DE2106136A1 - Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen zwischen zwei Körpern - Google Patents

Description

2106135

Patentanwälte DFpl.-lng. R. ΠέΐΕΤΖ sen. Dfpl-Ino. K. LA?.-i PTcHCHT

Dr.-Ing. R. B ε c T Z Jr. 8MQnchen22, Steinsdorfetr. 10

SOCIETE D'OPTIQUE, PRECISION, ELECTRONIQUE ET MECANIQUE - SOPELEM

Paris (Frankreich)

Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen zwischen zwei Körpern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen zwischen zwei Körpern.

Die gewöhnlichen derartigen Vorrichtungen haben im allgemeinen einen Energiesender, einen mit dem einen Körper verbundenen Fühler für die Verschiebungen, der min- λ

destens einen Detektor für die vom Sender abgegebene Energie aufweist, mindestens eine abgestufte Bahn, die mit dem anderen Körper verbunden und zwischen dem Sender und dem Fühler angeordnet ist sowie aus einer regelmäßigen Folge von Feldern und Feldzwischenräumen besteht, die die von den Detektoren des Fühlers empfangene Energie ent sprechend ihrer Stellung vor den Feldern oder den FeIdzwischenräuraen variieren, wobei jeder Detektor bei ReIa- ^ tiwerschiebung der beiden Körper ein periodisches Welleneignal abgibt.

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310-70/18-Hd-r (7)

Der Energiesender kann z. B. eine Lichtquelle sein, während die Bahn z. B₀ transparente Felder hat, die durch lichtundurchlässige Feldzwischenräume getrennt sind, wobei die Detektoren fotoelektrische Zellen sind, die durch Bewegung vor der Bahn ein periodisches Signal abgeben, das im wesentlichen trapezförmig ist und für jede Periode nacheinander aufweist eine oberes Plateau, eine Abfallsflanke, ein unteres Plateau und eine Anstiegsflanke entsprechend der Bewegung des Detektors vor einem transparenten Feld, von diesem Feld zum folgenden Feldzwischenraum, vor einem lichtundurchlässigen Feldzwischenraum und von diesem Feldzwischenraum zum folgenden Feld.

Es versteht sich, daß die Ablesevorrichtung periodische Signale auch abgeben könnte, wenn irgendein anderes System verwendet wird, das auf den magnetischen Eigenschaften einer abgestuften Bahn beruht, und das abgegebene periodische Signal braucht nicht notwendigerweise trapezförmig zu sein, sondern nur wellenförmig.

Um die Zahl der Informationen zu erhöhen, die in einem Gravurschritt enthalten sind, benutzt man im allgemeinen mehrere, voneinander getrennte Detektoren.

Die Größe der Anstiegs- und Abfallsflanke entsprechend der Bewegung des Detektors vor den Grenzen eines Felds kann verringert werden mittels Blendeneinheiten, die eine Erhöhung des Anstiegs der Flanken erlauben· Dennoch ist es unmöglich, vertikale Flanken zu erreichen, weil, um genau die Stellung oder Lage der Befehle an ein Codiersystem abgebenden Ableseeinrichtung relativ zur Bahn zu bestimmen, die jedes von einem Detektor emittierte wellenförmige Signal

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im allgemeinen in ein zwischen zwei Logikpegeln schwingen- , des Rechtecksignal umgesetzt wird₉ und zwar durch einen Formregenerator, der einen Vergleicher für den Vergleich des wellenförmigen Signals mit einem Bezugssignal hat, wobei das formregenerierte Signal z. B. den Logikpegel "1" annimmt, wenn das wellenförmige Signal über dem Bezugssignal liegt, und den Logikpegel ¹¹O", wenn das wellenförmige Signal sich unterhalb dem Bezugssignal befindet. Ein bekanntes Codiersystem kann daher eine codierte Anzeige der Lage der Ableseeinrichtung zur Bahn geben, indem die so formregenerierten Rechtecksignale direkt verarbeitet oder ä verknüpft werden.

In den bekannten Systemen ist das Bezugssignal ein Signal mit genau konstanter Leistung, das in die Vergleicher eingespeist wird, um dort mit von den Detektoren abgegebenen Signalen verglichen zu werden. Da die Leistung des Senders, ggf. der Lichtquelle, variieren kann, schwankt die Amplitude der von den Detektoren abgegebenen Signale so, daß die Lage des Detektors, für die das formregenerierte Signal vom Pegel "0" zum Pegel "1" übergeht, nicht genau bestimmt ist. Um derartige Schwankungen zu vermeiden, ist es also notwendig, das Licht zu regeln, damit eine j

konstante Beleuchtung und ein stabiles Signal gewährleistet ™ werden. Diese Lichtregelung ist jedoch nicht immer genau, weshalb die Benutzung von besonderen Einrichtungen notwendig ist, die auf jeden Fall die Komplexität und den Preis des Verschiebungsfühlers erhöhen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art Schwankungen des Energiesenders zu kompensieren.

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y,±c-.s3 Anf^^bs wdrd ei flüdungsgemäß dadurch, gelöst.
:-..", c ;.a '-5G^g¹Si ^gJXaI₃ das ?;±t dem von jedem Detektor at,-. ; -sT.- ::■ ;·"; 5.VrIc-H3oiier. Sifii&l %-ergl:lchen wird, Eindesi^r;ns ....i c-'.g:'.V:i.i ist j das von miiidastens einem andei^en Detektor ^:::.- c:^:.g tojs Energie sender abgegebene Energie stammt.

der Zeichnung näher

Ί sis Av-3 :i*ül-irtan§'S bei spiel der erfindung-sgeaiä/isii Abi-.^r:see:Lnricfct"L^!rig iy±t swei Detektoren|

£ -siii Beispiel für die Airwandung beini Binäx-sade 3ii' 7isr 3'iellcn₃ wob si eine Äbleseeinrich"a:ing 3it vier Betektoi-ea Trer-wendet wird?

2^n /jaTiBSidnngsbeispiel für einen Dezimal ο ods
jilt Tii:.if S'SisIlen^ vobai eine Ab

■vorgeseiien ist;

Dac-'iis'.-'tab-slien -von verschiedenen Codes₉ die :l-jir-:-;'i. 2-iisaj"::ieri£:c2ialte2i dsr Detektox'en für die In "fig/., 3 :-:/bg£ciIdeie EiiiricIivUBg erhalteai

sin abgewandeltes Ausführungsbeispiel für cJen. Pall sit fünf Detektoren5

das Faaktiojfissehaltbild der Ableseeinrichtung "juid de--3 Regenerators der im Ausführungsbeispiel vor, "5*ig* 5 erhaltenen Signale;

• il I ί 4 f; ι -: O S 8

2 KiS-'3

F£g> 7 Soltal Stangen _£. die zur Decodierung- ea-'-sp'^'i'-iets· den Lagen der Äbleseeinrichtv^ig ben'ii::-^;- wird-' VLTs.d

8 siE. weiteres Ausfiiforwngsb^icj^ie! gear;M..r cH ■: F-findung_s das Verwendung findet, wenn die Ybleseeinrichtung fünf Detektoren hatο

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dsr Sr-

findumg ist das Bezugssignal, das mit den: vt,2i c-Xne;^ I^te": tor abgegebene Signal verglicfesr. -wird,, άζ-:ΐ c'ar··;-:- -inen c.· r anderen Detektoren des Fülilsr=; sAgegs-tar^r gi.gn.?.". reeler ei' Signal j das durcli Yerknüpfen von 3ign.ale:z er.aal.er, wird, die von mehreren Detektoren des Fühlers abgegeben werden.

Int Ausfiihrungsbeispiel von Fig. 1 ist dar Dxie-'gi ise; der eine Lichtquelle 2, die über einen Kondenser (ohne B.?- zugszeichen) ein paralleles Lichtbündel auf eins Bahn 1 wirftg die sich aus Feldern 11 zusammensstzr., die Jur ;h FeldzwischenräuMe 12 voneinander getrennt sind»

¹O*

Ein Fühler h hat zwei Detektoren a ηιτύ b_s die ",s oin; ι J Abstand e voneinander getrennt sind_e Dieser Ab ε ^r-ar i der Detektoren bewirkt eine Phasenverschiebung von. Signalan 201 und 202, die von den Detektoren abgegeben werdsn«

Ein Signal 221 wird durch Vergleich der Signals 2Oi und 202 gewonnenj die durch die Detektoren a und t abgegeben sind. Es befindet sich auf dem Logikpegel "0"_f wenr die Amplitude das Signals 201 uater dar· das Signals 202 liegt, und auf des» Logikpegel ^K 1^H _t ?js·:;.· iia AKpii-i---.de 2(^v'■ größer als die des Signals 202 ist₉

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Wenn die Detektoren a und b identisch sind, ruft es.el-5 "· ariation der Leistung des Senders 2 identische Schwankun- £■«". der Signale 201 un<?. 202 hervor. Man sieht cieutlicbi aus Fijs Ib, daß in diesem Fall die Signale 201 und 202* als dann die Signale 211 und 212 werden, affin so transformiert werden, daß sich die Abszisse der Schnittpunkte der beiden S±;rnale nicht ändert. Auf diese Weise entsprechen die Xn;-pulae» dia abgegeben werden, wenn das Signal 221 vom Pegel "0^!i zum Pegel "1" und umgekehrt gelangt» den genauen Lagen de:: Able se einrichtung relativ zur Bahn 1, und zwar unafo« kiar.^ig VC2I Betriebsschifsiiiizungsn des -S-enders 2. ¥enn die Bs- ■uslztoven nicht identiseii sind_t gsnüg-c es, in an sich, foeirarinter Foise den Pegel des einer=, der Signale viederztigewienert, um Signale mit derselben Amp_it;t2de zu erzielen, cixs identisch schwanken* Es ist also ersichtlich, daß im aöjv&biids-teii, Fall der Ungleichheit von Feldern und PeIdswisciienräumen dennoch das formregenerierte Signal aus SyGit&& trie gründen regulär bleibt*

eigt die Anwendung der Erfindung bei einer Abig mit vier Detektoren
Eli'»; vier Stellen (Momenten) ergeben,

mit vier Detektoren, ά±<& einen Binärcode

Die abgestufte Bah« ^ {Flg_m 2a) wird aiirch Felder geet-, die durch Feldswischenräume g-ieiciJer Größe getrennt

sii.de Oeve'iZzoTön 301, 302, 303 und 30-:- sind voneinander jeweils um einen Abstand getrennt, der gleich eier halben LfiiLc-fe eines Feldes ist« Bekanntlich erlaut-i eina dei'artige E£r.^iehtus.gg vier Inforwationen über cli.e Länge eines. Fei« de? oder eines Feldzwiseriönraums zu leser,.» so daß eine Ssr^ls, IG ae-iit Einheiten rrc Schritt ii" r;a>ci aiiΐ*weist» Ui'.r in Γ·;,·;_ο 6 fcbgsblldfs-":; i-vi--, orclrisi ^r*v; "«''.sch^ii aar Bait:"- t

1 0Se4iv/

•und der Lsseeinriciilmag k eine Blendejieinhelt 3 £.u,_r die Schlisse aufweist_s die jeweils einem Detektor gegenüber angeordnet sind und erlauben, die Breite der Anstiegs- \xn·} Abfallflaiike der von den Detektoren abgegebenen Signale ;ru regeln« wenn die Detektoren zur Grenze eines Feldes oder eines Jeldzwisclieriraums gelangen. Im Fall, der in Fig. 2b gezeigt ist _s beträgt die Breite der Anstiegs- und Abfallflanke swei Einheiten ebenso wie für das obere und untere Plateata der Signale. Auf diese Weise wird jede Ansiiegsflanke des von einem Detektor abgegebenen Signais in seiner Mi^se und an seinen Enden durch die Abfallflanken dex- J Signale geschnitten, aie Ton den anderen Detektoren abge- ^ ge-i--— „v.rden, und umgekehrt.

A'zt diese Weise werden die Ans tiegs flanken des Signais 311 s das vom Detektor JO^ abgegeben -wird, unten 'rom Signal 3i4_s in der Mitte vom Signal 313 und oben vom Signal 312 geschnitten» In Figo 2c sind Signale 321₉ 322, 323 und 32k gezeigta die aus den Signalen 311· 312, 313 und 31~ gewonnen werden. Das Signal 321 -wird durch Vergleich der Signale 311 und 313 erhalten; es nimmt Pegel ^M0" an, wenn das Signal 313 größer als das Signal 311 ist_s und den Pe^aI "1". ΐΐβηη das Signal 313 kleiner als das Signal 311 ist. Die Formregenerierten Signale 322, 323 und 32^ werden in der ä gleichen Weise erhalten, wie im folgenden erläutert iett

3211 Vergleich v. 313 u. 311 Pegel "0^M f. 313 größer als

322s ^fä 313 " 31h '· ^:|O» 313 " "

323? ^i: 312 '³ 314 » -o¹¹ 312 « ^Sv

324s ^5ί 311 a 314 η i'O" 311 » ^ί! 3iά

Die Kombination der in Fig. 2 abgebildeten Detektoren gibt einen Code auf der Basis 8, der in der folgenden Logiktafel oder Funktionstabelle (Wahrheitstabelle) dargestellt istt

321 322 323 324

O	O	0	O	O
1	1	O	O	O
2	1	1	O	O
3	1	1	1	O
h	1	1	1	1
5	O	1	1	1
6	O	O	1	1
7	O	O	O	1

Man sieht aus der Figur, daß es möglich ist, andere Kombinationen der Signale zu wählen. Man erhält so andere Codes, die durch andere Funktionstabellen oder Logiktafeln dargestellt sind. Diese besondere und wichtige Eigenschaft der Erfindung wird im folgenden Ausführungsbeispiel noch klarer werden.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 3 besteht die Bahn 1 aus Feldern und Feldzwischenräumen gleicher Länge und wird von einer Einrichtung mit fünf Detektoren gelesen, die einen Dezimalcode mit fünf Stellen ergeben) das Inkrement der Skala ist so gleich einem Fünftel einer Länge eines

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Feldes (Fig. 3a). Die Detektoren 401 - 405 sind voneinander um zwei Inkremente getrennt^ so daß man trapezförmige Signale 411 - 4l5 erhält, die ihrerseits um je zwei Inkremente voneinander getrennt sind, wobei die Schlitze der Blendeneinheit so eingestellt sind, daß die Anstiegs- und Abfallflanken einer Länge der beiden Inkremente entsprechen.

Das vom ersten Detektor abgegebene Signal (Fig. 3b) wird mit einem Signal verglichen, das von einem zweiten Detektor abgegeben wird, der gegen den ersten um einen solchen Abstand versetzt ist, daß sich das obere und untere J Plateau des Signals des zweiten Detektors zwischen die Enden des oberen und unteren Plateaus des vom ersten Detektor abgegebenen Signals einschieben. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß die beiden Signale immer voneinander verschieden sind, so daß durch ihren Vergleich ein Signal bestimmt werden kann, das in Rechteckform regeneriert wird. Man sieht beispielsweise, daß das Signal 411 mit den Signalen 4i4 und 413 verglichen werden kann, daß das Signal 413 seinerseits mit den Signalen 41T und 415 verglichen werden kann usv.

In Fig. 3c sind formregenerierte Signale 421 - 425

abgebildet, die durch aufeinanderfolgenden Vergleich von ™ jeweils zwei Signalen erhalten werden, wobei die Detektoren wie folgt verknüpft sindt

1 Vergl. von 411 u. 413 Pegel "1" f. 411 größer als 413

4221 "	412 "	414 "	n1" M	412 «	w 2fi4
423x "	413 "	415 "	η -j η μ	413 M	" 415
424t «	414 M	411 «		414 «	M 411
425» tt	415 "	4J2 "	N1H H	415 M	w 412

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Man erhält so einen Dezimalcode, dessen Logiktafel 420 in Fig. 4 abgebildet ist.

Da jedes von einem Detektor gelieferte Signal unabhängig mit zwei anderen Signalen verglichen werden kann, die von zwei der anderen Detektoren abgegeben werden, kann man drei andere Codes 430, 440 und 450 erhalten, deren Logiktafeln oder Funktionstabellen ebenfalls in Fig. 4 gezeigt sind. Die formregenerierten Signale 431 - 435» 441 bis 445» 451 - 455 uswe werden wie folgt erhalten:

431 :	VeTgI.	von 4i1 u.	413	Pegel	Il	1	w f.	41	1	größer	als	41	3
4321	ti	415	413	Il	It	1	M	41	5	tt	M	41	3
433t	η	415	412	ti	ti	1	ti	41	5	ti	tt	41	2
434:	!I	414	412	η	M	1	ti	41	4	H	M	41	2
435:	Il	414	411	Il	Il	1	Il	41	4	tt	M	41	1
441:	Vergl.	von 411 u.	413	Pegel	Il	1	» f.	41	1	größer	als	41	3
442s	Il	414	411	Il	Il	1	It	41	4	M	η	41	1
443:	Il	412	414	Il	Il	1	Il	41	2	H	It	41	4
444:	J!	415	412	It	It	1	tt	41	5	It	tt	41	2
445:	Il	413	415	Il	It	1	It	41	3	It	tt	41	5
h5U	Verglβ	von 411 u.	413	Pegel	It	1	11 f.	41	1	größer	als	41	3
4521	!5	414	412	Il	Il	1	Il	41	4	Il	H	41	2
^•531	If	413	415	Il	ti	1	It	41	3	Il	It	41	5
454:	η	411	414	η	Il	1	Il	41	1	Il	η	41	4
h55t	Il	415	412	Il	It	1	Il	41	5	Il	η	41	2

Es ist ersichtlich, daß es unter diesen Bedingungen dank der Erfindung möglich ist, die Ableaeeinrichtung so

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anzupassen, daß sie jeden anderen Dezimalcode mit fünf Stellen erhalten kann, ohne die Anordnung der Detektoren der Ableseeinrichtung zu ändern· Wenn die Einrichtung vorgesehen ist, um einen bestimmten Code zu ergeben, z. B. den Code 430, genügt es, um sie an eine Maschine anzupassen, die einen anderen Code verwendet, z. B. 450, die Verbindungen zwischen den Detektoren und den Vergleichern zu ändern, ohne daß es notwendig ist, eine Umcodiermatrix zu verwenden oder die Anordnung der Detektoren zu variieren. Das ist ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Andere mit der Erfindung erzielte Vorteile sind aus den folgenden Ausführungsbeispielen ersichtlich:

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 5 sind die Ableseeinrichtung und die abgestufte Bahn genau so aufgebaut wie in Fig. 3. Die Ableseeinrichtung hat im wesentlichen fünf Detektoren, die in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der gleich zwei Fünftel der Länge eines Feldes oder eines Feldzwischenraumes ist· Bekanntlich ergibt eine derartige Einrichtung normalerweise einen Dezimalcode, wobei der Schritt ρ der Bahn gleich zehn Inkrementen ist. Die Schlitze der Blendeneinheit sind so stark eingeengt, daß die An- J stiege- und Abfallsflanke der Signale einer Verschiebung des Detektors um p/10 entsprechen. Die Schnittstellen der Signale sind daher nicht in der Mitte der Flanken wie in Fig. 3» sondern an deren Enden, gerade vor dem Anfang der Plateaus, angeordnet. Ein Vergleich der Signale ist dennoch möglich, wenn man Signale vergleicht, die in entgegengesetztem Sinn variieren. Dur ch Vergleich der Signale in der gleichen Weise wie im Ausführungsbeispiel von Fig. 3» d· h_e

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4. ^j ~J O

.:*= ^ S-'.grtäle 4Vb iiit 413, 412 !Hit 4i4, 413 mit 415, 4i5 mit ν■■''".; ^:--15 si^ 41'ij -3rliält ΐεε,η die fcriaregenerierteii Signals ■'·.-;·£. -= ^-Cf-. c.i.9 liSLCäi Verknüpfung einen Dezimalcode ergebsn_s ä^jsBZ. Jnlcr-aasent p/IG ist. Man erzeugt also Zwiscliensigna-Iv-dl® durch Verknüpfung von Signalen erhalten werden, von dt-"_os? sisa-ss υ in oberes Plateau, das andere ein unteres ?lasε^.u Liatn für dieselben Stellungen der Ableseeinrichtung, ::c;ei das so srl-altsne Yerknüpfungssignal mit einem Signal /9- fl:lo'lie:i "-iird, dc.s sine Anstiegsflanke oder Abfallflaiike fii¹ desselben Stellungen der Ableseeinrichtung hat.

...Ti i.i-;s:?ühr^.*ng5b©lspiel von Fig» 5 wird jedes Zwiscliensignal erlialtsn_; indem die Halbsumme der beiden anderen SxgmJLe gebildst vvird. Um die Übersichtlichkext de:" Figur- n±tih± eh gefährden-, ist nur das Zwischensignal 524 ab ge ^ bilclscj das file Halbsuuime der Signale 4i4 und 412 darstellt. M-^ri sislit aijis dor Figur, daß für die erfaßten Stellungen der Ai3l3saei:irio!"itn3ig auf der Skala zwischen "O^w und "1", ■ic ii_ä sn-jsps*aohe^d einer Anstiegsflanke des Signals 41 ' ,, de-: Signal ^Jl-12 ain oberes Plateau und das Signal 414 ein iiivjerss Pla'äoati ώ.βΛ> Unter diesen Bedingungen hat das Siä.r. 2 524j das auzciz. Bildung der Halbsumme der Signale 412 ?r:: i"·:'-' -;τ^'Λ-i'jer.- SlTG₃ für dieselbe Zone ein Zwischenpla- -;e-"'-u₅ das Us /_;i?.s'biegsflanke des Signals 411 in dessen Mitte schneidet; ö_s h_o in einer Stellung, die auf der Skala der Teilung ^:i0,5^sl entspricht. Aus Symmetrie gründen hat dasssr.be ShdLschensignal 524 ein Zwischenplateau zwischen den 3t3ll'^ig6;a ⁿ5" ~&ηά ^!'6»»₉ das die entsprechenden Abfallsfleiike des Signals 411 in deren Mitte schneidet, d. h. in einer Stellraag entsprechend "5,5"· Durch Vergleich des Z'iacliensignals 524 mit dem Signal 411 erhält man das form» regenerierte Signal 461, das den logischen Pegel "1ⁿ an-

nimmt j wenn das Signal 411 kleiner als das fcigi?.i,., ^rf,4 is-, _: und dQYi logischen Pegel ^M0", wenn das Signal 4"' gr'iö r s-.la das Signal 524 ist. Die Änderung des logischen Feg&Xs, di ■·:? Impulse in einem Codiersystem erzeugen kann ^ findet so für die Stellungen der Ableseeinrichtung entsprechend O₅!. ·' und ^R3,5ⁿ auf der Skala statt. In der gleichen Ti>i«3 erzeugt man die Zwischensignale ι

535* entsprechend der Halbsumme der Signale 413 und 4>5 541 j ^M " " " ^w 4i4 " 411

552, μ « " κ « M-15 " k:2

513s κ η Μ η »? ι?.-jf« 4:3

Durch Vergleich jedes von einem Detektor abgegebener Signals mit einem Zwischensignal, das mittlere Plateaus irden Zonen enthält, die den Anstiegs- und Abfallsflanken des vom Detektor abgegebenen Signals entsprechen, erhält man die formregenerierten Signale 461 - 465 wie folgt:

461j Vergl. von 4i1 u. 524 Pegel »^s 1" f_e 411 kleiner al; s * ^?i

462ι ^M "

463» ^M "

464: « ⁿ

465! ⁿ "

Es ist erkennbar, daß man durch einen einfachen Vergleich jedes von einem Detektor abgegebenen Signals mit einem von einem Detektor abgegebenen anderen Signal oder einem Verknüpfungssignal von mehreren Signalen^ di^ von verschiedenen Detektoren abgegeben vrerdsu, aweir.al me?*r

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412 M	535 η	W|ll	412	M	It	Ci	4ι
413 "	541 n	it ι ti	413	η	»	5	52
414 »	552 »	It -| Il	414	Ii	η	5	13
415 "	513 "	M -J II	415	Si	η	5

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καα&η;^ ±ώ Scfaritfeimern lesen kam:, F ·.:..: aa:~ g

p£el -von Fig. 5 eriiält man also einer; Code_{ dessen Xn-

;snt p/20 ist und dessen Fimktions tabelle oder Logrikt&fel tolgx, lautet:

421 422 423 424 425 46ι 462 463 464 465

O	-■- 5 «.*"	O	1	1	O	O	O	O	0	1	i
		G	1	1	O	O	1	G	0	1	■t ΐ
·;		--\	1	1		G	1	O	0	1	1
			1	-J	1	G	1	O	O	0
	ί r-,'	o	O	1	1	O	1	0	G	0	jf
			O	1	-1	O	t	',	0	0
J.-			f.	■4	1	-	■J		fl	0
			Ö	1	1	1	1	'.	0	0	c
	■5,5		O	G	1	1	1	1	G	0	G
			O	O	1	1	1	i	1	0	G
	7 s 5		O	C	i	-*	1	•τ		C
			O	G		1	O	1	-	U
	£55	ΐ	O	G	O	1	O	1	I	G	0
		■t	O	O	O	1	O		I	1	C
	"' i. >		•3	O	O	1	O	*	-	■f.	{""j
		1,	C	c	1	G	V-		1	•J
		.1	C	G	O	O	0	1	1	0
		1	G	O	O	G	0	1	1	*!
		■|		G	O	O	0	f	1	·;
		1	1	G	O	O	G	0	4	ϊ

ii.·« aus dieser labeile hervor, daß man einen ve; teilhafi^K Code erhält, der die Unterscheidung von 2C S-fcel- '.■cr-i&rz e.r.-? der Lär,ge ^iti&e Schritts der Bahr erlaubte Un

dasselbe Ergebnis mit den bekannten Vorrichtungen au erzielen, wäre es notwendig, svei. Bezugssignale mit konstanter Amplitude abzugeben, tun diese mit den von den Detektoren abgegebenen Signalen zu -/ergleichea, jedoch bei .Uniglceit und Schwierigkeiten aufgrund von Amplitudenwie sie eingang^ erwähnt wurden,

riss To3rz*ichtung zur* Ausführung des eben beschriebenen Grundgedankens der Erfindung ist schematisch in Figo 6 abgebildet?

Siiiie abgestufte BaMi 1. die transparente Felder die v-jsi dunklen FeIdzwischenräumen getrennt sind, wird von einer Lichtquelle 2 beleuchtet, die über einen Kondensor paralleles Licht abstrahlt· Die Ableseeinrichtung k läuft vor des* Bahn oder dem Maßstab 1 vorbei_s wobei jeder Detektor sicä hinter dem Spalt einer Blendeneinheit 3 befindet. Detektoren 401 - 405 der Ableseeinrichtung k sind so vineinander getrennt, daß sie einen gegenseitigen Abstand von zwei Zehntel des Schritts haben. Wegen der geringen Schritt abmessungen weist jedoch diese Anordnung in der Praxis bedeutend mehr Schritte auf.

Eie elektrischen Signale, die von den Detektoren entsprechend ihrer Stellung gegenüber der Bahn 1 abgegeben werden₂ werden in Sastersignale 411 - 415 durch Impedanzwandler 11-15 umgesetzt, die einen Transistor und einen Segelwiderstand haben_s so daß den Signalen 411 - hi5 die gleiche Amplitude gegeben werden kann» Es versteht sich, daE bei identischen Detektoren diese Wiederherstellung des Pegels nicht notwendig wäre, aber die Regelwiderstände würden dennoch ermöglichen₉ den Pegel des oberen und unteren Plateaus zu regeln.

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■■>

Sie Anschlüsse von Je zwei der Impedanzwandler 11 bis 15 sind (entsprechend, wie bereits oben beschrieben) über .1::entiscxis Widerstände 5 verbunden, so daß ein Zwischensigr.3.1 gleich der Halbsumme der an den Anschlüssen dieser Widerstände abgegebenen Signale gewonnen werdenkann· 7siv& Ε-;;-"„8 pd el -vird das Signal 5^1 an den Anschlüssen der beiden !fi.derstäiide 5 erhalten,, die an die Ausgänge der Impedaaz-■waadler 11 und 14 angeschlossen sind, wobei das abgegebene i-imai gleich der Halbsumme der Signale 411 und 4i4 ist. Dd.3 JRastersignale 411 - 415 und die Zwischensignale 541, :*t4j 552_s 535 und 512 werden nacheinander zu zweit in '7er-■ji-aicJiern 21 - 25 and 61 - 63 verglichen, die forjnregeneri3rta Signale 421 - 425 und 461 - h65 abgeben.

Sie Decodierschaltung leitet sich direkt aus der -wea.-ssr oben angegebenen Funktionstabelle ab. Beispielsweise lsi die Decodierung der Stellungen "0% "0,5¹S "7"» "7s>5^S! dargestellte Diese Stellungen werden angezeigt von einer Anzeigeröhre T₁ für Einheiten, die eine Zuleitung für jede Kathode von "0" - ^äl9" hat, und von einer Anzeigeröhre T₉ fir? Halbeinheiten» die im vorliegenden Fall die Zahl "5" darstellen

In der Form sntsDrich-c nach Invertern I das invertierte Signal jedem formregenerierten Signal. Die Vorrichtung hat anschließend eine Anzahl von UND-Gattern und ein ODER-Gatter, das ermöglicht, die Signale und invertierten Signale entsprechend einer Funktionstabelle oder Logiktafel zu verknüpfen.

So werden die Signale 421 und 424 einem UND-Gatter zugeführt, das das Signal 421 · 424 abgibt, das die Kathode ^:|O" aufleuchten läßt· Dasselbe Signal wird mit dem Signal

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21 Do';

461 in ein UND-Gatter eingespeist, das das Signal ·■'£', * 424 * 461 abgibt, das über ein ODER-Gatier die ilathodt 5 der Anzeigeröhre T_p aufleuchten läßt. In der gleichen Weise wird das Signal 422 · 4-25 gebildet, das an die Kathode 7 der Anzeigeröhre T abgegeben wird, und das Signal 422 · 425 · 462, das in die Anzeigeröhre T_p über dasselbe ODER-Gatter eingespeist wird.

Es isb nicht schwierig, in derselben Weise die Decodier schaltungen für die anderen Stellungen der Ableseeinrichtung anzugeben, die direkt aus der Funktionstabella ~

folgen und mit der Darstellung von Fig. 7 identisch sind. ™

Es versteht sich, daß es möglich ist, Zehnereinheite:■ in für sich gut bekannter Weise anzuzeigen_f s. B» indnm die abgestufte Bahn um eine zweite Bahn ergänzt wird, der ?r. Stufen gleich der Schrittweite der untergeordneten Bahn sind. Im in Fig. 5 und 6 abgebildeten Ausführungsbeispie.. ist ein Zwischensignal verwendet, das gleich der Halbsumme der beiden Rastersignale ist, um ein Inkrement gleich einem Zehntel des Schritts zu lesen. Es ist selbstverständlich eine Verallgemeinerung möglich, indem die Signale erneut verknüpft werden, um andere Zwischensignale zu erhalten. Zum Beispiel kann man zusätzlich zwei Signale zu bei- ■ den Seiten des mittleren Signals vorsehen, das im vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwendet wird, wobei die Signale ein Raster von fünf Zwischensignalen ergeben, die an fünf Punkten die Anstiegs- und Abfallsflanke des Rastersignals schneiden. Man ermöglicht so ein Lesen bzw. eine Anzeige von 2/10 Einheit, d. h. eines Inkrements vor. 1/50 Schritt«

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χ,

Χα Fig-·, S ist beispiels'csf"*; ein. einzi-jss Raster "-ran

igiialen 5241 _s 5442, 5243, 5244 und 5245 abgocxldebj. die durch Überlagerung der Signale 4t 2 und 4i4 erhalten werden» die von den Detektoren 402 und 4θ4 abgegeben verden. Es ist ersichtlich, oaij das Signal 524'] dem signal 5.24 von. FIg¹, 5 entspricht.

Genauso wie im vorhergehenden Ausführungsbeispisl werden die Zwischensignale einfach, durch Potentiometerteilung gesoimeßf wie in Fig. Sc angedeutet ist, indem zwischen den Ausgangsanschlüssen der Impedanzwandler 12 und 14 sechs identisciie Widerstände 5ö in Reihe geschaltet werden, an deren Klemmen die Signale 52^'-1 - 5245 abgenommen werdan,

i. Vergleich, der so erhaltenen Zwischensigiaale mit dem Signal 411 gewinnt man formregenerierte Signale 4611 bis 46i5f öie (vgl. Fig, Sb) nach Decodierung die Unte.rs-clieidiang der einzelnen Stellungen "0,5" und "4,5"? ^!"C,2^I! und »5,2«r ¹¹O" und "5": »9,8^W und "4_t8ⁿ| "9,8" und ¹¹^i,8»,· ^l!9,6" und "4,6" erlauben.

In. der gleichen ¥eise habsn die anderen Etaster signale, die jeweils mit fünf Zwischensignalen verglichen werden, die durcb Verknüpfung der Signale von den beiden anderen Detektoren gewonnen werden« ein oberes bzw. ein unteres Plateau für die Stellungen der Ablegeeinrichtung, die einer Anstiegsflanke oder einer Abfallsflanke des betrachteten Signals entsprechen.

Die gezeigten Ausführungsbeispiele können in verschiedenster Weise abgewandelt werden. So ist z. B* erkennbar, daß die Einrichtung zum Ablesen der gestuften Bahn mehr

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als einen Detektor aufweist, jedes von einem Detektor abgegebene Signal mit dem von einem anderen Detektor abgegebenen Signal verglichen werden kann_s oder sogar mit einem anderen Signal, das durch Verknüpfung mehrerer Signale entstellt, die von den verschiedenen Detektoren abgegeben werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen werden die Rastersignale in aufeinanderfolgenden Zweiergruppen ■verknüpft, um Zwischensignale zu erhalten, es ist jedoch auch möglich, mehr als zwei Detektoren zusammenzuschalten, um andere Zwischensignale zu gewinnen, wobei es wichtig ist, daß die so erzeugten Zwischensignale Plateaus aufvei- « sen, die die Flanken eines anderen Signals in vernünfti- '

schneiden, und wobei die verglichenen Signale vorzugsweise in entgegengesetzter Richtung bei den Verschiebungen der Ablesevorrichtung variieren, um ihren Vergleich zu erleichtern. Damit ist es möglich, zwei Signale zu vergleichen, von denen sich das eine am Ende und das andere am Anfang eines hohen Plateaus wie im Fall von Fig. 2 schneidet, in dem Maße, wie die Signale in entgegengesetzter Richtung variieren. Wenn jedoch die Schnittstelle eindeutig ist, z. B. wenn ein Zwischensignal ein Plateau hat, das das Rastersignal in der Flankenmitte schneidet, ist es auch möglich, zwei Signale zu vergleichen, die in derselben Richtung variieren. So wäre es im Fall von Fig. 5 m möglich, das Signal 524 mit dem Rastersignal h~\3 zu vergleichen.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele für den Fall einer Ableseeinrichtung mit fünf Detektoren liefern einen Dezimalcode mit fünf Stellen} es ist jedoch offensichtlich, daß die Erfindung auch für jeden anderen Code angewendet werden kann, der mehrere Detektoren benutzt. Ebenso ist

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man theoretisch in der Anzahl der erhaltenen Zwischensigiale nicht beschränkt, weil es ausreicht, die Verstärkung des Impedanzwandlers zu erhöhen, um die Unterscheidung einer größeren Anzahl von Unterteilungen im Zwischenraum entsprechend einer Anstiegsflanke des Signals zu erlauben, wobei dieser Zwischenraum außerdem eingestellt werden kann, indem die Größe der Schlitze der Blendeneinheit geändert wird.

Das Decodiersystem von Fig. 6 stellt ebenfalls nur e:ln Ausführungsbeispiel dar, kann also durch jedes andere a:»-s:lch bekannte Decodiersystem ersetzt werden. Ebenso könnten die Impulse, die von den im Ausführungsbeispiel von Fig. 6 dargestellten Signalen geliefert werden und die Ziffernanzeigeröhren für die Lage ansteuern, in irgendeiner anderen für sich bekannten Weise verarbeitet werdsn, z. 3. in einem Rechner.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen werden das Bezugssignal oder die Zwischensignale aus Signalen ge wonnen, die von den Detektoren des Verschiebungsfühlers albgegeben werden, wobei diese Art der Ausführung besonders vorteilhaft ist. In bestimmten Fällen, insbesondere dann, Wi-nn der Fühler nur einen Detektor hat, kann man das von diesem Detektor abgegebene Signal mit einem Bezugssignal vergleichen, das von einem anderen Detektor gewonnen wird, der dieselbe Energie vom Energiesender erhält, jedoch unabhängig vom Fühler ist, und sich evtl. zwischen dem Energiesender und der Bahn befindet. Das so erhaltene formregenerierte Signal würde dann ebenfalls unabhängig von Betriebsschwankungen des Energiesenders bleiben.

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Claims (6)

1. Patentansprüche

   Vorrichtung zur Messung von Verschiebungen eines beweglichen Körpers gegen einen anderen Körper, mit einer». Energie sender, mit einem Verschiebungsfühler, der an einem der Körper befestigt ist und mindestens einen Detektor für die vom Energiesender abgegebene Energie aufweist, mit mindestens einer abgestuften Bahn, die am anderen Körper befestigt ist, sich zwischen dem Energiesender und dem Fühler befindet sowie aus einer regelmäßigen Folge von Feldern und Feldzwischenräumen besteht, die die vom Energiesender durch die Detektoren des Fühlers empfangene Energie in Abhängigkeit von der Stellung der Detektoren vor den Feldern und Feldzwischenräumen variieren, so daß jeder Detektor bei einer Relativverschiebung der beiden Körper ein periodisches Wellensignal abgibt, das in ein zwischen zwei logischen Niveaus oszillierenden Rechtecksignal durch einen Formregenerator umgewandelt wird, der einen Vergleicher für den Vergleich jedes periodischen Wellensignals mit einem Bezugssignal hat, dadurch gekennzeichnet , daß das Bezugssignal, das mit dem von jedem Detektor (a; b) abgegebenen periodischen Signal (201; 202) verglichen wird, mindestens ein Signal (202; 201) ist, das von mindestens einem anderen Detektor (b; a) für die vom Energiesender (2) abgegebene Energie stammt (Fig. 1).
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Fühler mehrere voneinander getrennte Detektoren hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Bezugssignal jedes periodischen Signals (201 j 202), das von einem der Detek

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   το^&Ά (a? b) abgegeben wird, das periodische Signal (202; 201/ ist, das von einem (b; a) der anderen Detektoren, abgegeben wird (Fig. 1)_O
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes voii einesi Detektor abgegebene periodische Signal ein im wesentlichen trapezförmiges Signal ist, von dem jede Periode nacheinander aufweist ein oberes Plateau,, eine Abi'allsflanke, ein unteres Plateau und eine Anstiegsflanke entsprechend der Vorbeibewegung eines Detektors an einem Feld, ve;.:·, diesem Feld zum benachbarten Feldzwischenraum, an. dieses Zwischenraum und von diesem zum nächsten Feld, und wobei die trapezförmigen Signale wegen der versetzten Anordnung der- Detektoren phasenverschoben sind, dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Detektor (b; a), der· das Bezugssignal abgibt, das mit dem von einem ersten Detektor (a; b) abgegebenen Signal verglichen wird, vom ersten Detektor in einem solchen Abstand (e) angeordnet istj daß die Phasenverschiebung der beiden Signale (201$ 202) mindestens gleich der Länge der längsten Plateaus und höchstens gleich dem gegenseitigen Abstand der beiden Plateaus ist (Fig. 1).
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 _t wobei der Fühler mehrere voneinander getrennte Detektoren hat, dadurch gekennzeichnet , daß das Bezugssignal jedes periodischen Signals, das von einem der Detektoren (401 - 405) abgegeben wird, mindestens ein Signal (524) ist, das durch Verknüpfung der von mindestens zwei (4θ1, 402) der anderen Detektoren abgegebenen Signale (411, 412) entstanden ist {Fig. 5).

   CW 1G58

   210613S

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5. 5» Vorrichtung nach Anspruch k_t wobei jedes von einem Detektor abgegebene periodische Signal ein im wesentlichen trapezförmiges Signal ist, von dem jede Periode nacheinander aufweist ein oberes Plateau, eine Abfallsflanke, ein unteres Plateau und eine Anstiegsflanke entsprechend der Vorbeibewegung eines Detektors an einem Feld, von diesem Feld zum benachbarten Feldzwischenraum, an diesem Zwischenraum und von diesem zum nächsten Feld, und wobei die trapezförmigen Signale wegen der versetzten Anordnung der Detektoren phasenverschoben sind, dadurch gekennzeichnet , daß das Signal, das mit dem von einem Jj ersten Detektor abgegebenen trapezförmigen Signal verglichen wird, ein Zwischensignal ist, das aus zwei Signalen zusammengesetzt ist, die von zwei anderen Detektoren abgegeben werden und von denen das eine ein oberes Plateau und das andere ein unteres Plateau in mindestens einem Abschnitt der Zonen haben, in denen das vom ersten Detektor abgegebene Signal eine Anstiegs- oder Abfallsflanke aufweist (Fig. 8).
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß jedes von einem ersten Detektor abgegebene Signal mit η Zwischensignalen verglichen wird, die entlang J den Anstiegs- und Abfallsflanken des vom ersten Detektor ' abgegebenen Signals gleichmäßig getrennte Plateaus aufweisen (Fig. 8)«

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