DE2152803A1

DE2152803A1 - Meßgerät zur Bestimmung der gegenseitigen Verlagerung relativ zueinander bewegbarer Körper

Info

Publication number: DE2152803A1
Application number: DE19712152803
Authority: DE
Inventors: George A. Xenia; Wieg Heinrich J. New Burlington; Ohio Preston (V.St.A.)
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Bendix Corp
Priority date: 1970-10-23
Filing date: 1971-10-22
Publication date: 1972-04-27
Also published as: FR2113114A5; GB1370307A

Description

PaientoawcSio
Dr. (ng. H. Negendenk

Dipl. Ing. H. Hsudc
Dipi. Phys. W. Schmitz M

Tel. 5380586

The Bendix Corporation

Executive Offices

Bendix Center 22. Oktober 1971

Southfield, I-Iich. 48075,USA Anwaltsakte M-1788

Meßgerät zur Bestimmung der gegenseitigen Verlagerung relativ zueinander bewegbarer Körper

Zahlreiche, im Gebrauch befindliche Maschinen, so Werkzeugmaschinen, i'Ießgeräte, automatische Fertigungsmaschinen, Zeichengeräte und dergleichen sind mit Vorrichtungen versehen, welche auf der Basis der lioire-Streifenmuster arbeiten, um Verlagerungen relativ zueinander bewegbarer Körper festzustellen. Es gilt als bekannt, daß Verlagerungen bzw. Versetzungen mit größerer Genauigkeit festgestellt werden können, wenn eine größere Anzahl von Rasterlinien oder Rasterstreifen pro Längeneinheit auf den zueinander in Wirkstellung befindlichen, relativ zueinander bewegbaren Rastern verwendet wird. Um jedoch ein Moire-Streifenmuster zu erhalten, welches durch Anzeigegeräte, so durch fotoelektrische Vorrichtungen, wirksam aufgezeigt werden kann, ist es von Bedeutung, daß der Abstand zwischen den relativ zueinander bewegbaren Rastern genau eingestellt und gesteuert ist.

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Ls gilt als bekannt, daß ein optimales .oire-SLr^i f enrnuster, ein r.uster erster Ordnung, erzielt werden kann, wenn bei einer bestimmten Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit ein bestimmter Abstand bzw. ein Spalt zwischen den Rastern vorgesehen ist.

Je größer die Anzahl der Linien pro Längeneinheit zwischen cen relativ zueinander bewegbaren Ilastern ist, desto kleiner uuß der Spalt zwischen den Rastern gewählt werden; uer Abstand bzw. Spalt dieser Art muß infolgedessen mit größerer Genauigkeit festgelegt werden können. Es ist indessen schwierig, den Spalt zwischen Rasterkörpern mit verhältnismäßig großer Anzahl von Tasterlinien pro Längeneinheit einzustellen und beizubehalten, so bei !'astern mit 100 Linien pro .Üllimeter beispielsweise, um eine genaue Spalteinstellung mit Präzision vornehmen zu können hat man bisher mechanische Führungen verwendet. lis wurden gewisse Verfahren zur Anwendung gebracht, uin die Linstellung des Spaltes etc. f.enau festzulegen und periodisch zu überwachen. Jjies hat zu bedeutenden Kosten für die einzelnen, erforderlichen Bauteile und zu zeitaufwendigen Kontrollarbeiten geführt.

Bs gilt ferner als bekannt, dass miteinander in 1,'irkstellung befindliche Raster eine bestimmte Anzahl von Linien pro Rasterlänge besitzen und in voneinander abgewandter Richtung bewegt werden können, so daß der Spalt dazwischen beträchtlich größer ist als der vorangehend erwähnte optimale Spalt. Anstelle eines roire-Streifenmusters optimaler Schärfe, welches verhältnismäßig einfach angezeigt werden kann, erhält man ein schwächeres lluster,

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•AD ORJG/NAL

welciics als .' uster zweiter Ordnung bezeichnet wird. Gelegentlich uird ein derartiges Muster zweiter Ordnung benutzt; um jedoch das .,uster zv.citer Ordnung wirksam einsetzen zu können, müssen die durch uem ,ustcr zugeordnete, fotoelektrische Geräte erzeugten, elektrischen Signale verstärkt werden. Während des Verstärkens dieser Signale treten elektronische Geräusche und andere Fehlerquellen auf, welche korrigiert werden müssen und welche zusätzliche, teuere Vorrichtungen erfordern. Während ein /luster zweiter Ordnung erzeugt wird, wenn ein Satz von Rastern weiter voneinander entfernt wird, besitzen diese Raster etwa dieselbe Empfindlichkeit des Spaltes wie diejenigen Raster, welche sehr nahe zueinander angeordnet sind und ein Muster erster Ordnung bilden. Uie Laster dürfen sich also bezüglich ihres Spaltes in beiden Richtungen nicht wesentlich verändern, um zu verhindern, daß das Moire-Streifennuster im wesentlichen unbrauchbar wird.

Ls ist bekannt, daß eine weitere, voneinander abgewandte Bewegung eines Paars miteinander in Wirkstellung befindlicher Raster zu einem sogenannten Muster dritter Ordnung führt, d.h. zu einem i-juster mit einer Schärfe dritter Ordnung. Ein derartiges Muster ist schwächer oder weniger leicht anzeigbar als das Muster zweiter Ordnung. Wegen der Schwäche des elektrischen Signals der fotoelektrischen Geräte, welche den Rastern zur Erzeugung des Musters dritter Ordnung zugeordnet sind, muß dieses Signal in so weitgehendem Maße verstärkt werden, daß es sich als unpraktisch erweist, Kaster unter einem Abstand zu verwenden, v/elcher zu einem Muster dritter Ordnung führt. "

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Aus der vorangehenden Beschreibung ist zu entnehmen, daß Geräte una Verfahren bekannter Art, welche zur Anzeige von Verlagerungen mit I-ioire-Streifeniiiustern arbeiten, als mangelhaft anzusehen sind, da sie die Verwendung vergleichsweise teuerer Raster mit einer hohen Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit erfordern, um die erwünschte Genauigkeit zu erzielen. Diese Raster müßten mit einem genau bestimmten Spalt arbeiten.

Davon ausgehend wurde durch die vorliegende Erfindung ein verbessertes und wirtschaftliches Gerät als auch ein Verfahren geschaffen, um bei Verwendung von Moire-Streifenmustern Verlagerungen bzw. gegenseitige Versetzungen festzustellen, wobei die Nachteile bekannter System überwunden werden. Das Gerät kann in wirksamer Weise durch vergleichsweise ungelernte Bedienungsleute eingesetzt werden.

Im Rahmen der Erfindung sind der Skalenraster und ein mit diesem zusammenwirkender Indexraster je mit einer vergleichsweise geringen Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit versehen (gewöhnlich im Bereich von einem halben Dutzend Linien pro Millimeter beispielsweise) , wobei Mittel den Abstand bzw. Spalt zwischen den Rastern auf ein Maximum einstellen und halten, um ein Moire-Streifenmuster erster Ordnung und optimaler Schärfe zu erreichen, wenn die Raster relativ zueinander bewegt werden. Das Muster ist vergleichsweise unempfindlich gegenüber Veränderungen des Spaltes und befähigt zur Verwendung miteinander wirkender, billiger Teile, welche unter Beibehaltung gewöhnlicher Fertigungstoleranzen oder normaler Einstellungen gefertigt wurden. Ein elektro-optisches

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System wird verwendet,' ur.i das Muster anzuzeigen, das System xveist

Inter
eine zuii, \polieren zwischen den Rasterlinien dienende Vorrichtung auf, so daß jede Reduzierung in der Genauigkeit der Bestimmung von Verlagerungen kompensierbar ist, wenn Raster mit einer vergleichsweise kleinen Anzahl von Linien pro Längeneinheit zur Anwendung gebracht werden.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.

it

Fig. 1 der Zeichnungen ist eine schematische Ansicht eines Gerätes gemäß der Erfindung;

Fig. 2 ist ein Diagramm elektrischer Impulse, welche durch das Gerät gemäß der Erfindung erzeugt werden;

Fig. 3 ist eine Perspektivansicht einer im Gerät befindlichen Vorrichtung; und

Fig. 4 ist ein Diagramm fotoelektrischer Signale, welche durch das Gerät gemäß der Erfindung ausgesendet werden.

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In Fig. 1 der Zeichnungen ist in beispielhafter Weise eine Ausführungsform des Verfahrens und des Gerätes Io gemäß der Erfindung dargelegt. Das Gerät Io weist einen reflektierenden Linien- bzw. Skalenraster 11 auf, welcher,an der Basis oder am tragenden Aufbau der zugehörigen Maschine befestigt werden kann. Ferner weist das Gerät einen Lesekopf 12 auf, welcher bezüglich des Skalenrasters bewegbar ist und einen weiteren Skalenraster, als Einstellraster 13 bezeichnet,aufweist.

Die Außenfläche des Skalenrasters 11 reflektiert und ist mit mehreren Rasterlinien IH versehen. Diese sind parallel und im Abstand zueinander angeordnet. Der Einstellraster 13 besteht aus einem lichtdurchlässigen Material und ist mit mehreren Rasterlinien 15 an seiner Außenfläche versehen, d.h. an der Fläche, welche der Außenfläche des Skalenrasters 11 gegenüberliegt. Die Rasterlinien 15 sind gleichfalls parallel und unter gleichem Abstand zueinander angeordnet, wobei der Abstand zwischen den Rasterlinien 15 dem Abstand zwischen den Rasterlinien 14 des Skalenrasters 11 entspricht. Der Abstand bzw. die Fläche zwischen den Rasterlinien 15 liegt frei und kann infolgedessen Licht ι hindurchlassen. Aus diesem Grunde können die Rasterlinien 15

des Einstellrasters mit den Rasterlinien 15 am Skalenraster i
^; zusammenwirken, um in an sich bekannter Weise ein Muster von

Lichtinterferenz zu bilden, welches als Moire-Streifenmuster,

I oder auch Moirestreifen bekannt ist.

[ Die Art und Weise, auf welche ein Moire-Streifenmuster erzeugt wird, gilt als bekannt; auch das Erscheinungsbild und die Anordnung bezüglich der damit zusammenwirkenden Rasterlinien zur

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Erzeugung eines Musters ist als vorbekannt zu erachten. Aus Gründen der einfacheren Darstellung ist in den Zeichnungen eine ins einzelne gehende Wiedergabe dieses Musters nicht enthalten.

Der Lesekopf 12 arbeitet mit einer Lichtquelle 16 und mit einer Kollimatorlinse 17, welche zusammenwirken, um das Licht auf den Einstellraster 13 und durch diesen zu leiten. Wenn der Einstellraster 13 über dem Linien- bzw. Skalenraster 11 so angeordnet ist, daß die Rasterlinien 15 unter einem geringen Winkel zu den Rasterlinien 14 am Skalenraster liegen, dann entsteht ein sogenanntes Moire-StieLfenmuster als Ergebnis der Gesamtinterferenz, welche durch den Schnitt der einzelnen Linien der beiden Raster hervorgerufen wird. Wenn sich der Eirstellraster 13 entlang der Längsachse des Skalenrasters 11 bewegt dann verlagert sich das Moire-Streifenmuster seitlich und kontinuierlich entlang der Bahn des Rasters. Die Bewegung des Streifenmusters ist eine Funktion der Bewegungsrichtung des Einstellrasters 13 relativ zum in fixierter Lage befindlichen Skalenraster 11. Das Muster nimmt eine zyklische Verteilung der Lichtintensität in Richtung der Bewegung vor, wobei die Anzahl der Zyklen eine Funktion des Winkels zwischen den beiden Rastern darstellt. Die Veränderung der Lichtintensität verläuft in etwa sinusförmig. Die Anzahl der zyklischen Verteilungen der Lichtintensität über der Breite des Rasters ist eine Funktion des Winkels (Schrägwinkel) zwischen den Linien auf beiden Rastern. Als korrekter Winkel ist derjenige

! anzusehen, welcher lediglich eine Folge von Licht und Dunkel j

I bzw. Schattenmuster zu jedem Zeitpunkt auf dem Sichtfeld erzeugt.

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Der Lesekopf 12 ist bezüglich des Skalenrasters 11 genau bewegbar; da der Einstellraster 13 am Lesekopf 12 fixiert ist, wird auch der Einstellraster genau bezüglich des Skalenrasters 11 gehalten.

Der Einstellraster 13 wird am Meß- bzw. Lesekopf verstellbar so getragen, daß die Rasterlinien 15 in Schräglage einstellbar sind, um den vorangehend erwähnten Schrägwinkel zwischen den Rasterlinien 14 und 15 verändern zu können.

^ Der Lesekopf 12 ist ferner mit vier photoelektrischen Geräten 21, 22, 23 und 24 versehen, welche an vier Punkten auf das sich bewegende Streifenmuster ausgerichtet sind. Die Geräte 21-24 arbeiten mit Spannungsausgängen, welche der Lichtintensität an jeder Zelle proportional sind. Diese Ausgänge sind angenähert sinusförmig. Durch die Plazierung der Geräte 21-24 liegen die Ausgänge in ihrer Phase versetzt zueinander bei 0 , 9o , 18o und 27o°, wie durch Bezugsnummer 25 aus Fig. 1 der Zeichnungen zu entnehmen ist.

ψ Die Ausgangssignale der photoelektrischen Geräte 21 - 24 werden unter Verwendung eines Paars von Differentialverstärkern 26 und 2 7 verstärkt. Die Ausgangssignale der Geräte 21 und 23 (die 0 - und 18o -Ausgangssignale) werden dem Differentialverstärker . 26 eingegeben, während die Ausgangssignale der Geräte 2 2 und 24 (die 9o°- und 27o°-Ausgangssignale) dem Differentialverstärker 27 eingegeben werden.

Die Ausgänge jeden Verstärkers 26 und 2 7 sind also proportional zur Differenz zwischen ihren entsprechenden, gegenphasigen

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Eingängen. Dieses Verfahren der Verstärkung der Signale verhindert in weitem Umfang das Entstehen elektrischer Störungen infolge kleiner Ungenauigkeiten im Rastermuster, als auch elektrisches Rauschen, da Differentialverstärker eine hohe Gleichtaktunterdrückung besitzen. Die verstärkten Signale werden durch das das Gerät Io umfassende, elektrische System verwendet, um das Ausmaß bzw. den Abstand zu bestimmen, unter welchem der Einstell-. raster 13 von einem Bezugspunkt gegenüber dem Skalenraster 11 versetzt ist. Auch die Richtung dieser Versetzung soll bestimmt werden.

Im Rahmen der Erfindung wurde festgestellt, daß der Abstand bzw. der Spalt, unter Bezugsnummer 3o zwischen der Außenfläche des Einstellrasters 13 und der gegenüberliegenden Außenfläche des Skalenrasters 11 angegeben, genau gesteuert werden kann, um ein Moire-Streifenmuster zu erzeugen, welches optimale Klarheit besitzt. Ein derartiges Streifenmuster kann durch die photoelektrischen Geräte 21-24 äußerst leicht angezeigt werden. Es hat sich außerdem herausgestellt, daß man bei einer bestimmten Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit, sowohl am Einstellraster als auch am Skalenraster, mit Hilfe einer besonderen Spalteinj Stellung den besten Effekt des Moire-Streifenmusters erzeugt, so daß die Geräte 21-24 die besten oder größten Spannungsausgänge bei einer derartigen optimalen Einstellung hervorrufen, wie unter Bezugsnummer 31 in Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt ist. Fig. M- der Zeichnungen stellt mehrere Spaltwerte gegenüber den | Spannungsausgangen jaden photoelektrischen Gerätes dar, und zwar bezogen auf Raster mit verschiedenen Abständen der Rasterlinien.. ^!

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- Io -

Wenn sich der Spalt 3o zwischen miteinander in Wirkstellung befindlichen Rastern aus der optimalen Einstellung vergrößert, dann ist das Raster bis zu einem zweiten Punkt bzw. einer zweiten Einstellung weniger unterscheidbar. Im Bereich der zweiten Einstellung wird ein Moire-Streifenmuster zweiter Ordnung erzeugt, welches nicht so gut ist wie das Streifenmuster erster Ordnung. Infolgedessen ist auch der Spannungsausgang der zugehörigen, photoelektrischen Geräte nicht so gut, wie durch Bezugsnummer 32 in Fig. M- der Zeichnungen dargestellt ist. Eine weitere Zunahme des Spaltes 3o führt dazu, daß sich das Streifenmuster zweiter Ordnung verringert und anschließend zu einem Streifenmuster dritter Ordnung ansteigt. Dieses Muster ist nicht so gut wie das Muster zweiter Ordnung, wie durch Bezugsnummer 33 bezüglich des Spannungsausganges dargestellt ist. Das Muster erster Ordnung ist am leichtesten anzuzeigen und. führt zu stärksten elektrischen Signalen der photoelektrischen Geräte 21-24. Das Streifenmuster zweiter Ordnung führt zu elektrischen Signalen geringerer Größe, während das Muster dritter Ordnung zu elektrischen Signalen noch geringerer Größe führt.

Wie aus der vorangehenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf Fig. 4 der Zeichnungen zu ersehen ist, ist die optimale Spaltweite zwischen einem reflektierenden Skalenraster und einem lichtdurchlässigen Einstellraster bei einhundert Rasterlinien pro mm o,o5mm und führt zu einem Signal erster Ordnung. Ein Spalt mit einer Weite von o,15 nun führt zu einem Signal zweiter . Ordnung, während ein Spalt mit einer Weite von o,2 5 mm ein Signal dritter Ordnung auslöst. Bei miteinander in Wirklage

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befindlichen Rastern mit fünzig Rasterlinien pro Millimeter beträgt die optimale Spalteinstellung zur Erzeugung eines Signals erster Ordnung o,25mm, während eine Spaltweite von 1mm verwendet wira, um ein Signal zweiter Ordnung auszulösen. Ein Spalt mit einer weite von 1,75 mm wird verwendet, um das Signal dritter Ordnung zu erzeugen. Bei miteinander in Wirklage befindlichen Rastern mit vier Rasterlinien pro Millimeter beträgt die optimale Spaltweite zur Erzeugung des Signals erster Ordnung 1,875 mm, die Weite bzw. Spaltgröße zur Erzeugung des Signals zweiter Ordnung

mm beträgt 5,6mm, während ein Spalt von 9,35/zurErzeugung des

Signals dritter Ordnung verwendet wird.

Die vorangehenden Ausführungen geben den Hinweis, daß es von Vorteil wäre, eine möglichst geringe Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit zu verwenden, vorausgesetzt, daß geeignete Mittel, so elektronische Geräte zur Anwendung gebracht werden können, welche zwischen den Rasterlinien genau unterscheiden können. Bei Verwendung von Skalen- und Einstellrastern mit J+o Rasterlinien pro mm und bei Verwendung eines sogenannten elektrischen Zehnerteilungssystems können 4oo elektrische Impulse pro Millimeter Rasterbewegung in Digitalform erzeugt werden. Jeder Impuls entspricht dabei o,oo25 mm,was der mindesten, ausgeprägten Digitalgröße oder Auflösung entspricht. Bei gewöhnlichen, miteinander in Wirkstellung befindlichen Rastern mit vier Rasterlinien pro Millimeter und unter Verwendung eines elektrischen Zehnerteilungssystems, können vierzig Zählimpulse pro Millimeter Raster abgeleitet werden,-so daß jedem Impuls o,o2 5mm entsprechen.

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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, den zwischen den Rastern befindlichen Spalt so groß wie möglich zu gestalten; dies geschieht nach Maßgabe der Genauigkeit, welche bei dem System bzw. bei der Anlage erforderlich ist, welcher die Raster beigegeben sind, um Verlagerungen oder Versetzungen aufzuzeigen. Es kann ein geeignetes elektronisches System verwendet werden, welches die größte Anzahl verwendbarer elektrischer Impulse bei einer bestimmten Relativbewegung zwischen den Rastern

zwischen erzeugt. Diese Impulse können verwendet werden, um/den Raster-

Ψ linien zu unterscheiden bzw. zu interpolieren. Bei verhältnismäßig großen Spaltweiten werden Streifenmuster erster Ordnung erzeugt, wobei geringe Veränderungen im Bereich einiger Vierzigstel Anteile eines Millimeters die Form bzw. die Eigenheit des erzeugten Moire-Streifenmusters nicht nachteilig beeinflussen. Es ist infolgedessen ein vorteilhaftes Gesamtsystem geschaffen, welches sogar unter nachteiligen Arbeitsbedingungen zufriedenstellend arbeitet. Bei den in Fig. 4- der Zeichnungen dargestellten, einhundert Rasterlinien pro Millimeter umfassenden Rastern führt eine Veränderung von plus oder minus o,o5 mm gegenüber dem optimalen Spalt einer Weite von o,o5 mm zu einem Muster, welches nicht verwendbar ist. Im Gegensatz dazu hat eine Veränderung von plus oder minus o,o5 mm bei einem Spalt an Rastern mit vier Linien pro Millimeter nur vernachlässigbare Wirkungen zur Folge. Spaltveränderungen von plus oder minus * o,25 mm und sogar mehr sind also in einem System als vernachlässigbar anzusehen, welches Raster mit vier Rasterlinien pro Millimeter verwendet.

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Die Erfindung ermöglicht die Verwendung von Rastern mit dazwischen befindlichem maximalem Spalt, wodurch eine das Gerät gemäß der Erfindung verwendende Maschine mit Rastern bestückt werden kann, welche als spaltunempfindlich angesehen werden können.

Es kann jedes geeignete Verfahren (auch unter Verwendung elektronischer Geräte) zur Anwendung gebracht werden, um zwischen Rasterlinien zu interpolieren, wo eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Rasterlinien pro Millimeter verwendet wird. Nach dem gegenwärtigen Stand der Technik ist der durch einen elektrischen Interpolator selbst eingegebene Fehler im Bereich von etwa l/5o des Spaltabstandes bzw. der Spaltweite zwischen einander folgenden Spaltlinien. Bei einem Rastersystem von vier Linien pro Millimeter ist der durch elektronische Interpolation ausgelöste Fehler im Bereich von o_soo5 mm.

Falls indessen die maximale, durch das Gerät und das Verfahren zur Bestimmung von Verlagerungen bedingte Genauigkeit nur - o,o25 nun beträgt, dann kann der durch den elektrischen Interpolator bzw. Interpolationsoszillator eingegebene Fehler vernachlässigt werden.

Beim Gerät gemäß der Erfindung wird ein elektrischer Interpolator verwendet; dieser ist in Fig. 1 der Zeichnungen durch gestrichelte Linien als Block 34· dargestellt. Der Interpolator

und 34· entspricht der Bauart mit Zehnerteilung/ nimmt sinusförmige

Ausgangssignale von den Differentialverstärkern 26 und 27 auf.

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Der Interpolator 34 weist einen herkömmlichen, ohmschen Phasenteiler 35 auf, welcher zehn sinusförmige Signale erzeugt. Diese

besitzen, wie durch Bezugsnummer 37 angegeben, Wellenform und sind um 36° zueinander phasenversetzt. Sie sind in Fig. 1 der 2eichnungen durch die auf 0°, 36°, 72? etc. bis 324° und zurück auf 0 bezogenen Linien dargestellt. Jedes der sinusförmigen Signale wird einem Nulldurchgang-Detektor und einem Triggerbzw. Auslösegerät eingegeben; jedes der Geräte ist mit gleicher Bezugszahl 4o bezeichnet. Jeder sinusförmige Eingang an einem Gerät 4o wird in quadratische oder rechtwinklige Wellenform umgesetzt, wie sie im wesentlichen unter ßezugsnummer 41 dargestellt ist. Die Geräte 41 können in Form von Schmitt-Triggerschaltungen oder dergleichen angeordnet sein. Die Ausgänge der verschiedenen Geräte Ho weisen Phasenvsrsetzungen und Wellenformen gernäß Fig. 2 für jedes der 0°~ ₃ 3 6°-, 7 2°- etc. Signale auf, weshalb sich eine weitere Beschreibung erübrigt.

Die Signale angenähert quadratischer Wellenform der Geräte 4o werden einer elektrischen Schaltung 42 eingegeben₃ welche die Form einer impuls-formenden und die Richtung fühlenden logische;-. Schaltung herkömmlicher Bauart besitzt. Die Schaltung 42 erzeugt über Kanäle 43 und 44 Ausgänge und speist diese einem herkömmlichen Auf- und Ab-Zähler 45 ein. Die Schaltung arbeitet in bekannter Weise: Wenn der Einstellraster 13 bezüglich des fixierten Skalenrasters 11 in einer Richtung bewagt wird, eilt der Ausgang des photoelektrischen Gerätes 21 (unter dev (^-Position angeordnet) dem Ausgang des photoelektrischen Gerätes 2 2 (in der 9o°-Position angeordnet) voraus, so daß gemäß. Dezugs-

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nummer 46 einzelne Impulse entstehen und durch den Kanal 43 laufen. Diese Impulse haben zur Folge, daß der Zähler nach oben zählt bzw. Impulse addiert. Falls die Bewegung des Einstellrasters 13 entlang des Skalenrasters 11 entgegengesetzt gerichtet ist

läuft der Ausgang des photoelektrischen Gerätes 21 (in der 0°-Position angeordnet) hinter dem Ausgang des photoelektrischen Gerätes 22, was zu einzelnen Impulsen if8 führt, welche durch den Kanal 44 gerichtet sind und den Zähler 45 nach unten, die Impulse abziehend, zählen lassen. Da der Aufbau und die Wirkungsweise der logischen Schaltung zur Impulsform und zur Richtungsbestimmung an sich bekannt XSt_xerübrigt sich eine ins einzelne gehende Beschreibung der miteinander wirkenden Bauteile und ihrer Funktionsweise als für das weitere Verständnis der Erfindung nicht erforderlich.

Der Ausgang des Auf- und Ab-Zählers 45 wird einer gewöhnlichen Bild- oder Darstellungseinheit 47 eingegeben, welche geeignete, visuelle Anzeigeelemente aufweist, um die Versetzung des Einstellrasters 13 relativ zum Skalenraster 11 aufzuzeigen. Die Darstellungseinheit kann außerdem mit einem Streifenblatt und mit geeigneten Markierungsmitteln versehen sein, um eine permanente Aufzeichnung der relativen Verschiebung bzw. Versetzung zu erhalten.

Es kann jede geeignete Vorrichtung benutzt werden, um den Spalt 3o zwischen dem Einstellraster 13 und dem Skalenraster 11 zu verändern. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der gesamte Lesekopf bezüglich eines Trägers 5o verstellt, wie aus Fig. 3

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der Zeichnungen zu entnehmen ist. Der Träger 5o weist ein Paar Schlitze 51 auf, wobei jeder der Schlitze die Form eines + Zeichens besitzt.

Der Lesekopf 12 ist mit einem Paar von Öffnungen 52 versehen," welche zur Aufnahme von Gewindeschrauben 53 dienen. Jede Schraube 53 ist in eine Mutter 54 eingeschraubt, welche innerhalb eines zugehörigen Schlitzes gehalten ist. Nach Lockern der Schraube 53 kann der gesamte Lesekopf in Richtung des Skalenrasters 11 bzw. von diesem abgewandt bewegt werden, um den erwünschten Spalt 3o festzulegen. Wenn der Spalt 3o festgelegt ist werden die Schrauben 53 angezogen, weshalb die Mutter 54 gegen die den Schlitz 5o bildenden Flächen 55 angepreßt wird. Somit wird der Lesekopf 12 in seiner Position festgeklemmt.

Wie vorangehend erwähnt bestmmt auch der Winkel der Rasterlinien 15 des Einstellrasters bezüglich der Rasterlinien 14 des Skalenrasters das Moire-Streifenmuster. Um diesen Winkel zu verstellen wird ein Exzentermechanismus 56 am Lesekopf 12 verwendet. Ein Teil 57 dieses Mechanismus erstreckt sich durch einen mit ihm zusammenwirkenden Schlitz 6o. Der Teil 57 kann gedreht werden und kommt in Anlage an einer den Schlitz 6o bildenden Fläche 61, um auf diese Weise den Schrägwinkel zwischen den Rasterlinien ; am Einstellraster 13 und den Rasterlinien am Skalenraster 11 festzulegen.

: Im Verlaufe der Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde j ι auf eine elektrische Schaltung mit Zehnerteilung zum Interpolieren ^: zwischen den weit im Abstand zueinander befindlichen Rasterlinien

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Bezug genommen; es ist jedoch möglich, auch andere, elektrische Schaltungen zu verwenden, welche jede gewünschte Anzahl von Impulsen erzeugen, um eine elektrische Interpolation zwischen Rasterlinien mit mehr oder weniger Genauigkeit vorzunehmen.

Es wurden vier photoelektrische Geräte 21-24 dargestellt, um die Moire-Streifen abzulesen bzw. aufzuzeigen; es können natürlich auch nur zwei dieser Elemente bzw. Geräte benutzt werden, um sowohl die Bewegungsgröße als auch die Bewegungsrichtung eines Einstellrasters bezüglich des zugehörigen Skalenrasters aufzuzeigen. Die Anzeige der Bewegungsrichtung geschieht wie vorangehend erwähnt einfach dadurch, daß eines der photoelektrxschen Geräte 9o bezüglich des anderen um 9o versetzt wird. Infolgedessen erzeugt einer der Leseköpfe einen Ausgang in Form einer Sinuswelle, während der Ausgang des anderen Lesekopfs die Form einer Kosinuswelle besitzt. Die gegenseitige Beziehung von Sinuswelle und Kosinuswelle ermöglicht die Bestimmung der Bewegungsrichtung in an sich bekannter Weise.

Im Verlaufe der Beschreibung wurde der Streifen- bzw. Skalenraster 11 in Form eines reflektierenden Teils dargestellt, auf dessen Außenfläche die Rasterlinien vorgesehen sind. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung, einen Spalt optimaler Weite, so den Spalt 3o, zwischen einem Skalenraster und einem Einstellraster vorzusehen, kann auch dort zur Anwendung gebracht werden, wo der Skalenraster als Übertragungsraster aus einem Licht übertragenden bzw. lichtdurchlässigen Material besteht und durch vergleichsweise dunkle Linien gekennzeichnet ist. Diese sind

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durch klare bzw. helle Zwischenräume voneinander getrennt. Das lichtdurchlässige Material, ist dem zur Herstellung des Einstellrasters 13 verwendeten vergleichbar. In den Fällen, in welchen der Skalenraster 11 durchlässig ausgebildet ist wird das optische System und werden die zugehörigen Bauteile in geeigneter Weise abgewandelt und in bekannter Weise neu angeordnet.

Das Gerät und das Verfahren gemäß der Erfindung wurden unter Bezugnahme auf einen Lesekopf 12 beschrieben, dessen Einstellraster 13 bezüglich eines fixierten Skalenrasters 11 bewegbar ist. Das Gerät und das Verfahren gemäß der Erfindung sind auch anwendbar, wenn der Einstellraster und wenn der Lesekopf stationär sind, während der Skalenraster relativ dazu bewegbar ist. Das Gerät und das Verfahren gemäß der Erfindung können darüberninaus bei allen weiteren, miteinander in Wirkstellung befindlichen Rastern zur Anwendung gebracht werden, welche andere Form besitzen, so Skalenraster in zylindrischer Form, Kegelstumpfform, Kreisform etc. Der Einstellraster wird in entsprechender Weise dieser Verwendung angepaßt. Auch in diesem Fall kann der Einstellraster stationär gehalten werden, während der Skalenraster relativ dazu bewegbar ist, wie im Zusammenhang mit den Rastern 11 und 13, welche auf im wesentlichen geradliniger Bewegung geführt sind, bereits erwähnt wurde.

Die Erfindung wurde nicht unter Verbindung bzw. Bezug mit einer besonderen Maschine erläutert; es ist jedoch erkennbar, daß ein fixierter Raster an einer geeigneten Maschine, so an einem ileßgerät, einer Werkzeugmaschine, einer Fertigungsmaschine, einem automatischen Zeichengerät, einem automatischen Montagegerät

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etc. befestigt werden kann, wobei der mit diesem Raster zusammenwirkende, bewegbare Raster auf einem relativ dazu bewegbaren Körper der jeweiligen Maschine angebracht ist. Diese Anordnung erweist sich immer dann als erforderlich, wenn eine Arbeitslage bzw. wenn Arbeit±>estimmungen in vorbestimmter Weise genau einzuhalten und festzulegen sind.

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Claims

Patentansprüche

1.) Meßgerät zur Bestimmung der gegenseitigen Verlagerung, mit
einem Paar relativ zueinander bewegbarer Raster, auf welchen eine vergleichsweise geringe Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit vorgesehen ist, wobei die Pvasterlinien unter gegenseitiger Wirkung ein Moire-Streifenmuster erster Ordnung erzeugen und optimale Schärfe aufweisen, wenn die Raster mit
einem Spalt bestimmter Weite zwischen sich eingestellt sind, so daß das Auster vergleichsweise unempfindlich gegenüber
Veränderungen des Spaltes ist, und mit einem elektro-optischen System zur Anzeige des Musters und zur Verwendung desselben, um die Verlagerung festzulegen, dadurch gekennzeichnet, daß dem System (12) eine elektrische Vorrichtung (34) zugeordnet ist, welche eine Interpolation zwischen den Rasterlinien ermöglicht, um jede Verminderung in der Genauigkeit bei Bestimmung einer Verlagerung auszugleichen, wenn Raster mit

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verhältnismäßig kleiner Anzahl von Rasterlinien pro Längeneinheit verwendet sind.

2. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Raster (11,13) nicht mehr als vierzig Rasterlinien pro Millimeter aufweist, und daß das Muster gegenüber Spaltveränderungen im Bereich von einigen Vierzigstel eines Millimeters verhältnismäßig unempfindlich ist.

3. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder ' der Raster (11,13) nicht mehr als vier Rasterlinien pro Millimeter aufweist, und daß das Huster gegenüber Spaltveränderungen im Bereich von Vierteln eines Millimeters vergleichsweise unempfindlich ist.

4. ließgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (11) der Raster als fixierter, reflektierender Raster ausgebildet ist, während der andere (13) der Raster als bewegbarer, lichtdurchlässiger Raster ausgebildet ist. {

5. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Raster (11,13) die Form eines lichtdurchlässigen Rasters besitzt.

6. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einer (11) des Rasterpaares als Skalenraster in fixierter Lage befestigt ist, daß ein heß-Lesekopf (12) relativ zum Skalen-

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raster (11) bewegbar ist, daß der andere Raster (13) des Rasterpaares als Bezugsraster ausgebildet ist, welcher lösbar am Meß-Lesekopf (12) befestigt ist, und daß ein Gerät (56) die Position des rieß-Lesekopf es (12) in dichtung dos Skalenraster (11) und von diesen: ab gewandt einstellt, um entsprechend den Spalt zwischen dem Bezugsraster (13) und dem Skalenraster (11) zu steuern.

7. Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicimet, daß die elektrische Vorrichtung (34) einen Ohm'sehen Phasenteiler (35) aufweist, v/elcher einige elektrische Si-nale in eine große Anzahl von Signalen mit bekannter Phasenbezieiiung umsetzt.

3. ileßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daßde. l System ein gewöhnlicher Auf-Ab-Zähler zugeordnet ist.

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