DE19962309A1 - Meßkopf zur Messung einer Bewegung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf (1) zur Messung einer Bewegung (2, 3, 3') mit einer Lichtquelle (4) zur Beleuchtung eines an die zu messende Bewegung (2, 3, 3') gekoppelten Meßmarkierungen (5) tragenden Meßelements (6) und einer Optik (7), die einen durch die Meßmarkierung (5) beeinflußten Strahlengang (8') mittels eines Lichtleiters (16) einer Auswerteeinrichtung (9) zuführt, welche die Bewegung (2, 3, 3') ermittelt. DOLLAR A Ein solcher Meßkopf soll derart weitergebildet werden, daß schnelle Bewegungsabläufe mit geringem technischen Aufwand erfaßt werden können. Dies wird dadurch erreicht, daß im Strahlengang (8, 8') zusätzlich feststehende Markierungen (10) angeordnet sind, wobei die beiden Meßmarkierungen (5, 10) eine derartige Rasterung (11, 11') aufweisen, daß der Strahlengang (8') in festgelegten Bewegungsschritten (12) in seiner Intensität verändert wird, und daß die Auswerteeinrichtung (9) derart ausgebildet ist, daß sie die Bewegung (2, 3, 3') anhand der durch die Intensitätsveränderungen dargestellten Bewegungsschritte (12) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßkopf zur Messung einer Bewegung mit einer Licht­ quelle zur Beleuchtung eines an die zu messende Bewegung gekoppelten, Meßmarkie­ rungen tragenden Meßelements und einer Optik, die einen durch die Meßmarkierungen beeinflußten Strahlengang mittels eines Lichtleiters einer Auswerteeinrichtung zuführt, welche die Bewegung ermittelt.

Ein Meßkopf dieser Art ist aus der DE 196 26 490 A1 bekannt. Bei diesem Meßkopf werden Lichtstrahlen durch einen Strichcode auf einer drehbaren Scheibe gelenkt und der dadurch jeweils abgebildete Teil des Strichcodes mittels eines Sensorarrays erfaßt und zur Ermittlung des Drehwinkels der Scheibe ausgewertet. Zur genauen Ermittlung des Drehwinkels besteht der Strichcode aus mehreren Bahnen, da das Sensorarray das Codebild erfaßt und dieses Bild zur Ermittlung des Drehwinkels ausgewertet wird. Eine derartige technische Lösung führt bei schnellen Bewegungen zu einer hochfrequenten Signalfolge, deren Auswertung mit einem hohen Kosten- und Zeitaufwand verbunden ist und bei sehr schnellen Bewegungen an technische Grenzen stößt. Ein weiterer Nachteil besteht in der Größe des Meßkopfes, die durch den Strichcode sowie die erfor­ derliche Übertragung des Codebildes mit mehreren gleichzeitig zu übermittelnden Informationen bestimmt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Meßkopf der eingangs genann­ ten Art derart weiterzubilden, daß schnelle Bewegungsabläufe mit geringem tech­ nischen Aufwand erfaßt werden können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß im Strahlengang zusätzlich feststehende Meßmarkierungen angeordnet sind, wobei die beiden Meßmarkierungen eine derartige Rasterung aufweisen, daß der Strahlengang in festgelegten Bewegungs­ schritten in seiner Intensität verändert wird, und daß die Auswerteeinrichtung derart ausgebildet ist, daß sie die Bewegung anhand der durch die Intensitätsveränderung dargestellten Bewegungsschritte ermittelt.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht in einer inkrementalen Positionsbestimmung mit rein optischem Sensorkopf, bei der durch eine feststehende und eine bewegliche Markierung eine hell-dunkel-Folge erzeugt und durch eine Auswerteeinrichtung ausge­ wertet wird. Dabei ermittelt die Auswerteeinrichtung mittels der durch die hell-dunkel- Folge erzeugten Impulse die Bewegung in definierten Schritten. Die Lichtimpulse werden dazu in bekannter Weise in elektrische Signale umgewandelt. Die Schritte entsprechen dabei der Größe der Markierungen, wobei diese sehr klein ausgebildet sein können und daher eine hohe Genauigkeit erzielbar ist. Da nur die Information hell oder dunkel weitergeleitet, erfaßt und ausgewertet werden muß, ist der technische Aufwand gering und eine schnelle Auswertung möglich. Der Meßkopf kann relativ klein ausge­ staltet werden und die Signalübertragung ist sehr einfach, da nur ein einziges Signal übertragen werden muß. Dadurch lassen sich die Lichtsignale durch einfache Lichtleiter mit kleinem Durchmesser, an die geringe Anforderungen gestellt sind, über größere Distanzen einer Auswerteeinrichtung zuführen. Dies ermöglicht auch eine große Entfernung elektronischer Bauteile des Meßkopfs vom Meßort. Daher eignet sich der erfindungsgemäße Meßkopf besonders für Umgebungen mit Störeinflüssen für elektro­ nische Bauteile wie Hochfrequenzstrahlenbelastung, elektrische oder magnetische Felder. Auch der Meßkopf benötigt am Meßort keine elektrische Energie und verursacht daher selbst ebenfalls keine Störungen hochsensibler Bereiche durch elektrische oder magnetische Felder sowie Wechselfelder dieser Art. Durch die einfache Ausgestaltung der Markierungen und den Verzicht auf Elektronik in der Nähe des Meßortes läßt sich die Baugröße des Sensorkopfs oftmals auf Dimensionen des Lichtleiters selbst reduzieren.

Der Meßkopf läßt sich je nach Einsatzort und -zweck auf verschiedenste Weise ausge­ stalten, er kann als Reflexions- oder Transmissionsmeßkopf ausgebildet und mit allen Arten von Lichtleitern ausgestattet sein. Ein Teil der möglichen Ausgestaltungsformen wird nachfolgend näher erläutert.

Die Markierungen lassen sich auf unterschiedliche Weise ausbilden, wesentlich ist lediglich, daß Impulse erzeugt werden, die vorher definierte Schritte der Bewegung angeben. Die Schritte können unterschiedlich sein, für eine einfache Auswertung ist es jedoch von Vorteil, wenn die Markierungen als mehrere identisch geformte, sich bezüglich der Strahlen unterschiedlich verhaltende Flächen ausgebildet sind, die sich jeweils in Bewegungsrichtung entsprechend der Bewegungsschritte abwechseln. Auf diese Weise lassen sich regelmäßige Lichtimpulse erzeugen, die in elektrische Impulse umgewandelt und gezählt werden, wobei aus der Zahl der zurückgelegten Schritte die Position durch die Auswerteeinrichtung bestimmt wird.

Der Meßkopf weist eine Optik auf, welche die Lichtimpulse zu einer Auswerteeinrich­ tung führt. Zu diesem Zweck wird die Anordnung eines Lichtleiters vorgeschlagen. Auch zwischen der Lichtquelle und dem Meßelement wird zweckmäßigerweise ein Lichtleiter angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, daß ein gemeinsamer Lichtleiter vorgesehen ist und die durch die Markierungen beeinflußten Strahlen durch einen Strahlteiler der Auswerteeinrichtung zugeführt werden. Zur Teilung der Strahlen kann vorgesehen sein, daß polarisiertes Licht mit einer Änderung der Polarisationsebene im Bereich des Meßelements verwendet wird. Auch andere optische Elemente können in der Optik angeordnet sein.

Für die Messung einer Rotationsbewegung kann die bewegliche Meßmarkierung kreis­ ringförmig und die feststehende Meßmarkierung mindestens kreisringsektorförmig ausgebildet sein, wobei die Bewegungsschritte Drehwinkelschritte sind.

Eine weitere Ausgestaltungsform sieht vor, daß zur Erfassung einer linearen Bewe­ gungsrichtung die bewegliche Meßmarkierung eine gerade, sich mindestens in der Länge des Bewegungsbereichs erstreckende Form und die feststehende Meßmarkierung mindestens einen Teilbereich der Form aufweist. Weiterhin kann vorgesehen sein, daß zur Erfassung zweier senkrecht zueinander stehender Bewegungsrichtungen senkrecht zueinander ausgerichtete Formen beweglicher Markierungen und feststehender Markie­ rungen angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich sämtliche Bewegungen in einer Fläche ermitteln. Auch eine Rotationsbewegung ließe sich auf diese Weise darstellen, wobei es für schnelle Rotationsbewegungen zweckmäßig ist, zur Erfassung derselben und mindestens einer geradlinigen Bewegung beide Anordnungen vorzusehen, wobei die mindestens eine Anordnung zur Erfassung der translatorischen Bewegung bezüglich der Rotationsbewegung und die Anordnung zur Erfassung der Rotationsbewegung bezüglich von der translatorischen Bewegung entkoppelt ist.

Je nach Einsatzbereich des Meßkopfes kann vorgesehen sein, daß der Strahlengang im Bereich des Meßelements transmittierend ausgebildet ist oder der Meßkopf kann als Reflexionsmeßkopf ausgebildet sein. Im letzteren Fall kann vorgesehen sein, daß an einer Seite des Meßelements ein Reflektor angeordnet ist und die Flächen lichtabsor­ bierend und lichtdurchlässig ausgebildet sind. Es ist jedoch auch möglich, daß die Flächen reflektierend und die anderen Flächen nicht reflektierend ausgebildet sind. Derartige Flächen sind dann feststehend und beweglich angeordnet, so daß einmal alles Licht reflektiert wird und dann nur die Hälfte des Lichts, wenn die reflektierenden Flächen gerade übereinanderliegen. In diesem Fall ist kein Reflektor erforderlich. Selbstverständlich sind auch andere Kombinationen möglich, wie beispielsweise eine Meßmarkierung mit lichtabsorbierenden und lichtdurchlässigen Flächen und die andere Meßmarkierung mit reflektierenden und nichtreflektierenden Flächen. Dann wird Licht zurückgestrahlt, wenn die reflektierenden Flächen mit den nichtabsorbierenden zusam­ menwirken und es wird kein Licht zurückgestellt, wenn die reflektierenden Flächen mit den lichtabsorbierenden zusammenwirken.

Um möglichst deutliche Lichtimpulse zu erzeugen, kann der Meßkopf mit einer ent­ sprechenden Optik ausgestattet sein. Beispielsweise ist es möglich, daß er mindestens eine Linse enthält. Es kann auch vorgesehen sein, daß der Strahlengang durch min­ destens ein Prisma oder mindestens einen Spiegel umgelenkt wird.

Als Lichtleiter können alle Arten von Lichtübertragung vorgesehen sein. Es kann sich beispielsweise um Glasstäbe oder sonstige Lichtleiter handeln. Zweckmäßigerweise werden die Lichtleiter jedoch als Lichtleitfaser ausgebildet, da auf diese Weise der Sensorkopf mit einer Auswerteeinrichtung verbunden werden kann, die sich an einer anderen Stelle der Meßvorrichtung oder der Maschine befindet und eine beliebige Verlegung möglich ist.

Selbstverständlich kann der Meßkopf jedoch auch derart ausgebildet sein, daß durch Anordnung und Erfassung mindestens einer weiteren Meßmarkierung weitere Infor­ mationen, wie die Bewegungsrichtung oder eine unmittelbare Positionsangabe gewinn­ bar sind. Dies läßt sich beispielsweise durch Meßmarkierungen erreichen, die gegensei­ tig versetzt sind und auf diese Weise die Bewegungsrichtung angeben. Da die Schritte gezählt werden, ist zwar eine unmittelbare Positionsangabe für jede Position, wie dies im Stand der Technik vorgesehen ist, nicht erforderlich, es kann jedoch zweckmäßig sein, zumindest an einer Stelle eine unmittelbare Positionsangabe für eine Justierung vorzusehen. Zu diesem Zweck könnte beispielsweise ein einzelner zusätzlicher Impuls an einer sich drehenden Scheibe vorgesehen sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, die einige Ausfüh­ rungsbeispiele enthält. Es zeigen

Fig. 1 eine einfache Ausführungsform zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips,

Fig. 2 einen Meßkopf zur Erfassung eines Drehwinkels mit einem einzigen Lichtwellenleiter,

Fig. 2a eine Einzelheit der Fig. 2,

Fig. 3a eine Ausgestaltung einer Meßmarkierung,

Fig. 3b die Darstellung einer erzeugten Signalfolge,

Fig. 4 das Funktionsprinzip eines Meßkopfs zur Erfassung einer translatorischen Bewegung,

Fig. 5 einen Meßkopf, der als Transmissionsmeßkopf ausgebildet ist,

Fig. 6 einen Meßkopf mit Linse und Prisma und

Fig. 7a u. 7b Meßelemente mit reflektierenden und nicht reflektierenden Flächen.

Fig. 1 zeigt eine einfache Ausführungsform eines Meßkopfes 1 zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Prinzips. Dieser Meßkopf 1 ist als Reflexionsmeßkopf 24 ausgebil­ det. Er enthält eine Lichtquelle 4, deren Lichtstrahlen 8 durch einen Lichtleiter 15 zum Sensorkopf 1' geführt werden. Dort werden die Lichtstrahlen 8 auf ein Meßelement 6 gerichtet, das an die zu messende Bewegung 2 gekoppelt ist. Das Meßelement 6 enthält Meßmarkierungen 5 sowie einen Reflektor 25. Da die Meßmarkierungen 5 derart ausgebildet sind, daß die Strahlen 8 unterschiedlich in ihrer Intensität beeinflußt werden, fällt auf den Eingang eines Lichtleiters 16 eine Art Streifenmuster. Die Ausbil­ dung der Meßmarkierungen 5, 10 ist aus den anderen Figuren entnehmbar. An diesem Eingang des Lichtleiters 16 befinden sich feststehende Meßmarkierungen 10. Die Meßmarkierungen 5 und 10 müssen bezüglich des Strahlengangs 8, 8' aufeinander abgestimmt sein. Liegen sie direkt beisammen, so ist es zweckmäßig, wenn sie dieselbe Struktur aufweisen. Auf diese Weise wird durch das feststehende Muster der Meßmar­ kierungen 10 und das bewegliche Muster der Meßmarkierungen 5 das Licht impulsartig durchgelassen oder nicht durchgelassen. Sind beispielsweise die Meßmarkierungen 5 und 10 aus Flächen 13 und 14 gebildet, die einmal lichtdurchlässig und einmal lichtab­ sorbierend sind, so wird mit jedem Bewegungsschritt 12 das Licht einmal im wesent­ lichen völlig absorbiert und einmal nur teilweise. Dies hängt davon ab, ob sich die lichtdurchlässigen Markierungen 13" und 14" überdecken und daher ca. 50% des Lichts hindurchtritt. Durch die Meßmarkierungen 5 und 10 beeinflußten Strahlen 8' werden durch den Lichtleiter 16 einer Auswerteeinrichtung 9 zugeführt. Dort werden die Lichtimpulse in elektrische Impulse gewandelt, beispielsweise über eine Photo­ diode. Die elektrischen Impulse werden durch die Auswerteeinrichtung 9 gezählt. Dadurch ist es möglich, von einem Ausgangspunkt ausgehend, die Bewegungsschritte 12 und damit den jeweiligen Standort des Meßelements 6 zu bestimmen. Bei den nachfolgenden Ausführungsbeispielen sind Elemente gleicher Funktion mit den glei­ chen Bezugszeichen versehen und es wird diesbezüglich auf das eben beschriebene verwiesen.

Fig. 2 zeigt einen Meßkopf 1 zur Erfassung eines Drehwinkels, wobei dieser Meßkopf 1 mit einem einzigen Lichtwellenleiter 17 ausgestattet ist. Eine Lichtquelle 4 sendet hier Lichtstrahlen 8 aus, wobei vorzugsweise polarisiertes Licht verwendet wird. Dieses Licht 8 geht durch den Lichtleiter 17 hindurch und fällt auf die Meßmarkierungen 5 eines Meßelements 6, auf dem diese kreisringförmig 19 angeordnet sind. Bei diesen Meßmarkierungen 5 handelt es sich um gleichmäßig ausgebildete kreisringsektor­ förmige Flächen 13 und 14, wobei beispielsweise jeweils eine Fläche 13' lichtabsorbie­ rend und die angrenzende Fläche 14" lichtdurchlässig ausgebildet ist. Durch die Rotationsbewegung 2 wandert die Rasterung 11 der Meßmarkierungen 5 an einer kreis­ ringsektorförmigen 20 feststehenden Markierung 10 vorbei, und erzeugt dort Lichtim­ pulse, indem der Eingang des Lichtleiters 16 einmal durch lichtabsorbierende Flächen 13' und 14' bedeckt wird und bei einer Weiterbewegung um einen festgelegten Bewe­ gungsschritt 12 die lichtdurchlässigen Flächen 13" und 14" die Hälfte der Gesamt­ fläche lichtdurchlässig gestalten und dadurch das Licht 8' in den Lichtleiter 16 eintritt. Um mit nur einem gemeinsamen Lichtleiter 17 auszukommen, ist vorgesehen, daß der gemeinsame Lichtleiter 17 zu einem Strahlteiler 18 führt, welcher das durch die Markie­ rungen 5 und 10 beeinflußte Licht 8' auf eine Auswerteeinrichtung 9 lenkt. Um die Strahlteilung vornehmen zu können, kann vorgesehen sein, daß sich die Polarisations­ ebene des Lichts durch den Reflektor 25 ändert.

Fig. 2a zeigt eine Einzelheit der Fig. 2, und zwar die kreisringsektorförmige 20 fest­ stehende Markierung 10, von der in Fig. 2 nicht sichtbaren Seite. Es ist zu sehen, daß diese Rasterung 11' mit der Rasterung 11 der kreisringförmigen beweglichen 19 Meß­ markierung 5 identisch ist. Auf diese Weise kann die Erzeugung der Lichtimpulse erfolgen.

Die Fig. 3a zeigt die Ausgestaltung derartiger Meßmarkierungen 5, 10 am Beispiel einer sich in der Länge eines geradlinigen Bewegungsbereichs erstreckenden Form 22 oder 22'. Es ist ersichtlich, daß die Verschiebung einer derartigen Rasterung 11 und 11' zweier Markierungen 5 und 10 dazu führt, daß das Licht durch lichtabsorbierende Flächen 13' und 14' einmal abgeschirmt wird und ein andermal zur Hälfte durchgelas­ sen wird. Letzteres ist der Fall, wenn sich die lichtabsorbierenden Flächen 13' und 14' sowie die lichtdurchlässigen Flächen 13" und 14" übereinander befinden.

Die Fig. 3b zeigt die Darstellung einer Signalfolge, wie sie durch zwei Meßmarkie­ rungen 5 und 10 erzeugt wird, welche der Darstellung der Fig. 3a entsprechen. In fest­ gelegten Bewegungsschritten 12, die den Breiten der sich bezüglich der Strahlen 8 unterschiedlich verhaltenden Flächen 13, 13', 13", 13''', 13"" und 14, 14', 14", 14''', 14"" entsprechen, ändert sich die Intensität 29 des Lichts, die in Fig. 3b als Ordinate dargestellt ist. Die Abszisse zeigt den zeitlichen Verlauf der Bewegung, wobei die Impulse die festgelegten Bewegungsschritte 12 darstellen. In der Auswerteeinrichtung 9 werden diese Lichtimpulse, beispielsweise durch Photodioden in elektrische Impulse gewandelt und entsprechend ausgewertet, um das Meßergebnis in der gewünschten Weise zur Verfügung zu stellen.

Fig. 4 zeigt das Funktionsprinzip eines Meßkopfes 1 zur Erfassung einer translatori­ schen Bewegung 3 und 3'. Optik und Auswertung können beispielsweise dem Aufbau der Fig. 2, 5 oder 6 entsprechen. Zu diesem Zweck werden die Meßmarkierungen 5 und 10 der eben beschriebenen Art als senkrecht zueinander verlaufende Streifen 22 und 22' ausgebildet. Diese beweglichen streifenförmigen Markierungen 22 und 22' wirken mit Teilbereichen 23 und 23' der vorgenannten Streifenmuster zusammen, welche die fest­ stehenden Markierungen 10 sind. Die Teilbereiche 23 und 23' sind kleiner, wobei die Größenverhältnisse und Anordnung der Teilbereiche 23 und 23' im Verhältnis zu den streifenförmigen Markierungen 22 und 22' derart bemessen und ausgestaltet sind, daß Bewegungsbereiche 21 möglich sind. Eingezeichnet ist lediglich der Bewegungsbereich 21 in vertikaler Richtung, entsprechend ist jedoch auch ein Bewegungsbereich 21 in horizontaler Richtung ausgestaltet. Er entspricht der Breite der streifenförmigen Markie­ rung 22' abzüglich des Teilbereichs 23'. Bei dieser Ausführungsform werden sowohl für die Horizontale als auch für die Vertikale jeweils eine Signalfolge erzeugt, die jeweils der in der Fig. 3b dargestellten entsprechen. Auf diese Weise ist es möglich, jede Bewegung zu bestimmen, die sich mit zwei Koordinaten darstellen läßt. Selbst­ verständlich kann die Hälfte dieser Anordnung dafür vorgesehen sein, nur eine Bewe­ gungsrichtung 3 oder 3' zu erfassen.

Fig. 5 zeigt einen Meßkopf 1, der als Transmissionsmeßkopf ausgebildet ist. Die Funk­ tion entspricht dem Prinzip der Darstellung von Fig. 2, wobei jedoch das Licht 8 von einer Lichtquelle 4 mit einem separaten Lichtleiter 15 zum Meßelement 6 geführt wird, durch dieses mit den Meßmarkierungen 5 und durch die Meßmarkierungen 10 hindurchtritt, um dann als durch die Meßmarkierungen 5 und 10 beeinflußte Strahlen 8' in den Lichtleiter 16 einzutreten und der Auswerteeinrichtung 9 zugeführt zu werden. Dabei kann der Sensorkopf 1' sowohl zur Erfassung von Rotationsbewegungen 2 als auch zur Erfassung von translatorischen Bewegungen 3 und/oder 3' ausgebildet sein. Die Lichtleiter 15 und 16 sind als Glasfaserkabel 27 ausgebildet, was auch bei allen anderen Ausführungsformen möglich ist.

Fig. 6 zeigt den Sensorkopf 1' eines Reflexionsmeßkopfes 24, welcher eine Optik 7 mit einer Linse 26 und einem Prisma 28 aufweist. Durch das Prisma 28 erfolgt eine Umlen­ kung des Strahlengangs 8 und 8' und durch die Linse 26 wird für eine bessere Abbil­ dung des durch die Meßmarkierungen 5 und 10 beeinflußten Lichts 8' gesorgt. Das Meßelement 6 ist mit einem Reflektor 25 dargestellt, es ist jedoch auch möglich, die Meßmarkierungen 5 und 10 in reflektierender Weise auszubilden. Die Zuführung der Lichtimpulse zur (nicht dargestellten) Auswerteeinrichtung 9 kann wie in Fig. 2 erfol­ gen. Der Sensorkopf 1', 24 kann zur Erfassung einer Rotationsbewegung 2 und/oder einer translatorischen Bewegung 3 und/oder 3' ausgebildet sein.

Die Fig. 7a und 7b zeigen Meßelemente 6 mit reflektierenden Flächen 13''' oder 14''' und nicht reflektierenden Flächen 13"" oder 14"". Auch das Ende des Lichtleiters 16 läßt sich als feststehende Markierung 5 in dieser Art und Weise ausgestalten, wobei es zweckmäßig ist, sowohl die beweglichen Meßmarkierungen 5 des Meßelements 6 als auch die feststehenden Meßmarkierungen 10 am Ende des Lichtleiters 16 oder 17 auf diese Weise ausgebildet sind. Es wird dadurch in ähnlicher Weise wie bei der Fig. 3b ein impulsförmig getakteter Lichtstrahl 8' erzeugt. Werden derartig ausgestaltete Meß­ markierungen 5 und 10 relativ zueinander bewegt, so wird einmal das Licht 8 durch beide Markierungen 5 und 10 reflektiert oder die lichtreflektierenden 13''' und 14''' und nicht lichtreflektierenden Flächen 13"" und 14"" liegen übereinander und es wird dadurch nur die Hälfte des Lichts 8 als durch die Meßmarkierungen beeinflußte Strahlen 8' auf den entsprechenden Empfänger der Auswerteeinrichtung 9 gerichtet.

Die Darstellungen der Ausführungsformen erfolgte selbstverständlich in mehr oder weniger schematischer Form. Sie stellen auch lediglich eine Auswahl zur Erläuterung dar. Selbstverständlich gibt es noch viele andere Möglichkeiten, Meßmarkierungen 5 und 10 auszubilden und in Relation zueinander zu setzen. Auch Flächen 13 und 14 unterschiedlicher Teilung oder unterschiedlicher Ausdehnung können vorgesehen sein. Bei unterschiedlicher Ausdehnung müssen die nicht gleichmäßigen Bewegungsschritte 12 nur in entsprechender Weise in der Auswerteeinrichtung 9 hinterlegt sein und diese kann sich nicht auf das reine Zählen der festgelegten Bewegungsschritte 12 beschrän­ ken, sondern muß diese entsprechend ihrer Länge zuordnen und aufaddieren. Der Vor­ teil einer solchen Ausgestaltung wäre der, daß die jeweilige Position an der Schrittlänge erkennbar ist. Auch weitere Varianten der Erfindung sind selbstverständlich möglich.

Bezugszeichenliste

1

Meßkopf

1

' Sensorkopf

2

Pfeil: Rotationsbewegung

3

,

3

' Pfeile: translatorische Bewegung

3

erste Bewegungsrichtung

3

' zweite Bewegungsrichtung, senkrecht zur ersten verlaufend

4

Lichtquelle

5

Meßmarkierungen (auf dem Meßelement)

6

Meßelement, an die zu messende Bewegung gekoppelt

7

Optik

8

,

8

' Strahlen bzw. Strahlengang

8

unbeeinflußte Strahlen

8

' durch die Meßmarkierungen beeinflußte Strahlen

9

Auswerteeinrichtung

10

Feststehende Meßmarkierungen

11

,

11

' Rasterungen

12

festgelegte Bewegungsschritte

13, 13

'

, 13

"

, 13

'''

, 13

""

, 14, 14

'

, 14

"

, 14

'''

, 14

""

,

sich bezüglich der Strahlen

8

unterschiedlich verhaltende Flächen

13

' und

14

' lichtabsorbierend

13

" und

14

" lichtdurchlässig

13

''' und

14

''' lichtreflektierend

13

"" und

14

"" nicht lichtreflektierend

15

Lichtleiter (Strahlengang

8

)

16

Lichtleiter (Strahlengang

8

')

17

gemeinsamer Lichtleiter (Strahlengänge

8

und

8

')

18

Strahlteiler

19

kreisringförmige bewegliche Meßmarkierung

5

20

kreisringsektorförmige feststehende Meßmarkierung

10

21

Bewegungsbereich einer geradlinigen Bewegung

22

,

22

' streifenförmige Markierungen - sich im Bereich der geradlinigen Bewegung erstreckende Form

23

,

23

' Teilbereiche der Form

22

,

22

' (

22

und

23

sind senkrecht zu

22

' und

23

' ausgerichtet)

24

Reflexionsmeßkopf

25

Reflektor

26

Linse

27

Glasfaserkabel

28

Prisma

29

Intensität des Lichts

Claims (18)

1. Meßkopf (1) zur Messung einer Bewegung (2, 3, 3') mit einer Lichtquelle (4) zur Beleuchtung eines an die zu messende Bewegung (2, 3, 3') gekoppelten, Meß­ markierungen (5) tragenden Meßelements (6) und einer Optik (7), die einen durch die Meßmarkierungen (5) beeinflußten Strahlengang (8') mittels eines Lichtleiters (16) einer Auswerteeinrichtung (9) zuführt, welche die Bewegung (2, 3, 3') ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß im Strahlengang (8, 8') zusätzlich feststehende Meßmarkierungen (10) angeordnet sind, wobei die beiden Meßmarkierungen (5, 10) eine derartige Rasterung (11, 11') aufweisen, daß der Strahlengang (8') in festgelegten Bewegungsschritten (12) in seiner Intensität (29) verändert wird, und daß die Auswerteeinrichtung (9) derart ausgebildet ist, daß sie die Bewegung (2, 3, 3') anhand der durch die Intensitätsveränderungen dargestellten Bewegungsschritte (12) ermittelt.

2. Meßkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungen (5, 10) als mehrere identisch geformte, sich jedoch bezüglich der Strahlen (8) unterschiedlich verhaltende Flächen (13, 13', 13", 13''', 13"" und 14, 14', 14", 14''', 14"") ausgebildet sind, die sich jeweils in Bewegungsrichtung (2, 3) entsprechend den Bewegungsschritten (12) abwechseln.

3. Meßkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Lichtquelle (4) und dem Meßelement (6) ein Lichtleiter (15) angeordnet ist.

4. Meßkopf nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsamer Lichtleiter (17) vorgesehen ist und die durch die Markierungen (5) beeinflußten Strahlen (8') durch einen Strahlteiler (18) der Auswerteeinrichtung (9) zugeführt wird.

5. Meßkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß polarisiertes Licht (8) mit einer Änderung der Polarisationsebene im Bereich des Meßelements (6) verwendet wird.

6. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Meßmarkierung (5) für die Messung einer Rotationsbewegung (2) kreisförmig (19) und die feststehende Meßmarkierung (10) mindestens kreisringsektorförmig (20) ausgebildet ist, wobei die Bewegungsschritte (12) Drehwinkelschritte sind.

7. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung einer linearen Bewegungsrichtung (3 oder 3') die bewegliche Meßmarkierung (5) eine gerade, sich mindestens in der Länge des Bewegungs­ bereichs (21) erstreckende Form (22 oder 22') und die feststehende Meßmarkie­ rung (10) mindestens einen Teilbereich (23 oder 23') der Form (22 oder 22') aufweist.

8. Meßkopf nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung zweier senkrecht zueinander stehender Bewegungsrichtungen (3 und 3') senkrecht zueinander ausgerichtete Formen (22 und 22') beweglicher Markierungen (5) und Teilbereiche (23 und 23') der Formen (22 und 22') als feststehender Markierungen (10) angeordnet sind.

9. Meßkopf nach Anspruch 6 und 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung einer Rotationsbewegung (2) und mindestens einer gerad­ linigen Bewegung (3 und/oder 3') beide Anordnungen (19, 20 und 22, 23 oder 19, 20 und 22, 22', 23, 23') vorgesehen sind, wobei die mindestens eine Anordnung (22, 22', 23, 23') zur Erfassung der translatorischen Bewegung (3, 3') bezüglich der Rotationsbewegung (2) und die Anordnung (19, 20) zur Erfassung der Rotationsbewegung (2) bezüglich der translatorischen Bewegung (3, 3') entkoppelt ist.

10. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang (8, 8') im Bereich des Meßelements (6) transmittierend ausgebildet ist.

11. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß er als Reflexionsmeßkopf (24) ausgebildet ist.

12. Meßkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Seite des Meßelements (6) ein Reflektor (25) angeordnet ist und die Flächen (13 und 14) lichtabsorbierend (13' oder 14') und lichtdurchlässig (14" oder 13") ausgebildet sind.

13. Meßkopf nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächen (13''' oder 14''') reflektierend und die anderen Flächen nicht reflektierend (14"" oder 13"") ausgebildet sind.

14. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Optik (7) mindestens eine Linse (26) enthält.

15. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang (8, 8') durch mindestens ein Prisma (28) umgelenkt wird.

16. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahlengang (8, 8') durch mindestens einen Spiegel umgelenkt wird.

17. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß durch Anordnung und Erfassung mindestens einer weiteren Meßmarkierung (5, 10) weitere Informationen wie die Bewegungsrichtung oder unmittelbare Positionsangaben gewinnbar sind.

18. Meßkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die feststehenden Markierungen (10) auf dem Lichteintrittsbereich des Endes eines Lichtleiters (16, 17) angebracht sind.