DE3102125A1

DE3102125A1 - Inkrementale laengen- oder winkelmesseinrichtung

Info

Publication number: DE3102125A1
Application number: DE19813102125
Authority: DE
Inventors: Walter Dr. 8220 Traunstein Miller
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1981-01-23
Filing date: 1981-01-23
Publication date: 1982-08-05

Description

Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Es sind derartige Meßeinrichtungen bekannt, bei denen neben der Teilungsspur noch eine Spur mit Referenzmarken vorgesehen ist (DE-PS 24 16 212), deren jeweilige Abstände voneinander Erkennungsmerkmale für die Position der betreffenden Referenzmarke sind. Die identifizierten Referenzmarken lassen mit TIilfe einer 7uordnungsvorrichtung eine korrektur des inkrementalen %ihlertes im llinblick auf die Lagewerte der jeweiligen Referenzmarken von einer bestimmten Nullstelle aus zu.
Bei einer gröneren Zahl von Referenzmarken miissen entsprechend viele unterschiedliche Abstände vorgesehen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer inkrementalen Meßeinrichtung die Referenzmarken mit einfachen Mitteln so zu kennzeichnen, daß jeweils beim Auftreten einer Referenzmarke zugleich deren Position in Bezug auf einen bestimmten Nullpunkt ermittelt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprtichen angegeben.
Die Vorteile einer derartigen Meßeinrichtung liegen darin, daß die Aufbringung der zusätzlichen Teilungen bei der Herstellung der Maßverkörperung verhältnismäßig einfach ist, und daß die Ablesung der zusätzlichen Teilungen ebenso problemlos ist, wie die Ablesung der Meßteilung.
Mit Hilfe der Zeichnungen soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert werden.
Es zeigt Figur 1 schematisch eine inkrementale Längenmeßeinrichtung Figur 2 schematisch eine Maßverkörperung mit zusätzlicher Merkmalsspur Figur 3 eine Maßverkörperung ausschnittsweise mit Teilungen verschiedener Teilungs-Perioden.
Die in Figur 1 dargestellte inkrementale Längenmeßeinrichtung enthält eine sogenannte Auflicht-Maßverkörperung M. Diese im Querschnitt dargestellte Maßverkörperung M weist auf der Oberflache eine Struktur von abwechselnd reflektierenden und nichtreflektierenden Partien in Form von Gittern auf. In einer Ableseeinrichtung A, die entlang der Maßverkörperung M verschiebbar ist, ist eine nicht dargestellte Beleuchtungseinrichtung eingebaut, die die Maßverkörperung M beleuchtet. In bekannter Weise weist die Ableseeinrichtung A eine Anzahl von lichtempfindlichen Elementen auf, die ebenfalls nicht gezeigt werden müssen, da derartige Ableseprinzipien seit langem zum Stand der Technik gehören. Die reflektierenden und nichtreflektierenden Partien der Maßverkörperung M modulieren den Lichtstrom von der Beleuchtung, und die lichtempfindlichen Elemente liefern nach entsprechender Aufbereitung Abtastsignale, wenn die Ablesebaueinheit A und die Maßverkörperung M relativ zueinander verschoben werden. Die Ableseeinrichtung ist mit einer Auswerteeinrichtung C elektrisch verbunden, in der die aufbereiteten Abtastsignale in bekannter Weise richtungsabhängig gezählt werden und so den Meßwert darstellen.
Bei Unterbrechungen der Versorgungsspannung geht dieser Meßwert und damit der Bezug auf den Anfangspunkt der Messung verloren.
Um diesen Nachteil zu beheben, wird die Maßverkörperung M mit Referenzmarken R R versehen, n die in relativ kurzen Abständen auf der Maßverkörperung M angeordnet sind. In der eingangs er- wähnten Patentschrift wird jede Referenzmarke durch einen individuellen Abstand zu ihrer Nachbarreferenzmarke quasi mit einer codierten Positionsangabe versehen. Bei Unterbrechungen der Versorgungsspannung rissen nun jeweils zwei benchbn rte Referenzmarken iiborfnhrnn werden, um den absoluten Bezugswert wieder zu reproduzieren.
Es miissen der Anzahl der Referenzmarken entsprechend viele unterschiedliche Abstände vorgesehen werden, was bei längeren Maßverkörperungen und vielen Referenzmarken zu Problemen führen kann.
Die Erfindung sieht gemäß Figur 2 vor, eine Anzahl identischer Referenzmarken R bis R auf einer zu-1 n s itzlichen Merkmalsspllr MS in gleichmäßigen Abständen A R vorzusehen. Aus zeichentechnischen Gründen sind die Meßteilung T, die Referenzmarkenabstände A R sowie eine weitere Teilung T' in gut erkennbar grober Darstellung gezeigt. In der Praxis sind die Teilungs-Perioden TP beispielsweise 40 /um groß. Auf einer Maßverkörperung M von beispielsweise 1 m Länge sind alle 50 mm Referenzmarken vorgesehen, was zu der Anzahl von 20 Referenzmarken fiihrt.
Die Merkmalsspur MS trägt neben den Referenzmarken R1 ... Rn eine weitere Gitterteilung T'. Die Teilungs-Periode TP' dieser Gitterteilung T' weicht von der Teilungs-Periode TP der Meßteilung T ab. Wenn die Abweichung über den gesamten Meßbereich n genau einer Teilungs-Periode TP entspricht, ist die zusätzliche Teilung T' an jeder der Referenzmarken R1 ...Rn um einen Bruchteil dieser einen Teilungs-Periode TP gegenflber der Meßteilung versetzt.
Es ist möglich, durch Auswertung der Abtastsignale genau an jeder Referenzmarke R1 ...Rn den Versatz n der Gitterteilung T' gegeniiber der Meßteilung T zu bestimmen und so die absolute Lage der zugehörigen Referenzmarke R1 . . .R zu ermitteln.
n Beispielsweise könnten, wenn der Signalverlauf der Abtastsignale digitalisiert wird, aus den Digitalsignalen die Abweichungen und damit die Positionen der Referenzmarken bestimmt werden.
Wenn der gesamte Meßbereich n beispielsweise in fünfzig Teilungs-Perioden unterteilt ist und der Eleßbereich B fiinfhundert Millimeter lang ist, so ergibt sich eine Teilungs-Periode von 10 mm (entspricht der Darstellung in Fig. 2 und Fig. 3). Alle 50 mm soll dabei eine Referenzrnarke R1 bis R angen ordnet sein. Der Bereich fl wird gebildet von der Gesamtzahl k der Teilungs-Perioden TP. Es ist also n = k x TP der Meßbereich. Der gleiche xleßbereich B soll fiir die abweichende Teilung T' gelten, und es soll die Abweichung eine Teilungs-t'eriode TP betragen. Die Gesamtzahl der Teilungs-Perioden TP' der abweichenden Teilung T' muß also für den gleichen bleßbereich 13 um eine Teilungs-Periode vergrößert oder verkleinert werden. B = (k + 1) x TP' oder B = (k - 1) x TP'. TP x k = TP' (k - 1); TP' = k x TP. Beim Ausfiihrungsbeispiel gemäß k-1 der Figuren 2 und 3 gilt also TP' = 4 x 10 = 10,2.
Damit läßt sich die Abweichung der Teilung T' von der Meßteilung T an jeder Referenzmarke R1 ...R n exakt bestimmen, wobei die Abweichung das Kennzeichen fiir die jeweilige Referenzmarke R1...Rn ist.
Tn der Figur 3 ist der Teilung T' noch eine weitere Teilung T'' nebengeordnet, deren Teilungs-Periode TP 1 halb so groß ist wie die Teilungs-Periode TP'.
Durch diese Maßnahme wird das Auflösungsvermögen verdoppelt, so daß die Lagebestimmung der Referenzmarken R1...lkn mit entsprechend größerer Sicherheit erfolgen kann.
Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Auflösung noch weiter zu erhöhen, wenn die geforderte Genauigkeit dies verlangt. In diesem Fall steigt selbstverständlich der Aufwand zur Ablesung ebenfalls an.
Die Merkmalsspur MS kann auch in der Referenzmarkenspur zwischen den einzelnen Referenzmarken angebracht sein.
mehrere Gitterteilungen T', T ", ... können zur Unterscheidung sehr vieler Referenzmarken herangezogen werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche 9 Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einer Maßverkörperung, die außer einer periodisch strukturierten Meßteilung noch wenigstens eine weitere Merkmalsspur mit Referenzmarken aufweist, einer Ableseeinheit zum Ablesen der Maßverkörperung und einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Auswerten der abgelesenen Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß diezusätzliche Merkmalsspur (MS) mit mindestens einer periodischen - von der Teilungs-Periode (TP) der Meßteilung (T) abweichenden - Gitterteilung (T') versehen ist und daß diese Abweichung jeweils an den Referenzmarken (R1...Rn) ermittelt und daraus die zur jeweiligen Referenzmarke (R1...R ) gehörige Postition abgeleitet wird.
2.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung (T') auf der zusätzlichen Merkmalsspur (MS) gegeniiber dem gesamten Bereich (B) der Meßteilung (T) um eine Teilungs-Periode (TP) gedehnt oder gestaucht ist.
3.) Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzlichen Merkmalsspur (MS) mehrere Gitterteilungen (T', T'') zugeordnet sind, deren Teilungs-Perioden (TP', TP'') sich um ganzzahlige Vielfache voneinander unterscheiden.
4.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung durch eine an sich bekannte Phasenwinkelmeßeinrichtung bestimmt wird.
5.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung durch Amplitudenmessung mit ltilfe von an sich bekannten Strom-bzw. Spannungsmeßgeräten ermittelt wird.