DE2416212A1

DE2416212A1 - Laengen- und/oder winkel-messeinrichtung

Info

Publication number: DE2416212A1
Application number: DE19742416212
Authority: DE
Inventors: Theo Stutz
Original assignee: Oerlikon Contraves AG
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1973-05-14
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1974-11-28
Also published as: NL159498B; DE2416212B2; SE399473B; FR2229949A1; JPS5610565B2; IT1012199B; NL7404433A; FR2229949B1; JPS5017668A; GB1472876A; CH553960A

Description

CONTRAVE.S AG
CH-8o52 Zürich/Schweiz
Schaffhauserstrasse 580

Patentanmeldung
Längen— und/oder Winkel—Messeinrichtung

Gegenstand vorliegender Erfindung ist eine selbsttätige, beispielsweise fotoelektrische, Längen- und/oder Winkelmesseinrichtung, wie sie beispielsweise an Werkzeugmaschinen oder Theodolitgeräten zur fortlaufenden, digitalen Anzeige der momentanen Längen- oder Winkel-Einstellung eines in Vorwärts- und Rückwärts-Richtung längs-verschiebbaren oder um eine Achse drehbaren Geräteteiles relativ zu einer reellen oder gedachten Bezugs-Stellung mit dem Anzeigewert Null gebraucht wird. Eine andere Anwendung finden derartige Messeinrichtungen zur automatisch gesteuerten Positionierung von beweglichen Geräteteilen auf einen in digitaler Form

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vorgegebenen Längen- oder Winkelwert als■Istwertgeber.

Grundsätzlich sind zwei Arten von selbsttätigen Längen- -und/oder Winke 1-Messeinrichtungen bekannt. Die eine Art zeigt in jeder momentanen Stellung des beweglichen Geräteteils den gesuchten Längen- oder Winkel-Wert unabhängig von der Vorgeschichte als absoluten Zuständswert an, der in einer Mehrzahl von binär codierten Spuren eines in Messrichtung beweglichen Skalenträgers simultan als entsprechende Zustandskombination mit Hilfe einer feststehenden, z.B. fotoelektrischen Ablese- und Auswerte-Vorrichtung, abgelesen wird. Ein Beispiel einer derartigen Absolutwert-Messeinrichtung ist Gegenstand der CH-PS 374.207, Unter der Voraussetzung, dass z.B. über eine Totallänge von 500 nun die Einzelwerte auf Einheiten von 1/100 mm genau gemessen und angezeigt werden sollen, benötigt man dafür eine 16-spurige Skala. Ebenso würde für eine Winkelmesseinrichtung etwa gleicher Unterteilung der feinstg=teilten Spur auf einer drehbaren Scheibe von ca. 20 cm φ zuv Auflösung der .angezeigten Winkelwerte in Einheiten von etva 8/1000 Neugrad (Kreisumfang= 400 Neugrad) eine 16-spurige Skala benötigt.

Es ist leicht einzusehen, dass derartige Absolutwert-Mess·-

einrichtungen auf v/endig zur Herstellung und häufigen Betriebsstörungen ausgesetzt sind, weil jede örtliche Verschmutzung einer Teilungsspur eine Falschanzeige auslösen kann und die feinsten Codespuren unsicher ablesbar sind.

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Eine zweite Art von selbsttätigen Längen- und Winkel-Messeinrichtungen ist unter dem Sammelbegriff Inkremental-Zählsystemen bekannt, worin eine feststehende Ablese- und Auswertevorrichtung mit einer einzigen, in gleichgrosse Teilungseinheiten der gewünschten Feinheit regelmässig geteilten Skalenspur auf einem in.Messrichtung beweglichen Skalen—Träger zusammenwirkt und dazu bestimmt und ausgebildet ist, jeden Durchtritt einer Teilungseinheit vorzeichengerecht zu zählen und in einem Vorwärte-Rückwärts-Zählwerk jederzeit die algebraische Summe der gezählten Teilungsinheiten als Messwert anzuzeigen. Unter der Voraussetzung, dass die Zählung durch die feststehende Ablese- und Auswerte-Vorrichtung fehlerfrei erfolgt, entspricht die angezeigte algebraische Summe der gezählten Teilungseinheiten auch dem gewünschten Absolutwert.

Ein Beispiel einer derartigen Inkremental-Messeinrichtung ist Gegenstand der CH-PS 499 o91. Es werden dabei Skalenträger-Scheiben mit je einer kreisförmigen Teilungsspur von 5o'ooo Teilungseinheiten, gebildet aus je einem Dunkelstreifen mit der Breite der halben Teilungseinheit und je einem ebenso breiten Hellstreifen, mit vorbestimmter gegenseitiger Exzentrität relativ zu einander verdreht. Es sind darin auch feststehende fotoelektrische Ablese- und Auswertevorrichtungen offenbart, dieje eine Durchleutungsvorrichtung und z.B. drei Foto-

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zellen, sowie elektrische Schaltungseinrichtungen für die Fotozellenströme umfassen und dazu bestimmt sind, die aus der gemeinsamen Durchleuchtung der übereinander liegenden Teilungen der Skalenträgerscheiben resultierenden und beim Durchwandern einer Teilungseinheit je um eine wesentlich grössere Periodenlänge wandernden Moire-Streifen vorzeichengerecht zu zählen. Dabei v/erden die drei Fotozellenströme zu einem dreiphasigen Drehstromsystem kombiniert, aus dem sich ein mehrphasiges, z.B. auch nur zweiphasiges Binärsignalsystem ableiten lässt, das in Teilungseinheiten der beiden Teilungsspuren periodisch ist und dessen Perioden sich in einem Zählwerk vorzeichengerecht, störungsfrei und schnell zählen lassen.

In einem anderen bekannten Inkremental-Messsystem (nach DT-PS 1.214.892) ist auf einem beweglichen Skalenträger

parallel zur Inkrementskala eine zweite Spur mit abstandsgleichen Hilfsmarken angeordnet. Der Zählerstand des Inkrementenzählers wird durch die Impulse der Hilfsmarken-Abtastvorrichtung synchronisiert, d.h. es wird bewerkstelligt, dass nach Durchlauf des. Skalen trägers um die Strecke, die einem Hilfsmarkenintervall entspricht, der -Zählstand des Inkrementenzählers um die richtige Anzahl Inkremente vor- bzw. zurückgeschritten ist, indem nötigenfalls der Zählstand korrigiert wird. Durch eine besondere Ausbildung der Vorrichtung wird der Anfang dieser Strecke

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- te- ζ

9 L 1 R 9 1

auf die Position des Skalenträgers Deim. Start der Messung bezogen, was bewirkt, dass dieser Startposition der Absolutwert Null zugeordnet ist.

Derartige Systeme haben sich bei anspruchsvollen Winkel- und Längen- Messeinrichtungen sehr gut bewährt. Sie haben den Nachteil, dass bei Betriebsunterbrüchen der richtige Zählerstand und damit der Absolutwert der zu messenden Grosse verloren geht/ so dass das Gerät bei Betriebsaufnahme in die Nullstellung zum entsprechenden Setzen des Zählerstandes eingestellt werden muss. Dies ist aber z.B. bei Geschützen und anderen nur über einen begrenzten Bewegungsbereich verstellbaren Geräten oft gar nicht möglich.

In einem anderen bekannten Inkremental-Messsystem (nach CH-PS 472.021) ist auf einem beweglichen Skalenträger parallel zur Inkrementskala eine zweite Spur mit abstandsgleichen Hilfsmarken angeordnet, wobei die Intervalle zwischen den Hilfsmarken objektiv unterseheidbar sind. Zu diesem Zweck besteht die zweite Spur einerseits aus breiten Marken, deren einer Rand als Hilfsmarke dient, und andererseits aus Inkrementmarken, deren Anzahl jeweils als Absolutwertangabe für die zugeordnete Hilfsmarke dient. Die Ablesevorrichtung für die zweite Spur ist daher zwangsweise so ausgebildet, dass einzelne Inkremente

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abgelesen werden können. Nachteilig ist bei diesem4 I DL I Z Vorrichtung, dass bei sehr hoher Feinheit der Inkrement-

r-

skalenteilung gleichzeitig ein sehr hohes Auflösungsvermögen und eine sehr hohe Empfindlichkeit der Ablesevorrichtung für die zweite Spur erforderlich.sind, da ein Moire-Verfähren zum Abzählen der Inkrementmarken zwischen den breiten Marken dieser Spur nicht anwendbar ist. Eine solche Lösung ist daher sehr aufwendig und deren technisch erreichbare Grenze bleibt dennoch weit unterhalb des Auflösungsvermögens und der Empfindlichkeit eines Moire-Verfahrens. Die Präzision der Absolutwert-Angabe ist nämlich höchstens gleich der Präzision der Ablesung auf der Hilfsmarkenspur. Beim erwähnten Inkremental-Messsystem ist zwar auf der Inkrementskala eir:e Vorrichtung zur Moire-Bildung und -Ablesung vorgesehen, wodurch Differenzwerte mit der hohen Präzision des Moire-Verfahrens ermittelt werden können; die Absolutwert-Angabe ist hingegen auf die Präzision der Ablesung der Inkrementstriche beschränkt, wodurch der Nutzen der ganzen Vorrichtung zur Moire-Bildung und -Ablesung boi der Absolutwerc-Bestimmung vernichtet wird.

Ziel und Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Längen- und/oder Winkelmesseinrichtung, in welcher einem

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in Messrichtung beweglichen Skalenträger einer in gleiche Teilungseinheiten unterteilten Inkrement-Skala eine feststehende Ablese- und Ausverte-Vorrichtung mit einem Inkrement-Zählwerk zur fortlaufenden Speicherung der algebraischen Summe der durchtretenden Teilungseinheiten der Inkrement-Skale zugeordnet ist, zu ergänzen durch eine wenig aufwendige Absolutwert-Gebervorrichtung, welche es ermöglicht, nach Betriebsaufnahme der Messeinrichtung an einer Vielzahl von Einstellungen das Inkremental-Zählwerk genau auf den zugeordneten Absolutwert einzustellen, so dass Gewähr dafür besteht, dass an diesem Inkremental-Zählwerk die absolut richtige Längen- und/oder Winkel-Messgrösse angezeigt wird.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass sich die Erfindung nicht nur auf fotoelektrische Winkelmesseinrichtungen nach der CH-PS 499 o91 und nach, den darin erwähnten älteren CH-Patentschrift 4o7 569» 426 285 und k66 593 bezieht, sondern auf alle Inkremental-Zählsysteme gemäss der vorstehenden Definition. So ist es beispielsweise denkbar, gegebenenfalls allerdings mit weniger fein geteilten Skalen der beweglichen Skalenträger und gegebenenfalls nur für eine Bewegungsrichtung, auch den Durchtritt von einzelnen, in regelnlässigen Abständen angebrachten Teilungsstrecken z.B. magnetischer Natur, inkrementell zu zählen.

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- fr -

Erfindungsgemäss wird zur Lösung der gestellten Aufgabe vorgeschlagen, dass der bewegliche Skalenträger in einer zweiten, zur Xnkrement-Skala parallelen Spur eine Mehrzahl von Absolutwert-Markierungen enthält, deren jede von der nächstfolgenden einen besonderen, den Absolutwert ihres Abstandes von einer Nullstelle kennzeichnenden, in Teilungseinheiten der Xnkrement-Skala gezählten Abstand hat und dass die feststehende Ablese— und Auswertevorrichtung dazu bestimmt und ausgebildet ist, die jeweilige Anzahl von seit dem Durchtritt irgend einer Absolutwert—Markierung bis zum Durchtritt der nächstfolgenden Absolutwert-Markierung im Xnkrement-Zählwerk vorzeichengerecht gezählten Teilungseinheiten der Xnkrement-Skala festzustellen, für diesen kennzeichnenden Abstandswert den zugeordneten richtigen Absolutwert aus einer entsprechend festprogranunierten Zuordnungsvorrichtung zu ermitteln und den gegebenenfalls vorher unrichtigen Zählerstand es InkrementzählWerkes auf den richtigen Absolutwert zu korrigieren.

An sich könnten die genannten Absolutwertmarkierungen in der zweiten Spur des beweglichen Skalenträgers einfache Striche sein, deren Höchstbreite nicht grosser sein dürfte als eine halbe Tellungseinheit der Inkrementskala, vorausgesetzt, dass sie je ein deutliches Signal auelösen, welches gestattet, apparativ den Durchtritt der entsprechenden Markierung durch die Ablesevorrichtung einwandfrei und sicher

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festzustellen. Sofern aber die Inkrement-Skala extrem fein geteilt und zur fotoelektrischen Ablesung nach bekannten Prinzipien ausgebildet ist, reicht eine aus einem einzigen feinen Strich bestehende und der Verschmutzung ausgesetzte Absolutmarkierung nicht zur sicheren Auslösung eines Durchtritts-Signales aus.

Es kann aber auch in derartigen, fotoelektrds chen Messeinrichtungen zur sicheren Erzeugung der Durchtrittssignale dieseSchwierxgkext dadurch behoben werden, dass die Absolutwert-Markierungen als Code-Kombination von Hell- und Dunkelstreifen ausgebildet sind, sich längenmässig über eine einer Vielzahl von Teilungseinheiten der Inkrementskala erstrecken und im Zusammenwirken mit einem zugeordneten Teil der Ablese- und Auswerte—Vorrichtung beim Durchtritt ihres auf eine vorbestimmte Teilungseinheit der Inkrementskala ausgerichteten Bezugszentrums einen kennzeichnenden Markierungs-Impuls erzeugen.

Mit Vorteil wird vorgesehen und die erfindungsgemässe Messeinrichtung entsprechend ausgebildet, dass zwischen dem laufenden Inkrementzählwerk und einem in zeitlich durch je einen Impuls definierten Momenten auf einen neuen Zählerstand setzbaren Zählerstand-Speicher für den momentanen ein Zählerstand-Vergleicher angeordnet ist, der jeweils in einer ersten Taktphase, unmittelbar nach dem Durchtritt einer Absolutwert-Markierung, den kennzeichnenden Abstandswert als vor-

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— ♦» —

AO

zeichengerechte Differenz zwischen dem früheren und den neuen Stand des Inkrement-Zählers zum Eingang der Zuordnungs-Vorrichtung überträgt, wonach in einer zweiten Taktphase, vor der Zählung einer weiteren Teilungseinheit, der dem kennzeichnenden Differenzwert zugeordnete Absolutwert gleichzeitig zum Inkrement-Zählwerk und zum Zählerstand—Speicher als neuer, richtiger Zählerstand übertragen wird.

Eine vereinfachte Ausführungsform kann so ausgebildet sein, dass die erste, nach Inbetriebssetzung durchtretende Absolutwert-Markierung des Inkrement-Zählwerk auf den Zählerstand Null setzt, wonach in einer ersten Taktphase der beim Durchtritt der nächstfolgenden Absolutwert-Markierung erreichte Zählerstand als kennzeichnender Abstandswert zum Eingang der Zuordnungsvorrichtung übertragen wird und in einer zweiten Taktphase der daraus resultierende, richtige Absolutwert zurück zum Inkrement-Zählwerk übertragen wird.

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in der Zeichnung zeigen als Beispiele für die Realisierung der Erfindung:

Fig. 1 Ein Prinzipschema für die Erzeugung der Hess-Signale

Fig. 2 ein Prinzipschema zur Auswertung der Signale Fig. 3 eine AusführungsVariante zu Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 10 ein in Längsrichtung in Richtung der Pfeile p, hin- und her beweglicher Skalenträger bezeichnet, der in seiner oberen Skalenspur durch regelmässige HeIl- und Dunkelstreifen je gleicher Breite eine an sich bekannte, in gleiche Teilungseinheiten E unterteilte Inkremen t-Skala 11 bildet. Für praktische Anwendungen kann diese fotoelektrisch ablesbare Inkrement-Skala 11 in Teilungseinheiten E von etwa 1/100 mm unterteilt sein und eine Gesamtlänge von z.B. 1000 mm oder mehr haben, oder sie kann z.B. als Kreisring vom mittleren Durchmesser 200 ran φ auf einer drehbaren Scheibe ausgebildet sein und auf dem ganzen umfang 50'000 Teilungsexnheiten E, bestehend je aus einem Dunkelstreifen und einem Hellstreifen gleicher Breiten, enthalten, so dass die Teilungseinheit E ein Winkelinkrement . von 8/1000 Neugrad (Voller Winkel= 400 Neugrad) darstellt.

Von einer zugehörigen, feststehenden fotoelektrischen Ablese vorrichtung ist nur eine aus drei Photozellen 111, 112, 113 bestehende Fotozellenanordnung 110 dargestellt. Ein

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feststehender Teilungsträger .mit einer gleich wie die Inkreinent-Skala 11 geteilten, aber etwas schräg verstellten, oder nicht ganz gleich wie die bewegliche Inkrement-Skala 11, aber parallel dazu orientierten Inkrement-Skala und die zur gemeinsamen Durchleuchtung der sich an der Ablesestelle überdeckenden Inkrementteilungen notwendige Beleuchtungsvorrichtung sind nicht gezeichnet, da derartige optischelektrische Inkremental-Mess-Systeme an sich in vielerlei Varianten bekannt sind.

Die Gesamtbreite der Fotozellenanordnung 110 entspricht der Perioden-Distanz E' zweier benachbarter MoireSstreifen, die bei der gemeinsamen Durchleuchtung der beweglichen und der feststehenden Inkrement-Skala an der Ablesestelle entstehen und bei jeder Verstellung des beweglichen Skalenträgers 10 um eine Teilungseinheit E in entsprechender Richtung um die viel grössere Periodenlänge E¹ der Moir€{*streifen wandern.

Aus den drei Fotozellen 111, 112, 113 entstehen drei Fotozellenströme i^, ±2i I3/ der Formen I_Q+i.(sin iüt-120°) bzw. I_Q+i. (sin tot) bzw. I_o+i.(sin wt+120°) , aus denen sich in bekannter Weise in einer Trans formationsschaltung 13 ein zweiphasiges Binärsignalsystem X, Y ableiten lässt, das in Moiregperioden E¹ und damit auch in Teilungs-Einheiten Ξ · der Inkrementskala 11 periodisch ist. Dabei entspricht die gegenseitige Phasenverschiebung der Binärsignale X und Y

i ': 'J c - ο / " 71

- yt Al

der Bewegungsrichtung des beweglichen Skalenträgers 1o. Die algebraische Summe der Perioden E des zweiphasigen Binärsignalsystemes X, Y lassen sich in einem Vorwärts-Rückwärtszählwerk 16 "mit den Binär-Zählstufen 160, 161 , 162, 163» Λ 6h usw. vorzeichengerecht"zählen. Dabei könnte in ebenfalls vorbekannter ¥_eise zusätzlich vorgesehen werden, auch noch Bruchteile jeder Teilungseinheit E quantitativ zu erfassen.

In einer zweiten Spur 12 trägt der Skalenträger 1o Absolutwert-Markierungen MA, die als Code-Kombinationen von 1oo#-lichtdurchlässigen Hellstreifen und lichtsperrenden Dunkelstrelfen ausgebildet sind und sich je über Längen mit einer Vielzahl von Teilungseinheiten der Inkrementskala 11 erstrecken. Die Absolutwert-Markierungen MA sind nach dem gezeichneten Ausführungsbeispiel in halbe Teilungseinheiten E/2 der Inkrementskala 11 unterteilt und enthalten von links nach rechts vier Dunkelstreifen der Breiten 5·Ε/2 bzw. 2.E/2 bzw.* I.E/2 und drei dazwischen liegende Hellstreifen der Breiten 2.E/2 bzw. 1.E/2. Das muss aber nicht so sein, indem die Markierungen MA auch in anderen Teilungseinheiten andersartig codiert sein könnten. Wesentlich ist nur, dass jede Markierung MA ein in der Zeichnung mit je einem Pfeil

BZ bzw. BZ bezeichnetes Bezugszentrum aufweist, welches η ⁿ+'

auf eine vorbestimmte Teilungseinheit E bzw. E der

η η+ ι

Inkrementskala 11 ausgerichtet ist. Zwischen benachbarten Absolutwertmarkierungen

- 12 -

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MA ist die Teilungsspur 12 zu 50% lichtdurchlässig. An der feststehenden Ablesestelle befindet sich eine fotoelektrische Ablesevorrichtung mit einer Fotozellenanordnung 120, die v/ie die Absolutwertmarken MA aus Streifen 121, 122, 123, 124, 125 und 126 besteht. Die Gesamtheit aller Fotozellenstreifen 121 - 126 bildet ein genau wie die Harke MA eingeteiltes und dazu kongruentes Rechteck, wobei die Fotozellenstreifen 121 der Breite 5.E/2, 123 der Breite 2.E/2 sowie 125 und 127 der Breiten E/2 über einen gemeinsamen Leiter I^ an den negativen Eingang eines Addierverstärkers 17 angeschlossen sind. Die Fotozellenstreifen 122 der Breite 2.E/2, 124 der Breite E/2 und 126 der Breite E/2, sind über einen gemeinsamen Leiter I2 an den positiven Eingang des Addierverstärker 17 angeschlossen. Ära Ausgang des Addierverstärkers 17 entsteht ein der algebraischen Summe aller Fotozellenströme Σ^ entsprechender Strom. In der gezeichneten Relativstellung decken sich -die Bezugszentren BZ der Fotozellenanordnung 120 und einer Äbsolutmarkierung MA/ und der Stromwert Σ^ hat einen positiven Ife'rt. Bei jeder gegenseitigen Verschiebung der BezugsZentren BZ aus der gezeichneten Deckungslage fällt der Suiranenstrom Σ ^ auf einen negativen Wert ab. Ein Pulserzeuger 18 erzeugt jedesmal und nur dann, v/enn der Summen-Stromt/ert E₁ positiv ist, einen Narkierungsimpuls I₃₀ entsprechender Dauer. Gemäss Zeichnung ist in der Spur 12 das BezugsZentrum BZ_n+1 der nächstfolgenden' Absolutv/ertmarke vom Bezugszentrum BZ_n der

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ersten Absolutv/ertinarke um eine ganze Zahl (15) von Teilungseinheiten E der Inkrement-Skala 11 entfernt. Die Ab- stände D benachbarter Absolutwertmarken 1"1A sind nach der Erfindung kennzeichnend für den jeder Marke zugeordneten Absolutwert der mit der Messeinrichtung zu messenden Längenoder WinkeIgrösse. Die nachfolgende Tabelle

zeigt als mögliches Beispiel für eine Inkrement-Skala 11 von 5Ό0 Teilungseinlieiten E eine Zuordnung der Absolutwerte

N_ zu den Marken-Nummern η und den Abständen +D- benacha. — et

barter Absolutwertmarken MA. Dabei ist zu beachten, dass kennzeichnende Abstände für Rückwärts-Bewegungen mit negativem Vorzeichen gemessen werden und beispielsgemäss als Komplementwerte 500-D_a ermittelt werden.

Tabelle für beispielsweise Verteilung der Absolut-Markierungen auf Teilkreis von 500 Teilungseinheiten E

	14	Abstandsv/ert	rückwärts	Absolutwert
Marken No.			-D =500-D-. CL Ct
	15= 0	vorwärts		^Na
η		^+Da	- 33= 467	467
1	__.—
	+ 33	- 26= 474	000
2
	+ 26	- 41= 459	026
3
	+ 41	- 27= 473	067
4	__—
	+ 27	- 40= 460	094
5	———
	+ 40	- 28= 472	134
6	———
	+ 28	- 39= 461	162
7 '	———
	+ 39	- 29= 471	201
8	———
	+ 29	- 38= 462	230
9	——
	+ 38 ·	- 30= 470	268
10
	+ 30	- 37= 463	298
11	———
	+ 37	- 31= 469	335
12
	+ 31	- 35= 465	366
13		__—
	+ 35	- 32= 468	401
14		___
	+ 32	- 34= 466	433
0=15		— —
	+ 34	- 33= 467	467
1		___
	+ 33	- 26= 474	500=000
2
+ 26	- 41= 459	026

+ 41		067

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Gemäss Fig. 2 wird die Binärsignalfolge X, Y aus der Transformations-Schaltung 13 dem Inkrement-Zählwerk 16 zugeführt, so dass die durchlaufenden Teilungseinheiten E der beweglichen Inkrementskala 11 vorzeichenrecht gezählt werden. Der Zählerstand dieses Inkrement-ZählWerkes 16 zeigt grundsätzlich jederzeit den momentanen Abstand der momentanen Ablesestelle des beweglichen Skalenträgers 1o von einer Bezugsstelle an. Mit 21 ist ein Zählerstandsspeicher bezeichnet, der in später zu beschreibender Weise zusammen mit dem Inkrementzählwerk 16 jedesmal beim Durchtritt einer Absolutwertmarke MA der zweiten Spur 12 des beweglichen Skalenträgers 1o auf einen bestimmten Zählerstand gesetzt wird und diesen bis zum Durchtritt einer nächsten Absolutwertmarke MA speichert.

Zwischen dem Speicher 21 und dem laufenden Inkrement-Zählwerk 16 ist ein Zählerstands-Vergleicher 22 eingeschaltet, der dazu bestimmt und ausgebildet ist, an seinem Ausgang jederzeit die Differenz zwischen dem momentanen Zählerstand des Inkrementzählwerkes 16 und dem im Speicher 21 gespeicherten früheren Zählerstand zu erzeugen. Ein monostabiler Flip-Flop 2o ist dazu bestimmt und ausgebildet, die aus dem Impulserzeuger 18 gelieferten Absolutwertmarken-Impulse I , deren Dauern von der Verschiebegeschwindigkeit

StO

des beweglichen Skalenträgers 1o abhängig sind, in Impulse

- 16 -

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I_aj_ der festen Dauer t]_ umzuwandeln.

Diese Impulse J₃^ werden zu einem Verzögerungsglied 25 übertragen und von diesem, um die Zeit t2>tj_ verzögert, als Impulse I_a£ weitergegeben. Mit 24 ist eine Zuordnungsvorrichtung bezeichnet, die dazu bestimmt ist, für jeden, an seinen Eingang übertragenen Differenzwert +D_a am Ausgang den zugeordneten Absolutwert (N_a) auszugeben» Bs kann sich dabei beispielsweise um bekannte Zuordnungsspeicher (read only memory) mit vorgeschaltetem Eingangsspeicher"240 handeln. Mit 23, 26, 27 sind AND-Tore bezeichnet. Das Tor 23 wird durch jeden Impuls I_aj_ entsperrt und die Tore 26. und 27 durch jeden verzögerten Impuls I_a2- Damit löst also jeder Impuls I_a-j_ die Uebertragung des moment arten Differenzwertes +D_a aus dem Vergleicher 22 in die 3uordnungsvorrichtung aus, und die verzögerten Impulse I_a2 bewirken die Uebertragung der entsprechenden Kombination von Reset-bzw. Set-Signalen R_x bzw. S_x sowohl zum laufenden Inkrementzähler 16 als auch zum Speicher 21 &s&, so dass nach jedem-Betriebsunterbruch spätestens nach dem Durchtritt der zweiten Marke MA der am Zählerausgang ZA entnehiabare Zählerstand des Inkrementzählers 16 auch absolut richtig ist.

Es ist in der Zeichnung gestrichelt angedeutet, welche der erläuterten Glieder der Schaltung gemäss Fig. 2 je mehrfach, entsprechend der BIT-Zahl des Mess-Systemes vor-

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handen sind. Ausserdem ist zu bemerken, dass die Zuordnungsvorrichtung 24 für die Differenzadresse D_a = 00O₇ die vom Vergleicher 22 geliefert wird, sofern der bewegliche Skalenträger 10 seine Bewegungsrichtung zwischen zwei Absolutwertmarken MA. umkehrt, keine Ry- und S_x-Signale erzeugt, und damit weder den Inkrementzähler 16 noch den Speicher 21 beeinflusst.

Die Schaltung nach Fig. 2 muss so schnell sein, dass jeweils zwischen dem Beginn eines Impulses I_a± und dem Ende des verzögerten Impulses I_a2 alle Funktionen ablaufen, bevor im Inkrementzähler .16 eine neue Teilungseinheit E zu zählen ist, sofern nicht gemäss CH-PS No. 499.091 Signal-Durchtrittssperren vorgesehen werden.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 enthält keinen Zählerstandsspeicher 21 und keinen Vergleicher 22. Hingegen wirkt diese Schaltung in der Weise, dass nach jedem Betriebsunterbruch beim ersten Durchtritt einer Absolutwertmarkierung MA der Inkrementzähler 16 auf 000 gestellt wird, so dass beim Durchtritt der nächstfolgenden Marke MA der dann erreichte Stand des Inkrementzählwerkes 16 dem gesuchten Differenzwert +p_a entspricht und .der Inkrementzähler auf den zugeordneten richtigen Absolutwert N_a gesetzt werden kann.

Die auch in Fig. 2 enthaltenen Bauelemente sind in Fig.

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mit gleichen Bezugszeichen versehen» Mit 31 und 32 sind zwei Flip-Flop mit Vorzugszustand F^=O bzw. E^=O bezeichnet, in v?elchen sie bei jeder Inbetriebsetzung nach einem Be-

36/ triebsunterbruch gelangen. Mit Z^ 33, 34, 35,/sind logische AND-Tore bezeichnet. Sofort nach Inbetriebsetzung der Messeinrichtung beginnt der Inkrementzähler 16 die Perioden E des zweiphasigen Binärsignalsystemes X, Y vorzeicheTJjrecht zu zählen, wobei aber der beim Durchtritt der ersten Absolutwertmarke MA erreichte Zählerstand unirichtig ist. Da die beiden Ausgänge F]. bzw. F2 der Flip-Flopglieder 31, 32 den Zustand 1 haben, überträgt das Tor 3 3 schon den ersten Absolutwertimpuls I -j als Resetsignal R zum Inkre'nent-Zählwerk 16 und setzt dieses auf den Stand 000. Der verzögerte Impuls I_a2 setzt den Flip-Flop 31 aus dem Vorzugszustand F^=O in den Zustand F^=I, worin er bis zum nächsten Betriebsunterbruch verharrt. Damit wird das ÄND-Tor 33 gesperrt (F^=O). Dafür wird das Tor 34 für einen nächstfolgenden Absolutwert-Impuls I_a2 entsperrt. Der zweite ,durch das Tor 34 durchtretende Impuls I_&^ entsperrt dat' Tor 35 und läs'st den momentanen erreichten Stand ZA des Zählers 16 als Differenz +D_a zum Eingang der Zuordnungschaltung 24 übertreten. Der zugeordnete, richtige Absolutwert N_a aus dem Ausgang der Zuordnungschaltung 24 kann aber erst unter Wirkung des verzögerten Impulses I_&2 auf den Inkrementzähler 16 zu dessen Korrektur übertreten.

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- yr-

Sofern die Bewegungsrichtung des Skalenträgers 1o nach einem Betriebsunterbruch unmittelbar nach Erzeugung eines ersten Markierungsimpulses I durch ein erstes Markierungsζentrum BZ vor dem Durchtritt eines benachbarten Markierungsζentrums BZ ₁ umgekehrt wird, zeigt der Inkrementzähler 16 beim neuen Durchtritt des ersten MarkierungsZentrums BZ in Gegenrichtung den Stand ZA=ooo... und dem Eingang Zko des Zuordnungsspeichers Zk wird als Adresse +D¹ der Wert ooo... zugeführt. In diesem Sonderfall wird der nächste darauffolgende Markierungsimpuls I¹ ₂ die Übertragung des Zählerstandes ZA des InkrementzählWerkes 16 durch das noch entsperrte Tor 35 als kennzeichnenden Abstandswert +D¹ zum

■"■* a

Zuordnungsspeicher Zk auslösen. Sobald aber nach dem Durchtritt eines Markierungs Zentrums BZ ₁ ein Zählerstand ZA ji 0 d.h. ein Abstandswert +D¹ φ 0 zum Zuordnungespeicher Zk

^^- Bl

übertragen wird, erzeugt dieser einen Sperrimpuls I₁* der nach Verzögerung im Verzögerungsglied 25 um einen Wert t„ als Impuls I ₂ den Flip-Flop 32 in den Zustand F.ai, F.=0 schaltet, so dass alle weiteren Markierungsimpulse I ₁ schon vom Tor 3k blockiert werden.

Damit ist gesichert, dass mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 der Zählerstand des InkrementZählers ~\6 nach Durchtritt zweier benachbarte* Absolutwert-Markierungen MA und MA ₁ den richtigen Absolutwert anzeigt. Hingegen bewirkt im Gegensatz zur Schaltungsanordnung nach Fig. 2 die vereinfachte Auswertevorrichtung nach Fig. 3 bis zum nächsten

- 2o-

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Betriebsunterbruch keine Kontrolle bzw. Korrektur des Zählerstandes ZA des Inkrementzählverkes 16 bei jedee Durchtritt einer Absolutwert-Markierung MA.

Die vorstehend anhasd der Zeichnung prinzipiell erläuterte Erfindung kombiniert eiae bekannte lEkremeatäl-Messeinrichtung mit einer neuartigen Quasi—Absolutwert—Messeinrichtung, welche mit nur eimer zusätzXicSi©ia Skalenspur 12 und mit nur einer ztEsäisslicIien FotozQXXQEfc&SEOjrelsLsaESg 12© an einer Vielzahl von diskreten Ablesest©llesi die richtigen Absolutwerte (Na) zur Kontrolle bsw. SJeusetztsng des Xrakremen t-=Zähl werke s 16 "lieferte- Ausser den mack dez° Zeichnung codierten Absolut—werk-Markiorungen MA und. der stigeordneteia Fotasellenanordmmg 12o lassen sich vielfache, sich z«B„ über längere Abschnitte der Inkrsment—SIc&la 11 erstreckende Varianten entwickeln, di© isuaer bei Beckiang ü<st entsprechenden Zentren BZ und nur in die sea Fall einen Scemnzeichnenden Marklarungsimpuls I liefern.

Ebenso können für jede Zahl N. von Teilimgseinheiten der Inkrement-Skala vielfache Varianten von Zuordnungstabeilen mit je maximal Ύ2Ν Absolutwert-Marken MA, beispielsweise 2oo-3oo Marken bei einer Kreisteilusig mit 50Ό00 Teilungseinheiten E, ermittelt werden« Aber je breiter die Markierungsmarken MA mit Rücksicht auf bessere Lichtarasitützung aus gebildet sind, um so kleiner wird die maximale Anzahl Absolutwert-Marken .

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Claims

Patentansprüche

_v 1_β Längen- und/oder Winkelmesseinrichtung, in welcher einem in Messrichtung beweglichen Skalenträger einer in gleich© ,Teilungseinheiten unterteilten Inkrement-Skala eine feststehend© Ablese— und Auswerte-Vorrichtung mit einem In— kreia0nt-Zählwerk zur fortlaufenden Speicherung der algebraischen Summe der durchtretenden Teilungseinheiten der Inkrement-Skala zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Skalenträger (io) in einer zweiten, zvLT Inkrement-Skala (11) parallelen Spur (12) eine M_ehrzahl von Absolutwert-Markierungen (MA) enthält, deren jede von der nächstfolgenden einen besonderen, den Absolutwert ihres Abstandes von einer Nullstelle kennzeichnenden, in Teilungseinheiten (e) der Inkrement-Skala (11) gezählten Abstand (+D ) hat und dass die feststehende Ablese- und Auswertevorrichtung dazu bestimmt und ausgebildet ist, die jeweilige Anzahl von seit dem Durchtritt irgend einer Absolutwert-Markierung (MA) bis zum Durchtritt der nächstfolgenden Absolutwert-Markierung im Inkrement-Zählwerk (i6) vorzeichengerecht gezählten Teilungseinheiten (e) der Inkrement-Skala (11) festzustellen, für diesen kennzeichnenden Abstandswerk (+D ) den zugeordneten richtigen Absolutwert (N ) aus einer ent—

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sprechend festprogrammierten Zuordnungsvorrichtung zu ermitteln und den gegebenenfalls vorher unrichtigen Zählerstand des Inkr.ement zähl Werkes (i6) auf den richtigen Absolutwert zu korrigieren.
2. Längen- und/oder Winkelmess-Einrichtung nach Anspruch 1, mit einer fotoelektrisch ablesbaren Inkrement-Skala, die in jeder Teilungseinheit einen Dunkelstrich und einen gleich breiten Hellstrich enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Absolutwert-Markierungen (MA) als Code-Kombination von Hell- und Dunkelstreifen ausgebildet sind, eich längenmässig über eine Vielzahl von Teilungseinheiten der Inkrementskala (11) erstrecken und im Zusammenwirken mit einem zugeordneten Teil (i2o, 17» 18) der Ablese- und Auswerte-Vorrichtung (I1o, 13, 16; 12o, 17, 18) beim Durchtritt ihres auf eine vorbestimmte Teilungseinheit (E ) der Inkrementskala (11) ausgerichteten BezugsZentrums (BZ ) einen kennzeichnenden Markierungs-Impuls (i ) erzeugen

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(Fig. 1).

3· Mess-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem laufenden Inkrement-Zählwerk (16) und einem in zeitlich durch je einen Impuls (i _) definierten Momenten auf einen neuen Zählerstand setzbaren Zählerstand-Speicher (21) einen Zählerstand-Ver-

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gleicher (22) angeordnet ist, der jeweils in einer ersten Taktphase (i ), unmittelbar nach dem Durchtritt einer
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Absolutwert-Markierung (MA), den kennzeichnenden Abstandswert (+p ) als vorzeichengerechte Differenz zwischen dem fiäheren und den neuen Stand des Inkrement-Zählwerks (16) zum Eingang der Zuordnungs-Vorrichtung (Zk) überträgt, wonach in einer zweiten Taktphase (i _), vor der Zählung einer weiteren Teilungseinheit (e), der dem kennzeichnenden Differenzwert (+D ) zugeordnete Absolutwert (N ) gleich-

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zeitig zum Zählerstand-Speicher (21) und zum Inkrement-Zählwerk (i6) als neuer, richtiger Zählerstand übertragen wird. (Fig. 2")

k. Mess-Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, nach Inbetriebsetzung durchtretende Absolutwert-Markierung (MA) das Inkrement-Zählwerk (16) auf den Zählerstand Null setzt, wonach in einer ersten Taktphase (i .. ) der beim Durchtritt der nächstfolgenden Absolutwert-Markierung erreichte Zählerstand als kennzeichnender Abstandswert (+D¹ ) zum Eingang (24o) der Zuordnungs-Vorrichtung (24) übertragen wird un^in einer zweiten Taktphase (i _) der daraus resultierende, richtige Absolutwert (N ) zurück zum Inkrement-Zählwerk (16) übertragen wird.

(Fig. 3).

Der Patentanwalt

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L e e r s e i f