DE2730715C2

DE2730715C2 - Einrichtung zur Längenmessung

Info

Publication number: DE2730715C2
Application number: DE2730715A
Authority: DE
Inventors: Heinz 5121 Ostermiething Rieder; Max Ostermiething Schwaiger
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-07-26
Filing date: 1977-07-07
Publication date: 1991-08-29
Also published as: DE2730715A1; US4158509A

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Längenmessung mit einem aus zwei oder mehreren Teilstücken bestehenden, inkremental Maßstab und einem über diesen Maßstab verstellbaren Meßschlitten, der zur Steuerung von Zählwerken oder sonstigen Anzeigeeinrichtungen für die gemessene Länge zwei Gruppen von Phototransistoren aufweist, die in einem größer als die mögliche Spaltbreit^ zwischen zwei Teilstücken des Maßstabes gehaltenen Abstand voneinander angeordnet sind und für die ein jeweils nur eine dieser Gruppen mit dem Zählwerk verbindender Umschalter vorgesehen ist, der bei der Überquerung jedes Stoßbereiches durch den Schlitten betätigbar ist, so daß er wechselweise von der zum Stoßbereich gelangenden und diesen überquerenden Abtastgruppe auf die jeweils andere Abtastgruppe umschaltet, wobei die Maßstabteilstücke neben der Inkrementalteilung Steuermarken für am Schlitten angeordnete, mit ihren Ausgangssignalen den Umschalter steuernde, zusätzliche Steuer-Phototransistoren aufweisen.

Es ist üblich, bei größeren Meßlängen den Maßstab aus mehreren Teilstücken zusammenzusetzen, da vor allem inkrementale Glasmaßstäbe rationell nur in verhältnismäßig kleinen Längen hergestellt werden kön nen, wenn, wie dies erwünscht ist, ein relativ kleiner Querschnitt, z. B. eine Dicke von 2 mm und eine Breite von höchstens 10 mm, eingehalten werden solL Nach einer Möglichkeit müssen die Maßstabteilstücke beim Zusammensetzen exakt ausgerichtet werden, wobei vor allem die Größe der Stoßfuge bis auf Mikrometer genau eingebalten werden muß. Man findet hier zwar mit einer Abtastgruppe am Meßschlitten das Auslangen, muß aber das schwierige Ausrichten der Maßstabteilstücke

ίο in Kauf nehmen, wozu noch kommt, daß es auch bei ordnungsgemäßer Verklebung der Maßstabteilstücke im Laufe der Lebensdauer der Meßeinrichtung durch Erschütterungen, mechanische Belastung der Maßstabteilstücke und auch durch unterschiedliche Wärmedeh- nung der Maßstabteilstücke und ihrer Halterung auf einem Maschinenbett od. dgL zu Verlagerungen kommen kann, die Änderungen der Spaltbreite und damit Meßfehler bedingen. Zur Vermeidung dieser Nachteile dienen Längenmeßeinrichtungen der gegenständlichen Art, bei denen zwei Gruppen von Phototransistoren oder ähnlichen zur photoelektrischen Abtastung eines Meßstabes geeigneten lichtempfindlichen Elementen vorgesehen sind, wobei über den Umschalter jeweils die den Spalt zwischen zwei Maßstabteilstücken überque rende Abtastgruppe abgeschaltet und die andere Ab tastgruppe eingeschaltet wird, so daß die Signalerzeugung für die Längenmessung jeweils Ear Gänze von einer auf ein einziges Maßstabteilstück gerichteten Abtastgruppe erfolgt Zum Verständnis der Erfindung sei noch erwähnt, daß es bei Längenmeßeinrichtungen der gegenständlichen Art üblich ist, durch Abtastung des Inkrementalmaßstabes mit mehreren Phototransistoren unter Verwendung von Ablesegittern zwei oder mehrere gegeneinander phasenverschobene Meßsignale zu erzeugen, bei denen es sich um sinusähnliche Signale handelt, deren Länge der Maßstabteilung entspricht Aus diesen Signalen können durch elektronische Unterteilung weitere gegeneinander phasenverschobene Signale abgeleitet werden, so daß der Inkrementalmaß- stab elektronisch weiter unterteilt v/ϊλ, also in kleineren Längeneinheiten gemessen werden kann, als der Maßstabteilung entspricht Aus den phasenverschobenen Signalen kann auch die Verstellrichtung des Schlittens bestimmt und zur Erzeugung von Befehlen für die An- Zeigeeinrichtung, z. B. für die Umsteuerung eines Vor- und Rückwärtszählers, herangezogen werden. Die Längenmessung erfolgt dadurch, daß gezählt wird, wie viele Zählschritte ein bestimmter Punkt von einem anderen bestimmten Punkt entfernt ist Da einfach gezählt wird,

50. ist es gleichgültig, welche der beiden Abtastgruppen mit der Auswerte- bzw. Zähleinrichtung verbunden ist Durch die vorgesehene Umschaltung wird eine aktive Aotastung im Spaltbereich zwangsweise vermieden, so daß relativ große Toleranzen für die zulässige Spaltbrei te zwischen zwei Maßstabteilstücken gewählt werden können, ohne daß dadurch die Meßgenauigkeit leidet Bei der Umschaltung von der einen Abtastgruppe auf die andere Abtastgruppe kann es zu geringen Phasenverschiebungen im erzeugten Meßsignal kommen, die in der Praxis möglicherweise eine Ungenauigkeit von einem Zählschritt hervorrufen. Diese Ungenauigkeit liegt aber im zulässigen Toleranzbereich bei großen Meßlängen und ist praktisch geringer als der bei Abtastung des gesamten, aus Teilstücken zusammengeklebten Meß- Stabes mit nur einer Abtastgruppe wegen öe.r unver meidlichen Spalttoleranzen auftretende Meßfehler.

Es ist an und für sich bekannt, einen über neben dem Maßstab angeordnete Schaltnocken oder Schaltkulis-

sen betätigten Umschalter zur Umsteuerung von der einen auf die andere Abtastgruppe vorzusehen. Hier ergibt sich ein zusätzlicher Platzbedarf und der prinzipielle Nachteil, daß mechanische Schalter zum Prellen neigen, so daß die Auswerte- bzw. Zählelektronik der Meßeinrichtung gestört werden kann und beträchtliche Meßfehler auftreten. Für die Steuerung des Umschalters über Steuer-Phototransistoren werden bei einer aus der DE-OS 17 73 460 bekannten Einrichtung jeweils in größerem Abstand neben der Meßteiiung an den Maßstabteilstücken Steuermarken vorgesehen, wobei die Abtasteinheit neben dem Abtastgitter für den Maßstab zusätzliche Abtastöffnungen für diese Marken aufweist und die Abtastöffnungen beim Fluchten mit den Steuermarken das Entstehen eines Umsteuersignales am Phototransistor bewirken. Es wird dabei am Steuer-Phototransistor möglichst ein Signal mit hoher Flankensteilheit angestrebt, das nur in einer bestimmten Relativlage des Schlittens gegenüber dem Maßstab auftritt jeweils ein Steuer-Phototransistor ist neben einer Abtastgruppe angeordnet und bei aufeinanderfolgenden fviaBstabieiisiücken liegen die Steuerrnarken an einander entgegengesetzten Seiten der Meßteiluug. Das genannte Umsteuersignal für den Umschalter wird erst über eine Auswertelogik zu einem den Steuerbefehl erzeugenden Signi-t geformt

Die Anbringung der Steuermarken muß praktisch mit gleicher Genauigkeit wie die Herstellung des Maßstabes selbst erfolgen, wobei auch die Signale von den beiden verschiedenen Steuer-Phototransistorin zu verarbeiten sind und eine Richtungserkennung über die Verstellrichtung des Schlittens notwendig ist, die von der Logik ebenfalls berücksichtigt werden muß. Damit ergibt sich bei der bisher bekannten Einrichtung für die photoelektrische Umsteuerung von einer Abtastgruppe auf die andere ein beträchtlicher technischer Aufwand, die Notwendigkeit die Maßstabteilstücke wesentlich breiter als normale Maßstabteilstücke herzustellen und der prinzipielle Nachteil, daß trotz des hohen Aufwandes immer die Gefahr besteht daß die Steuerlogik bei manchen \ erstellgeschwindigkeiten keine eindeutigen Steuersignale erhält bzw. auf Grund von Störsignalen falsche Steuerbefehle, also Umschaltbefefr'e erzeugen kann und überdies die ganze Anordnung sehr empfindlich gegen Alterung der Beleuchtungseinrichtung bzw. Verschmutzung wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der genannten Art so zu verbessern, daß sie bei geringem technischem Aufwand weitgehend störungsfrei und unempfindlich gegen Störungen arbeitet.

Die gestellte Aufgabt wird dadurch gelöst daß die Steuermarken in Form einer über die Teilstücke durchgehenden Steuerspur an einer Seite der Inkrementalteilung vorgesehen sind und die Steuerspur helle und dunkle Teilstrecken umfaßt die, je über eine Vielzahl von Maßstabinkrementen reichend, in jeder Stellung der Abtasteinheit mit den Steuer-Phototransistoren über den Umschalter die Einschaltung einer Phototransistorengruppe (Abtastgruppe) bestimmen. Prinzipiell kann bei der erfindungsgemäßen Einrichtung die Stellung des Umschalters in jeder Relativlage des Schlittens gegenüber dem Maßstab durch eine helle oder dunkle Teilstrecke der Steuerspur vorausbestimmt werden. Es ist also hier keine Auswertelogik mehr notwendig, da die Steuerung dun-*h Erkennen des hellen oder dunklen Bereiches durch Jie Steuer-Phototransistoren erfolgt. Die durchgehende Steuerspur kann unmittelbar neben der Maßstabteilung angebracht werden und ist, da sie nur aus hellen oder dunklen Teilstücken, also lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Teilstücken besteht, leicht herzustellen. Für ihre Anbringung ist nur ein sehr geringer zusätzlicher Platzbedarf notwendig, so daß praktisch die Maßstabbreite nicht vergrößert werden muß.

Nach einer weiteren Ausbildung sind die Steuer-Phototransistoren am Schlitten zwischen den Phototransistorgruppen (Abtastgruppen) angeordnet und der kürzeste Abstand zwischen ihnen und den Gruppen ist größer als die Spaltbreite zwischen den Teilstücken des Maßstabes gewählt Es wird dadurch möglich, daß die Steuer-Phototransistoren dann den Umsteuerbefehl geben, wenn sie sich unmittelbar neben, aber nicht mehr über dem Spalt befinden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine erfindungsgemäße Längenmeßeinrichtung im Teilquerschnitt

F i g. 2 ein Teilstück der wesentlichen Teile der Längenmeßeinrichtung nach Fi g. 1 bei ';jöffnetem Gehäuse stark schematisiert in Draufsicht

F i g. 3 ein Blockschaltschema einer erfindungsgemäßen Längenmeßeinrichtung und

F i g. 4 zur Erläuterung der Funktionsweise den Stoßbereich zweier Maßstabteilstücke mit verdickt unproportional gezeichneter Steuerspur und verschiedenen Schlittenstellungen.

Nach den F i g. 1 und 2 besitzt die Längenmeßeinriciitung ein Führungsgehäuse 1, in dem ^in aus mehreren Teilstücken 2,2a usw. bestehender Glasmaßstab angeordnet ist der eine Inkrementalteilung 3 trägt die nur durch abstandsweise angeordnete Striche angedeutet wurde. Neben der Inkrementalteilung 3 tragen die Teilstücke 2,2a des Maßstabes eine durchlaufende Steuerspur 4,5, die aus einem von dem einen Ende jedes Maßstabteiles 2, 2a ausgehenden lichtundurchlässigen Teilstück 4 und einem durchsichtigen Fenster 5 bzw. Teilstück im anderen Endbereich besteht

Im Gehäuse 1 ist ein Meßschlitten 6 so geführt, daß zwei von ihm getragene Gruppen I bzw. Il von Meß-Ph jtotransistoren die Inkrementalteilung 3 und Steuer-Phototransistoren 7,8 die Steuerspur 4,5 berührungslos abtasten können. Jede der Gruppen I bzw. II umfaßt vier Meß-Phototransistoren, die zwei Steuer-Phototransistoren 7,8 sind gegenüber den Gruppen ί, Π versetzt.

Die Meßtransistoren der Gruppen I bzw. II sind hinter Abtastgittern angeordnet, die die gleiche Inkrementalteilung wie die Maßstabteile 2, 2a aufweisen können und die gemeinsam mit den Meß-Phototransistoren der Gruppen I, II über die Meßteilung bewegt werden. Innerhalb jeder Gruppe I. II sind die einzelnen Transistoren ¹Md die zugeordneten Gitter gegeneinander versetzt, so daß sie bei eingeschalteter Meßgruppe 5 oder II und über die Inkrenentalteilung 3 bewegtem Schlitten 6 untereinander phasenverschobene Sinussignale erzeugen.

Für jeden Phototransistor ist an der Rückseite des Maßstabes 2 eine Leuchtdiode vorgesehen. Die dargestellte Leuchtdiode Ia beleuchtet durch den Maßstab 2 und das zugeordnete Abtastgitter den entsprechenden Maß-Phototransistor der Transistorengruppe I. Die Leuchtdiode 7a beleuchtet die Steuerspur 4, 5 von hinten, so daß der Steuer-Phototransistor 7 beleuchtet wird, wenn er sich üb^r dem Fenster 5 (oder einem Spalt zwischen aufeinanderfolgenden Teilstücken 2, 2a des Maßstabes) befindet.

Die von der jeweils eingeschalteten Gruppe I, Il von MeD-Phototransistoren erzeugten phasenverschobenen Siiiussignale werden gemäß F i g. 3 über Leitungen 9,10 getrennten Auswertungsstufen 11, 12 zugeführt, die ihrerseits über Leitungen 13,14 digitale Zählimpulse und über Leitungen 15 bzw. 16 Signale abgeben, die angeben, in welcher Richtung der Schlitten 6 gegenüber der Inkrementalteilung 3 bewegt wird. Die über die Leitungen 15, 16 abgegebenen Signale bestimmen in weitere Folge das Vorzeichen, mit dem die Zählimpulse auf ei-Vien über eine Leitung 17 angeschlossenen Zähler gelegt werden. Man kann das Vorzeichen auf eine Leitung 18 legen, die den Zähler entsprechend steuert. Dabei ist ein Umschalter 19 vorgesehen, der von den Steuer-Phototransistoren 7, 8 über eine Leitung 20 gesteuert wird und je nach Stellung die Leitung 13 oder 14 mit der Leitung 17 und die Leitung 15 oder 16 mit 18 verbindet. Über eine Leitung 21 kann auch eine Nullungstaste 22 auf den Umschalter gelegt werden, wodurch der Nullpunkt, von dem aus mit der Zählung begonnen wird, festgelegt und dabei der Zähler auf Null gestellt wird.

Die Art der Umwandlung der von den Gruppen I und II der Meß-Phototransistoren erzeugten Sinussignale in Steuersignale zur digitalen Steuerung eines Zählers und zur Erkennung der Verstellungsrichtung des Schlittens ;s 6 bzw. zur Vorzeichenbestimmung ist an sich bekannt und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

Bei der Anordnung der Gruppen I, Il der Meß-Phototransistoren und der Steuer-Phototransistoren 7,8 nach F i g. 2 sollen zur Erzielung einer richtigen Steuerung folgende Bedingungen erfüllt sein: die Spaltbreite A zwischen zwei Maßstabteilstücken 2,2a muß kleiner als der nur für den linken Steuer-Phototransistor 7 zum benachbarten Transistor der Gruppe I eingezeichnete Abstand flsein, der auch zwischen dem Steuer-Phototransistor 8 und dem nächsten benachbarten Meßtransistor der Gruppe Il gegeben ist. Ferner muß der eingezeichnete Abstand C etwas kleiner ais die Länge D des Fensters 5 gehalten sein. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Gesamtabstand der Gruppen I und Il bedingt durch die Art der Steuerung größer 2ß, also wesentlich größer als die Spaltbreite A, Unabhängig davon, muß man auf jeden Fall zwischen den Gruppen I und II einen Mindestabstand einhalten, der größer ist als A, damit die an den zueinander weisenden Enden der Gruppen I und II vorgesehenen Meßtransistoren nicht gleichzeitig über dem Spalt liegen können.

In Fig.4 sind übereinander verschiedene mögliche Stellungen des Schlittens 6 angedeutet Diese Stellungen wurden mit dem Buchstaben a bis e bezeichnet Die jeweils eingeschaltete Gruppe I bzw. II wurde durch ein in ihre Maß-Phototransistoren eingetragenes Af gekennzeichnet Die Sieuer-Phototransistoren 7, 8 wurde durchsichtig dargestellt, so daß man durch sie hindurch die Steuerspur 4,5, also entweder das dunkle Teilstück 4 bzw. das Fenster 5 oder den Spalt A erkennen kann.

In der Stellung a befinden sich beide Steuer-Transistoren 7 und 8 über dem dunklen Teilstück 4 der Steuerspur 4,5 und es sind die Meß-Transistoren der Gruppe Il eingeschaltet so daß die von ihnen abgegebenen Signale in 11 zu Zählsignalen umgeformt und dem Zähler über die Leitungen 13,15 und den entsprechend gestellten Umschalter 19 sowie die Leitungen 17,18 zugeführt werden.

In der Stellung b befindet sich der Steuertransistor 8 bereits über dem Fenster 5 der Steuerspur 4, 5, was bedeutet daß die Gruppe II in die Nähe des Spaltes A gelangt Die Steuertransistoren 7, 8 steuern über den ihnen nachgeordneten Steuerkreis den Umschalter 19 um, so daß nun die Gruppe I eingeschaltet ist Dieser Schaltzustand bleibt erhalten, während die Gruppe Il den Spalt A überquert (Stellung d). Sobald beide Steuertransistoren 7,8 sich wieder über dem dunklen Teilstück 5 der Steuerspur 4,5, nun am Maßstabteilstück 2a befinden (Stellung e), schaltet der Umschalter 19 wieder die Gruppe II der Meßtransistoren ein, was bedeutet, daß ein Steuerungszustand analog zu a hergestellt ist und nun die Abtastung der Inkrementalteilung 3 des Maßstabteilstückes 2a erfolgt.

Wird der Schlitten 6 von rechts nach links, also von 2a nach 2 verstellt, dann erfolgt die Umsteuerung in umgekehrter Reihenfolge, also analog zu den Stellungen e bis a.

Die dargestellte Ausführungsform ist nur beispielsweise angegeben. Die Steuertransistoren 7, 8 könnten auch an den Schlittenenden angeordnet werden. An Stelle von Phototransistoren und zugeordneten Leuchtdioden können andere lichtempfindliche Steuer- bzw. Abtasteinrichtungen verwendet werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Längenmessung mit einem aus zwei oder mehreren Teilstücken bestehenden, inkrementalen Maßstab und einem über diesen Maßstab verstellbaren Meßschlitten, der zur Steuerung von Zählwerken oddgL Anzeigeeinrichtungen für die gemessene Länge zwei Gruppen von Phototransistoren aufweist, die in einem größer als die mögliche Spaltbreite zwischen zwei Teilstücken des Maßstabes gehaltenen Abstand voneinander angeordnet sind und für die ein jeweils nur eine dieser Gruppen mit dem Zählwerk verbindender Umschalter vorgesehen ist, der bei der Oberquerung jedes Stoßbereiches durch den Schlitten betätigbar ist, so daß er wechselweise von der zum Stoßbereich gelangenden und diesen überquerenden Abtastgruppe auf die jeweils andere Abtastgruppe umschaltet, wobei die Maßstabteilstücke neben der Inkrementalteilung Steuermark?* für am Schlitten angeordnete, mit ihren Ausgangssignalen den Umschalter steuernde, zusätzliche Steuer-Phototransistoren aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermarken in Form einer über die Teilstücke durchgehenden Steuerspur (4, 5) an einer Seite der Inkrementalteilung (3) vorgesehen dnd und die Steuerspur helle und dunkle Teilstrecken umfaßt, die je über eine Vielzahl von Maßstabinkrementen reichen und in jeder Stellung der Abtasteinheit mit den Steuer-Phototransistoren (7,8) über den Umschalter (19) die Einschaltung einer Phototransistorengruppe (I bzw. II) bestimmen.

2. Langenmeßeinrichfing nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die teuer-Phototransistoren (7, 8) am Schlitten (1) zwischen den Phototransistorgruppen (I, II) angeordnet sind und der kürzeste Abstand (inzwischen ihnen und den Gruppen (I, II) größer als die Spaltbreite (/Inzwischen den Teilstücken (2,2a)des Maßstabes gewählt ist.