DE1127097B

DE1127097B - Arrangement for digital position measurement in the natural binary number system

Info

Publication number: DE1127097B
Application number: DEL35034A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinz Guenter Lott; Dipl-Ing Elmar Goetz; Dipl-Ing Peter Boese
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1959-12-30
Filing date: 1959-12-30
Publication date: 1962-04-05

Description

Anordnung zur digitalen Lagemessung im natürlichen Binärzahlensystem Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur digitalen Lagemessung im natürlichen Binärzahlensystem. Bei solchen Anordnungen ist ein Körper, dessen Lage in einer bestimmten Koordinate gemessen werden soll, mit einem codierten Lineal versehen, das mit dem Körper an einer optischen Abtastvorrichtung vorbeiläuft, die mindestens in bezug auf die Koordinate ruht, in der die Lage gemessen werden soll. Das eben erläuterte Prinzip kann selbstverständlich auch umgekehrt werden, d. h., es kann auch die Abtastvorrichtung sich auf dem bewegten Körper befinden und an dem ruhenden Lineal vorbeigeführt werden. Als Anwendungsbeispiel denke man an eine Werkzeugmaschine, bei der die Lage des Schlittens gemessen werden soll.Arrangement for digital position measurement in the natural binary number system The present invention relates to an arrangement for digital position measurement in the natural binary number system. In such arrangements, a body whose position is to be measured in a certain coordinate is provided with a coded ruler which runs with the body past an optical scanning device which rests at least with respect to the coordinate in which the position is to be measured. The principle just explained can of course also be reversed, i. That is to say, the scanning device can also be located on the moving body and guided past the stationary ruler. As an application example, think of a machine tool in which the position of the slide is to be measured.

Bezüglich des Aufwandes für die Verarbeitung der bei der Abtastung gewonnenen Signale sind solche Lineale am besten geeignet, die im natürlichen Binärzahlensystem codiert sind. Fig. 1 zeigt einen Ausschnitt aus einem solchen im natürlichen Binärzahlensystem codierten Lineal. Dabei ist den freien Feldern das Signal »L« und den schraffierten das Signal »0« zugeordnet. Der Nachteil eines im natürlichen Binärzahlensystem codierten Lineals besteht im Gegensatz zu einem im reflektierten Binärzahlensystem codierten Lineal darin, daß beim übergang von einer Position zur benachbarten Position häufig Änderungen in mehr als einer Spur auftreten. Dies -kann, wenn die abgelesenen Änderungen infolge kleiner Fertigungsfehler nicht in allen Spuren gleichzeitig erfolgen, zu Fehlmessungen führen. Diese nachteiligen Auswirkungen vom im natürlichen Binärzahlensystem codierter Lineale werden durch die bekannte V-Abtastung beseitigt. Bei der V-Abtastung befinden sich in jeder Spur mit Ausnahme der Spur für die Darstellung der Ziffer niedrigster Ordnung zwei Abtaster, die mit zunehmender Ordnungszahl der Spur einen wachsenden gegenseitigen Abstand aufweisen. In Fig. 1 werden die links der zu messenden Position P liegenden Abtaster mit 1 bezeichnet und die rechts der zu messenden Position liegenden Abtaster mit r. Die Schaltlogik, nach der eine solche V-Abtastung arbeitet, lautet: Bei Ablesung »0« wird der rechte Abtaster, bei Ablesung »L« wird der linke Abtaster der nächsthöheren Spur ausgewertet. In dem symbolisch angedeuteten Schaltglied nach Fig. 2 ist die Schaltstellung für die Ablesung der Position P eingetragen. In Fig. 2 führen die mit 1 bezeichneten Eingänge die abgelesenen Signale der links der zu messenden Position liegenden Abtaster und die mit r bezeichneten Eingänge die abgelesenen Signale der rechts der zu messenden Position gelegenen Abtaster. In Fig. 1 sind außerdem die durchgeschalteten Abtaster schwarz eingetragen und die nicht durchgeschalteten Abtaster weiß.With regard to the effort involved in processing the signals obtained during scanning, the most suitable rulers are those which are coded in the natural binary number system. 1 shows a section of such a ruler encoded in the natural binary number system. The "L" signal is assigned to the free fields and the "0" signal to the hatched fields. The disadvantage of a ruler encoded in the natural binary number system, in contrast to a ruler encoded in the reflected binary number system, is that changes often occur in more than one track during the transition from one position to the adjacent position. This can lead to incorrect measurements if the read changes are not made in all tracks at the same time as a result of minor manufacturing errors. These adverse effects of the rulers encoded in the natural binary number system are eliminated by the well-known V-scan. In the case of V-scanning, there are two scanners in each track with the exception of the track for the representation of the lowest order digit, which have an increasing mutual distance as the ordinal number of the track increases. In FIG. 1 , the scanners to the left of the position P to be measured are denoted by 1 and the scanners to the right of the position to be measured are denoted by r. The switching logic according to which such a V-scan works is as follows: When reading "0" the right scanner is evaluated, when reading "L" the left scanner of the next higher track is evaluated. In the symbolically indicated switching element according to FIG. 2, the switching position for reading the position P is entered. In FIG. 2, the inputs labeled 1 carry the read signals from the scanner located to the left of the position to be measured, and the inputs labeled r carry the read signals from the scanner located to the right of the position to be measured. In FIG. 1 , the connected scanners are also shown in black and the unconnected scanners are shown in white.

Der Nachteil des soweit erläuterten Verfahrens besteht darin, daß bei der eindeutigen Bestimmung der Lage über sehr große Längen die erforderlichen Lineale sehr lang werden und bei gleichzeitiger Forderung nach großer Feinheit der Unterteilung die Zahl der Spuren sehr groß wird. Denkt man z. B. an den Schlitten einer Werkzeugmaschine, der 4 m lang ist und dessen Position auf 10 um genau bestimmbar sein soll, dann sind etwa zwanzig Spuren erforderlich, um jede Lage des Schlittens eindeutig zu kennzeichnen. Abgesehen von den Schwierigkeiten, die mit der Herstellung und Montage eines sehr langen und breiten Lineals verbunden sind, wird auch die Abtastvorrichtung infolge der großen Abtastbreite umfangreich und kostspielig.The disadvantage of the method explained so far is that in the clear determination of the position over very great lengths the rulers required become very long and, at the same time, the number of tracks becomes very large when great fineness of the subdivision is required. If you think z. B. on the slide of a machine tool, which is 4 m long and whose position should be precisely determinable to 10 µm, then about twenty tracks are required to clearly identify each position of the slide. In addition to the difficulties associated with manufacturing and assembling a very long and wide ruler, the scanning device also becomes bulky and expensive due to the large scanning width.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, eine Anordnung zur eindeutigen digitalen Lagernessung mittels durch V-Abtastung abgetasteter im natürlichen Binärzahlensystem codierter Lineale zu schaffen, die die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.The object on which the present invention is based now exists therein, an arrangement for unambiguous digital location scanning by means of V scanning scanned rulers encoded in the natural binary number system to create the does not have the disadvantages outlined above.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mechanische Schalter vorgesehen sind, die an Stelle der Linealspuren und den dazugehörenden Abtastgliedern für die Darstellung der Ziffern höherer Ordnung derart angeordnet sind, daß sie zur Erzeugung des für die Darstellung der Ziffern erforderliehen Schaltzustandes gemäß dem System der V-Abtastung betätigbar sind.This object is achieved according to the invention in that mechanical Switches are provided in place of the ruler tracks and the associated ones Sampling elements for displaying the higher order digits are arranged in this way are that they are required to generate the required for the representation of the digits Switching state are operable according to the V-scan system.

Bei der Anordnung gemäß der Erfindung wird folgende Eigenschaft der V-Abtastung ausgenutzt: Bei der V-Abtastung ist von den beiden Abtastern einer Spur abwechselnd der linke oder der rechte durchgeschaltet. Die Positionsbreite, für die der eine oder der andere Abtaster einer Spur durchgeschaltet bleibt, ist um so größer, je gröber die Spur ist. In Fig. 1 sind diese Positionsbereiche für die fünfte Spur dargestellt. Solange die Positionen a-b durchlaufen werden, ist der rechte Abtaster der fünften Spur durchgeschaltet. Für die anschließenden Positionen b-c ist der linke Abtaster der fünften Spur durchgeschaltet. Hieran schließt sich wieder eine gleiche Positionsbreite c-d an, in der der rechte Abtaster durchgeschaltet ist, usw. Der rechte Abtaster wird also während des Durchlaufens der Positionen b-c gar nicht benötigt. Während dieser Zeit ist es gleichgültig, welches Ablesesignal er auf seinen zugehörigen, mit r bezeichneten Eingang des symbolisch dargestellten Schaltgliedes der Fig. 2 gibt. Während des Durchlaufens der Positionen a-b und c-d liegt der Schalter S" auf der Zuleitung des rechten Abtasters. über diese Zuleitung kommt während des Durchlaufens der Positionen a-b das Signal »L« und während des Durchlaufens der Positionen c-d das Signal »0«. Während des Durchlaufens der Positionen b-c muß also das vom rechten Abtaster auf die Leitung r gegebene Signal geändert werden. An welcher Stelle dieses Positionsbereiches b-c diese Änderung vor sich geht, ist völlig gleichgültig. Ist dieser Positionsbereich nun hinreichend groß, dann kann man die Umschaltung auch durch einen mechanischen Schalter vornehmen. Für kleine Positionsbereiche sind mechanische Schalter deshalb nicht geeignet, weil sich ihre Schaltaugenblicke nicht mit den erforderlichen hohen Genauigkeiten einstellen lassen. Das Verfahren nach der Erfindung verzichtet also auf die für die Darstellung der Ziffern höherer Ordnung abgetasteten Spuren des Lineals und die entsprechenden Abtaster und setzt an deren Stelle mechanische Schalter, die auf die Eingänge 1 und r der zugehörigen Schalter im Schaltglied nach Fig. 2 die gleichen Signale liefern, wie sie auch von den fortgefallenen Abtastern und den zugehörigen Spuren geliefert werden würden.In the arrangement according to the invention, the following property of V-scanning is used: In V-scanning, the left or right of the two scanners of a track is switched through alternately. The position width for which one or the other scanner of a track remains switched through is greater, the coarser the track. In Fig. 1 , these position areas are shown for the fifth track. As long as the positions ab are traversed, the right scanner of the fifth track is switched through. The left scanner of the fifth track is switched through for the subsequent positions bc. This is followed again by the same position width cd in which the right scanner is switched through, etc. The right scanner is therefore not required at all while the positions bc are passed through. During this time it does not matter which reading signal it gives to its associated input, denoted by r, of the symbolically represented switching element in FIG. During the passage through the positions ab and cd, the switch S "is on the lead of the right scanner. The signal" L "comes via this lead during the passage through the positions ab and the signal " 0 "during the passage through the positions cd When passing through positions bc, the signal given by the right scanner on line r must be changed. At which point in this position range bc this change takes place is completely irrelevant Mechanical switches are unsuitable for small position ranges because their switching moments cannot be set with the required high levels of accuracy Scanner and sets in their place mech Anic switches which supply the same signals to the inputs 1 and r of the associated switches in the switching element according to FIG. 2 as would also be supplied by the dispensed scanners and the associated tracks.

Die Anordnung kann man sich beispielsweise so vorstellen, daß jeder fortgefallenen Linealspur zwei mechanische Schalter zugeordnet werden, von denen jeder in einer der Zuleitungen 1 und r zu dem entsprechenden Schalter des Schaltgliedes nach Fig. 2 liegt. Diese mechanischen Schalter werden durch vorbeilaufende Nocken abwechselnd geschlossen und geöffnet, wobei der Abstand der Nocken den zugehörigen Digitalspuren angepaßt ist. Je nachdem, ob einer der Schalter geschlossen oder geöffnet ist, erscheint an dem zugehörigen Eingang 1 oder r des Schaltgliedes nach Fig. 2 das Signal »0« oder »L«. Bei einer Werkzeugmaschine können die Schalter entweder am Schlitten und die, Nocken im Raum ruhend oder die Nocken am Schlitten und die Schalter im Raum ruhend angebracht sein.The arrangement can be imagined, for example, in such a way that two mechanical switches are assigned to each dropped ruler track, each of which is located in one of the supply lines 1 and r to the corresponding switch of the switching element according to FIG. These mechanical switches are alternately closed and opened by passing cams, the spacing of the cams being adapted to the associated digital tracks. Depending on whether one of the switches is closed or open, the signal “0” or “L” appears at the associated input 1 or r of the switching element according to FIG. In the case of a machine tool, the switches can either be attached to the slide and the cams resting in space or the cams on the slide and the switches resting in space.

Die vorliegende Erfindung hat unter anderem den Vorteil, daß sehr lange Lineale nicht mehr in einem Stück gefertigt zu werden brauchen, sondern daß man sie aus einzelnen unter sich gleichen Teilen zusammensetzen kann.The present invention has, inter alia, the advantage that very long rulers no longer need to be made in one piece, but that they can be put together from individual parts that are equal to one another.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Arrangement for digital position measurement by means of V-scanning scanned rulers encoded in the natural binary number system, characterized by mechanical switches, which are arranged in place of the ruler tracks and the associated scanning elements for the representation of the higher-order digits in such a way that they are used for generation the switching state required for the representation of the digits can be actuated according to the V-scanning system.

2. Arrangement according spoke 1, characterized in that each replaced ruler track are assigned two mechanical switches, each of which is in one of the two leads to the corresponding switch of the switching element operating according to the switching logic for V-scanning and which is of passing cams in the are alternately closed and opened according to the situation.