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Detektoranordnung für Längen- und Winkelmeßswsteme
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Die Erfindung betrifft eine Detektor anordnung fUr Längen-und Winkelmeßsysteme
mit in parallelen Spuren codierten Teilungen, bei der der feinsten Spur mindestens
ein Empfanger und jeder folgenden Spur zwei Empfänger symmetrisch zum Ableseindex
zugeordnet sind, wobei der Abstand der Empfänger jeder folgenden Spur vom Ableseindex
mindestens ein Viertel der Teilungskonstante der feinsten Spur und/ oder ein ganzzahliges
Vielfaches der Teilungskonstante der zugehörigen folgenden Spur ist.
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Bei absoluten Meßsgstemen besteht das Hauptproblem in der richtigen
Lesung des Codierungswertes an Übergangs stellen der Codeteilungen. Bekannte Meßsysteme
verwenden beispielsweise den Graycode, bei dem zwischen benachbarten Werten nur
eine Spur die Codierung wechselt. Eine Behllesung ist ausgeschlossen, wenn die Detektoren
um maximal eine halbe Strichbreite der feinsten Spur von der Ableselinie abweichen.
Diese hohe Genauigkeit muß allerdings in allen Spuren gewghrleistet sein. Außerdem
ist eine Codewandlung erforderlich. Weiterhin ist die V-Ablesung bekannt. Dabei
wird an jeder Spur, außer der feinsten, mit 2 versetzten Empfängern gelesen, von
denen immer einer nicht an einer Übergangsstelle liegt. Dieser wird dann von den
Empfängern der nächst feineren Spur ausgewählt und abgefragt. Diese Ablesung gestattet
relativ große Toleranzen in der Lage der Ubergangsstellen, erfordert jedoch einen
großen Aufwand. Die weiterhin bekannte U-Ablesung vereinfacht dieses Prinzip. Dabei
sind alle Empfänger, außer dem der feinsten Spur, doppelt im Abstand eines Intervalls
der feinsten Spur angeordnet.
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Lediglich eine V-Logik ist erforderlich; diese Lesung hat
aber
nicht die großen Toleranzen der V-Ablesung. Allen bekannten Verfahren haften Nachteile
an. So ist in jedem Prall ein relativ hoher Aufwand erforderlich, um die Sicherheit
der Ablesung zu gewährleisten. Deshalb, und aufgrund der für die Verfahren festgelegten
Geometrie der Ablesestellen, ist es schwierig, absolute Systeme für höhere Auflösung
herzustellen. Im Bereich höherer Auflösung haben sich daher inkrementale Systeme
durchgesetzt.
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Die Erfindung soll die aufgezeigten Mängel beseitigen und ein absolutes
Meßsystem hoher Auflösung schaffen, bei dem der Aufwand gegenüber bekannten Sgstemen
verringert ist.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Detektoranordnung zu schaffen,
deren Größen in einfacher Weise den vorgegebenen Bedingungen angepaßt werden können.
Sie hat insbesondere die Aufgaben im gesamten Empfängerfeld unter Berücksichtigung
der Abmessung der einzelnen Empfänger den minimal zulässigen Empfängerabstand zumindest
einzuhalten und die Abmessungen des ausgeleuchteten Feldes mit der Detektoranordnung
nicht zu iiberschreiten. Weiterhin soll die Toleranz in der Lage der Empfänger und
der zugehörige Elektronikaufwand aufeinander abstimmbar sein und insgesamt verringert
werden.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Empfänger
in Gruppen angeordnet sind, daß eine Gruppe jeweils die Empfänger mindestens zweier
aufeinanderfolgender Spuren umfaßt, daß die Empfängergruppen unterschiedliche und
die Empfänger einer Gruppe im wesentlichen gleiche Abstände vom Ableseindex haben,
daß der Abstand v der Empfänger einer Gruppe vom Ableseindex durch die Beziehung
v = 2i-3 bestimmt ist, worin i die Nummer der feinsten Spur der jeweiligen Gruppe
ist, die feinste Spur der
Teilung die Nummer Null hat und v die
Teilungskonstante der nullten Spur als Einheit hat. Wenn die Empfänger im wesentlichen
gleiche Abstände vom Ableseindex haben, so gilt das auch für den Fall, daß sie um
ein ganzzahliges Vielfaches der jeweiligen Eeilungskonstante einer Spur gegenuDer
dem Ableseindex versetzt sind. Jeder Empfängergruppe können soviel Empfängerpaare
angehören, wie das aus Goleranz- und Abmessungsgründen notwendig ist.
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Sind die Detektoren lichtelektrische Empfänger mit je einem Eingang
und einem Ausgang, so sind vorteilhaft innerhalb einer Empfängergruppe die Eingänge
der auf derselben Seite des Ableseindex liegenden Empfänger auf die Ausgänge der
jeweils einer Spur zugeordneten beiden Empfänger parallel geschaltet. Dadurch sind
für die vor-und nacheilende Lesung der einzelnen Spuren die Eollektoren der Empfänger
einer Gruppe untereinander und die Emitter der einer Spur zugeordneten Empfänger
miteinander verbunden. Jede Empfängergruppe wird durch ein Taktsignal auf die Kollektoren
der vor- oder nacheilenden Transistoren abgelesen, wobei die Codierung an den Arbeitawiderständen
abgenommen wird, auf die die Emitter der zu einer Spur gehörenden Empfänger arbeiten.
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Die Steuerung des Taktsignals auf die entsprechenden Kollektoren erfolgt
über eine Logik, die das Taktsignal für die voreilenden Empfänger einer Empfängergruppe
beim Vorliegen eines Signals an den Empfängern zur vorhergehenden Spur sperrt und
das Signal der vorhergehenden Spur als Taktsignal für die nacheilenden Empfänger
der Empfängergruppe verwendet. Der gemeinsame Ausgang der Empfänger der vorangehenden
feineren Spur ist also über eine Logik mit den Eingängen der folgenden Empfängergruppe
verbunden.
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Es ist auch möglich, die beiden Eingänge einer Empfängergruppe mit
dem gemeinsamen Ausgang der Empfänger der vorangehenden feineren Spur über einen
Rechner zu verbinden, der die Codierung abragt, die Taktsignale erzeugt und abfragt.
Wird die feinste Spur interpoliert, so kann die Steuerung der nächsten Empfängergruppe
auch durch die Interpolationseinrichtung erfolgen. Liegt dabei ein Interpolationswert
vor, der kleiner als die Hälfte des maximalen Wertes ist, so wird voreilend gelesen,
sonst nacheilend. Zum Ausgleich einer vorhandenen Nullpunktverschiebung zwischen
der Interpolationanull und der Teilungsnull kann zum Interpolationswert eine Konstante
addiert werden, bevor er die nächste Empfängergruppe steuert.
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Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung naher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Ausschnitt aus einem Teilungaträger, Fig. 2 eine Detektoranordnung,
Fig. 3 die Verschaltung der in Fig. 2 dargestellten Detektoranordnung, Fig. 4 eine
andere Ausführungsform der in Fig. 3 dargestellten Logik, Fig. 5 eine zweite Verschaltungsmöglichkeit
einer Detektoranordnung.
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In Fig. 1 ist ein Ausschnitt eines Maßstabs oder Teilkreises A mit
Spuren O bis 7 dargestellt, deren Werte dual codiert sind. Dabei ist die Spur 0
die feinste der Codes puren.
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Unmittelbar über dem Maßstab A befindet sich eine Maske M (Fig. 2)
mit oeffnungen für die dahinter befindlichen lichtelektrischen Empfänger (Fototransistoren)
O, Nl bis N7 und V1 bis V7. Gegenüber einem gedachten Ableseindex I wird die Lage
des Teilkreises A abgelesen. In Fig. 2 befinden sich unter den Fototransistoren
0, N1 bis N7 und VI bis V7 Öffnungen
in der Maske M, von denen
die dem Fototransitor O zugeordnete Öffnung U mehrfach vorhanden und sichtbar ist
und als Raster wirkt. Außer dem Empfänger 0 sind die Empfänger in zwei Gruppen eingeteilt;
die erste Gruppe umfaßt die Empfänger N1; N2; N3; V1;, V2; V3 der Spuren 1 bis 3,
von denen die V-Empfänger eine voreilende und die N-Empfänger eine nacheilende Abtastung
ermöglichen.
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Diese Empfänger sind alle um + 1/4 Teilungskonstante + 16 eilungsintervalle
(Strichbreiten) der Nullspur gegenüber dem Ableseindex I versetzt. Da die Versetzung
ein ganzzahliges Vielfaches der Teilungakonstante der Spuren 1 bis 3 ist, bewirkt
diese Versetzung keine Änderung des Auswerteergebnisses. Die Versetzung ist erforderlich,
um genügend Platz zur Anordnung der Fototransistoren zu haben Die zweite Empfängergruppe
umfaßt die Fototransistoren N4 bis N7 und V4 bis V7. Die Versetzung umfaßt hier
+ 4 Teilungsintervalle der feinsten Spur. Es ist nicht notwendig, daß die den Spuren
zugehörigen Empfänger einer Empfängergruppe alle dieselbe Versetzung haben. Das
ganzzahlige Vielfache der Versetzung kann also innerhalb einer Empfängergruppe variieren,
wenn nur die einer Spur zugeordneten Empfänger zu beiden Seiten des Ableseindex
von diesem gleich weit entfernt sind. Außerdem ist die in Fig. 2 dargestellte Empfängeranordnung
nicht an die Verwendung fotoelektrischer Empfänger gebunden.
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In Fig. 3 sind die voreilenden Empfänger V1 bis V7 und die nacheilenden
Empfänger N1 bis N7 und der der Nullspur zugeordnete Empfänger 0 dargestellt. Alle
Empfänger (Fototransistoren) sind über Arbeitawiderstände WO bis W7 an Masse gelegt
und haben die Signalausgänge
T0 bis T7. Dabei haben jeweils die
Empfänger NI; V1 einen gemeinsamen Signalausgang Tl; N2; V2 einen gemeinsamen signalausgang
T2 usw. N7, V7 einen gemeinsamen Signalausgang T7. Außerdem ist zwischen dem Fototransistor
0 und der Fototransistorgruppe N1; Vi bis N3; V3 eine Logik C mit den Gattern G1;
G2 und F1; F2 sowie einer Verbindung N1 zwischen dem Gatter F1 und dem Gatter G1
vorgesehen.
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Ebenso befindet sich zwischen der Fototransistorgruppe N1; V1 bis
N3; V3 und der Fototransistorgruppe N4; V4 bis N7; V7 eine Logik D mit den Gattern
G3; G4 und F3; F4 sowie einer Verbindung H2 zwischen den Gattern F3 und G3.
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Ein von einem nicht dargestellten Taktgeber erzeugter Taktimpuls B
gelangt auf den Fototransistor 0, der an den Signalausgang T0 ein Signal abgibt,
wenn er beleuchtet wird. Mit diesem Signal werden die Gatter F1 und F2 gesteuert.
Am Ausgang des Gatters Fi liegt dabei ein negativer Impuls an, der im Gatter F2
nochmals negiert wird, so daß am Ausgang des Gatters F2 derselbe Impuls erscheint
wie am Eingang des Gatters M. Der negative Impuls des Gatters F1 über die Verbindung
HI an das Gatter G1 verhindert, daß die Gatter G1 und G2 ebenfalls durchlässig sind.
Liegt an T0 kein Signal an, so steuert der Taktimpuls B die Gatter G1 und G2 so,
daß am Ausgang von G2 das Signal B anliegt. Im vorliegenden Fall ist F2 mit den
Kollektoren der Fototransistorgruppe N1 bis N3 verbunden, so daß ein am Signalausgang
T0 anliegendes Signal ueber die Gatter B1; F2 eine nacheilende Lesung mit Hilfe
der Fototransistoren N1 bis N3 ermöglicht. Der Ausgang des Gatters G2 ist mit den
Kollektoren der Fototransistorgruppe V1 bis V3 verbunden, die, wenn kein Signal
am Ausgang T0 anliegt, durch den Taktimpuls B zur voreilenden Ablesung angeregt
wird.
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Bei Fototransistormatrizen können die Emitter der Transistoren, die
auf dem gleichen Ausgang arbeiten, miteinander verbunden werden. Demzufolge sind
die Emitter der zu jeder Spur 1; 2; 3 gehörenden Fototransistoren N1; V1 bzw.
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N2, V2 bzw. N3, V3 miteinander verbunden, so daß sich weitere Gatter
zur Zusammenführung der Signale erübrigen und die entsprechenden Signale an den
Ausgängen TI; 2; T3 direkt abgenommen werden können. Das Signal des Ausgangs T3
steuert die Logik D in gleicher Weise wie das Signal des Ausgangs T0 die Logik C
steuert, so daß die vorstehenden Ausführungen zur Lesung der Spuren 1 bis 3 analog
auch für die Lesung der Spuren 4 bis 7 gelten.
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Fig. 4 zeigt eine modifizierte Logik, die z. B. wegen eines zu geringen
Signalangebotes notwendig ist. Es sind wieder der der nullten Spur zugeordnete Fototransistor
0 mit seinem Arbeitswiderstand WO, die Gatter F1; F2; 01; 02 und die Verbindung
H7 dargestellt, die ihrerseits ein Gatter E enthält0 Außerdem befindet sich zwischen
dem Emitter des Fototransistors 0 und dem Gatter F1 ein Verstärker und Trigger.
Die Verbindung H1 wird zwischen dem Verstärker K und dem Gatter F1 über das Gatter
E zum Gatter G1 geführt. Schließlich ist das Gatter F1 direkt mit einem nicht dargestellten
Taktgeber verbunden. Der Taktimpuls B gelangt über die Gatter F1; F2 auf die Eollektoren
der nicht dargestellten nacheilenden Fototransistoren, wenn der Verstärker K ein
Signal führt, In dem Fall führt das zusätzliche Gatter E kein Signal und sperrt
die Weitergabe des Taktsignales B über die Gatter G1 und G2.
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Führt der Verstärker K kein Signal, so sind die Gatter F1 und F2 gesperrt
und über die Verbindung H1 wird die Weitergabe des Taktsignales B über G1 und G2
ermöglicht. Im übrigen ist der Anschluß der weiteren Fototransistoren wie zu Fig.
3 beschrieben.
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Anstatt der Logiken C und D der Fig. 3 kann auch ein Rechner R gesäß
Fig. 5 eingesetzt werden, der vorteilhaft noch mit einer Interpolationseinrichtung
L kombiniert sein kann. Im übrigen sind wieder die vor- und nacheilenden Fototransistoren
V1 bis V7 und N1 bis N7 angeordnet, von denen allerdings nur den Fototransistoren
der ersten Gruppe Arbeitawiderstände Wi bis W3 und dem letzten Fototransistorpaar
V7 N 7 ein Arbeitswiderstand W7 zugeordnet sind.
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Der Fototransistor/die Fototransistoren 0 für die nullte Spur ist/sind
der Einfachheit halber nicht dargestellt.
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Seine Signale gelangen über die Interpolationseinrichtung L in den
Rechner R. In Abhängigkeit von diesen Signalen gibt der Rechner R ein Signal B an
den Ausgang RNI zur Abfrage der nacheilenden Fototransistoren N1 bis N3 oder an
den Ausgang RVI zur Abfrage der voreilenden Fototransistoren V1 bis V3 der ersten
Empfängergruppe.
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An welchen Ausgang RNI oder RVI der Rechner R das Signal B gibt, hängt
vom Interpolationsergebnis ab.
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Ist beispielsweise der maximale Interpolationsfaktor 1000, so bedeutet
ein Interpolationswert c 500, der Empfänger 0 an der nullten Spur hat kein Signal,
Ausgang RVI erhält ein Signal, und ein Interpolationswert > 500, der Empfänger
0 hat ein Signal, der Ausgang RNI erhält ein Signal. Aus den Leitungen Ti; 2; T3
nimmt der Rechner R die Abtastsignale der Spuren 1 bis 3 entsprechend der Wertigkeit
des Signals; aus der Spur 3 wird analog ein Signal RNII bzw. RVII für die Fototransistoren
V4 bis V7 bzw. N4 bis N7 der zweiten Empfängergruppe erzeugt. Dabei kann die Übernahme
der Signale aus der ersten oder zweiten Empfängergruppe in den Rechner R über dieselben
Leitungen T1/4; 22/5; T3/6 geschehen.
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Die Erfindung ist nicht auf die Aufteilung der Empfänger auf nur zwei
Gruppen beschränkt. Die Interpolationseinrichtung kann auch in den Rechner integriert
sein.
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