DE2501373A1 - Vorrichtung zur winkel- oder laengenmessung - Google Patents

Description

PATENTANWALT DTPL.-ING. H. STROHSCHÄNK 8000 MÜNCHEN 60 · MUSÄUSSTRASSE 5 · TELEFON (08X1) 881608 .

15.1.1975-SFIa(O 19O-1371P

Vorrichtung zur Winkel- oder Längenmessung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Winkeloder Längenmessung mit einer eine oder mehrere Meßskalen mit einem regelmäßigen Muster aufweisenden Winkel- oder Längenmeßplatte und mit einer elektrischen Schaltung für die Analyse von als Funktion der Bewegungen der Meßplatte variierenden elektrischen Meßsignalen, die mittels.Projektion entweder der Meßskalen auf einem Teil der Meßplatte auf die Meßskalen auf einem anderen Teil der Meßplatte oder des Musters eines feststehenden Schirmes auf die Meßskalen auf der Meßplatte und optischer Übertragung der Meßskalen auf einen Photodetektor für jede dieser Meßskalen erzeugt werden.

Bei Meßeinrichtungen dieser Art erweist es sich oftmals als erforderlich, eine Bezugsanzeige zu erhalten, wenn die Meßplatte eine bestimmte Stellung einnimmt. Gemäß der DT-OS 1 81H 785 ist es in Verbindung mit einer Meßeinrichtung mit Meßskalen üblich, eine gesonderte Bezugsskala vorzusehen, die mit speziellen optischen Bauelementen abgetastet wird, wobei ein von den von den Meßskalen stammenden elektrischen Signalen getrenntes Bezugssignal erhalten wird.

Um in einem solchen bisher üblichen System ein Bezugssignal zu gewinnen, sind sowohl getrennte photoempfindliche elektronische Schaltungen als auch eine spezielle Bezugsskala erforderlich.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art in der Weise auszubilden, daß auf solche getrennte elektronische Schaltungen und Skalen verzichtet werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Verbindung mit wenigstens einer der Meßskalen wenigstens eiii weiterer Satz von mittels der Photodetektoren festzustellenden Mustern vorgesehen ist, der zwei unregelmäßige Musterteile aufweist, die so angeordnet sind, daß sie bei einer bestimmten Stellung der Meßplatte aufeinander projiziert werden, und die dem Meßsignal eine signifikante Veränderung gegenüber einem von einem regelmäßigen Muster stammenden Meßsignal aufprägen.

Eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung ist einfacher im Aufbau und preisgünstiger in der Herstellung als die bisher bekannten Meßsysteme gleicher Art, und außerdem können Winkeloder Längenmeßeinrichtungen ohne die Möglichkeit einer Bezugsangabe in einfacher Weise so ergänzt werden, daß sie eine solche Einstellung enthalten. So läßt sich beispielsweise eine bereits vorhandene Meßskala in einfacher Weise mit Hilfe der modernen Maskentechniken so ergänzen, daß sie ähnliche Eigenschaften aufweist wie die unten noch näher beschriebenen Meßskalen, und an bereits vorhandene elektronische Schaltungen können ohne weiteres zusätzliche Schaltteile angeschlossen werden, wie sie für die Erkennung und Verarbeitung der Bezugssignale erforderlich sind. Auf diese Weise lassen sich mit Hilfe der Erfindung Verschiebungen zwischen BezugsSignalen und Meßsignalen zumindest weitestgehend ausschalten, die beispielsweise auf Temperaturänderungen oder auf Verschleiß an einzelnen Teilen der Meßeinrichtung zurückzuführen sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Wexterbxldungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen im einzelnen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise veranschaulicht; es zeigen:

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Fig. 1 ein Beispiel für ein übliches Winkelmeßsystem, wie es etwa in der SW-PS 355 667 beschrieben ist;

Fig. 2 ein Beispiel für ein Muster auf einer Meßskala in erfindungsgemäßer Ausbildung;

Fig. 3 und k zwei Signaldiagramme;

Fig. 5 ein Blockschaltbild für ein Ausführungsbeispxel für Schaltungen zur Verarbeitung des Bezugssignals in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung und

Fig. 6 bis 10 weitere Beispiele für Meßskalenmuster.

Das in Fig. 1 dargestellte Winkelmeßsystem bekannter Art enthält eine lichtemittierende Diode 1 und einen Kondensor 2. Weiterhin ist eine kreisförmige Winkelmeßscheibe 3 vorgesehen, die zwei Meßskalen 4 und 5 aufweist, die aus alternierend aufeinanderfolgenden transparenten und nicht transparenten Feldern bestehen. Das von der lichtemittierenden Diode 1 ausgehende Licht durchquert den Kondensor 2 und wird beim anschließenden Durchgang durch die sich drehende Meßscheibe 3 von den nach einem regelmäßgen Muster aufeinanderfolgenden transparenten und' nicht transparenten Feldern in den jeweiligen Meßskalen h und moduliert. Sodann wird das Licht mit Hilfe von Winkelprismen und 10, zwei Linsensystemen 7 und 9 und einem Amici-Prisma 8 auf eine diametral gegenüberliegende Stelle auf der Meßscheibe projiziert, worauf es diese erneut an den beiden Meßskalen 4 und 5 durchquert. Dank der Verwendung des Amici-Prismas 8 wird die Bewegungsrichtung für die Meßskalen U und 5 auf dem während der Projektion ersten Teil der Meßscheibe 3 entgegengesetzt zu der für die Meßskalen 4 und 5 auf dem zweiten Teil der Meßscheibe 3. An dieser Stelle bewegt sich daher das Bild der Meßskalen k und 5 während der Projektion auf die tatsächlichen Meßskalen U und 5 zu.

Weiter durchstrahlt das Licht eine fokussierende Linse 11 und eine optische Einrichtung 12 zur Strahlteilung. In dieser Einrichtung 12 wird das von den beiden benachbarten Meßskalen 4 und 5 kommende Licht so weit auseinandergezogen, daß die dabei

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entstehenden beiden Lichtbündel jedes für sich leicht durch relativ größere Photodetektoren 15 und 16 festgestellt werden können. Zwischen der Einrichtung 12 für die Strahlteilung einerseits und den Photodetektoren 15 und 16 anderseits sind fokussierende Linsen 13 und 14 angeordnet.

Die am Ausgang der beiden Photodetektoren 15 und 16 auftretenden Signale variieren in Entsprechung zur Drehung der Meßscheibe 3. Diese Meßsignale werden einer elektronischen Schaltung 18 zugeführt, die diese Meßsignale auswertet und die Drehung der Winkelmeßscheibe 3 beispielsweise in digitaler Form, also in Winkelgraden, zur Aufzeichnung oder Anzeige bringt. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung ist so mit zwei Meßskalen 4 und ausgestattet, die eine Information über die Richtung der Bewegung der Meßscheibe 3 liefern. Die reziproken Muster in diesen Meßskalen 4 und 5 sind so angeordnet, daß die von den beiden Photodetektoren 15 und 16 abgegebenen Signale relativ zueinander um eine Viertel Periode versetzt sind. Dank dieser Phasenlage kann eine Entscheidung über die Bewegungsrichtung der Meßscheibe 3 getroffen werden. Es sei jedoch bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß die vorliegende Erfindung auch bei Winkel- und Längenmeßeinrichtungen in Anwendung kommen kann, die mit nur einer Meßskala ausgestattet sind.

In einigen der anschließend zu beschreibenden Figuren sind eine Anzahl von Beispielen dargestellt, die Einzelheiten von verschiedenen Ausführungsformen für Meßskalen zeigen, die Unregelmäßigkeiten enthalten, die in einer bestimmten Stellung der Meßscheibe ein Bezugssignal entstehen lassen. Bei diesen Ausführungsformen gibt es zwei etwas voneinander verschiedene Prinzipien dafür, wie diese Unregelmäßigkeiten in Relation zu dem regelmäßigen Muster vorzusehen sind, das im übrigen in der bei inkrementalen Winkel- oder Längenmeßsystemen üblichen Weise verwendet wird.

Nach der ersten Methode werden an diesem regelmäßigen Muster Veränderungen vorgenommen, so daß darin Unregelmäßigkeiten auf-

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treten. Bei der zweiten Methode wird in Verbindung mit und neben dem regelmäßigen Muster ein unregelmäßiges Muster eingefügt. Bei beiden Ausführungsformen kann eine gemeinsame Lichtquelle benutzt werden, und ebenso lassen sich die regelmäßige Meßskala und die Unregelmäßigkeiten mit ein und demselben Detektor erfassen. Auf diese Weise enthält das von dem Detektor gelieferte Signal abgesehen von dem aus dem regelmäßigen Muster resultierenden normalen Signalanteil außerdem eine signifikante Veränderung, die sich aus den zuvor erwähnten Unregelmäßigkeiten ergibt.

Wie bereits einleitend erwähnt, wird ein Teil der Meßscheibe mittels der inkrementalen Meßsysteme auf einen anderen Teil der Meßscheibe projiziert, oder es. wird ein feststehender Schirm auf das Muster auf der Meßscheibe projiziert. Um nun in erfindungsgemäßer Weise einen Bezugsimpuls zu erhalten, sind zwei Sätze von Unregelmäßigkeiten in oder neben dem regelmäßigen Muster erforderlich. In dem Falle, in dem ein Teil der Meßscheibe auf einen anderen Teil der Meßscheibe projiziert wird, sind diese Unregelmäßigkeiten so auf oder neben dem regelmäßigen Muster anzuordnen, daß sie aufeinander projiziert werden können. In dem Falle, daß ein feststehender Schirm verwendet wird, muß einer der beiden Sätze von Unregelmäßigkeiten auf diesem Schirm angebracht werden. Die vielleicht beste Lösung ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Maßnahmen in Verbindung mit einem solchen inkrementalen Meßsystem, bei dem ein Teil der Meßscheibe auf einen anderen Teil der Meßscheibe projiziert wird, da bei Verwendung eines feststehenden Schirmes die Unregelmäßigkeiten ständig vor dem Detektor erscheinen und damit das Grundsignal über den gesamten Meßbereich hinweg etwas .beeinflußt wird. Das normale Meßsignal wird dann nicht so ausgeprägt , als wenn die Unregelmäßigkeiten nicht vorhanden wären. An dieser Stelle kann jedoch erwähnt werden, daß bei bestimmten Systemen solche geringen Verzerrungen im Grundsignal ohne weiteres hinnehmbar sind. Wenn mehrere Bezugssignale zur Kennzeichnung verschiedener Stellungen der Meßscheibe erforderlich sind, können auf der Meßscheibe auch mehrere Sätze von unregel-

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mäßigen Mustern angeordnet werden. Im Falle der Verwendung eines feststehenden Schirmes wird die Anzahl der unregelmäßigen Musterteile im System kleiner, als wenn ein Teil der Meßscheibe auf einen anderen Teil der Meßscheibe projiziert wird.

Ein Muster für einen Satz von oben erwähnten Unregelmäßigkeiten ist in Fig. 2 dargestellt. Dieses Muster kann sowohl einem feststehenden Schirm als auch einem Teil der Meßscheibe zugeordnet werden, der in Verbindung mit einem ähnlichen feststehenden Schirm verwendet wird. Ebenso kann dieses Muster jedoch einen der beiden Sätze von Unregelmäßigkeiten wiedergeben, wie sie in solchen Systemen verwendet werden, in denen ein Teil der Meßscheibe auf einen anderen Teil der Meßscheibe projiziert wird. In Fig. 2 ist das Muster geradlinig ausgebildet und kann daher einer Längenmeßscheibe zugeordnet werden. Das Muster in einem System gemäß Fig. 1 kann unter der Annahme seiner geradlinigen Erstreckung aussehen wie das Muster in Fig. 2. In diesem Falle müssen die beiden Sätze von Unregelmäßigkeiten, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, auf zwei einander diametral gegenüberliegenden Teilen der Meßscheibe angeordnet werden. An dieser Stelle ist zu erwähnen, daß in diesem Falle die Bezugssignale für jede effektive Drehung der Meßscheibe zweimal erhalten werden. In Fig. 2 ist weiterhin durch eine gestrichelte Linie 19 eine Symmetrieachse dargestellt, zu deren beiden Seiten .die Unregelmäßigkeiten in dem Muster aufgebaut werden. Um ein Maximum an Wirkungsgrad zu erhalten, muß diese Linie 19 in den beiden Sätzen von Unregelmäßigkeiten auf der Meßscheibe diametral verlaufen. Bei den inkrementalen Meßsystemen erfaßt der Detektor in einem bestimmten Zeitpunkt einen bestimmter) Teil der Meßscheibe. Bei dem in Fig. 2 dargestellten Muster sieht der Detektor den Teil des Musters zwischen den gestrichelten Linien 20 und 21, der darm, wenn das Muster regelmäßig ausgebildet ist, aus 100 dunklen Feldern und 100 transparenten Feldern besteht. Dieser Teil des Musters zwischen den Linien 20 und 21 kann in einem System beispielsweise ein Fünfzigstel des vollen Umfangs der Meßscheibe umfassen.

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Um den größten Unterschied für den Bezugsimpuls im Vergleich zu den normalen Signalen im System zu erhalten, muß ein großer Teil des Gesichtsfeldes des Detektors zwischen den Linien 20 und 21 für das unregelmäßige Muster ausgenutzt werden. In bestimmten Systemen reicht es jedoch aus, mit nur einem kleineren Teil des Gesichtsfeldes des Detektors zu arbeiten, und dann sollte das unregelmäßige Muster rund um die Symmetrieachse, also die Linie 19 in Fig. 2, konzentriert werden, da auf diese Weise die Übertragungsoptik am besten ausgenutzt wird.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Unregelmäßigkeiten im Muster in der Weise ausgebildet, daß bestimmte dunkle Felder im regelmäßigen Muster ausgelassen sind, und es ergeben sich auf diese Weise Intervalle 22. Wie bereits oben erwähnt, liegen diese Intervalle 22 in Fig. 2 symmetrisch zur Linie 19. Das in Fig. 2 dargestellte Muster ist lediglich ein mögliches Außführungsbeispiel dafür, wie man zu einem Bezugsimpuls gelangen kann, der in bezug auf die von dem regelmäßigen Muster stammenden Signale relativ stark ausgeprägt wird. Diese Symmetrie im Muster ist an sich nicht nötig. Oftmals ist es vorzuziehen, das unregelmäßige Muster in etwas unsymmetrischer Weise zu erzeugen.

Der Idealzustand wäre dann gegeben, wenn das Ausgangssignal . aus dem Detektor abgesehen von einer bestimmten Stelle auf der Meßplatte, an der ein sehr starker Impuls auftritt, völlig regelmäßig und von den Unregelmäßigkeiten im Muster unbeeinflußt wäre. Man kann jedoch Justierungen vornehmen, und um einen relativ starken Impuls an einer beliebigen Stelle der Meßscheibe zu erhalten, muß lediglich hingenommen werden, daß nahe dem Bezugsimpuls eine Anzahl von weniger ausgeprägten aber in Relation zum normalen Meßsignal ungewöhnlichen Impulsen abgegeben wird. Wie die Musterdarstellung in Fig. 2 erkennen läßt, beläuft sich die Anzahl der weiten Intervalle vor dem Detektor in der Stellung der Meßscheibe, in welcher der Bezugsimpuls

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abgegeben wird, auf 18. Wenn jedoch Teile des unregelmäßigen Musters in verschiedenen Stellungen 1 bis 6 vor dem Detektor stehen, werden- weite Intervalle in bestimmten anderen Stellungen für den Detektor sichtbar. Der Unterschied zwischen 6 und 18 Intervallen ist so groß, daß die Zunahme der Lichtintensität für die korrekte Stellung bei 18 in sicherer Weise zu erkennenden Intervallen vollkommen ausreicht. Die dem Bezugsimpuls zugeordnete Stelle der Meßscheibe ergibt eine um etwa 20 % stärkere Beleuchtung für den Detektor als die Stellen auf der Meßscheibe, an denen sich nur das regelmäßige Muster innerhalb des Gesichtsfeldes des Detektors befindet.

• Die Darstellung in Fig. 3 zeigt in groben Zügen, wie das Ausgangssignal aus dem Detektor in einer Meßeinrichtung der oben in Verbindung mit Fig. 1 und 2 beschriebenen Art aussieht. Der Kurvenzug 23 auf der rechten und der linken Seite der Darstellung in Fig. 3 zeigt das regelmäßige Signal, das sich als das Ergebnis des regelmäßigen Musters auf der Meßscheibe ergibt. Die Kurvenzüge 24 und 2 5 in Fig. 3 geben die Hüllkurve für die Kurve 23 wieder.

Wenn die Unregelmäßigkeiten in den Mustern in das Gesichtsfeld des Detektors einzutreten beginnen, erfährt der Durchschnittswert des durch die Kurve 23 wiedergegebenen Signals eine Änderung zu höheren Werten, da der Lichtdurchtritt durch das Muster auf der Meßscheibe nahe der Stelle auf der Meßscheibe, an welcher der Bezugsimpuls abgegeben wird, langsam zunimmt.

Wie bereits oben in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben, wird das Ausgangssignal des Detektors bei einer bestimmten Stellung der Meßscheibe erheblich größer als sein Normalwert. Dies ist in Fig. 3 durch den Gipfel 27 der Kurve 23 angedeutet. Außerdem ist in Fig. 3 der Bezugspegel in Form einer gestrichelten Linie 26 dargestellt, der in Verbindung mit späteren Figuren noch näher erläutert werden wird.

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In Fig. 4 ist das Aus gangs signal eines Detektors in einer erfindungsgemäß ausgebildeten Meßvorrichtung dargestellt, bei der im Gegensatz zu oben die Unregelmäßigkeiten im Muster dadurch erhalten werden, daß die Anzahl der ni°cht transparenten Felder auf einem bestimmten Teil der Meßscheibe vergrößert ist. Die Darstellung in Fig. 4 zeigt wieder das aus dem Fotodetektor stammende Signal in Form eines Kurvenzuges 28 und die zugehörigen oberen und unteren Hüllkurven in Form von Kurvenzügen 30 bzw. 29. Wenn die Unregelmäßigkeiten im Muster in das Gesichtsfeld des Detektors einzutreten beginnen, verändert sich der Durchschnittswert für das durch den Kurvenzug 28 wiedergege'bene normale Signal zu niedrigeren Werten, da der Lichtdurchtritt durch das Muster nahe der Stelle auf der Meßscheibe, an welcher der Bezugsimpuls abgegeben wird, langsam abnimmt. Der Bezugsimpuls 32 unterscheidet sich in Fig. 4 dadurch von den benachbarten Impulsen, daß er eine höhere Amplitude aufweist als diese, da die Anzahl der transparenten Felder des Musters wieder erheblich zunimmt, wenn sich die Meßscheibe in einer bestimmten Stellung befindet. Der in Fig. 4 durch eine gestrichelte Kurve 31 eingezeichnete Pegel hat im wesentlichen die gleiche Funktion wie der durch die Kurve 26 in Fig. 3 dargestellte Pegel und wird ebenfalls in Verbindung mit einer der folgenden Figuren noch näher erläutert.

In Fig. 5 ist ein Blockschaltbild für eine erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung dargestellt, die einen Teil eines inkrementalen Meßsystems bildet, das zur Vereinfachung der Darstellung zu der Bauart gehören soll, bei der nur ein Meßkanal verwendet wird. Auch bei Systemen, die mit zwei Meßkanälen arbeiten, um die Richtung der zu messenden Bewegung festzulegen, wird das Bezugssignal oftmals nur aus einem Meßkanal benötigt. In diesem Falle wird der andere Meßkanal in keiner Weise für die Zwecke der Erfindung herangezogen. In dem Blockschaltbild von Fig. 5 ist ein Fotodetektor 3 3 mit einer elektrischen Schaltung 34 für die Auswertung seines Ausgangssignals verbunden. Von der Schaltung 34 werden Signale in Form von Impulsen

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an einen Zähler 3 5 abgegeben, der daraus entsprechend einem zuvor festgelegten Maß die interessierende Bewegung berechnet. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist angenommen, daß das mit Hilfe der erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung gewonnene Bezugssignal dazu verwendet wird, den Zähler 35 bei einer bestimmten Stellung der Meßscheibe auf Null einzustellen, wobei es in dieser Stellung möglich ist, den gegebenen Wert des Zählers 3 5 bei Winkelmessung ainem bestimmten Winkel oder bei Längenmessung einem bestimmten Längenmeßpunkt zuzuordnen.

Bei dem der elektronischen Schaltung 34 in Fig. 5 zugeführten Signal handelt es sich je nach der Art der verwendeten Unregelmäßigkeit im Muster auf der Meßscheibe um ein der Kurve 23 in Fig. 3 oder um ein der Kurve 28 in Fig. 4-entsprechendes Signal.

Zur Vereinfachung der Darstellung wird das Blockschaltbild von Fig. 5 im folgenden in Verbindung mit der in Fig. 2 veranschaulichten Ausführungsform der Vorrichtung beschrieben, bei der sich Signale der in Fig. 3 dargestellten Art ergeben. Der Zähler 3 5 schaltet bei jedem Scheitel des durch den Kurvenzug 2 3 wiedergegebenen Signals weiter, und auch der Scheitel 27 bewirkt ein Fortschreiten des Zählers 35, das sich nicht von den anderen Zählschritten unterscheidet. Anderseits werden Baustufen 36, 37 und 38 dazu verwendet, den ImpulsScheitel 27 auszuwerten, und dies wiederum bringt den Zähler 3 5 auf den Wert Null.

Das durch die Kurve 23 in Fig. 3 wiedergegebene Signal wird vom Detektor 33 nicht nur der elektronischen Schaltung 34, sondern auch einer weiteren Schaltung 3 6 und einem Eingang eines Komparators 3 8 zugeführt. Die Schaltung 3 6 veranlaßt eine Speicherung der durch die obere Hüllkurve 24 wiedergegebenen Scheitelamplitude für das Signal entsprechend der Kurve 2 3 und speist diesen Wert in einen Verstärker 3 7 ein, der eine positive Verstärkung aufweist. Der Verstärker 3 7 bringt das ihm zugeführte

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Signal auf den durch die gestrichelte Kurve 26^-in Fig. 3 angegebenen Pegel. Das so gewonnene Signal 26 weist einen Wert auf, der die Scheitelamplitude 2 4 des Signals 23 überschreitet, aber immer noch unterhalb des Scheitelwertes 27 für das Signal 23 in Fig. 3 liegt. Dies trifft für alle Fälle unabhängig von Temperatur und Spannungsänderungen in der Meßvorrichtung zu. Der Pegel 26 aus dem Verstärker 3 7 liegt auf diese Weise stets über der normalen Scheitelamplitude 24 des Signals 23, während er gleichzeitig niedriger liegt als der Scheitelwert 27 für den Bezugsimpuls. Der Verstärker 37 ist ausgangsseitig mit einem zweiten Eingang des !Comparators 38 verbunden. Am Ausgang des Komparators 38 erscheint nur dann ein Impuls, wenn das dem Komparator 3 8 unmittelbar vom Detektor 33 zugeführte Signal in seinem Amplitudenwert größer ist als der Amplitudenwert des am zweiten Eingang des Komparators 38 anliegenden Ausgangssignals des Verstärkers 37.

Ein am Ausgang des Komparators 3 8 auftretender Impuls wird also immer dann abgegeben, wenn der Detektor 33 einen Bezugsimpuls zugeführt erhält, also bei der Bezugsstellung für die Meßscheibe 3. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird dieser Bezugsimpuls dazu benutzt, den Zähler 3 5 auf Null zurückzustellen.

Anstelle der Verwendung eines Verstärkers 37 zur Gewinnung des Pegels 2 6 in Fig. 3 kann dem oberen Hüllkurvenwert 24 der Kurve 23 in Fig. 3 auch eine feste Spannung 'hinzuaddiert werden, deren Größe ausreicht, um die für den Pegel 2 6 in Fig. 3 angegebenen Kriterien zu erfüllen. In manchen Fällen kann es sogar möglich sein, die elektronische Schaltung 36 und den Verstärker 37 durch eine Spannungsquelle zu ersetzen, die eine feste oder in irgendwelcher Weise variierende Spannung abgibt.

Die vorstehende Beschreibung befaßt sich mit Ausführungsformen der Erfindung, bei denen die für die Gewinnung der Bezugs-

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signale verwendeten Unregelmäßigkeiten in die normale Meßskala einbezogen sind. Es sind jedoch auch Ausführungsformen für die Erfindung möglich, bei denen die oben erwähnten Unregelmäßigkeiten neben der normalen Meßskala angeordnet sind, aber von dem gleichen Detektor erfaßt werden können wie diese Meßskala selbst. Auch dann ist kein gesonderter Detektor mit zusätzlicher Optik für die 'Erkennung des Bezugssignals notwendig.

Die Darstellungen in Fig. 6 bis 9 zeigen vier verschiedene Beispiele für Muster, die zur Gewinnung von Bezugssignalen verwendet werden können. Die in Verbindung mit dem Muster von Fig. gemachten Ausführungen gelten im Grundsatz auch für diese Muster. In Fig. 6 ist das normale Muster der Meßskala mit der Bezugszahl 40 bezeichnet. Zu beiden Seiten dieses normalen Musters 40 sind Unregelmäßigkeiten 41 angeordnet. Um mit einem Muster, wie es in Fig. 6 dargestellt ist, ein Signal zu erhalten, das dem in Fig. 3 dargestellten Signal ähnlich ist, wird das in Fig. 6 dargestellte Muster als negativ für das tatsächliche Muster angesehen. Dies ist die praktischste Erzeugung für diese Art von Muster, da die rund um das normale Muster 40 liegenden Teile der Meßscheibe mit einer nicht transparenten Schicht bedeckt und nur die dem unregelmäßigen Muster 41 entsprechenden Linien transparent sind. Auf diese Weise wird der Grundpegel für die Beleuchtung niedrig gehalten, und der bei Auftreten des Bezugspunktes zu beobachtende Unterschied in der Beleuchtung tritt dann umso deutlicher sichtbar hervor.

Auch für die nachstehenden Figuren ist die beste Form für das Muster diejenige, bei der die zeichnerische Darstellung als negativ betrachtet wird, die in der Zeichnung dunklen Linien als als tatsächlich transparent betrachtet werden.

In Fig. 6 ist das normale Muster 4.0 vollkommen intakt, während die Muster für das Bezugssignal zu dessen beiden Seiten angeordnet sind. In Fig. 7 ist ein weiteres Muster 43 in das

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normale Muster 40 eingeschoben bzw. diesem überlagert, und dieses zusätzliche Muster 43 erstreckt sich außerdem über das normale Muster 40 auf einer oder beiden Seiten hinaus, was in Fig. 7 durch das weitere Muster 42 angedeutet ist.

Fig, 8 zeigt ein weiteres Beispiel für ein Muster zur Gewinnung von Bezugssignalen, wobei dieses Muster 44 außerhalb des normalen Musters 40 liegt.

In Fig. 9 ist noch ein Beispiel für ein Muster 45 zur Gewinnung von Bezugssignalen dargestellt, das ebenfalls außerhalb des normalen Musters 40 liegt.

Fig. 10 zeigt eine Musterform, bei der dem Originalmuster ein weiteres Muster 46 überlagert ist, um ein Bezugssignal zu erhalten. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird kein außerhalb des Originalmusters 40 liegender Musterteil verwendet.

Alle oben für die Muster gezeigten Beispiele müssen an zwei verschiedenen Stellen auf der Meßscheibe vorgesehen werden, die gleichzeitig aufeinander projiziert werden können, oder diese Muster müssen auf der Meßscheibe einerseits und auf einem dieser zugeordneten feststehenden Schirm angebracht werden. Der größte Wirkungsgrad wird dann erzielt, wenn die Muster in solcher Weise relativ zueinander ausgebildet werden, daß sie einander bei einer bestimmten Stellung der Meßscheibe genau überdecken.

In bestimmten Fällen kann es erwünscht sein, Bezugsimpulse dann zu erhalten, wenn die Meßscheibe sich nicht in einer bestimmten Stellung befindet. In diesem Falle werden die Muster für die Gewinnung der Bezugssignale an verschiedenen Stellen auf der Meßscheibe eingefügt. Wird mit mehreren Meßskalen gearbeitet, so können Unregelmäßigkeiten in Form von den oben beschriebenen Mustern ähnlichen Mustern in eine, in mehrere oder in alle dieser Meßskalen eingefügt werden. So können z.B. bei

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zwei Meßskalen diese beide verwendet werden, um mehrere Bezugsimpulse zu erhalten, die Muster für die Gewinnung der Bezugsimpulse können aber auch so eingeschober! werden, daß die Bezugsimpulse für beide Meßskalen gleichzeitig erhalten werden, um zusätzliche Sicherheit zu gewinnen.

Es ist leicht einzusehen, daß das normale Signal dann am wenigsten gestört wird, wenn das für die Gewinnung der Bezugssignale verwendete unregelmäßige Muster außerhalb des normalen Musters angeordnet wird. Unter Leistungsgesichtspunkten jedoch ist es oftmals besser, die beiden Muster einander zu überlagern, und in den meisten Fällen wird dadurch das normale Signal in solch geringem Maße gestört, daß sich dies auf die Meßeinrichtung nicht ernsthaft auswirkt.

Die oben ,beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Muster sind lediglich als mögliche Beispiele zu verstehen. Viele andere Kombinationen und Formen für solche Muster lassen sich in gleicher Weise verwenden. Beispielsweise kann ein Mustertyp für die Erzeugung von Bezugssignalen anschließend an das normale Muster liegen, während gleichzeitig ein anderer Mustertyp für die Erzeugung von Bezugssignalen dem normalen Muster überlagert wird. Ebenso kann auf der einen Seite des normalen Musters ein Muster einer Art und auf der anderen Seite ein Muster anderer Art für die Erzeugung von BezugsSignalen hinzugefügt werden.

Weiterhin liegt im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, Muster zu verwenden, die in der Weise ausgebildet sind, daß der allgemeine Beleuchtungspegel für den Detektor unmittelbar vor dem Auftreten eines Bezugssignals abgesenkt wird und dann in einem bestimmten Zeitpunkt bei Auftreten des Bezugssignals eine nochmalige erhebliche Absenkung erfährt. Ebenso kann dieser Beleuchtungspegel vor Auftreten des Bezugssignals angehoben und

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im Augenblick des Auftretens des Bezugssignals stark abgesenkt werden.

Patentansgrüchej

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Claims (6)

Pat ent ans P.r üche

1. Vorrichtung zur Winkel- oder Längenmessung mit einer eine oder mehrere Meßskalen mit einem regelmäßigen Muster aufweisenden Winkel- oder Längenmeßplatte und mit einer elektrischen Schaltung für die Analyse von als Funktion der Bewegungen der Meßplatte variierenden elektrischen Meßsignalen, die mittels Projektion entweder der Meßskalen auf einem Teil der Meßplatte auf die Meßskalen auf einem anderen Teil der Meßplatte oder des Musters eines feststehenden Schirmes auf die Meßskalen auf der Meßplatte und optischer Übertragung der Meßskalen auf einen Photodetektor für jede dieser Meßskalen erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindung mit wenigstens einer der Meßskalen (4 bzw. 5) wenigstens ein weiterer Satz von mittels der Photodetektoren (15, 16; 33) festzustellenden Mustern vorgesehen ist, der zwei unregelmäßige Musterteile (22; 41; 42; 44; 45; 46) aufweist, die so angeordnet sind, daß sie bei einer bestimmten Stellung der Meßplatte (3) aufeinander projiziert werden, und die dem Meßsignal eine signifikante Veränderung (27; 32) gegenüber einem von einem regelmäßigen Muster stammenden Meßsignal aufprägen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßigen Musterteile selbst ähnlich sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßigen Musterteile (22, 46) dem regelmäßigen Muster (40) vollständig überlagert sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unregelmäßigen Musterteile (42) sich auf einer oder^ auf beiden Seiten außerhalb des regelmäßigen Musters (40) erstrecken.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die unregelmäßigen Musterteile aus entfernten oder eingeschobenen Feldern (22) im regelmäßigen Muster bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die signifikante Änderung (27; 32) im Meßsignal so eingerichtet ist, daß sie die elektrische Schaltung (18; 35) so beeinflußt, daß eine oder einige Bezugspositionen auf der Meßplatte erhalten werden.

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