DE2642925A1

DE2642925A1 - Verfahren zur laengenmessung

Info

Publication number: DE2642925A1
Application number: DE19762642925
Authority: DE
Inventors: Heinz Rieder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-11-11
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1977-05-18
Also published as: FR2331772A1; AT339062B; ATA858575A; FR2331772B1; DE2642925C2; CH594873A5

Description

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Heinz Rieder und Max Schwaiger Ostermiething (Österreich)

Verfahren zur Längenmessung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Längenmessung, wobei durch fotoelektrische Abtastung eines inkrementalen Maßstabes zumindest zwei gegeneinander phasenverschobene, etwa sinusförmige Analogsignale mit der Meßteilung entsprechender Wellenlänge erzeugt, aus diesen durch Spannungsteilung od.dgl. mehrere, untereinander gleiche Phasenabstände aufweisende Meßsignale gewonnen und daraus, vorzugsweise über beim Nulldurchgang ansprechende Komparatoren, richtungsabhängige, digitale Steuersignale mit dem Phasenabstand der Meßsignale entsprechender Länge für Zählwerke und Anzeigeeinrichtungen abgeleitet werden.

Derartige Verfahren zur Längenmessung ermöglichen eine Anzeige der gemessenen Länge auf elektrischem bzw. elektronischem Wege, wobei die durch den inkrementalen Maßstab gegebene Meßteilung elektronisch noch einmal unterteilt wird, so daß die Endanzeige mit einer Genauigkeit von kleinen Bruchteilen der Meßteilung erfolgen kann. Vorzugsweise

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wird das Meßergebnis auf einer Digitalskala in Leuchtziffern angezeigt. Die Messung erfolgt in der Weise, daß - meist von einem Nullpunkt ausgehend- die Anzahl der vollen Sinusspannungen und dementsprechend der Einheiten des inkrementalen Maßstabes, die vom Nullpunkt bis zum Meßpunkt überstrichen wurden, gezählt und zusätzlich für die letzte bzw. letzten Stellen der Anzeige angezeigt wird, wie viele der auf die beschriebene Weise ermittelten digitalen Steuersignale seit dem letzten Nulldurchgang des einen sinusförmigen Analogsignales aufgetreten sind. Die Praxis zeigt, daß der beschriebenen, elektronischen Unterteilung eines gegebenen inkrementalen Maßstabes Grenzen gesetzt sind. Vor allem kann in der Praxis nicht eine beliebige Anzahl von Meßsignalen aus den sinusförmigen Analogsignalen abgeleitet werden, weil es sonst zu einer zu geringen Unterscheidbarkeit der Signale kommt, also nicht mehr eindeutig trennbare und eindeutig steuernde digitale Steuersignale auftreten sowie naturgemäß die Abstimmung der Steuereinrichtungen umso komplizierter wird, je mehr Meßsignale auftreten und in Steuersignale umgeformt werden müssen. Wenn es gelingt, einen vollen Wellenzug einer Sinusspannung, beispielsweise aus zwei um 90° phasenverschobenen Analogsignalen, in 20 Meßsignale zu unterteilen, so bedeutet dies, daß bei einer inkrementalen Meßteilung mit einer Genauigkeit von 1/20 des bei der Ablesung einen vollen Sinuswellenzug ergebenden Strich-Lücke-Intervalles abgelesen werden kann. Jede Verfeinerung der Unterteilung stößt auf die genannten Schwierigkeiten und benötigt überdies pro Anzeigeeinheit einen beträchtlichen Aufwand. Die Erfindung betrifft ein Verfahren der eingangs genannten Art und besteht im wesentlichen darin, daß während der Wirkungszeit jedes digitalen Steuersignales jeweils die

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momentane Absolutgröße eines zugehörigen, analogen Meßsignales gegenüber einem vorgewählten Bezugspegel bzw. eine äquivalente Größe zur Steuerung einer die von den digitalen Steuersignalen abgeleiteten Anzeigestufen unterteilenden Interpolationsanzeige verwendet wird.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die zur Erzielung der digitalen Anzeige ohnehin benötigten Meßsignale in dem jeweils vorgewählten Bereich für die Interpolationsanzexge auszuwerten, also mit relativ ein~ fachen Mitteln eine eine hinreichende Genauigkeit ergebende Unterteilung der digital möglichen Anzeige vorzunehmen. Benützt man jeweils die an den Nulldurchgang anschließenden Bereiche der Meßsignale zur Steuerung der Interpolationsanzeige, so kann in den meisten Fällen mit hinreichender Genauigkeit ein linearer Verlauf des Meßsignales angenommen und dementsprechend auch eine gleichmäßige Unterteilung der Meßanzeige gewählt werden. Die Ober- und Untergrenze des ausgenützten Bereiches der Meßsignale sind festgelegt. Die Interpolation erfolgt durch Unterteilung des zwischen diesen beiden Grenzwerten liegenden Meßbereiches. Dabei kann sowohl eine digitale Anzeige der Interpolationsanzeige durch jeweils beim über- bzw. Unterschreiten vorbestimmter Pegel weiter zählende Zählwerke und nachgeordnete Ziffernanzeiger als auch vorzugsweise ein Zeigerinstrument verwendet werden, wobei ein Zeigerinstrument den Vorteil hat, daß der Maximalausschlag in die gewünschte Anzahl von Einzelwerten auf der Skala unterteilbar ist und überdies bei der Messung selbst die oft verwirrende rasche Änderung der letzten Stelle einer Digitalanzeige vermieden wird. Es ist noch zu erwähnen, daß auch die Interpolationsanzeige richtungsabhängig erfolgen soll. Das bedeutet, daß, je nachdem, ob ein Meßschlitten od.dgl. vom gewählten Nullpunkt der Meßteilung weg oder auf diesen zu bewegt wird, Änderungen der

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Anzeige und vor allen Dingen des Vorzeichens der Zählung notwendig sind₀ Sinngemäß gleiche Umschaltungen werden vorgenommen, wenn der Nullpunkt in der Meßteilung liegt, also + und - Werte gezählt' v/erden müssen.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht. Es zeigt

Fig. 1 ein Schaltschema eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens abgeänderten Teiles einer bekannten Längenmeßeinrichtung,
Fig. 2 ein Diagramm, in dem oben Analogsignale und darunter Impulsdiagramme zur Darstellung der Ausgangsspannungen an Komparatoren veranschaulicht wurden,

Fig. 3 in einem Diagramm oben vereinfacht als Dreieckspannungen dargestellte Meßsignale mit den für die Interpolation ausgenützten Bereichen und unten die aus den Meßsignalen abgeleiteten digitalen Steuersignale und Fig. 4 in größerem Maßstab die für die Interpolation verwendeten Teile der Meßsignale beidseits eines vorgewählten Nullpunktes.

Eine an sich bekannte und deshalb nicht näher dargestellte Meßeinrichtung besitzt einen Glasmaßstab und eine parallel dazu bewegliche Abtasteinrichtung. Der Maßstab weist eine inkrernentale Teilung von Strichen und Lücken gleicher Breite auf. Auf der Abtasteinheit befindet sich eine Gegenplatte mit vier Abtastfeldern, die ebenfalls je eine inkrementale Teilung mit Strich und Lücke aufweisen, ,jedoch jeweils um 90°, d.h. ein ganzzahliges Vielfaches der inkrementalen Teilung des Maßstabes plus 1/4, 2/4 und. 3/4 der Grundteilung gegeneinander versetzt sind. Durch gemeinsame fotoelektrische Abtastung der Abtastfelder und des Maßstabes werden bei relativem Verfahren der Abtasteinheit

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gegenüber dem Maßstab zv/ei um SO⁰ phasenverschobene analoge Sinussignale erzeugt, deren V/ellenlänge der Meßteilung, also der aus einem Strich und einer Lücke bestehenden Einheit entspricht. Aus diesen beiden Sinussignalen wird durch eine Umkehrstufe ein drittes Signal gebildet. Dadurch stehen für die Weiterverarbeitung der Signale drei sinusförmige Analogsignale mit den Phasenlagen 0 , 90° und 180° zur Verfugung. In Fig. 2, oben, wurden diese Signale mit a, b und c bezeichnet. Die Signale a, b und c werden an Eingänge I, II, III der Schaltung nach Fig. 1 gelegt, Zwischen die Eingänge I, II, III sind Spannungsteiler S₁ - S^₀ geschaltet, an denen somit zehn um .je 18 phasenverschobene Meßsignale auftreten, die aber immer noch sinusförmig sind. Entsprechende Signale 1, 2, usw. wurden in den Fig. 3 veranschaulicht, Dabei entspricht das Signal 1 dem Signal a nach Figo 2.

Die Spannungen 1-10 v/erden einerseits auf Leitungen 4 gelegt und anderseits Yerstärker-Komparatoren y. "^_n zugeführt, die jeweils beim Fulldurchgang des Eingangssignales entsprechend der Phasenlage einen positiven oder netativen

Pegel abgeben. Die Ausgangssignale 1_K, 2„-, 3_K 10„.

wurden in Figo 2 angedeutet. Aus den Flanken dieser Signale

kann man, wie Fig. 3 zeigt, digitale Steuersignale 1q»2_s 1O₅,

ableiten, die jeweils für die Dauer des Phasenabstandes zweier aufeinanderfolgender Signale 1, 2, 3 usw. wirksam sind und richtungsabhängige Zählimpulse darstellen, die einem Zählwerk und einer digitalen Anzeigeeinheit zugeleitet werden. Soweit die Einrichtung bisher beschrieben wurde, ist sie an sich bekannt.

Der Grundgedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nun darin, die Spannungsänderung des analogen Meßsignales 1-10 während der Wirkungszeit eines zugeordneten digitalen Steuersignales 1„ - 10_σ auszunützen,

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um zwischen zwei Zählsprüngen der durch die digitalen Steuersignale 1g usw. gesteuerten Anzeigeeinheit die Anzeige von Zwischenwerten zu ermöglichen. Man geht hier davon aus, daß jedes der Signale 1-10 zwischen dem Nulldurchgang und dem Nulldurchgang des folgenden Signales einen annähernd linearen Spannungsanstieg aufweist. Die Proportionalität zwischen dieser Spannung und der Stellung der Abtastvorrichtung zwischen zwei Schaltpunkten durch die digitalen Steuersignale gestattet es, noch einmal zu interpolieren und z.B. mit Hilfe eines Zeigerinstrumentes Zwischenwerte abzulesen. Um dies in der Praxis zu verwirklichen, wird mit Hilfe einer speziellen Schaltung aus den Spannungsänderungen der Meßsignale 1-10 zwischen 0 und eine Sägezahnspannung gebildet, deren Polarität wechselt und bei der jeder einzelne Zahn während des Anliegens eines zugeordneten Digitalsignales über Verstärker und Gleichrichter an einem Zeigermeßinstrument liegt. Wie Fig. 3 in vollen und punktierten Linien zeigt, werden jeweils zwei Sägezahnspannungen (+) und (-) erzeugt, von denen jeweils die eine je nach Verstellrichtung des Schiebers vom oder zum Nullpunkt der Meßskala ausgenützt und über einen Umschalter an das Anzeigegerät gelegt wird.

Im Detail sind die Ausgänge der Verstärker V«, - V^₀ an zugehörige EXCLUSIV- ODER- Gatter G* - G._Q gelegt, die mit den Ausgängen der bereits erwähnten Komparatoren so geschaltet sind, daß an den Ausgangskanälen nur jeweils ein dem entsprechenden Sinussignal zugeordnetes Rechtecksignal anliegt. Während des Anstehens des digitalen Steuersignals 1g usw. am Eingang wird das Gatter niederohmig, und es erscheint daher am Ausgang für die Dauer des jeweiligen digitalen Steuersignales das analoge Meßsignal, doh. der Sägezahnbereich dieser Signale„ Alle Ausgänge sind miteinander verbunden und geben daher im Endeffekt die in Fig. 3 angedeutete Sägezahnspannung ab.

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Die beiden benützten Analog-Schalteir.heiten wurden mit Α., und A_? bezeichnet. Zwei Analog-Schalteinheiten A. und Ap sind notwendig, um am Endausgang das Signal (+) oder (-) nach Fig. 3 erscheinen zu lassen_o Die Eingänge für die Steuersignale der Analog-Schalter A. und A₂ sind gleich. Dagegen sind die Eingänge für die über die angedeutete Sammelleitung L zugeführten analogen Meßsignale um einen Schritt verschoben. Bei Vorzeichenumkehr schaltet zwar der Steuerschritt weiter, es wird aber auf den anderen Analog-Schalter umgeschaltet, so daß im Augenblick der Vorzeichenumkehr die gleiche Analog-Spennung am Ausgang aufscheinen bleibt. Die beiden Analog-Schalteinheiten A^ und Ap sind über einen weiteren Analog-Schalter A, zusammengefaßt, der über eine Steuerleitung K von der Zählereinheit entsprechend der jeweiligen Richtung der Zahlung umgeschaltet wird, also einmal an der Analog-Schalteinheit A_-. und das andere Mal an der Analog-Schalteinheit Ap liegt..Der Ausgang des Analog-Schalterε Α, gibt die Signale vorzeichenrichtig ab. Vom Ausgang des Analog-Schalters A, gelangen die Signale auf einen Verstärker V , an dessen Ausgang über eine Gleichrichterschaltung ein Anzeigeinstrument J anschließt, dessen Maximalausschlag der Maximalhöhe eines Sägezahnes proportional ist.

In Fig. 4 wurden Sägezahnsignale links und rechts eines gewählten Nullpunktes veranschaulicht. Die Flankenneigung muß sich links und rechts des Nullpunktes ebenso umkehren wie dann, wenn von einer Bewegung des Gleitschiebers vom Nullpunkt weg auf den Nullpunkt zu umgeschaltet wird. Die Höhe h der Flanke nach Fig. 4 entspricht dem Vollausschlag des Zeigerinstrumentes. Die Länge 1 des Sägezahnes ist der Weglänge des Schiebers proportional und entspricht dem durch die Phasenvervielfachung gegebenen Bruchteil der Meßteilung am Glasmaßstab.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Längenmessung, wobei durch fotoelektrische Abtastung eines· inkrementalen Maßstabes zumindest zwei gegeneinander phasenverschobene, etwa sinusförmige Analogsignale mit der Meßteilung entsprechender Wellenlänge erzeugt, aus diesen durch Spannungsteilung od.dgl. mehrere, untereinander gleiche Phasenabstände aufweisende Meßsignale gewonnen und daraus, vorzugsweise über beim Nulldurchgang ansprechende Komparatoren richtungsabhängige digitale Steuersignale mit dem Phasenabstand der Meßsignale entsprechender Länge für Zählwerke und Anzeigeeinrichtungen abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß während der Wirkungszeit jedes digitalen Steuersignales jeweils die momentane Absolutgröße eines zugehörigen, analogen Meßsignales gegenüber einem vorgewählten Bezugspegel bzw. eine äquivalente Größe zur Steuerung einer die von den digitalen Steuersignalen abgeleiteten Anzeigestufen unterteilenden Interpolationsanzeige verwendet wird₀

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Interpolationsanzeige ein Zeigerinstrument verwendet wird.

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