DE2550840C2

DE2550840C2 - Fotoelektrischer Verschiebungsgeber

Info

Publication number: DE2550840C2
Application number: DE2550840A
Authority: DE
Inventors: Richard B. Dayton Ohio Zipin
Original assignee: Bendix Corp
Current assignee: Warner and Swasey Co
Priority date: 1974-11-25
Filing date: 1975-11-12
Publication date: 1984-07-26
Also published as: CA1028144A; FR2292215A1; DE2550840A1; GB1513898A; FR2292215B1; JPS5177352A; US3957378A; JPS6025912U

Description

a) die Abtastteilungen (16,18,20,22) bilden ein auf eine« einzigen Abtastplatte (14) angeordnetes Kreuz, dessen Arme jeweils eine einzige Abtastteilung aufweisen.

b) die teilungsmäßig zueinander versetzten Abtastteilungen für eine Koordinatenrichtung sind jeweils auf sich gegenüberliegenden Armen des Kreuzes angeordnet,

c) die Meßteüungen auf der Meßgitterplatte (10) bilden ein Kreuzgitter (12).

Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Verschiebungsgeber für zwei Koc-fiinatenrichtungen mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Merkmalen.

Die Erfindung geht von einem bekannten Koordinatenmeßtisch aus (US-PS 33 30 964), bei dem für jede Koordinatenrichtung ein aus einem Meßgitter und einem Abtastgitter bestehendes Meßsystem sowie eine zugehörige Beleuchtung und fotoelektrische Wandler vorgesehen sind. Zur Richtungserkennung sind im einzelnen zueinander versetzte Abtastteilungen auf jedem Abtastgitter angeordnet. Schon infolge der getrennten Anordnung der beiden Systeme baut die bekannte Vorrichtung verhältnismäßig aufwendig und läßt sich beispielsweise wegen der engen Platzverhältnisse in einer Koordinatenmeßmaschinc nicht unterbringen. Zur Richtungserkennung sind außerdem in jedem System drei gegeneinander versetzte Abtastteilungen vorgesehen.

Es ist außerdem bekannt (DE-OS 22 26 578), zum Messen in beiden Koordinatenrichtungen die beiden Abtastgitter auf einer gemeinsamen Platte anzuordnen. Für jedes Abtastgitter ist ein ortsfestes Meßgitter vorgesehen; eine Richtungserkennung fehlt.

Bei einer anderen Meßvorrichtung (DE-AS 12 20 152) sind in der zu messenden Koordinatenrichtung zum Erkennen der Bewegungsrichtung eine erste äußere und eine innere Abtastteilung phasenversetzt nebeneinander angeordnet, während aufgrund einer /.weiten, ebenfalls neben der inneren Teilung angeordneten äußeren Abtastteilung Verkantungsfehler des zu messenden Teiles eliminiert werden können. Hierzu werden die Signale der den beiden äußeren Abtastteilungen zugeordneten fotoelektrischen Wandler additiv verknüpft. Abgesehen von den drei erforderlichen Abtasueilungen ist auch hier der räumliche Aufwand erheblich, falls in zwei Koordinatenrichtungen gemessen werden sol!.

Es ist ferner bekannt, die beiden Meßteüungen, von denen je eine für jede Koordinatenrichtung erforderlich ist, als Kreuzgitter in einer Meßgitterplatte zu vereinigen (DE-OS 22 62 065).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Verschiebungsgeber, der durch den Oberbegriff des Patentanspruchs bestimmten Gattung so auszuführen, daß sich ίο bei hoher Meßgenauigkeit eine kompakte Bauweise ergibt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Mit der Anordnung der Abtastteiiungen in Verbindung mit dem Kreuzgitter lassen sich geringe räumliche Abmessungen für den Verschiebungsgeber verwirklichen. So sind die Abtastteilungen zur Längenmessung in beiden Koordinatenrichtungen und zum Erkennen der Bewegungsrichtung auf der Abtastplatte in enger räumlicher Zuordnung untergebracht. Bei dieser Anordnung ist auch die Feineinstellung der Gitter, aiso die gegenseitige Ausrichtung der Gitter bei der Eichung des Verschiebungsgebers wesentlich erleichtert. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die kreuzweise Anordnung der Abtastteilungen, wobei die beiden Ablastteilungen für jeweils eine Koordinatenrichtung hintereinander in gegenüberliegenden Armen des Kreuzes angeordnet sind, der Verschiebungsgeber verhältnismäßig unempfindlich auf eine Drehung reagiert, die durch auf den Meßkopf wirkende Drehmomente hervorgerufen werden können. Die Empfindlichkeit des Verschiebungsgebers gegenüber solchen Torsionsbelasiungeti wird somit wesentlich herabgesetzt.
Somit eignet sich der erfindungsgemäße Verschiebungsgeber insbesondere zum Einbau in Koordinatenmeßmaschinen, bei denen die Unterbringung des Verschiebungsgebers im Meßkopf wegen der beengten Platzverhältnisse schwierig ist.

Ein Ausführungsbeispiei der "Erfindung ist nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. I eine schematische Darstellung des Kreuzgiltcrs und der Abtastgilter;

F i g. 2 einen Aufriß eines Ausführungsbeispiels eines Verschicbungsgebers:

I·" i g. 3 einen Seitenriß des Verschicbungsgebers der F ig. 2:

F i g. 4 einen Schnitt längs der Linie 4-4 der F i g. 3:

F i g. 5 einen Schnitt längs der Linie 5-5 der F i g. 3;

so F i g. b einen Schnitt längs der Linie 6-6 der F i g. 3;

Fig.7 eine Teilansicht eines Ausführungsbeispiels des Verschicbungsgebers.

Die Anordnung gemäß F i g. 1 besteht aus einer Meßgitterplatte 10, auf welcher ein rechtwinkliges optisches Kreuzgitter 12 aufgebracht ist.

Über der Meßgitterplatte 10 ist eine lichtundurchlässige Abtastplatte 14 mit zwei Gruppen von Fenstern angeordnet, in denen jeweils Abtastteilungen 16,18 und 20,22 vorgesehen sind.

bo Die Abtastteilungen 16, 18 und 20, 22 bestehen aus parallelen Linienschaaren. die im wesentlichen mit dem Kreuzgittcr 12 fluchten, so daß bei Beleuchtung des sich überlagernden Rasters ein Moirebild in bekannter Weise entsteht.

b5 Die Abiastlcilungen 16,18 und 20,22 sind so angeordnet, daß sie paarweise nebeneinander und übcrkrcu/ liegen. Mun fand, daß diese Anordnung in den Armen des Kreuzes die Auswirkung iiiif die Phasenbe/iehung

der in jeder Abtastteilung 16,18 und 20,22 auftretenden Muster bei leichten Verkantungsbewegungen des Kreuzgitters 12 gegenüber den Abtastgittern weitgehend herabsetzt, wobei diese Verkantungsbewegungen durch Torsionskräfte herbeigeführt werden können, die auf den das Kreuzgitter 14 und die Abtastgitter 10 tragenden Meßkopf einwirken. Dadurch wird auch gewährleistet, daß eine Verkantung für beide Paare die gleiche Wirkung auf das Rasterbild hat, so daß mil Verkantungsregulierungen des Kreuzgitters 12 gegenüber den Abtastgittern beide Rastergrößen gleichzeitig richtig eingestellt werden können, wie nachstehend näher erläutert wird.

Es ist dem Fachmann bekannt, daß die relative Größe und Lage des Moiremusters durch eine leichte Schrägstellung der Gitter gegeneinander reguliert werden kann. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß die Abtastgitier gegenüber dem Kreuzgitter 12 im Winkel verstellt werden können, um eine dem Abtastfeld des lichtelektrischen Wandlers angepaßte Schattenbildgröße zu erzeugen.

Wenn die Gitter beim Messen gegeneinandp-- gedreht sind, findet eine Querverschiebung de: Bildes aus hellen und dunklen Streifen bei einer relativen Bewegung zwischen den beiden Gittern statt, so daß durch Abtastung der periodischen Helligkeitsänderung an einen gegebenen Punkt ein Signal erzeugt werden kann, das genau dem Ausmaß der Bewegung entspricht. Außerdem kann ein Abtasten der relativen Phasenbeziehung dieses sich quer verschiebenden Bildes Auskunft über die Richtung dieser Relativbewegung geben, wobei zugunsten einer großen Kompaktheit und anderer Vorteile die Abtastteilungen 16, 18 für die eine Koordinatenrichtung und 20, 22 für die andere Koordinatenrichtung jeweils teilungsmäßig versetzt angeordnet sind, so daß das in einem Arm erzeugte Moirebild um 90° gegenüber dem Bild im gegenüberliegenden Arm des Kreuzes phasenversetzt ist, um die gewünschte Richtungserkennung zu liefern.

Für den B.trieb müssen natürlich das Kreuzgittcr 12 und die Abtastplatte 14 in ihrer relativen Bewegung zueinander genau geführt sein, um die richtige Winkellage in jeder Bewegungsachse beizubehalten. F i g. 2 bis 7 zeigen eine Anordnung, welche eine solche geführte Bewegung gestattet; diese Anordnung eignet sich zum Einbau in -Jen Meßkopf einer vorstehend erwähnten Koordinatenmeßmaschine.

Die Anordnung besteht aus einem Meßgitterträger 24 und einem Abtastgitterträger 26, die relativ zueinander auf einem Kreuzschlitten 28 gelagert sind, so daß sie in ihrer Bewegung auf zwei rechtwinklig zueinander stehenden Achsen beschränkt sind, die gegenüber dem Kreuzgitter 12 und den Abtastgittern ausgerichtet sind und auf den entsprechenden Teilen der nicht gezeigten Meßwelle einer Koordinatenmeßmaschine montiert werden können.

Der Meßgitterträger 24 umfaßt eine Platte 30, auf welcher die Kreuzgitterplatte 10 befestigt ist. wobei die Platte 30 ihrerseits mit zwei an beiden Teilen angebrachten Ständern 34 und 36 an einem Sockel 32 befestigt ist.

Der Sockel 32 ist in der Praxis für den Anschluß an die nicht gezeigte Meßkopfspitze ausgelegt.

Der Abtastgitterträger 26 umfaßt eine Platte 38, an welcher der die A.bifstplatte 14 tragende Haller 40 befestigt ist.

Der Halter 40 trägt ii:.c photoelektrischen Wandler 42, die so angeordnet sind, daß sie das Moirebild abtasten und entsprechende Signale über Kabel 44 an eine Stromversorgungs- und Signalverarbcitimgsschaltung 46 übertragen können, bevor sie an einen Verbrauche; 48, beispielsweise eine Digitalanzeige weitergeleitet werden.

Die Platte 38 ist mit den beidseitig befestigten Ständern 52 und 54 an einer Schwenkplatte 50 angebracht, die Lichtquellen 56 trägt, welche so ausgerichtet sind, daß sie das Kreuzgitter 14 in bekannter Weise beleuchten und die über die Kabel 44 in Verbindung mit der Stromversorgungs- und Signalverarbeitungsschaitung 46 stehen.

Der Abtastgitterträger 26 ist mit einer Gitterbrücke 58 in einer Bohrung des nicht gezeigten Meßwellenge-

häuses gelagert, wobei die Gitterbrücke 58 auf dem Nabenteil 60 der Schwenkplatte 50 ruht und mit Hilfe der Ständer 34 und 36 axial ausgerichtet ist, welche die Platte 30, den Kreuzschlitten 28, die Gitterbrücke 58, die Schwenkplatte 50, ein Axiallager 62 und den Sockel 32 zwischen sieh einfassen und haltern.

Die Gitterbrücke umfaßt vier Voi»_;»rünge 64, 66, 68 und 70, die zur Aufnahme in einem nicht gezeigten Meßwellengehäuse bestimmt sind und dort befestigt sind.
Die Winkeleinstellung des Meßgitterträgers 25 gegenüber dem Abtastgitterträger 26 erfolgt durch zwei mit denv Ständer 52 verschraubte Stellschrauben, um durch richtige Justierung ein Moirebild mit der richtigen Abmessung einzustellen, um dieses einerseits der Abtastgröße des Wandlers anzupassen und andererseits eine Feinabstimmung des Phasenwinkels zu ermöglichen.

Der Kreuzschlitten 28 besitzt in der Platte 30 ausgeformte V-förmige Rillen 76, 78, 80 und 82, sowie dazu rechtwinklig in der Gitterbrücke 58 ausgeformte paral-IeIe V-förmige Rillen 84, 86, 88 und 90. Ferner ist im Kreuzschlitten ein prismatisches Zwischenstück 92 mit oberen V-förmigen Rillen 94, 96, 98 und 100 vorgesehen, welche parallel zu den und angrenzend an die V-förmigen Rillen 76,78,80 und 82 angeordnet sind, sowie mit V-förmigen Rillen 102, 104, 106 und 108, welche parallel zu den und angrenzend an die V-förmigen Rillen 84,86,88 und 90 angeordnet sind.

Ferner weist der Kreuzschlitten 28 acht Lagerkugeln 110, von denen je eine in jeder V-förmigen Rille angeordnet ist, und Lagerkäfige 112 und 114 zur Halterung der Kugeln 110 auf.

Somit ist der gegenüber dem Kreuzgitter 12 feststehende Meßgitterträger 24 im Winkel und axial gegenüber dem Abtastgitterträger 26 fixiert, der seinerseits

so gegenüber der Abtastplatte 14 feststeht, während eine relative Linearbewegung zwischen Kreuzgitter und Abtastgittern durch die durch das Zwischenstück 92 ausgeübte Führung ermöglicht wird. Diese relative Bewegung wird auch durch das Axiallager 62 aufgenommen, welches mit den anderen beschriebenen Bauteilen zusammenwirkt, um eine relative Axialbewegung zu verhindern.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Fotoeiektrischer Verschiebungsgeber für zwei Koordinatenrichtungen, bestehend aus einer Meßgitterplatte, die zwei rechtwinkelig zueinander verlaufende Meßteilungen aufweist, und aus jeweils einem Abtastgitter für jede Koordinalenrichtung, das zur Erzeugung von Moire-Streifen mehrere jeder Meßteilung zugeordnete Abtastteilungen aufweist, die in der jeweiligen Koordinatenrichtung hintereinander, jedoch zueinander teilungsniäßig versetzt angeordnet sind, und aus einer die Meßteilungen beleuchtenden Beleuchtungseinrichtung und mehreren fotoelektrischen Wandlern, die die Meßteüungen über die Abtastgitter abtasten und Signale unterschiedlicher Phasenlage liefern, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: