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Vorrichtung zur Umwandlung von Weg-bzw. Winkeländerungen in absolutcodierte
und inkrementalcodierte Ausgangssignale bie Erfindung betrifit eine Vorrichtung,
bei der der Informationsparameter der Me#grö#e Weg bzw. Winkel direkt in ein entsprechendes
elektrisch digitales Ausgangssignal umgewandelt wird. ist bereits ein Verfahren
bekannt, daß die Umwandlung von sich periodisch ändernder Intensitäts -. verteilung,
beispielseise von Interferenzstreifen, deren Periodenzahl innerhalb eines fest vorgegebenen
abbildungsbereiches in einem funktionellen Zusammenhang mit der zu messenden Größe
steht, in ein digitales Signal dadurch erfolgt, daß Empfänger in diesem Abbildungsbereich
solche Stellen abtasten, an denen die Periodenzahlen, gerechnet zwischen diesen
Stellen und einem gemeinsamen Bezugspunkt, dessen Intensitatsniveau den Code bestimmt,
der durch Justierung der Lage der Empfänger gewonnen wird, sich verhalten wie 1
t 2 s 4 : 8 : Au#erdem ist bekannt, daß man den Informationsparameter der Meßgröße
Weg in binärcodierte Ausgangssignale mit Hilfe von Impulsmaßstäben oder -scheiben
umwandeln kann.
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Handelt es sich um Impulsmaßstäbe mit 2 Spuren, wobei die Teilung
der einen Spur gegenüber der anderen um § Teilungsintervall verschoben ist und tastet
diese fotoelektrisch ab, so erhält man unter Verwendung eines Zänlrichtungsdiskriminators
und eines Vor- und Rückwärtszählers eine inkrementalcodierte Anzeige.
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Codescheiben oder -schienen, die mehrere Spuren besitzen, die foto
elektrisch abgetastet werden und wobei jeder der fotoelektrischen Empfänger nur
über L oder 0 Cd. h. z. B. hell oder dunkel) zu entscheiden hat, liefern eine absolutcodierte
Meßwertanzeige.
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Codierte digitale Ausgangssignale kann man auch dadurch erreichen,
daß man Me#fühler für Wege mit analogem Abbildungssignal benutzt. Dieses analoge
Abbildungssignal wird mit Hilfe eines Analog-Digit-al-Wandlers in ein digitales
Signal umgewandelt0 Codescheiben und -schienen mit zwei oder mehreren Spuren sind
zur digitalen Me#wertanzeige großer ziege (> 1mm) geeignet. Da Teilungen unter
### mm wirtschaftlich nicht mehr vertretbar sind, könnte ein Weg von 1 mm nur auf
+ 1 /«o vom Endwert aufgelöst werden.
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Verfahren mit Analog-Digital-Wandler sind aufwendig und bringen auf
Grund der erforderlichen Zwischenelemente zusätzliche Fehler mit sich.
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Es ist Zweck der Erfindung, die genannten Mängel zu beseitigen, also
kleine Wege (< 1mm) direkt ohne Zwischenelemente in codierte Ausgangssignale
zu verwandeln.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Meßfühler für kleine Wege
(< 1 mm) zu bauen, die auf direktem Wege - also ohne Zwischenelemente - ein codiertes
Ausgangssignal liefern. Es soll eine Absolutcodierung sowohl im Graycode als auch
im Dualcode mit V-Abtastung und eine Inkrementalcodierung möglich sein.
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Erfindungsgemä# wird die Aufgabe wie folgt gelöst. Die sich periodisch
mit dem Informationsparameter des Meßsignals änderne Intensitätsverteilung entsteht
durch
interferierende, monochromatische und parallele Lichtstrahlen
am Keil (Fizeauinterferenzen). Durch die Meßgröße Weg wird der Keilwinkel zweier
planparalleler Glasplatten verändert. Die Ordnungszahl # an einer beliebigen Stelle
des Keiles ist gegeben durch die 2d@ Beziehung #= wobei d die Dicke des Keiles an
@ dieser Steile, n der Brechungsindex und # die Wellenlange des Lichtes ist. Die
entstehenden Interferenzbilder werden in bekannter Weise (DWP 60 153 ) mit mehreren
fotoelektrischen Empfängern abgetastet, wenn ein absolutcodiertes Ausgangssignal
gewünscht wird. Der abstand (in Lichtrichtung) der Drehachse, die sich in einer
der beiden Keilflächen befinden iaa1, zur anderen Keilfläche bestimmt die Art des
Codes, in der verschlüsselt wird. Will man im Dualcode verschlüsseln, dann muß genau
wie bei den Codescheiben oder -schienen eine sicherheitsabtastung, z.B. V-Abtastung
erfolgen, d.h. alle Spuren außer der Spur mit der niedrigsten Wertigkeit müssen
mit zwei fotoelektrischen Empfängern, die um 90° phasenverschobene Signale erhalten,
abgetastet werden. Diese Signale werden dadurch erzeugt, dal3 z. B. die feststehende
Glasplatte, die senkrecht zu den Lichtstrahlen steht, an der den lauftkeil mit bildenden
Fläche. eine Stufung in Richtung der Drehachse aufweist. Die Stufenhöhe der beiden
erforderlichen Stufen # mu# je betragen. Das gleiche kann auch erreicht wer-16 den,
wenm die Spur der Drehachse auf der Keilfläche der feststehenden Glasplatte mit
der Drehachse einen solchen Winkel bildet, daß die fotoelektrischen fänger, deren
Verbindungsgerade parallel zur Drehachse verlaufen mu#, um 90° phasenverschobene
Signale erhalten.
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Verwendet man an Stelle eines Keiles zwei oder mehrere Keile, die
so hintereinandergeschaltet sind, daß die bewegung des nachfolgenden Keiles von
einer beliebigen Stelle des vorhergehenden Keiles eingeleitet wird, drinn
werden
die Forderungen bei der Absolutcodierung an die Schaltungssicherheit der fotoelektrischen
Abtastvorrichtlng erheblich herabgesetzt. Dazu ist erforderlich, daß man alle Spuren,
die zwischen der Drehwachse des vorhergehenden Keiles und dem Abgriffpunkt zur Bewegung
des nachfolgenden Keiles liegen, im nachfolgenden Keil abtastet. DadurCh werden
eine Verbreitung der Interferenzstreifen und größere Wanderwege der Interferenzstreifen
(bezogen auf eine bestimmte Änderung der Meßgröße) erzielt, was die fotoelektrische
Abtastung wesentlich erleichert.
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Der Keil, der aus zwei planparallelen Glasplatten gebildet wird, bietet
außerdem noch die Möglichkeit zur Inkrementalcodierung, da die Ordnungszahl an Jeder
beliebigen Stelle des Keiles in fester Beziehung zum Weg bzw. Winkel steht. Die
Zäjilung kann z. B. so erfolgen, daß mit Hilfe der beschriebenen Stufung an einer
beliebigen Stelle des Keiles zwei um 90° phasenverschobene Signale, die einem Vor-Rückwärtszähler
zugeführt werden, erzeugt werden oder so, daß die im Keil entstehenden Interferenzstreifen,
die sich zwischen der Drehachse und einer beliebigen Stelle im Keil ausbilden, der
Reihe nach mit Hilfe einer Ablenkvorrichtung auf einen totoelektrischen empfänger
mit nachgeschaltetem Geradeauszähler abgebildet werden. Die Ablenkvorrichtung kann
z.B. eine Schwinglinse oder ein rotierender Spiegel oder Planplatte sein.
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Die Erfindung soll nachstehend an in den Zeichnungen dargestellten
Ausfiiirungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen
zeigen: Fig. 1: Vorrichtung zur erzeugung sich periodisch anderen der Intensitätsverteilungen
zur Verschlüsselung im Graycode und zur Inkrementalcodierung.
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Fig. 2: Keilpaar mit abgestufter Platte zur Erzeugung sich periodisch
andernder Intensitatsverteijungen zur Verschlüsselung im Dualcode und zur Inicrementalcodierung.
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Fig. 3: Keilpaar, das gegenüber der Drehachse des Systems ein geneigtes
Interterenzstreifensystem erzeugt und zur Dualcodierung und Iiiirementalcodierung
geeignet ist.
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Fig. 4: Hintereinandergeschaltete Keile.
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Dic Glasplatten 5 und 6 werden nach Fig. 1 mit Hilfe des Kondensators
2 und einer monochromatischen Lichtquelle 1 mit parallelem, monochromatischen Licht
durchstrahlt.
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Die zwischen den beiden Glasplatten en-tstehende Interferenzerscheinung
wird vom optischen System 3 auf die fotoelektrischen Empfänger 4, z. B. Fotowiderstande,
an denen das absolutcodierte Signal hervorgerufen wird, abgebildet. Um ein absolutcodiertes
Signal zu erhalten, werden die Empfänger entsprechend Patent Nr. DWP 60 153 angeordnet.
Außerdem muß das optische System 3 fixiert werden.
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Die Verschlüsselung erfolgt im Graycode, da im Ursprung (in der Ansprengfläche)
ein Maximum an Intensität vorliegt.
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Die beweglich. Glasplatte 5 weist einen Absatz auf, mit dem eie an
die feststehende Glasplatte 6 angesprengt wird. Die verbindungsstelle wird außerdem
kraftschlüssig gesichert. Die Änderung der Meßgröße Weg ruft eine Winkeländerung
der Glasplatte 5 hervor, wobei ihr Absatz als Drehgelenk benutzt wird. binde Inkrementalcodierung
erhält man mit dieser Vorrichtung, wenn die im Keil entstehenden Interferenzstreifen
der Reihe nach z. B. mit Hilfe einer optischen Ablenkvorrichtung (Schwinglinse)
auf einen der gezeich
neten iinipfänger mit nachgeschaltetem Verstärker,
Trigger und Geradeaussähler abgebildet werden. In Fig. 1 ist dargestellt, wie das
optische System 3 schwingen muß, so da# an einem der Empfänger die Interferenzstreifen
im Keil ausgewählt werden können.
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Nach Fig. 2 wird die Anderung der Me#grö#e Weg in eine Winkeländerung
der Glasplatte 5, die aul Schneiden 9 um die Achse LL drehbar ist, umgeformt. Die
feststehende Glasplatte 6 besitzt auf der zum Luftkeil zeigenden # Flache zwei Stufen
mit je einer Stufenhöhe von 16 Durch die stufung erhält man 3 Interferenzstreifensysteme,
von denen je 2 benachbarte um Ç Breite eines hellen oder dunklen Interferenzstreifens
phasenverschoben sind. Die fotoelektrischen Empfänger 4 werden nun in cer dargestellten
Weise angeordnet. Die Verbindungsgerade zweier zu einer Spur gehöriger empfänger
muß parallel zum Bild der Drehachse A'A' verlaufen. In Fig. 2 ist die Lage der Interferenzstreifensysteme
dargestellt, die dem überhang von dem Codewort, das die Dezimalzahl 3 verschlüsselt,
zu dem, das die Dezimalzahl 4 verschlüsselt, entspricht.
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Bringt man an den gestrichelt gezeichneten Stellen fotoelektrische
Empfänger an, dann erhält man hier um 900 phasenverschobene Signale, die über einen
Zählrichtungsdiskriminator einem Vor Rückwärtszähler zugeführt werden können. Somit
erhält man auch eine Inkrementalcodierung.
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Nach Fig. 3 schließen die Drehachse der Glasplatte 5 und die Spur
der Drehachse AA auf der dem Luftkeil zugekehrten Fläche der feststehenden Glasplatte
6 einen solchen Winkel miteinander ein, daß die fotoelektrischen Empfänger 4, deren
Verbindungsgerade parallel zur Achse A'A' verlaufen muß, um 90° phasenverschobene
Signale erhalten. Diese Vorrichtung erspart das Anbringen einer
Stufung
- bringt aber zusätzliche Justierprobleme mit sich. In Fig. 3 ist wieder die Lage
der Interferenzstreifensysteme dargestellt, die dem Ubergang von dem Codewort, das
die Dezimalzahl 3 verschlüsselt, zu dem, das die DezimalzZll 4 verschlüsselt, entspricht.
Die gestrichelt gezeichneten stellen dienen entsprechend iig. 2 der Inkrementalcodierung.
zeigt 4 zeigt zwei hintereinandergeschaltete Keile. Die Glasplatten 6 und 8 stehen
fest, während die bewegliche Glasplatte5 um die Drehachse s~ und die Glasplatte
7 um A1A1 drehbar ist. Die Meßgröße Weg verändert den Keilwinkel zwischen den Glasplatten
5 und 6. An der Stelle P wird die Bewegung in der dargestellten Art und Weise auf
die Glasplatte 7 übertragen. Die fotoelektrische Abtastung der Spuren, die zwischen
der Stelle P und der Drehachse ~~ liegen, erfolgt im zweiten Keil. In der Zeichnung
wird der im ersten Kcil gestrichelt gezeichnete Empfänger verlagert. Durch die damit
verbundene Verbreiterung der Interferenzstreiien und die grö#eren Wanderwege (bezogen
auf eine bestimmte Änderung der Me#grö#e) dieser werden die Anforderungen bei absolutcodierung
an die fotoelektrische Abtastung bezäglich der Konstanz des Triggerschaltpunktes
wesentlich herabgesetzt. In Fig. 4 ist die Lage der Interferenzstreifensysteme dargestellt,
die dem Übergang von dem Codewort, das die Dezimalzall 7 verschlüsselt, zu de.,
das die Dezimalzahl 8 verscillüsselt, entspricht (Graycode).