DE1220152B

DE1220152B - Device for canting error-free measurement of lengths

Info

Publication number: DE1220152B
Application number: DEW35153A
Authority: DE
Inventors: Dr Horst Burkhardt
Original assignee: Firma Wenczler and Heidenhain
Current assignee: Firma Wenczler and Heidenhain
Priority date: 1963-08-23
Filing date: 1963-08-23
Publication date: 1966-06-30
Also published as: GB1065975A

Description

Vorrichtung zum verkantungsfehlerfreien Messen von Längen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum verkantungsfehlerfreien Messen von Längen mit wenigstens drei senkrecht zur Teilungsrichtung eines Maßstabes nebeneinanderliegenden Abtaststellen, deren Ausgangssignale in ihrer gegenseitigen Beziehung ein Maß für die zu messende Länge darstellen.Device for measuring lengths without tilting errors. The invention relates to a device for canting error-free measurement of lengths with at least three adjacent scanning points perpendicular to the direction of division of a scale, their output signals in their mutual relationship a measure of the one to be measured Represent length.

Die nebeneinanderliegenden Abtaststellen können z. B. dazu dienen, gleichartige, zueinander phasenversetzte Impulszüge zu erzeugen, welche durch bekannte Schaltungsanordnungen gezählt werden. Dabei kann auf Grund der beabsichtigten Phasenversetzung auch die Bewegungsrichtung festgestellt werden. The adjacent scanning points can, for. B. serve to to generate similar, mutually phase-shifted pulse trains, which by known Circuit arrangements are counted. Due to the intended phase shift the direction of movement can also be determined.

Mehrere nebeneinanderliegende Abtaststellen sind aber auch bei binär codierten Maßstäben bekannt, bei denen mehrere Teilungen unterschiedlicher Gitterkonstante nebeneinander abgetastet werden.However, several adjacent sampling points are also binary coded scales known in which several pitches of different lattice constant be scanned side by side.

Bei diesen bekannten Einrichtungen hat es sich als nachteilig erwiesen, daß Fehler in der Führung desjenigen Teiles, dessen Verschiebung gemessen werden soll, eine zusätzliche gegenseitige Phasenverlagerung der Signale zur Folge haben. Eine gleichbleibende Phasenlage ist aber Voraussetzung für eine einwandfreie Messung. In these known devices, it has been found to be disadvantageous that errors in the management of the part whose displacement is measured should result in an additional mutual phase shift of the signals. However, a constant phase position is a prerequisite for a perfect measurement.

Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die beiden äußeren Abtaststellen symmetrisch zu der Teilungsrichtung parallelen Symmetrieachse der Abtastplatte liegen, gleichen Rastern zugeordnet und, zur Bildung eines verkantungsfehlerfreien Signals zusammengeschaltet sind und daß die innere versetzte Abtaststelle ein zu diesem Signal phasenbezogenes Signal liefert. Überraschenderweise genügt bereits eine durch bekannte Schaltungen vorzunehmende additive Mischung, um eine exakt gleichbleibende Phasenlage des resultierenden Signals zu erhalten. The invention solves this problem with a device of the type mentioned at the beginning mentioned type in that the two outer scanning points are symmetrical to the division direction parallel symmetry axis of the scanning reticle, assigned to the same grid and, are interconnected to form a skew-free signal and that the inner offset sampling point supplies a signal phase-related to this signal. Surprisingly, it is already sufficient to carry out one by means of known circuits additive mixing to ensure an exactly constant phase position of the resulting signal to obtain.

In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und dessen Wirkungsweise erläutert, wobei auch der bekannte Stand der Technik dargestellt ist.In the drawings, the invention is based on an exemplary embodiment and its mode of operation explained, the known prior art also being shown is.

F i g. 1 zeigt schematisch eine lichtelektrische Vorrichtung zum Messen von Längen. Ein Gittermaßstab 1 sowie eine darübergleitende Strichplatte 2 werden von einem Lichtbündel durchsetzt, das durch eine Lampe 3 und einen Kondensor 4 erzeugt wird. F i g. 1 shows schematically a photoelectric device for Measuring lengths. A grid scale 1 and a reticle sliding over it 2 are penetrated by a bundle of light that passes through a lamp 3 and a condenser 4 is generated.

Anschließend werden die beiden Hälften des Lichtbündels durch zwei Linsen 5 und 6 auf zwei lichtempfindliche Elemente7 und 8 geworfen, die elektrische Ausgangssignale 11 und 12 abgeben.Then the two halves of the light beam are divided by two Lenses 5 and 6 thrown onto two photosensitive elements 7 and 8, the electrical ones Issue output signals 11 and 12.

Auf Grund der Ausbildung der Strichplatte 2 in Form von um eine halbe Strichbreite (=1/4 der Gitterkonstante) gegeneinander versetzten Strichgruppen ergeben sich die Signale und 12 um 900 phasenversetzt zueinander. In F i g. 5 a sind die beiden Signale 11 und 12 in Abhängigkeit vom zurückgelegtenWeg dargestellt. Durch zwei Impulsformerstufen 9 und 10 (F i g. 1), welche bei dem Signalniveau N1, N2 (Fig. 5a) ansprechen, werden die Signale und 12 in Rechteckimpulszüge T1 und T2 umgeformt. Mit Hilfe bekannter Schaltungsanordnungen kann nun aus diesen Impulszügen T1 und T2 die jeweilige Position durch Zählung ermittelt werden, wobei infolge der gegenseitigen Versetzung um 900 auch der Richtungssinn festgelegt ist. Due to the design of the reticle 2 in the form of a half Line width (= 1/4 of the grid constant) result in staggered groups of lines the signals and 12 are out of phase with each other by 900. In Fig. 5 a are the the two signals 11 and 12 as a function of the distance covered. By two pulse shaping stages 9 and 10 (Fig. 1), which at the signal level N1, N2 (Fig. 5a) respond, the signals and 12 in square-wave pulse trains T1 and T2 reshaped. With the help of known circuit arrangements, these pulse trains T1 and T2 the respective position can be determined by counting, as a result of the mutual displacement by 900 also the sense of direction is fixed.

Die bisher beschriebene Anordnung und ihraWirkungsweise ist wohl bekannt und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung. The arrangement described so far and its mode of operation is well known and therefore does not require any further explanation.

Durch Einflüsse verschiedenster Art, z. B. durch fehlerhafte Führungen, ist eine Verkantung der Strichplatte 2 gegenüber dem Maßstab 1 möglich. By influences of various kinds, e.g. B. due to incorrect guides, it is possible to tilt the reticle 2 with respect to the scale 1.

Hieraus ergeben sich aber Phasenverschiebungen der Ausgangssignale 11 und 12 und der davon abgeleiteten Rechteckimpulszüge Tt, T2. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verkantungswinkel zur der Gitterkonstante a, dem Abstand d zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden Abtastfelder und dem Phasenfehler w. Fig. 3 veranschaulicht die Größen a, a und d.However, this results in phase shifts in the output signals 11 and 12 and the rectangular pulse trains Tt, T2 derived therefrom. Fig. 4 shows the Relationship between the tilt angle and the lattice constant a, the distance d between the centers of the adjacent scanning fields and the phase error w. Figure 3 illustrates quantities a, a and d.

Wie aus F i g. 4 ersichtlich, genügen bereits geringe Verkantungswinkel x, um große Phasenfehler w hervorzurufen. In Fig. 5b ist die Wirkung eines Phasenfehlers m von nicht einmal ganz 900 dargestellt. Die aus den Signalen 11 und 12 abgeleiteten Rechteckimpulszüge T; und T2 ergeben zumindest eine fehlerhafte Anzeige, wenn nicht unter Umständen das Funktionieren der nachgeschalteten Zähleinrichtung bei derart groben Phasenversetzungen überhaupt in Frage gestellt ist. As shown in FIG. 4, even small tilt angles are sufficient x to cause large phase errors w. In Figure 5b is the effect of a phase error m represented by not even quite 900. Those derived from signals 11 and 12 Square pulse trains T; and T2 result in at least an erroneous display, if not possibly the functioning of the downstream counting device with such coarse phase dislocations is questioned at all.

Fig. 2 zeigt im Prinzip eine fotoelektrische Vorrichtung zum Messen von Längen, welche gemäß der Erfindung ausgebildet ist und deshalb die vorgenann- ten Nachteile nicht mehr aufweist. Ein Gittermaßstab 11 sowie eine Strichplatte 12, deren Relativlage zum Maßstab 11 gemessen werden soll, werden von einem Lichtbündel durchsetzt, welches von der Lampe 13 und dem Kondensor 14 erzeugt wird. Anschließend wird das Lichtbündel durch drei Linsen 15, 16 und 17 auf drei foto empfindliche Elementel8, 19, 20 geworfen, welche elektrische Ausgangssignale 13, 1 und 14 abgeben. Fig. 2 shows in principle a photoelectric device for measuring of lengths, which is designed according to the invention and therefore the aforementioned th No longer has disadvantages. A grid scale 11 and a reticle 12, whose position relative to the scale 11 is to be measured are from a light beam interspersed, which is generated by the lamp 13 and the condenser 14. Afterward the light beam through three lenses 15, 16 and 17 is sensitive to three photos Elements 8, 19, 20 thrown, which emit electrical output signals 13, 1 and 14.

Die Strichplatte 12 besitzt drei Reihen unter sich und mit dem Gittermaßstab 11 gleichartiger Teilungen. Die Striche der beiden äußeren Reihen liegen in Linie, während die mittlere Reihe um eine halbe Strichbreite (= t/4 der Gitterkonstante) dazu versetzt ist. In entsprechender Versetzung entstehen auch die Ausgangssignale 1l, Ig und 14, sofern die Strichplatte 12 nicht verkantet ist Tritt eine Verkantung der Strichplatte 12 ein, so ändert sich die gegenseitige Phasenlage der Signale I 13, 14. In F i g. 5 c und 5d sind zwei Beispiele für mögliche gegenseitige Phasenlagen unter verschiedenen Verkantungswinkeln dargestellt. Aus dem Vergleich der F i g. S c und 5 d ist aber auch ersichtlich, daß solche Veränderungen keine Phasenversetzung der Rechteckimpulszüge T1 und T2 hervorrufen, wenn nur der Impulszug T2 von einem Signal 12 abgeleitet ist, welches durch additive Mischung aus den Signalen 13 und 14 hervorgegangen ist. Die Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung. The reticle 12 has three rows below and with the grid scale 11 similar divisions. The lines of the two outer rows are in line, while the middle row by half a line width (= t / 4 of the lattice constant) is displaced to this. The output signals are also generated with a corresponding offset 1l, Ig and 14, provided that the reticle 12 is not tilted, a tilt occurs of the reticle 12, the mutual phase position of the signals changes I 13, 14. In Fig. 5c and 5d are two examples of possible mutual phase positions shown at different tilt angles. From the comparison of FIGS. S c and 5 d, however, it can also be seen that such changes are not a phase shift of the square pulse trains T1 and T2 cause if only the pulse train T2 from one Signal 12 is derived, which by additive mixing of the signals 13 and 14 emerged. 2 shows the arrangement schematically.

Die Signale 13 und 14 werden einer bekannten Schaltung 21 zur additiven Mischung zugeführt, welche das Signal 12 an die Impulsformerstufe 22 weitergibt, welche auf das Signalniveau N2 (gleichbleibend in F i g. 5 c und 5 d) eingestellt ist. Das Signal Ii dagegen wird unverändert der Impulsformerstufe 23 mit dem Niveau Nl zugeführt. Die gegenseitige Phasenlage von Tal und T2 ist, wie die Figuren veranschaulichen, bei der enindungsgemäßen Anordnung unabhängig da; von, wie groß der Phasenfehlr zwischen den Sign'a len I 3 und 14 durch-V rk ntung der Strichplatte 12 ist.The signals 13 and 14 are a known circuit 21 for additive Mixture supplied, which forwards the signal 12 to the pulse shaper stage 22, which are set to the signal level N2 (constant in FIGS. 5 c and 5 d) is. The signal Ii, on the other hand, is unchanged by the pulse shaper stage 23 with the level Nl supplied. The mutual phase position of valley and T2 is, as the figures show, at independent of the arrangement according to the invention; of how big the phase error between the Sign'a len I 3 and 14 by-V rk nting of the reticle 12 is.

Die Erfindung ist selbs.tverständlich nicht auf Einrichtungen beschränkt, bei denen die Signale auf lichtelektrischemWege genommen werden. Sie läßt sich mit gleichem Vorteil auch bei Einrichtungen mit z. B. kapazitiver oder induktiver Signalerzeugung anwenden. The invention is of course not limited to devices in which the signals are taken in a photoelectric way. She lets herself with same advantage also for facilities with z. B. capacitive or inductive signal generation use.

Claims

Claims: 1. Device for measuring without tilting errors of lengths with at least three juxtaposed perpendicular to the direction of division of a scale Sampling points, the output signals of which are a measure of their mutual relationship represent the length to be measured, characterized in that the two outer Sampling points (15, 18 and 17, 20) symmetrically to the direction of division parallel The axis of symmetry of the scanning reticle are assigned to the same grids and for formation a tilt error-free signal (12) are interconnected and that the inner offset sampling point (16, 19) a to this sem signal (12) phase-related signal (ll) supplies.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the formation a common signal (12) from the symmetrically located sampling points (15, 18 and 17, 20) by additive mixing. ~~~~~~~ Publications considered: Journal "Werkstattstechnik", issue 12 (1961), p. 697.