soll gleich oder kleiner als eine halbe Teilungsperiode sein.This variable and simple arrangement of the sensor line has the advantage that sensor elements of any kind can be used in a freely selectable number and need to be provided with only small dimensional accuracy. Within the specified limit, the sensor line can have any line length. The line width should be equal to or less than a half graduation period.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß eine Teilungsperiode von einer erhöhten Anzahl von Sensorelementen erfaßt wird, so daß bei der Auswertung des phasenmodulierten Abtastsignals wesentlich mehr interpolierte Zwischenrasterpunkte je Teilungsperiode erzielt werden können.A further advantage results from the fact that a graduation period is detected by an increased number of sensor elements, so that significantly more interpolated intermediate grid points per graduation period can be achieved in the evaluation of the phase-modulated sampling signal.

Durch die verlängerten Strichrasterkanten, die von der Sensorzeile bei der Abtastung erfaßt werden, verringern sich Verschmutzungseinflüsse auf die Meßgenauigkeit. Der Wartungsaufwand für Säuberung sinkt. Darüber hinaus wird die Meßgenauigkeit auch zufolge herstellungsbedingter lokaler Ungenauigkeiten im Strichkantenverlauf weniger beeinträchtigt. Die Zuverlässigkeit der Abtastung steigt.Due to the extended bar raster edges, which are detected by the sensor line during the scan, pollution effects on the measuring accuracy are reduced. The maintenance effort for cleaning decreases. In addition, the measurement accuracy is also less affected due to manufacturing local inaccuracies in the line edge course. The reliability of the scan increases.

Eine zusätzlich abzutastende Referenzspur ist trotz geneigter Sensorzeile nicht erforderlich. Seitliche Verschiebungen der Sensorzeile innerhalb der Rasterspur haben keine negative Auswirkung auf das Meßergebnis.An additional track to be scanned is not required despite the inclined sensor line. Lateral shifts of the sensor line within the raster track have no negative effect on the measurement result.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figur zeigt einen Ausschnitt der Paarung eines Rastermaßstabs und einer zugeordneten Sensorzeile. Ein Rastermaßstab 1 ist mit Rasterstrichen versehen. Von Rasterstrich zu Rasterstrich erstreckt sich eine Teilungsperiode 2, die im Fall einer Durchlichtabtastung aus einem · lichtundurchlässigen Steg 3 und aus einem lichtdurchlässigen Schlitz 4 besteht. Die Aneinanderreihung der Rasterstriche über mehrere Teilungsperioden 2 hinweg ergibt eine Rasterspur.The invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. The figure shows a section of the pairing of a grid scale and an associated sensor line. A grid scale 1 is provided with grid lines. From pitch to pitch a pitch period 2 extends, which in the case of transmitted light scanning consists of an opaque web 3 and a transparent slot 4. The juxtaposition of the raster lines over several graduation periods 2 results in a raster track.

Eine Sensorzeile ist einschließlich eines Anfangssensorelementes 5 und eines Endsensorelements 6 aus beispielsweise achtzehn Sensorelementen zusammengesetzt und bezüglich der in einer parallelen Abtastebene befindlichen Rasterstriche schräg angeordnet. Die Rasterstriche erstrecken sich senkrecht zur Rasterspur. Die Sensorzeile bleibt innerhalb der Rasterspur, das heißt sie ragt nicht über deren seitliche Begrenzung hinaus. Die schräge Anordnung der Sensorzeile ist derart festgelegt, daß . dieselbe sich in Richtung der Rasterspur über eine volle Teilungsperiode 2 erstreckt. Dargestellt ist eine solche Relativlage von Sensorzeile und Rastermaßstab 1, in der die in Richtung der Rasterspur am weitesten ausladende Hochkante 7 des Anfangssensorelements 5 und die hierzu diagonal gelegene Hochkante 8 des Endsensorelements 6 mit dem Anfang beziehungsweise dem Ende der Teilungsperiode 2 übereinstimmen.A sensor line is composed of, for example, eighteen sensor elements, including an initial sensor element 5 and an end sensor element 6, and arranged obliquely with respect to the raster lines located in a parallel scanning plane. The raster lines extend perpendicular to the raster track. The sensor line remains within the raster track, that is, it does not protrude beyond its lateral boundary. The oblique arrangement of the sensor line is set such that. it extends in the direction of the raster track over a full graduation period 2. Shown is such a relative position of the sensor line and grid scale 1, in which in the direction of the raster track furthest extending high edge 7 of the initial sensor element 5 and the diagonal high edge 8 of the end sensor element 6 coincide with the beginning or the end of the graduation period 2.

Die Sensorzeile bildet in der dargestellten Relativlage zugleich eine Basiszeile 9, die mit einer an sich beliebigen Anzahl von Sensorelementen den aktuellen absoluten Positionsmeßwert in der aktuellen Teilungsperiode 2 erfaßt.The sensor line forms in the relative position shown at the same time a base line 9, which detects the actual absolute Positionsmeßwert in the current division period 2 with an arbitrary number of sensor elements per se.

Die Basiszeile 9 kann in abgeänderter Weise auch so geneigt sein, daß sie mehrere volle Teilungsperioden 2 überdeckt. Im Fall zweier voller Teilungsperioden 2 würde die Hochkante 8 zur Stelle 10 verlagert, wenn die Position der Hochkante 7 beibehalten wird. Jede andere Neigung der Basiszeile 9, bei der dieselbe weniger oder mehr als eine volle Teilungsperiode überdeckt, führt zu Genauigkeitseinbußen für den erfaßten aktuellen absoluten Positionsmeßwert in den aktuellen Teilungsperioden 2. Die optimale Neigung der Basiszeile 9 ist deshalb von deren Abmessungen und von der Größe der Teilungsperiode 2 abhängig.The base line 9 can also be inclined in a modified way so that it covers several full graduation periods 2. In the case of two full graduation periods 2, the high edge 8 would be displaced to the point 10 if the position of the high edge 7 is maintained. Any other slope of the base line 9 covering the same less than or more than a full pitch period will result in loss of accuracy for the detected current absolute position reading in the current pitch periods 2. The optimum slope of the base row 9 is therefore determined by its dimensions and size Division 2 dependent.

Die Anordnung bedarf eines geeigneten Abtastverfahrens. Bei diesem Abtastverfahren ist in der Basiszeile 9 eine Gruppe einander benachbarter Sensorelemente enthalten, die zugleich aktiviert werden. Diese Gruppe kann aus nur einem Sensorelement bestehen und weist höchstens die Hälfte der in der Basiszeile 9 insgesamt vorhandenen Sensorelemente auf. Die Basiszeile 9 muß langer sein als eine volle Teilungsperiode 2.The arrangement requires a suitable scanning method. In this scanning method, a group of adjacent sensor elements is contained in the base line 9, which are activated at the same time. This group can consist of only one sensor element and has at most half of the total existing in the base line 9 sensor elements. The base line 9 must be longer than a full division period 2.

Claims

Arrangement of a sensor line relative to the raster track of a raster scale, whose raster lines are aligned perpendicular to the raster track for detecting absolute Positionsmeßwerte within a graduation period of the raster track by a transducer which outputs a phase value signal and in a base cell η containing the raster scanning sensor elements, using one of the Rasterspur deviating direction of the sensor line, characterized in that using a periodically rotating scan in which one in the base line (9) rotating group of adjacent activated sensor elements from at least one sensor element and at most n / 2 sensor elements composed and over at most half graduation period ( 2) and in which the basic cell (9) in the row direction is made longer than a full graduation period (2), the initial sensor element (6) and the end sensor element (7) of the base line (9) whose line direction a is provided within the raster track and the base line (9) is extended in the direction of the raster track over the single or multiple number of full graduation periods (2).

For this 1 page drawing

Field of application of the invention

The invention relates to the arrangement of a sensor line relative to the raster track of a raster scale whose raster lines are aligned perpendicular to the raster track, for detecting absolute Positionsmeßwerte within a graduation period of the raster track by a Meßwertumwandler. This transducer outputs a phase value signal and contains in a base line η the scanning system scanning sensor elements. The invention uses an arrangement in which the direction of the sensor line deviates from the raster track. The sensors can operate according to different principles, for example, inductive, capacitive or optical.

Characteristic of the known technical solutions

A well-known commercially available photoelectric linear measuring system for position measurements, in particular on machine tools, contains as essential components a scale which is provided with a dimensionally accurate raster track, as well as a transducer in the form of a sensor line. As part of the sensor line, a base line detects a scale piece the size of a pitch period of the raster track. The base line comprises η sensor elements in a virtually continuous sequence. The position measurement detected in one pitch period of the raster track is converted into a phase value signal.

The raster lines are perpendicular to the raster track and thus perpendicular to the longitudinal direction of the scale. The longitudinal direction of the sensor line coincides with the direction of the raster track.

For various reasons, measurement inaccuracies occur in this arrangement. Thus, the scale may be subject to production-related division errors. Larger scale lengths can be realized only by juxtaposed scale pieces, the joints are considered as sources of error for pitch errors. It can cause contamination of the grid lines. The unwanted effects are largely compensated by the scanning of a larger portion of the raster track by using a plurality of line strands running parallel to one another and scanning in parallel as a whole sensor line multiple pitch periods of the raster track, as well as by an average of the detected Positionsmeßwerte in the base lines during the same period. The sensor line must not deviate from its parallel orientation with respect to the scale. The averaging is associated with a certain additional effort. The sensor elements must have a certain dimensional accuracy in order for the single base line and the composite sensor line to comply with the required dimensional constraint on a given scanning method. The achievable path resolution is determined very much by the number of sensor elements per base line. An increase in the number of sensor elements, however, are already production-related, but also related and set by the scanning principle due to diffraction effects limits. Disadvantageously, no improvements can be achieved for a single base line, although this one base line is already sufficient for the clear detection and conversion of the position measurement.

From EP 042178 it is also already known to execute the raster lines with an angle of inclination not equal to 90 ° to the raster track of the scale. A supplementary, additionally existing reference track runs in the longitudinal direction of the scale. The sensor line is arranged perpendicular to the longitudinal direction of the scale, overlaps the raster track and the reference track and, depending on the current position measurement, incorporates one or two raster lines into the scan. The sensor element sensor and the sensor line end sensor element are located outside the raster track shown here as the read track and outside the reference track. The scanning method used and the arrangement of the sensor line with respect to the scale and with respect to its formation are mutually dependent.