DE1260167C2 - Device for determining the position of a movable part in relation to a fixed part - Google Patents
Device for determining the position of a movable part in relation to a fixed partInfo
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- DE1260167C2 DE1260167C2 DE1963N0023620 DEN0023620A DE1260167C2 DE 1260167 C2 DE1260167 C2 DE 1260167C2 DE 1963N0023620 DE1963N0023620 DE 1963N0023620 DE N0023620 A DEN0023620 A DE N0023620A DE 1260167 C2 DE1260167 C2 DE 1260167C2
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- G01D5/34707—Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
- G01D5/34715—Scale reading or illumination devices
Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND Int. α.;FEDERAL REPUBLIC OF GERMANY Int. α .;
GOId-5/30GOId-5/30
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING
Deutsche Kl.: 42 d-1/15German class: 42 d-1/15
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P 12 60 167.1-52 (N 23620)P 12 60 167.1-52 (N 23620)
19. August 196319th August 1963
1. Februar 19681st February 1968
25. Januar 1973January 25, 1973
Auslegetag:Display day:
Ausgabetag:Issue date:
Patentschrift stimmt mit der Auslegeschrift übereinThe patent specification corresponds to the patent specification
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines beweglichen Teiles in bezug auf ein feststehendes Teil, bei der die beiden Teile mechanisch mit Rastern, auf die durch ein optisches System ein Lichtbündel geworfen wird, und mit einem Detektor zum Bestimmen der Intensitätsänderungen der durchgelassenen oder zurückgeworfenen Strahlen bei Verschiebung der Raster gegeneinander verbunden sind.The invention relates to a device for determining the position of a movable part in relation to a fixed part, in which the two parts are mechanically connected with grids to which a optical system a light beam is thrown, and with a detector to determine the intensity changes the transmitted or reflected rays are connected when the grids are shifted against each other.
Solche Vorrichtungen finden unter anderem bei der Lagenbestimmung an Werkzeugmaschinen Verwendung. Die Raster können Absorptionsraster mit wechselweise lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Linien und einer Verschiebungsrichtung senkrecht zu den Linien sein. Die sich bei der Verschiebung ergebenden Lichtänderungen werden in einem lichtempfindlichen Element in ein elektrisches Signal umgewandelt, das ein Analogon zur Lichtänderung bildet. Meist ist die Vorrichtung derartig, daß durch beide Raster ein Bündel etwa paralleler Lichtstrahlen hindurchgeht, das nach dem Durchlaufen der Raster auf das lichtempfindliche Element fällt. Wird das bewegliche Raster in bezug auf das feststehende Raster verschoben, so ergeben sich am lichtempfindlichen Element Lichthöchstwerte, wenn die Öffnungen in den beiden Rastern in Richtung der Bündel zusammenfallen, und Lichtmindestwerte, wenn das bewegliche Raster in bezug auf diese Lage um eine halbe Rasterteilung verschoben ist.Such devices are used, among other things, to determine the position of machine tools. The grids can be absorption grids with alternately translucent and opaque Lines and a direction of displacement perpendicular to the lines. Which is in the shift Resulting changes in light are converted into an electrical signal in a light-sensitive element converted, which forms an analogue to the change in light. Usually the device is such that through a bundle of roughly parallel rays of light passes through both grids, which after passing through the grids falls on the photosensitive element. Becomes the movable grid with respect to the fixed one If the grid is shifted, maximum light values result on the light-sensitive element when the openings in the two grids in the direction of the bundle coincide, and minimum light values if the movable Grid is shifted with respect to this position by half a grid division.
An Stelle- zweier derartiger Absorptionsraster kann ein Absorptionsraster in Kombination mit einem Spiegelraster Verwendung finden, wobei das vom Absorptionsraster hindurchgelassene Licht nach Reflexion am Spiegelraster wieder durch das Absorptionsraster hindurchgeht und z. B. von einem halb- durchlässigen Spiegel, durch den das hingehende Bündel hindurchfällt, zum lichtempfindlichen Element geführt wird.Instead of two such absorption grids, one absorption grid in combination with one Find mirror grids use, the light let through by the absorption grid after reflection goes through the absorption grid at the mirror grid and z. B. from a half transmissive mirror through which the passing bundle falls to the light-sensitive element to be led.
Wenn, wie üblich, die Breite der Spalte gleich der Breite der zwischenliegenden Teile der Raster gewählt wird, ist es infolge der endlichen Abmessungen der Lichtquelle und der Tatsache, daß zwischen den Rastern stets ein bestimmter Mindestabstand eingehalten werden muß, nicht möglich, den auf das lichtempfindliche Element auffallenden Lichtstrom auf den Nullwert herabzusetzen.If, as usual, the width of the column is equal to the width of the intermediate parts of the grid is chosen, it is due to the finite dimensions of the light source and the fact that between the Grid always a certain minimum distance must be observed, not possible on the light-sensitive element to reduce incident luminous flux to the zero value.
Die Erfindung bezweckt, eine derartige Vorrichtung zu schaffen, bei der sich ein möglichst günstiges elektrisches Signal ergibt.The aim of the invention is to create such a device in which the cheapest possible electrical signal results.
Die Erfindung besteht darin, daß die Breite der Öffnungen jedes Rasters kleiner ist als die der Zwischenräume zwischen den Öffnungen im anderen Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines beweglichen Teiles in bezug auf ein feststehendes TeilThe invention consists in that the width of the openings of each grid is smaller than that of the Gaps between the openings in the other device for determining the location of a moving part with respect to a fixed part
Patentiert für:Patented for:
N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Netherlands)
Vertreter:Representative:
Dr. H. Scholz, Patentanwalt,Dr. H. Scholz, patent attorney,
2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 72000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Scato Albarda,Scato Albarda,
Emmasingel, Eindhoven (Niederlande)Emmasingel, Eindhoven (Netherlands)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Niederlande vom 22. August 1962 (282 386)Netherlands 22 August 1962 (282 386)
Raster und die Breite der Zwischenräume eines Rasters vorzugsweise wesentlich größer ist alsGrid and the width of the spaces in a grid is preferably substantially greater than
led 'led '
GL + —jT-, wobei GL die Breite der Öffnungen des anderen Rasters, c die Breite der Lichtquelle in der Verschiebungsrichtung, d der Abstand zwischen den Rastern und / die Brennweite des optischen Systems ist/ G L + -jT- , where G L is the width of the openings of the other grid, c is the width of the light source in the direction of displacement, d is the distance between the grids and / is the focal length of the optical system /
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing.
F i g. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung nach der Erfindung. In der Figur bezeichnet L eine Lichtquelle, z. B. eine spaltförmige Öffnung mit einer Breite c, die senkrecht zur Zeichenebene steht. Die aus der Quelle tretenden Lichtstrahlen fallen auf ein Kollimatorsystem C und durch dieses auf die Raster RL und Rv, die einen Abstand d voneinander haben. Diese Raster sindF i g. 1 shows schematically an embodiment of a device according to the invention. In the figure, L denotes a light source, e.g. B. a slit-shaped opening with a width c which is perpendicular to the plane of the drawing. The light rays emerging from the source fall on a collimator system C and through this on the grids R L and R v , which are at a distance d from one another. These grids are
209 684/119209 684/119
Absorptionsraster, deren erstes z. B. in bezug auf das zweite parallel zur Zeichenebene verschiebbar ist und die mit den Teilen verbunden sind, deren relative Verschiebung ermittelt werden soll. Es sei angenommen, daß die Raster spaltförmig sind, wobei 5 die Richtung der Spalte senkrecht zur Zeichenebene steht. Die Breite der Spalte des verschiebbaren Rasters ist durch GL und diejenige der Zwischenräume durch DL angegeben. Für das feststehende Raster sind die entsprechenden Größen durch Gv und Pv angegeben. Bei der dargestellten Lage der Raster werden, wie in der Zeichnung dargestellt ist, sämtliche aus dem Kollimatorsystem tretenden Lichtstrahlen abgefangen. Hinter dem feststehenden Raster befindet sich ein Objektiv O, das die hindurchtretenden Lichtstrahlen so bündeln soll, daß an der Stelle des lichtempfindlichen Elementes P ein Bild der Lichtquelle erzeugt wird. Dieses lichtempfindliche Element hat vorzugsweise einen solchen Flächeninhalt, daß sämtliche hindurchgelassenen Lichtstrahlen aufgefangen werden.Absorption grid, the first z. B. is displaceable with respect to the second parallel to the plane of the drawing and which are connected to the parts whose relative displacement is to be determined. It is assumed that the grids are gap-shaped, with 5 being the direction of the column perpendicular to the plane of the drawing. The width of the column of the sliding grid is indicated by G L and that of the spaces is indicated by D L. For the fixed grid, the corresponding sizes are indicated by G v and P v . With the position of the grid shown, as shown in the drawing, all light rays emerging from the collimator system are intercepted. Behind the fixed grid is an objective O, which is intended to bundle the light rays passing through so that an image of the light source is generated at the location of the light-sensitive element P. This photosensitive element preferably has such a surface area that all light rays transmitted through are intercepted.
Das lichtempfindliche Element kann eine Photodiode oder ein Photowiderstand sein und läßt einen veränderlichen Strom durch, der auch durch einen Reihenwiderstand fließt. An diesem Widerstand ergibt sich das Ausgangssignal. Der Wert des Ausgangssignals wird nach oben durch den Höchstwert der Gleichspannung über der Reihenschaltung und nach unten durch den Dunkelstrom des Elementes bestimmt. Es ist gewünscht, daß der Lichtmindestwert möglichst klein ist, weil sonst die Ausgangsspannung beim Lichtmindestwert größer sein würde, als dem Dunkelstrom entspricht.The photosensitive element can be a photodiode or a photoresistor and lets a variable current through, which also flows through one Series resistance flows. The output signal results from this resistor. The value of the output signal is increased by the maximum value of the DC voltage across the series circuit and determined downwards by the dark current of the element. It is desired that the minimum light value is as small as possible, because otherwise the output voltage at the minimum light value would be greater, than corresponds to the dark current.
Die Bestimmung der Verschiebung ergibt sich durch eine elektrische Schaltungsanordnung, bei der ein Vergleich zwischen dem erhaltenen Signal und einem Bezugssignal angewendet wird. Diese Schaltungsanordnung kann der Eingang eines elektronischen Zählers sein, wobei somit die Lage eines Maschinenteiles durch eine Zählung der Lichtschwankungen bestimmt wird, die beim Durchlaufen eines bestimmten Abstandes auftreten, oder aber ein unmittelbarer elektronischer Anzeiger, bei dem nicht eine Rasterbahn und eine Photozelle Verwendung finden, sondern viele codierte Rasterbahnen und viele Photozellen zusammenarbeiten (Binärkode, Gray-Kode usw.).The determination of the shift results from an electrical circuit arrangement in which a comparison is applied between the received signal and a reference signal. This circuit arrangement can be the input of an electronic counter, whereby the position of a machine part by counting the light fluctuations is determined, which occur when passing a certain distance, or a more immediate electronic display that does not use a grid path and a photocell find, but many coded grid paths and many photocells work together (binary code, Gray code, etc.).
Mit Rücksicht auf die Instabilität der elektronischen Teile ist es erwünscht, daß die Schwankungen der Differenzspannung möglichst groß sind. Ist aber die minimale Signalspannung zu groß, so kann die Differenz zwischen dieser Spannung und der Bezugsspannung zu klein werden, um eine richtige Steuerung der elektronischen Apparatur zu ermöglichen.In view of the instability of the electronic parts, it is desirable that the fluctuations in Differential voltage are as large as possible. But if the minimum signal voltage is too high, the Difference between this voltage and the reference voltage will be too small for proper control of electronic equipment.
Es hat sich herausgestellt, daß, wenn in beiden Rastern die Breite der öffnungen etwa gleich derjenigen der zwischenliegenden Teile gewählt wird, bei der üblichen Abmessung der Lichtquelle und dem erforderlichen gegenseitigen Abstand zwischen den Rastern nicht immer ein brauchbares Signal entsteht. Dies ist nur dann möglich, wenn der Lichtmindestwert möglichst klein ist, d. h., wenn in der Lage des Lichtmindestwertes gar kein Licht hindurchgelassen wird. Aus F i g. 1 ist ersichtlich, daß in diesem Falle die Zwischenräume des festen Rasters breiter als die Spalte des beweglichen Rasters sein müssen. Mit Rücksicht auf die unvermeidlichen Ungenauigkeiten in den Rastern ist es in den meisten Fällen erforderlich, daß der Unterschied verhältnismäßig groß ist. Es dürfte einleuchten, daß infolgedessen auch der Lichthöchstwert kleiner wird, aber dies läßt sich dadurch ausgleichen, daß ein lichtstärkerer Kondensor und ein lichtstärkeres Objektiv und/oder eine Lichtquelle größerer Helligkeit Verwendung finden und/oder ein größerer Teil der Raster benutzt wird. Auch kann ein lichtempfindliches Element mit höherer Empfindlichkeit Verwendung finden.It has been found that if in both grids the width of the openings is approximately the same as that of the intermediate parts is chosen, with the usual dimensions of the light source and the required mutual spacing between the grids does not always produce a usable signal. This is only possible if the minimum light value is as small as possible, i.e. i.e., if able to Light minimum value no light is let through. From Fig. 1 it can be seen that in this case the spaces of the fixed grid must be wider than the gaps of the movable grid. Given the inevitable inaccuracies in the grids, it is in most cases required that the difference be relatively large. It should be evident that as a result, too the maximum light value becomes smaller, but this can be compensated for by using a stronger light Use a condenser and a more powerful lens and / or a light source of greater brightness and / or a larger part of the grid is used. It can also be a photosensitive element find use with higher sensitivity.
In F i g. 2 sind die Raster und der Verlauf der Lichtstrahlen abermals dargestellt, während F i g. 2 b die Lichtverteilung über die Breite des feststehenden Rasters graphisch darstellt. Fig. 2d zeigt die Lichtänderung bei Bewegung der Raster in Bezug aufeinander. In Fig. 2 the grid and the course of the light rays are shown again, while FIG. 2 B graphically depicts the light distribution across the width of the fixed grid. Fig. 2d shows the change in light when moving the grids in relation to each other.
Wenn H die Helligkeit ist, mit der das bewegliche Raster beleuchtet wird, so gilt für eine spaltförmigeIf H is the brightness with which the movable grid is illuminated, then applies to a gap-shaped one
Lichtquelle: H = -γ-, wobei h eine Konstante und / die Brennweite des Kollimatorsystems ist. Die Lichtquelle L ist im Brennpunkt angeordnet.Light source: H = -γ- , where h is a constant and / is the focal length of the collimator system. The light source L is arranged at the focal point.
Aus F i g. 2 a und der graphischen Darstellung 2 b läßt sich leicht ableiten, daßFrom Fig. 2 a and the graphic representation 2 b can easily be deduced that
2cd „ 2cd2cd "2cd
a = —r-, t = GL - a = —r-, t = G L -
f ' f '
V=S-G1. -V = SG 1 . -
ledled ff
Hieraus erfolgt für die Breite der Zwischenräume des zweiten Rasters:This results in the width of the spaces in the second grid:
Dv = t + 2a = GL D v = t + 2a = G L
ledled
und für die Breite der Spalte des zweiten Rasters:and for the width of the column of the second grid:
Gy = S-Dy=V.Gy = S-Dy = V.
Wenn diese Werte eingehalten werden, fällt in der Lage des Mindestwertes des hindurchgelassenen Lichtes gar kein Licht auf die'Zelle P. If these values are observed, no light at all falls on cell P.
Man könnte anstreben, dabei die Abmessungen weiter so zu wählen, daß in der Lage der Höchstmenge an hindurchgelassenem Licht dieses Licht tatsächlich einen absoluten Höchstwert erreicht. Im allgemeinen wird jedoch die Breite der Zwischenräume erheblich größer gewählt, als durch die vorstehende Beziehung angegeben ist, weil durch die Verwendung der bereits erwähnten Mittel ein ausreichend großer Lichtstrom erhalten wird. Die Spalte in einem der Raster können so klein ausgebildet werden, daß der hindurchfallende maximale Lichtstrom gerade fähig ist, das photoelektrische Element mit einiger Reserve auszusteuern.One could strive to continue choosing the dimensions so that they are capable of the maximum amount in the light that has passed through, this light actually reaches an absolute maximum. in the in general, however, the width of the spaces is chosen to be considerably larger than the above Relationship is given because by using the means already mentioned a sufficient large luminous flux is obtained. The gaps in one of the grids can be made so small that the maximum luminous flux that passes through is just capable of the photoelectric element to steer with some reserve.
Claims (1)
wesentlich größer ist als GL H—7— , wobei GL die 2cd
is much larger than G L H-7-, where G L is the
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL1260167X | 1962-08-22 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE1260167B DE1260167B (en) | 1968-02-01 |
| DE1260167C2 true DE1260167C2 (en) | 1973-01-25 |
Family
ID=19872738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1963N0023620 Expired DE1260167C2 (en) | 1962-08-22 | 1963-08-19 | Device for determining the position of a movable part in relation to a fixed part |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE1260167C2 (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1030044B (en) * | 1952-12-10 | 1958-05-14 | Akad Wissenschaften Ddr | Arrangement for displaying small longitudinal or rotary movements with two interacting grids or raster images with slightly different grid constants |
-
1963
- 1963-08-19 DE DE1963N0023620 patent/DE1260167C2/en not_active Expired
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1030044B (en) * | 1952-12-10 | 1958-05-14 | Akad Wissenschaften Ddr | Arrangement for displaying small longitudinal or rotary movements with two interacting grids or raster images with slightly different grid constants |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE1260167B (en) | 1968-02-01 |
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