DE2226578A1 - POSITION INDICATOR DEVICE - Google Patents
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Description
PATENTANWÄLTEPATENT LAWYERS
München 71,Munich 71,
EnglandEngland
Die Erfindung betrifft eine Positionsansaigovorsiiehtung und insbesondere eine solche Vorrichtung, durch die in einer gegebenen Fläche ein Punkt in Koordinaten angegeben werden kann«The invention relates to a position indicator device and, more particularly, to such apparatus by which in a given Area a point can be specified in coordinates «
Es sind Vorrichtungen bekannt, die Entfernungen massen und Positionen in einem gewöhnlich rechteckigen Bereich in a&rtesisehen Koordinaten angeben, wobei Skalen verwendet werden, dis lürags zweier aneinander angrenzender Seiten der Flüche angebracht sind und/oder Schlitten, die über die Fläche bewegbar sind« Eine solche Vorrichtung ist in der britischen Fatentaehrift I 058 300 beschrieben, wobei optische Beugungsgitter verwendet werden, von denen eines auf einer Bezugs flache und ein «weites beweglich längs des ersten Gitters montiert ist, wobei sein® Gitterlinien um einen kleinen Winkel von der Parallelität abweichen? tun «in Interferens-Streif«neuster zu erzeugen, wobei die Bewegung derDevices are known which measure distances and indicate positions in a usually rectangular area in a & rtesiean coordinates, with scales being used , dis lürags two adjoining sides of the cursors and / or slides that are movable over the surface. Such a device is described in the British Fatentaehrift I 058 300, whereby optical diffraction gratings are used, one of which is mounted flat on a reference and a wide one is mounted movably along the first grating, its grating lines deviating from parallelism by a small angle? do "in Interferens-Streif" to generate the latest, with the movement of the
Lh/fi - 2 -Lh / fi - 2 -
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Interferenz-Streifen ein Maß für die Entfernung ist, um das das eine Gitter längs des anderen Gitters bewegt worden ist.Interference fringe is a measure of the distance by which the one grid has been moved along the other grid.
Diese Vorrichtungen erfordern jedoch Meßskalen deren Länge gleich der Seitenlänge der Fläche iat, über die Messungen erfolgen sollen, so daß bei Verwendung optischer Beugungsgitter große Längen dieser Gitter erforderlich sind, die entsprechend teuer sind.However, these devices require measuring scales the length of which is equal to the side length of the area over which measurements are to be made. so that when optical diffraction gratings are used, large lengths of these gratings are required, which are correspondingly expensive.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Positionsanzeigevorrichtung zu schaffen, die mit Hilfe einfacher und billiger Meßeinrichtungen eine genaue Anzeige der Position eines Punktes ermöglicht.The invention is therefore based on the object of a position display device to create an accurate display of the position of a point with the help of simple and inexpensive measuring devices enables.
Bei einer Positionsanzeigevorrichtung mit einem Pantographen, der vier stabile Element» hat, die in Form eines Parallelogramms gelenkig verbunden sind, wobei die Verschiebung eines ersten Punktes des Pantographen-Gestänges in eine entsprechende Verschiebung eines zweiten Punktes des Gestänges nut reduziertem Maßstab übertragen wird, wird dies erfindungsgemäe erreicht durch eine Einrichtung zum Messen der G?:öfi* der Verschiebung des zweiten Punktes, wobei ein Teil vorgesehen ist, der schwenkbar mit dem zweiten Punkt verbunden und dadurch verschiebbar ist, ferner mit einer Einrichtung zum Beschränken der Bewegung dieses Teils, «o dafl er auf einer vorgegebenen Orientierung zu zwei Koordinatenachsen gehalten ist.At a position display device with a pantograph, the four stable element "has hingedly connected in the form of a parallelogram, wherein the displacement of a first point of the pantograph linkage in a corresponding displacement of a second point of the linkage nut reduced scale is transferred, this will According to the invention achieved by a device for measuring the displacement of the second point, a part being provided which is pivotably connected to the second point and is thereby displaceable, further with a device for restricting the movement of this part, "o that it is kept on a predetermined orientation to two coordinate axes.
Di· Koordinatenachsen können iweckmäSlgerweise senkrecht zueinander liegen. The coordinate axes can generally be perpendicular to one another.
Vorteilhafterwelse umfaßt dim Mdfioinriehtung bewegliche optische Beugungsgitter, die relativ zu aztstfrnmtmn optischen Beugung'rittern verschiebbar sind.Advantageously catfish comprises dim Mdfioinriehtung movable optical diffraction grating, the optical relatively to aztstfrnmtmn Beugung'rittern are displaceable.
Di« Einrichtung zum Beschränken der Bewegung des oben genannten Teils vjifafit zweckmäßigerweie» ein Gestänge aus E lernen ten, di· in' FormThe "device for restricting the movement of the above -mentioned part expediently learns" a linkage from E , that is, in 'form
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eines ersten und eines zweiten gelenkigen Parallelogramms angeordnet sind, wobei eine Seite des ersten Parallelogramms relativ zu den Koordinatenachsen festgelegt 1st und eine Seite des zweiten Parallelogramms fest mit diesem Teil verbunden ist und diesen zweiten Punkt enthält» wobei ferner die dieser einen Seite des ersten Parallelogramms gegenüberliegende Seite und die dieser einen Seite des zweiten Parallelogramms gegenüberliegende Seite auf einen vorgegebenen Winkel zueinander beschränkt sind.arranged a first and a second articulated parallelogram with one side of the first parallelogram being defined relative to the coordinate axes and one side of the second Parallelogram is firmly connected to this part and contains this second point »with this one side of the first parallelogram opposite side and this one side of the second parallelogram opposite side are limited to a predetermined angle to each other.
Der feste Winkel kann ein rechter Winkel sein.The fixed angle can be a right angle.
Es ist ferner von Vorteil, wenn eines der Elemente, das die gegenüberliegenden Seiten des ersten und des zweiten Parallelogramms verbindet, ein Teil des Pantographengestänges ist.It is also advantageous if one of the elements that the opposite Connects sides of the first and second parallelogram, is part of the pantograph linkage.
Die Vorrichtung umfaßt ferner vorteilhafterweise Einrichtungen zum Messen kleiner Entfernungen in der Größenordnung von einigen Tausendstel Zoll über einen Bereich von mehreren Fuß im Quadrat. Durch ein geeignetes ReduzierungsverhSltnis für den Pantographen, das nicht notwendigerweise dasselbe für beide Achsen sein muß, kann die Bewegung des zweiten Punktes auf einige Zoll herabgesetzt werden, d.h. auf eine Länge, die geeignet ist sur Verwendung eines Beugungsgitters.The device also advantageously comprises means for Measure small distances on the order of a few thousandths of an inch over an area several feet square. With a suitable reduction ratio for the pantograph, which does not necessarily have to be the same for both axes the movement of the second point should be reduced to a few inches, that is, to a length suitable for the use of one Diffraction grating.
Das Beugungsgitter selbst ist kein Teil der Erfindung und es kann beispielsweise in der Welse ausgebildet sein, wie es in den Deutschen Patenten 1 222 688 oder 1 060 609 beschrieben ist.The diffraction grating itself is not part of the invention and it can for example be designed in the catfish, as it is in the German U.S. Patents 1,222,688 or 1,060,609.
Die Ausgangsinformation in Form von Koordinatenwerten kann auf einem Magnetband oder einem Lochband oder auf einem photographischen Film aufgezeichnet und z.B. für eine numerisch gesteuerte Werkzeugmaschine verwendet oder zur Wiederverwendung gespeichert werden. Eine direkte Messung einer Entfernung, die der erste Punkt zurücklegt, kann leicht erreicht werden durch Wiedereinsetzen der ge-The output information in the form of coordinate values can be on a magnetic tape or a perforated tape or on a photographic one Film recorded and e.g. for a numerically controlled machine tool used or saved for reuse. A direct measurement of a distance the first point travels can easily be achieved by reinserting the
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messenen Koordinaten, wodurch man eine direkte Auslesung erhält.measured coordinates, which gives a direct reading.
Eine beispielsweise AusfUhrungsform der Erfindung, die optische Beugungsgitter verwendet, wird nachfolgend anhand der einsigen Figur der Zeichnung beschrieben, die schematisch eine bevorsugte Ausführungsform der Erfindung darstellt.An example embodiment of the invention, the optical Diffraction grating used is described below with reference to the single figure of the drawing, which schematically shows a preventive Embodiment of the invention represents.
Das Pantographen-Gestänge umfaßt Arme 1, 2, 3 und 4 und es bildet ein Parallelogramm, wobei der Arm 1 eine Verlängerung la und der Arm 2 eine Verlängerung 2a aufweisen. Das Gestänge ist schwenkbar um das Ende der Verlängerung 2a, d.h. um den Drehpunkt 15 und es hat die Wirkung eines üblichen Pantographen insofern, als die Bewegung des ersten Punktes P am Ende der Verlängerung la des Armes 1 eine Bewegung des zweiten Punktes T, das 1st der Verbindungspunkt der Arme 3 und 4, in reduziertem Maßstab erzeugt* Die GrOBe der Bahn, die der Punkt T ausführt, wird reduziert durch das Längenverhältnis des Armes 4 zum Arm 1 und durch das Längenverhältnis der Verlängerung 2a zum Arm 2, wobei die beiden Verhältnisse gewöhnlich den Wert 1:20 haben. The pantograph linkage comprises arms 1, 2, 3 and 4 and it forms a parallelogram, the arm 1 having an extension la and the arm 2 having an extension 2a. The linkage is pivotable around the end of the extension 2a, ie around the pivot point 15 and it has the effect of a conventional pantograph insofar as the movement of the first point P at the end of the extension la of the arm 1 is a movement of the second point T, the 1st the junction of the arms 3 and 4, produced in a reduced scale * the magnitude of the web that carries the point T is reduced by the length ratio of the arm 4 to the arm 1 and the length ratio of the extension 2a to the arm 2, wherein the two ratios usually have a value of 1:20.
Ein Arm 7, der aus den Teilen 7a und 7b besteht, ist schwenkbar im Punkt T angelenkt.An arm 7, which consists of parts 7a and 7b, is pivotable hinged at point T.
Die Einrichtung zum Messen der Größe einer Verschiebung des zweiten Punktes T ist allgemein mit 8 bezeichnet und sie ist am Ende des Teiles 7a abseits von dem Pantographen angeordnet. Die MeBeinrichtung hat erste optische Beugungsgitter 9a und 9b, die an einem Rahmen oder dergleichen der Einrichtung 8 befestigt sind und zweite optische Beugungsgitter 10a und 10b, die am Teil 7a des Armes 7 angebracht sind, so daß sie über den ortsfesten Gittern 9a und 9b liegen und relativ zu diesen beweglich sind.The means for measuring the amount of displacement of the second Point T is generally designated 8 and it is arranged at the end of the part 7a away from the pantograph. The measuring device has first optical diffraction gratings 9a and 9b fixed to a frame or the like of the device 8 and second ones optical diffraction gratings 10a and 10b which are attached to the part 7a of the arm 7 so that they are above the fixed gratings 9a and 9b lie and are movable relative to these.
Die ortsfesten Gitter 9a und 9b sind an dem Gerät so angebracht, daß die Gitterlinien gegenseitig senkrecht zueinander sind. Bei jedemThe fixed grids 9a and 9b are attached to the device so that the grid lines are mutually perpendicular to each other. With everyone
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der Gitter 10a und 10b sind die Gitterlinien etwas schräg zu den Gitterlinien des jeweils darunterliegenden Gitters angeordnet, um einen Randeffekt bei Licht herbeizuführen, das durch die Gitter hindurchtritt.the grid 10a and 10b, the grid lines are slightly oblique to the Grid lines of the respective underlying grid arranged to create an edge effect in light that passes through the grids.
Obwohl jedes Gitter nur eine Messung der Entfernung erlaubt, um die es über sein entsprechendes ortsfestes Gitter 9 in einer Richtung bewegt wird, müssen die Gitter so breit sein, daß das Gitter 10 während des Weges des Armes 7 in der senkrechten Richtung noch über dem ortsfesten Gitter 9 liegt.Although each grid allows only one measurement of the distance in order to which it is moved over its corresponding fixed grid 9 in one direction, the grid must be so wide that the grid 10 is still above the stationary grid 9 during the path of the arm 7 in the vertical direction.
Das durch die Arme 2a, 6, 4, 5 und den Winkel 11 gebildete Gestänge gewährleistet, daß der Arm 7 sich nur parallel und senkrecht xu seiner eigenen Längsrichtung bewegt und sich nicht um den Punkt T dreht, so daß die Orientierung oder Ausrichtung zwischen den Gittern 9 und 10 beibehalten wird und die Bildung von Interferenz-Linien ermöglicht.The linkage formed by the arms 2a, 6, 4, 5 and the angle 11 ensures that the arm 7 only moves parallel and perpendicular to its own longitudinal direction and does not move around point T. rotates so that the orientation or alignment between the gratings 9 and 10 is maintained and the formation of interference lines enables.
Der Winkel zwischen den Armen 12 und 13 des Winkelelementes 11 ist ein rechter Winkel. Der Arm 12 des Winkelelementes 11 1st an den Armen 6 und 2a angelenkt und bildet mit diesen und einer Fläche 14 des Rahmens der Vorrichtung ein Parallelogramm wobei er parallel zu dieser Fläche bleibt. Der Arm 13 des Winkelelementes 11 bleibt auf diese Weise immer senkrecht zur Fläche 14 und bildet mit den Armen 4, 5 und dem Teil 7b des Armes 7 ein weiteres Parallelogramm, durch das der Arm 7 gezwungen wird, parallel zu dem Arm 13 und damit senkrecht zur Fläche 14 zu bleiben.The angle between the arms 12 and 13 of the angle element 11 is a right angle. The arm 12 of the angle element 11 is articulated to the arms 6 and 2a and forms with them and a surface 14 of the frame of the device a parallelogram while remaining parallel to this surface. The arm 13 of the angle element 11 remains in this way always perpendicular to surface 14 and forms a further parallelogram with arms 4, 5 and part 7b of arm 7, by which the arm 7 is forced to remain parallel to the arm 13 and thus perpendicular to the surface 14.
Der Arm 7 kann sich damit parallel zur Fläche 14 bewegen infolge seiner Verbindung mit dem Winkelelement 11 sowie senkrecht zu der Fläche 14 durch eine Bewegung relativ zu dem Winkelelement 11, er ist Jedoch nicht in der Lage, sich relativ zu der Fläche 14 zu drehen. Die Arme 2a und 4 sind ebenso wie der Drehpunkt 15 TeILe des Pantographen und des Gestänges zur Aufrachherhaltung derThe arm 7 can thus move parallel to the surface 14 as a result its connection to the angle element 11 and perpendicular to the Surface 14 due to a movement relative to the angle element 11, but it is not able to move relative to the surface 14 turn. The arms 2a and 4, like the pivot point 15, are parts the pantograph and the rods to keep the
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Bel Verwendung eines Pantographen mit einem Reduzierungsverhältnis von z.B. 20:1 kann ein Bereich von z.B. 4 Fuß im Quadrat ausgemessen werden mit ortsfesten Gittern mit einer Länge von 2 1/2 Zoll bzw. 60 bis 65 mm. Bei einer solchen Gitterlänge sind Linienabstände von etwa 0,005 mm (1/5000 Zoll) zweckmäßig, die die Messung einer Bewegung des Punktes T von 0,005 mm und weniger erlauben, wasteiner Bewegung von 0,1 mm für den Punkt P entspricht.Use a pantograph with a reduction ratio of e.g. 20: 1, an area e.g. 4 feet square can be measured with stationary grids 2 1/2 inches long or 60 to 65 mm. With such a grid length, line spacings of about 0.005 mm (1/5000 of an inch) are appropriate, which allow the measurement of a Movement of the point T of 0.005 mm and less allow wasteiner Movement of 0.1 mm for point P.
Es ist daher möglich, Messungen in rechtwinkeligen cartesischen Koordinaten in einem Bereich von etwa 1,2 m bis herab «u etwa 0,1 mm durchzuführen, was einem Verhältnis von etwa Ii10 entspricht. Um vollen Gebrauch von der Genauigkeit zu machen, die bei Verwendung von Beugungsgittern möglich 1st, ist darauf zu achten, daß die Gelenke zwischen den einzelnen Armen genau angeordnet sind und keinen toten Gang aufweisen, unter dem Gesichtspunkt der Praxis ist es leichter ein Pantographengestänge mit sich genau bewegenden Armen herzustellen als einen rechtwinkelig bewegbaren Schlitten, der Gleitlager und dergleichen, sowie größere Beugungsgitter erfordert.It is therefore possible to take measurements in right-angled Cartesian Coordinates in a range from about 1.2 m down to about 0.1 mm, which corresponds to a ratio of about Ii10. To make full use of the accuracy that If diffraction gratings are possible, care must be taken that the joints between the individual arms are arranged precisely and do not have a dead walk; from the point of view of practice, it is easier to use a pantograph rod Manufacture precisely moving arms than a right-angled movable carriage, the plain bearings and the like, as well as larger ones Diffraction grating requires.
Modifikationen sind im Rahmen der Erfindung möglich. Beispielsweise können der Punkt T und der Drehpunkt 15 ausgetauscht werden, wobei in diesem Fall eine Verschiebung des Punktes T in entgegengesetzter Richtung zu einer Verschiebung des Punktes P erfolgen würde. Die Koordinaten brauchen keine cartesischen Koordinaten zu sein. Ferner ist es nicht unbedingt erforderlich, daß der Winkel zwischen den Armen 11 und 13 des Winkelelementes 12 ein rechter Winkel ist, sondern es eignet sich jeder andere feste Winkel, auch bei senkrecht zueinander angeordneten Meßskalen.Modifications are possible within the scope of the invention. For example the point T and the fulcrum 15 can be exchanged, in which case a shift of the point T in opposite directions Direction to a shift of the point P would take place. The coordinates do not need to be Cartesian coordinates. Further it is not absolutely necessary that the angle between the arms 11 and 13 of the angle element 12 is a right angle, but any other fixed angle is suitable, even if it is perpendicular mutually arranged measuring scales.
·) ü u πι:)/ ο ν η f)·) Ü u πι:) / ο ν η f)
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