DE1930976B2

DE1930976B2 - Anordnung zum erzeugen einer signalkurve zur laengen oder winkelmessung

Info

Publication number: DE1930976B2
Application number: DE19691930976
Authority: DE
Inventors: Ernst Dipl Phys 8224 Chieming Schwefel
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1969-06-19
Publication date: 1972-01-05
Also published as: CH511422A; DE1930976A1; FR2052729A5; GB1319531A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen einer langgestreckten, sich in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg stetig ändernden Signalkurve zur Längen- oder Winkelmessung mit einer Strichlciliing, deren quer zur Teilungsrichlung verlaufenden Begrenzungskanten zueinander parallel sind und einem photoelektrischen Wandler mit zugeordnetem Abtastspali. dessen quer zur Tcilungsrichtung verlaufenden Begrcnzungskanlen zu denen der Teilungstrichc parallel sind.

Eine bekannte Anordnung dieser Art enthält einen beleuchteten Spalt, der mitlels eines gleich großen Abtastspaltes der nachgcschaltelcn Abtastvorrichtung abgestatet wird. Nachteilig bei diesen Anordnungen mit einem rcchtcckförmigcn Einzelspalt ist. daß zum Erzeugen einer langgestreckten Signalkurve eine große Baulänge erforderlich wird. Bei diesen Anordnungen ist der in der Abtastvorrichtung vorgesehene lichtelektrische Wandler so groß wie der davor liegende Abtastspalt, was bei diesen großen Abtastpalten besonders störend ist und wegen der beschränkten Größe lichtelektrischer Wandler eine obere Grenze auch für die Länge des ansteigenden oder abfallenden Teiles der Signalkurve setzt.

Es ist z. B. aus der deutschen Auslegesehrifi 1146 266 bekannt, einen oder mehrere dreieckförmiue Spalte in einem nichltransparemen Triigerkörper vorzusehen. Der oder die dreieckf/innigen Spalte werden mittels Ahuistspalte abgetastet, deren Ausdehnung in der Verschielr:richtung nur ein Bruchteil der Ausdehnung der dreieckförmigen Spalte ist.

Mit Anordnungen dieser Art können beliebige

ίο !angesteckte Signalkurven erzeugt werden. Jedoch isi. die Herstellung solcher dreieckförmiger Spalte mit der entsprechenden Genauigkeit schwierig und aufwendig. Dies trifft insbesondere dann zu. »venn bei Kreisteilungen der Dreieckspalt in e ;ien krummlinig

begrenzten Spalt ausartet, was auch bei geraden Teilungen zutrifft, wenn ein nichtlinearer Funktionsverfauf cewünscht wird. Ferner muß auch bei geradlinigen Teilungsausführungen die Breite des AbtestspaUes quer zur Verschieberichtung größer als die

größte wirksame Breite des abzutastenden Dreieckspaltes sein, wenn .nan nicht in Kauf nehmen will, daß seilliche Führungsfehler das Meßergebnis beeinträchtigen. Im Hinblick auf das insbesondere hei mehrspurigen Teilungen bestehende Bestreben zur

Verringerung der notwendigen Gesamtbreite der Anordnung ist aber eine geringe Breite jeder einzelnen Spur erwünscht, was weiter zur Folge hat, daß die schräge Flanke des dreieckförmigen Spaltes sehr flach verläuft und damit noch schwieriger mit der notwendigen relativen Genauigkeit herstellbar ist.

Ferner ist es aus der britischen Patentschrift 1 009 699 bekannt, mil Hilfe der Moire-Technik eine dem menschlichen Auge langgestreckt erscheinende Signalkurve zu erzeugen. Bei Verschiebung der dort gezeigten Teilung um einen Tcilstrichabstand ergibt sich bereits ein vollständiger Wechsel einer bestimmten Teilungsstelle von Hell nach Dunkel und wieder zurück, weshalb die Signalkurve in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg nicht langgestreckt ist.

Die Erfindung will diesen Nachteilen begegnen und eine Anordnung der eingangs genannten Art schaffen, deren Teilung verhältnismäßig leicht sowie mit großer Genauigkeit mit den üblichen Teilmaschinen hergestellt werden kann und die darüber hinaus bei günstiger Baulänge die Erzeugung verhältnismäßig langgestreckter Signalkurven ermöglichen soll, ohne daß die Signalkurve von Führungsfchlcrn der Abtastvorrichtung beeinflußt werden kann. Die Abtastung soll auch dann in einfacher und betriebssicherer Weise möglich sein, wenn mehrere Teilungsspuren in unmittelbarer Nachbarschaft dicht nchcncinandci angc'irdnel sind.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch. daß die Strichteilung des Gitters einen konstanten Strichabstand. jedoch ein zu- bzw. abnehmendes Strich-Lückcnverhältnis aufweist und daß der dem zur Abtastung dienenden photoelektrischen Wandler zugeordnete Abtastspalt inGitterteilungsrichtungeine Breite aufweist, die dem Strichabstand der Teilung oder einem ganzzahligcn Vielfachen davon entspricht und daß als Strichabstand der Teilung der gegenseitige Abstand der Strichmitten vorgesehen ist. Weitere Möglichkeiten der Ausführung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g. I eine nach der Erfindung gestaltete Teilung zum Erzeugen langgestreckter Signalkurven,

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Vi₁₁. 4 die erfindimusüemäße Teilunc einschließ- 5 ein uanzer Signalhöhenbereich (von (kxL·'^^

lieh der AhtastvorrichlJ-ni. ~ Treppenstufe in Fi g. 3) zugeordne ^nnern ^d ς

In der Zeichnung ist ein Ausschnitt aus einer *r- die Auswerteschaltung einen best η rnt.n 1 «

l-inJunuscemiißen Gilterteiluno 1 mit zu- und ab- wen anzeigen darf. Dieser \ ortetl wird auch undlh

nehmendem Strich-ZLÜckenverhällnis dargestellt. Bei sonders dann wirksam, wenn von c ner_ e nz.gerι ipm

,ler erfindunnseemäßen Teiluna 1 können periodisch io mehrere phasenversetzte Signale ab gele ta una ν η

,ich wiederholende Musler X von Gitterteikmecn mil diesen in bekannter Weise Linearkomt mat.oncn .-

..lcichcm Strichabsiand. jedoch mit variablem bildet werden. Selbstverständlich iste,auch mogliü ,

Strich- Lückenverhältnisvorgesehensein.Img^igten statt der in der Zeichnung dargestellten_Ausführung-

Atisführunesbeispiel. bei dem an der Teilung I unter- form mit linearem Anstieg der ^TrePP^e"^k"^^{e L n}' "

.,chiedlich ~ breite Strichmarkierungen vorgesehen 15 einer nichtlinearen z.B. .nusquaarauorm_lfc

• lpd, beträgt der Strichabstand, berechnet als gegen- steigenden Charakteristik vorzusenen.

..; itiuer Abstand der Strichmitten, gleichbleibend Die erfindungsgemäße Anordnung kann rtb-

,uva 5 mm sonderem Vorteil bet digitalen Langen- oder Winkel

* Die Teilune 1 wird mittels einer Abtastplatte2 ab- meßgeräten mit absoluter Auskodierung bentitzt^werctastet. in der ein Spalt 3 (F i e. 2) vorgesehen ist. 20 den, bei denen sich gegenüber den Inkremental-

Die Breite des Abtastspaltes 3 in seiner Verschiebe- verfahren der den kodierten Verfahren «gene Vorteil

richtung ist genau gleich dem Strichabstand. der absoluten Zuordnung von Maßstabposition und

Die Abtastvorrichtung (F i g. 4) enthält auch eine Anzeige ergibt.

lampe4 und einen Kondensator5 zum Beleuchten Bei solchen Meßsystemen mit absoluter Aus-

■ines Ausschnittes der Teilung 1. Die die Teilung I 25 kodierung sind mehrere, quer zur \erschiebencntung

und den Abtastspalt 3 durchsetzenden Lichtbündel nebeneinanderliegende Teilungsspuren vorgesehen,

werden mittels einei Abbildungsoptik 6 auf einen deren Gitterkonstanten in einem bestimmten Vertidit-

lichtelektrischen Aufnehmer 7 konzentriert, über des- nis zueinander stehen. In jeder dieser leilungsspuren

^n Auscane 9 elektrische Sicnale abcecebcn werden. werden in bekannter Weise mittels zweier adwsi-

lic mrtäneen- oder Winkclmessunu herancezocen 30 spalte zwei zueinander phasenyersetzte aignaie cl

■'erden können. " " " zeugt. Durch Bildung von Lmearkombinat.onen

Bei Relalivbeweguneen von Teilung 1 und Ablast- zweier phasenverschobener, von einer einzigen

vorrich'ung ergibt sich eine langgestreckte, in Ab- Teilungsspur abgeleiteter Signale (z R in bekannter

häneiekcit vom zurückgelegten Weg stetig sich Weise mittels W.derstandsKetten) kann die mittels

ändernde Signalkurve SK, wie sie in Fig.4 stark 35 einer einzigen ^Tellu"S^ssP^Ur^

ν -rHoinert aneedeutet ist steigert werden, z. B. bei dekadischer Mutung aer

d!c F ig. 3 zeit maßstäblich die an der er- Gitferkonstanten der Teilungsspuren jewels um den

findunszsccmaßcn Teilung 1 erzeugte Signalkurve SK Faktor Zehn.

mil S^:gnalstuien, die in Abhängigkeil vom Ort der Dies erlaubt, das erwähnte Verhältnis der Oilter-

Mitte des Abtastspaltcs 3 aufeetraeen ist. Man er- 4° konstanten aufeinanderfolgender Teilungsspuren kennt hieraus einen durch die ErHndunc erzielten größer zu halten, als bei üblichen kodierten MaIV wcs^nllichcn Vorteil. Der Anstieg und dcr^Abfall der stäben. Die gröbsten Teilungsspuren bei solchen Si'Mialkurvc vollzieht sich jc-veils innerhalb eines Meßsystemen mit absoluter Auskodicrung können kiuzen Weeabschnittes. während das Signal in den entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Teilung I mit dazwUchenficcendcn Abschnitten einen konstanten 45 variablem StricWLiickenvcrhaltnis ausgebildet se η Wert beibehält. Die Orte des raschen Signalanstieges Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die

sind durch die Geometrie der Strich- und Spalt- gezeigte photoelektrische Abtastung beschrankt, •!bmessun'-en fe (gelegt und ändern sich nicht im sondern sie ist sinngemäß auch bei kapazitiven, in-CitM-ensalz" zu möglichen Veränderungen elektrischer duktivcn Abiastsystemen od. dgl. anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnunge.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erzeugen einer langgestreckten, sich in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg stetig ändernden Signalkurve zur Längen- oder Winkelmessung mit einer Siriehteilung. deren quer zur Teillingsrichtung verlaufenden Begrenzt! ngskanlen zueinander parallel sind und einem phoioclektrisehen Wandler mit zugeordnetem Abtastspali, dessen quer zur Teilungsrichtung verlaufenden Begrenzungskanten zu denen der Teilungsstriche parallel sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichteilung des Gitters einen konstanten Strichabs'and, jedoch ein zu- bzw. abnehmendes Strich-Lückenverhältnis aufweist und daß der dem zur Abtastung dienenden photoelektrischen Wandler zugeordnete Abtastspalt in Gitierteilungsrichtung eine Breite aufweist, die dem Strichabsland der Teilung oder einem ganizahligen Vielfachen davon entspricht und daß als Strichabstand der !"eilung der gegenseitige Abstand der Strichmitten vorgesehen ist

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Stricht* ./stand der Teiluni; der gegenseitige Abstanü der Lückenmitten vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß als Strichabstand der Teilung der gegenseitige Abstand der linken oder der fechten Strichbegrenzungskanten oder ein zwischen diesen Werten liegender, bestimmter Wert vorgesehen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß deren Verwendung bei mehrspurigen codierten Längenoder WinkelmeßcinriehUingen. deren Spuren hoher als binär zueinander gestuft sind, vorgesehen 'St.