DD287774A5 - INCREMENTAL LENGTH MEASUREMENT SYSTEM - Google Patents
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Abstract
Ein inkrementales Laengenmeszsystem zur Messung groszer Laengen fuer Werkzeugmaschinen und Meszgeraete umfaszt einen Skalentraeger 1 mit einer Inkrementspur 2 und einer ersten und einer zweiten Referenzspur 4 und 6 mit Referenzmarken 5; 5; 7. Dabei ist der Absolutwert der Referenzmarken 5; 5 der Referenzspur 4 von einer Nullposition aus festgelegt. Die Abstaende der Referenzmarken 5; 5 der Referenzspur 4 sind in einer jeden Gruppe jeweils e; e2k; * enk. Die Abstaende der Referenzmarken 7 der zweiten Referenzspur 6 haben innerhalb einer Gruppe der Referenzspur 4 gleiche Abstaende lg. Diese Abstaende aendern sich von Gruppe zu Gruppe der Referenzmarken 5; 5, naemlich 1g; 12g; * 1ng. l und e sind Basisabstaende, g und k sind AEnderungseinheiten und nO; 1; 2; * Fig. 1{Laengenmeszsystem, inkremental; Skalentraeger; Inkrementspur; Referenzspur, erste, zweite; Referenzmarke; Abtasteinrichtung; Laenge, grosz}An incremental length measuring system for measuring large lengths for machine tools and measuring machines comprises a scale carrier 1 with an increment track 2 and a first and a second reference track 4 and 6 with reference marks 5; 5; 7. Here, the absolute value of the reference marks 5; 5 of the reference track 4 set from a zero position. The distances of the reference marks 5; 5 of the reference track 4 are each e in each group; e2k; * Enk. The distances of the reference marks 7 of the second reference track 6 have within a group of the reference track 4 equal distances lg. These distances change from group to group of reference marks 5; 5, namely 1g; 12g; * 1ng. l and e are base pitches, g and k are change units and no; 1; 2; * Fig. 1 {Longitudinal measuring system, incremental; Skalentraeger; increment track; Reference track, first, second; Reference mark; pickup; Length, grosz}
Description
Hierzu 1 Seite ZeichnungenFor this 1 page drawings
Bei einem Inkrementalen Meßsystem nach der CH-PS 472021 Ist auf einem Skalenträger parallel zu einer Inkrementskala eine zweite Spur mit ebstandsglelchen Referenzmarken vorgesehen, wobei die Intervalle zwischen den Referenzmarken objektiv unterscheidbar sind. Diase zweite *>pur besteht aus breiten Marken, deren einer Rand als Hilfsmarke dient, und aus Inkromentmarkon, deren Anzahl jeweils als Absolutwertangabe für die zugeordnete Hilfsmarke dient. Die Abtastvorrichtung für die zweite Spur ist dabei so ausgebildet, daß einzelne Inkremente ablesbar sind. Nachteilig ist u.a., daß bei enggeteilter Inkrementskala ein hohes Auflösungsvermögen und eine hohe Empfindlichkeit der Abtastvorrichtung für die zweite Spur erforderlich sind. Da nur jeweils eine Mirko abgetastet wird, ist dieses Meßsystem gegen Verschmutzung empfindlich. Eine Längen- und Winkelmeßeinrichtunu nach der DE-OS 2416212 vormeidet diesen Nachteil dadurch, daß der Skalenträger in einer zweiten zur Inkrementskala parallelen Spur (Referenzspur) eine Mehrzahl von Absolutwertmarkierungen enthält, deren jede von der nächstfolgenden einen besonderen, den Absolutwert ihres Abstandes von einer Nullstelle kennzeichnenden, in Tellungsschritton derInkrementskalageiähltenAbstand'hat. EineAbtast- und'Auswerteeinrichtungstelltdie jeweiligeAnzahl der seit dem OvuchUvU Ugorvd eirvei Ataso\vrtwerVn\aiVüe\ui\a Wa ium Ouic\\\(\\V dei nacV\s\\o\gev\den Waso\uVwöi\n\aiY.\ötur\g \n einem Inkrementzähiwerk vorzelchengerocht gezählten Inkremento der Inkrementskala fest, ermittelt für diesen Abstandswert den zugeordneten richtigen Absolutwert nus einer entsprechend fest programmierten Zuordnungsvorrichtung und korrigiert gegebenenfalls den vorher unrichtigen Zählerstand des Inkrementzählwerkes auf den richtigen Absolutwert. Die Absolutwertmarkierungen können auch als Code-Kombination von Hell- und Dunkelstreifen ausgebildet sein und sich längenmäßig über eine Vielzahl von Inkrementen der Inkrementskala erstrecken.In an incremental measuring system according to CH-PS 472021 is provided on a scale carrier parallel to an incremental scale, a second track with ebstandsglelchen reference marks, the intervals between the reference marks are objectively distinguishable. The second *> pure consists of broad marks, one of which serves as an auxiliary mark, and an increment mark, the number of which serves as an absolute value for the associated auxiliary mark. The scanning device for the second track is designed so that individual increments are readable. A disadvantage is, inter alia, that a narrow resolution incremental scale and a high sensitivity of the scanning device for the second track are required. Since only one Mirko is scanned, this measuring system is sensitive to contamination. A length and Winkelmeßeinrichtunu according to DE-OS 2416212 vormeidet this drawback in that the scale carrier in a second direction parallel to the Inkrementskala track (reference track) includes a plurality of absolute value markings, each of the next following a special, the absolute value of its distance from a zero point indicative, in incremental increments , of the incremental scale has a distance. A scanning and evaluating device sets the respective number of items since the beginning of the order. \ ötur \ g \ n a Inkrementzähiwerk vorzelchengerocht counted Inkremento de r Inkrementskala fixed, determined for this spacing value the associated correct absolute value nus an appropriately preprogrammed assignment apparatus and corrected, if appropriate, the previously incorrect count of the Inkrementzählwerkes to the correct absolute value. the absolute value markings may also as code -Combination of light and dark stripes be formed and extend in length over a plurality of increments of the increment scale.
Diese Meßeinrichtung besitzt jedoch eine begrenzte Meßlänge, da der Informationsgehalt der Codierung in Abhängigkeit vom Abstand der Ahsolutwertmarkierungen und der der Inkrementskala zugeordneten Ziffernschritten begrenzt ist. Der begrenzte Informationsgehalt einer so kodierten Referenzspur bedingt jedoch, das die Abstände der Markierungen zum Erlangen brauchbarer großer Meßlängen groß gehalten werden müssen. Der technische Aufwand zum Ermitteln der Startposition, z. B. zum Auslenken des Abtastkopfes der Abtasteinrichtung, ist hoch, und die benötigte Zeit belastet den Meß- und Positioniervorgang.However, this measuring device has a limited measuring length, since the information content of the coding is limited in dependence on the distance of the Ahsolutwertmarkierungen and the incremental scale associated digit increments. However, the limited information content of such a coded reference track requires that the distances of the markings must be kept large in order to obtain useful large measuring lengths. The technical effort to determine the starting position, z. B. for deflecting the scanning of the scanner, is high, and the time required loads the measuring and positioning.
Aus der DE-OS 3G17254 goht hervor, daft bei einem Meßsystem zur Bestimmung des Absolutwertes einer Referenzmarke mindestens zwei Abstände zwischen dieser Referenzmnrke und zwei woiteren Referenzmarken hinzugezogen werden. Es ist hier nur eine Referenzspur vorgesehen. Die Erzeugung gut auswertbarer Referenzsignale bereitet jedoch bei sehr kleinen Reforenzmarkenabständen Schwierigkeiten.From DE-OS 3G17254 it appears that in a measuring system for determining the absolute value of a reference mark, at least two distances between this reference mark and two other reference marks are involved. There is only one reference track here. However, generating well-interpretable reference signals presents difficulties at very small refractive-index intervals.
Ziel der Erfindung Ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und den Gebrauchswert von Meßsystemen durch Vergrößerung der Meßlänge zu erhöhen.Object of the invention It is to eliminate the disadvantages of the prior art and to increase the utility of measuring systems by increasing the gauge length.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein inkremental Längenmeßsystem zu schaffen, welches einen Skalenträger mit abstandskodierten Referenzmarken der Referenzspur mit großem Wertevorrat besitzt und welches für die absolute Messung praktisch beliebiger Längen bzw. für kleine Abstände der Referenzmarken verwendbar ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe der Erfindung bei einem inkrementalen Längenmeßsystem, umfassend einen Skalenträger mit einer Inkrementspur und einer dazu parallel angeordneten ersten Referenzspur mit Referenzmarken, deren jede von der nächst folgenden einen besonderen, den Absolutwert ihres Abstandes von einer Nullposition kennzeichnenden, in Teilungs- oder Ziffernschritten der Inkrementspur gezählten Abstand ha', und eine die Inkrementspur und die Referenzspuren abtastende Abtasteinrichtung, welche mit einer Auswerteeinrichtung verbunden ist, wobei der Skalenträger und die Abtasteinrichtung relativ zueinander verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Skalenträger parallel zur Inkrementspur und zur ersten Referenzspur eine zweite, vorzugsweise gleichartig aufgebaute Referenzspur mit Referonzmarken vorgesehen ist, und die Referenzmarken der ersten Referenzspur fortlaufend Abstände e + k; e + 2 k;...; β + k;...; e + nk; e + k;... besitzen und die Referenzmarken der zweiten Referenzspur innerhalb einer Gruppe e + k;...; e + nk von Referenzmarken der ersten Referenzspur vorzugsweise gleiche Abstände I besitzen, wobei diese Abstände I von Gruppe zu Gruppe der Referonzmarken der ersten Referenzspur um jeweils eine Änderungseinheit g verändert sind, nämlich I + g;l + 2g; ...;l + ng; I + (n + Dg;...; I + 2g;...; I + n'g, wobei e und I Basisabstände der Referenzmarken der Referenzspuren g und k Änderungseinheiten und η = 0; 1; 2; 3;... sind.The invention has for its object to provide an incremental length measuring system, which has a scale carrier with distance-coded reference marks of the reference track with a large stock of values and which is used for the absolute measurement of virtually any length or for small distances of the reference marks. According to the invention, this object of the invention in an incremental length measuring system comprising a scale carrier with an increment track and a parallel thereto first reference track with reference marks, each of the next following a particular, the absolute value of their distance from a zero position characterizing in division or number steps the incremental track counted distance ha ', and a scanning the incremental track and the reference tracks scanning device which is connected to an evaluation, wherein the scale carrier and the scanning device are relatively displaceable, characterized in that on the scale carrier parallel to the increment track and the first reference track a second, preferably identically structured reference track is provided with Referonzmarken, and the reference marks of the first reference track continuously distances e + k; e + 2k; ...; β + k; ...; e + nk; e + k; ... and the reference marks of the second reference track within a group e + k; ...; e + nk of reference marks of the first reference track preferably have equal distances I, wherein these distances I are changed from group to group of the referential marks of the first reference track by one change unit g, namely I + g; l + 2g; ...; l + ng; I + (n + Dg; ...; I + 2g; ...; I + n'g, where e and I are base distances of the reference marks of the reference tracks g and k change units and η = 0; 1; 2; 3; .. are.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Basisabstände e und I bzw. die Änderungseinheiten g und k jeweils gleich groß, nämlich e = I undg - k, sind.It is advantageous if the base distances e and I or the change units g and k are each the same size, namely e = I andg - k.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung der Erfindung ergibt sich, wenn beiderseitig alternierend und parallel zur Inkrementspur jeweils Referenzspuren auf dem Skalenträger angeordnet sind.A further advantageous embodiment of the invention results when mutually alternating and parallel to the increment track each reference tracks are arranged on the scale carrier.
Das erfindungsgemäße inkremental Längenmeßsystem besitzt einen praktisch unbegrenzten Wertevorrat, mittels dessen praktisch jede beliebige an Werkstücken und mit Meßgeräten zu messende Länge bestimmt werden kann. Bei diesen abstandskodierten Skalenträgern ist eine starke Verkürzung der Abstände der Marken der Referenzspuren möglich, ohne daß diu Signalbildung negativ beeinflußt wird. Verkürzte Referenzmarkenabstände sind ferner eine Voraussetzung für optimal ausgebildete Abtastköpfe zum Ermitteln der Startposition des Meßvorganges.The incremental length measuring system according to the invention has a virtually unlimited stock of values, by means of which virtually any length to be measured on workpieces and with measuring devices can be determined. With these distance-coded scale carriers, a sharp shortening of the distances of the marks of the reference tracks is possible without the signal formation being adversely affected. Shortened reference mark distances are also a prerequisite for optimally designed scanning heads for determining the starting position of the measuring process.
Das inkremental Längenmeßsystem, von dem in der Zeichnung nur der Skalenträger 1 dargestellt ist, umfaßt ferner eine die Teilungsspuren des Skalenträgers 1 abtastende Abtasteinrichtung, welche mit einer Auswerteeinrichtung zur Verarbeitung der durch die Abtasteinrichtung erzeugten elektrischen Signale verbunden ist.The incremental length measuring system, of which only the scale carrier 1 is shown in the drawing, further comprises a scanning device scanning the graduation tracks of the scale carrier 1, which is connected to an evaluation device for processing the electrical signals generated by the scanning device.
Der Skalenträger 1 besitzt eine Inkrementspur 2 als Meßteilung mit Teilungsmarken 3. Parallel zu dieser Inkrementspur 2 ist eine erste Referenzspur 4 mit Referenzmarken 5 auf dem Skalenträger 1 vorgesehen, wobei eine jede Referenzmarke 5 von einer ihr benachbarten Referenzmarke 5' einen besonderen, den Absolutwert ihres Abstandos von einer Nullposition kennzeichnenden, in Teilungs- bzw. Ziffernschritten der Inkrementskala der Inkrementspur 2 gezählten Abstand hat. Skalenträger 1 und Abtasteinrichtung sind relativ zueinander verschiebbar.The scale carrier 1 has an incremental track 2 as a graduated graduation with graduation marks 3. Parallel to this incremental track 2, a first reference track 4 is provided with reference marks 5 on the scale carrier 1, wherein each reference mark 5 from a neighboring reference mark 5 'a special, the absolute value of their Abstandos of a zero position characterizing, has counted in division or number increments of the increment scale of the incremental track 2 distance. Scale carrier 1 and scanning device are displaceable relative to each other.
Auf dem Skalenträger 11st weiterhin parallel zur ersten Inkrementspur 2 und parallel zur ersten Referenzspur 4 eine zweite, vorzugsweise gleichartig aufgebaute Referenzspur β mit Referenzmarken 7 angeordnet. Die Referenzmarken 5; 5' der ersten Referenzspur 4 besitzen fortlaufend folgende Abstände e + k; θ + 2k;...; e + nk; ο + k; ο + 2k; ...,wobei Referenzmarken 5; 5' der Abstände e + k;...;e + nk jeweils eine Gruppe bilden. Die Referenzmarken 7 der zweiten Referenzspur β besitzen innerhalb des Bereiches einer Gruppe e + k;...; e + nk von Referenzmarken 5; 6' der ersten Referenzspur 4 vorzugsweise gleiche Abstände I. Die Abstände der Roferenzmarken 7 der zweiten Referenzspur 6 verändern jedoch von Gruppe zu Gruppe von Referenzmarken S; 5' der ersten Roferenzspur 4 ihren Abstand voneinander um eine Änderungseinheit g. e und I sind hierbei Basisabslinde undg und k sind Änderungseinheiten und η = 0; 1; 2; 3...On the scale carrier 11st further arranged parallel to the first incremental track 2 and parallel to the first reference track 4, a second, preferably identically constructed reference track β with reference marks 7. The reference marks 5; 5 'of the first reference track 4 have consecutively following distances e + k; θ + 2k; ...; e + nk; ο + k; ο + 2k; ..., where reference marks 5; 5 'of the distances e + k; ...; e + nk each form a group. The reference marks 7 of the second reference track β have within the range of a group e + k; ...; e + nk of reference marks 5; 6 'of the first reference track 4 preferably equal distances I. However, the distances of the Roferenzmarken 7 of the second reference track 6 change from group to group of reference marks S; 5 'of the first Roferenzspur 4 their distance from each other by a unit change g. e and I are basis subscripts and g and k are units of change and η = 0; 1; 2; 3 ...
Die Basisabotinde e und I bzw. die Änderungseinheiten g und k können jeweils gleich groß, nämlich e = I und g = k sein. Bei dem Meßsystem bestimmt die Referenzspur 4 die Schaltpunkte P0; P1; P2;...; Pn; Pn +1; ·· ; Pm; · ·; Pn/ denen absolute Positionswerte zugeordnet sind. Diese werden beim Überfahren der Schaltpunkte von der Auswerteinrichtung abgerufen und dort zur Korrektur bzw. zur Bildung des Meßwertes dem Zähler Oberschrieben. Zur Schaltpunktbestimmung kann nicht nur die erste Referenzspur 4, sondern auch die zweite Referenzspur 6 oder beide Spuren genutzt werden.The Basisabotinde e and I or the change units g and k can each be the same size, namely e = I and g = k. In the measuring system, the reference track 4 determines the switching points P 0 ; P 1 ; P 2 ; ...; P n ; P n +1; ··; pm; · ·; Pn / to which absolute position values are assigned. These are called when crossing the switching points of the evaluation and there to the correction or to the formation of the measured value the meter Oberschrieben. For switching point determination not only the first reference track 4, but also the second reference track 6 or both tracks can be used.
Die in Fig.2 dargestellte Abtastplatte 8 der Abtasteinrichtung umfaßt eine Maske 9 zur Abtastung der ersten Referenzspur 4, eine Maske 10 zur Abtastung der zweiten Referenzspur β und ein Gegengitter 11 mit vier um 90° phasenverschobenen Bereichen 12; 13; 14; 15 zur Abtastung derlnkrementspur 2.The scanning 8 of the scanning device shown in Figure 2 comprises a mask 9 for scanning the first reference track 4, a mask 10 for scanning the second reference track β and a counter-grid 11 with four 90 ° out of phase regions 12; 13; 14; 15 for scanning the incremental track 2.
Zur Erzeugung weiterverarbeitbarer elektrischer Signale sind, wie In Fig.3 schematisch dargestellt, vorzugsweise auf einer Leiterplatte 16 fotoelektrische Empfänger vorgesehen, die mit einer Auswerteeinrichtung elektrisch verbunden sind. So sind ein Empfänger 18 der zweiten Referenzspur 6 und ein Empfänger 17 der ersten Referenzspur 4 zugeordnet. Ein Empfängerarray 19 ist der Inkrementspur 2 zugeordnet.In order to produce further-processable electrical signals, as shown schematically in FIG. 3, photoelectric receivers are preferably provided on a printed circuit board 16 and are electrically connected to an evaluation device. Thus, a receiver 18 of the second reference track 6 and a receiver 17 of the first reference track 4 are assigned. A receiver array 19 is associated with the increment track 2.
In der Abtasteinricl.tung des Meßsystems sind die Abtastplatte 8 und die Leiterplatte 16 so angeordnet, daß sich die Abtastplatte 8zwischen dem Skalenträger 1 und der Leiterplatte 16 befindet. Dabei sind die Maske 9 dem Empfänger 17 und die Maske 10 dem Empfänger 18 zugeordnet.In the Abtasteinricl.tung the measuring system, the scanning 8 and the circuit board 16 are arranged so that the scanning plate 8 between the scale carrier 1 and the circuit board 16 is located. In this case, the mask 9 are assigned to the receiver 17 and the mask 10 to the receiver 18.
Dor Skalenträger nach Fig.4 ist aus zwei gleichartigen Teilen 20 und 20' zusammengesetzt, von denen jedes der Teile 20 und 20' eine Inkrementspur 21 und Referenzspuren 22 bzw. 23 besitzt, welche abstandskodierte Referenzmarken 24 und 25 aufweisen. An einer unter einem Winkel von 45° zur Längsachse des Skalenträgers angeordneten Trennfläche 26 sind die beiden Teile 20 und 20' durch ein Verbindungsstück 27 zusammengefügt, derart, daß eine durchgehende Inkrementspur 21 für den zusammengesetzten Skaltmträger gebildet wird. Damit wird eine Verdopplung der Meßlänge erreicht. Hierbei tritt für die Referenzspur 23 des Teiles 20' gegenüber der Referenzspur 22 des Teiles 20 ein Seiten- und Richtungswechsel auf. Im Abstand a von der letzten Referenzmaske des Teiles 20 bis zur ersten Referenzmarke des Teiles 20' wird dann beim ersten Überfahren mit der Abtasteinrichtung ein Wert in den Speicher der Auswerteeinrichtung nicht dargestellt eingespeichert. Die Abtastung der einzelnen Spuren des Skalenträgers nach Fig.4 kann In der zu den Fig. 2 und 3 ausgeführten Weise erfolgen. DerSkalenträger nach Flg.4 kann auch aus einem Stück ohne dlo Trennfläche 26 bestehen, wobei die Referenzspuren 22 und 23 ebenfalls beiderseitig alternierend und parallel zur Inkrementspur 21 angeordnet sind.Dor scale carrier according to Figure 4 is composed of two similar parts 20 and 20 ', of which each of the parts 20 and 20' has an incremental track 21 and reference tracks 22 and 23, respectively, which have distance-coded reference marks 24 and 25. At a arranged at an angle of 45 ° to the longitudinal axis of the scale carrier separating surface 26, the two parts 20 and 20 'are joined together by a connecting piece 27, such that a continuous incremental track 21 is formed for the composite Skaltmträger. This achieves a doubling of the measuring length. Here, for the reference track 23 of the part 20 'relative to the reference track 22 of the part 20, a change of sides and directions occurs. At the distance a from the last reference mask of the part 20 to the first reference mark of the part 20 ', a value is then not stored in the memory of the evaluation device when it is first passed over with the scanning device. The scanning of the individual tracks of the scale carrier according to FIG. 4 can be carried out in the manner shown in FIGS. 2 and 3. The scarf according to Flg.4 can also consist of one piece without dlo separation surface 26, wherein the reference tracks 22 and 23 are also arranged on both sides alternately and parallel to the incremental track 21.
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-
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