DE3125184A1 - Electrooptical measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
Elektrooptische Meßvorrichtung Electro-optical measuring device
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrooptische Meßvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.The invention relates to an electro-optical measuring device of the type defined in the preamble of claim 1.
Derartige Meßvorrichtungen eignen sich z.B. für die Längenmessung, z.B. im Rahmen einer Schieblehre oder beispielsweise auch im Rahmen einer Meßuhr, deren Taster die zu messende Translationsbewegung vornimmt.Such measuring devices are suitable e.g. for length measurement, e.g. in the context of a calliper or, for example, also in the context of a dial gauge, whose button carries out the translational movement to be measured.
Es sind elektrooptische Meßvorrichtungen genannter' Gattung z.B. bei elektronischen Schieblehren be'kannt. Dabei weist der stationäre Abtastkopf zwei neb'eneinander. verlaufende Abtastgitter auf, deren lichtundurchlässige Skalenstriche sich dadurch voneinander unterscheiden, daß siegegenüber den Skalenstrichen des relativ dazu beweglichen Glasmaßstabes eine unterschiedliche Relativstellung einnehmen. Die Abtastgitter sind versetzt zueinander. Bestandteil des Abtastkopfes sind ferner zwei Dauerlichtstrecken mit jeweils einem Lichtgeber auf der einen Seite und einem zugeordneten, auf gleicher Höhe sitzenden elektrooptischen Wandler auf der anderen Seite. Die eine Dauerlichtstrecke passiert mit ihrem Lichtstrahl dabei das eine Abtastgitter, während die andere Dauerlichtstrecke mit ihrem Lichtstrahl das danebensitzende und in Längsrichtung versetzte andere Abtastgitter passiert. Die Ausgänge der beiden elektrooptischen Wandler liefern daher unterschiedliche Signale und bei bewegtem Glasmaßstab gegeneinander versetzte Impulsfolgen. Aus diesen Impulsfolgen kann man mit geeigneten Mitteln, z. B einem Richtungsdiskriminator einer elektronischen Schaltung, die Bewegungsrichtung des verschobenen Glasmaßstabes, gegenüber einem vorgegebenen Nullpunkt feststellen. Dies ist der Grund, weswegen zwei seitlich nebeneinander sitzende Abtastgitter und zwei zugeordnete Dauerlichtstrecken bei dieser bekannten elektrooptischen Meß-vorrichtung vorgesehen sind.There are electro-optical measuring devices of the type mentioned, e.g. known electronic calipers. The stationary scanning head has two side by side. running scanning grids, their opaque scale lines differ from each other in that they are opposite to the scale lines of the relative to this movable glass scale occupy a different relative position. The scanning grids are offset from one another. Also part of the scanning head two continuous light sections, each with a light transmitter on one side and one assigned electro-optical transducers seated at the same height on the other Page. One continuous light path passes through one thing with its light beam Scanning grating, while the other continuous light path with its light beam is the one next to it and other scanning grids that are offset in the longitudinal direction. The exits of the two electro-optical Converters therefore deliver different signals and pulse sequences offset from one another when the glass scale is moved. From these pulse trains can be done with suitable means, e.g. B a directional discriminator of an electronic one Circuit, the direction of movement of the shifted glass scale, opposite a Determine the specified zero point. This is the reason why two side by side seated scanning grids and two associated continuous light paths in this known one electro-optical measuring device are provided.
Die bekannten elektrooptischen Meßvorrichtungen arbeiten mit Analogauswertung, d.h. quantitativer Bestimmung der Intensitätsmenge vom Minimum zum Maximum des periodischen Verlaufs der Lichtintensität als Funktion des -Verschiebeweges des Glasmaßstabe's. Eine derartige Analogauswertung erfordert einen exakten. und sauberen Kurvenverlauf mit sauber ausgeprägten Maxima und Minima der Kurve.The known electro-optical measuring devices work with analog evaluation, i.e. quantitative determination of the amount of intensity from the minimum to the maximum of the periodic Course of the light intensity as a function of the displacement of the glass scale. Such an analog evaluation requires an exact one. and clean curves with clearly defined maxima and minima of the curve.
Schwankungen im Spannungsverlauf am Ausgang der elektrooptischen Wandler,'t;B. auch verursacht durch Spannung schwankungen im Netz, führen zu Meßungenauigkeiten.Fluctuations in the voltage curve at the output of the electro-optical converter, 't; B. also caused by voltage fluctuations in the network, lead to measurement inaccuracies.
Ferner macht die Analogauswertung eine komplizierte Gestaltung der Auswertelektronik erforderlich', 'die voluminös, schwer und teuer ist.Furthermore, the analog evaluation makes the design of the Evaluation electronics required ',' which are bulky, heavy and expensive.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine el'ektrooptische Meßvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruch's 1 definierten Art zu schaffen, die eine hohe Meß,genauigkeit mit Auflösung im Tausendstel-Millimeter-Bereich auf elektrooptisch'er Basis -auch ohne Analogauswertung möglich macht, ohne daß ein exakter, 'sauberer sinusförmiger Verlauf der Lichtintensität als Funktion des Verschiebeweges Voraussetzung für die genaue'Messung wäre, wobei zugleich die Meßvorrichtung hinsichtlich der Auswerteelektronik besonders einfach, 'leicht, 'klein und billig gestaltet werden kann und gegen äußere Einflüsse, z.B. gegen Spannungsschwankungen im Versorgungsnetz, unempfindlich ist.The invention is based on the object of an electro-optical measuring device to create the type defined in the preamble of claim 1, the high measurement accuracy with resolution in the thousandth of a millimeter range on an electro-optical basis - also makes possible without analog evaluation, without an exact, 'clean sinusoidal Course of the light intensity as a function of the displacement path is a prerequisite for the exact'Messung would be, at the same time the measuring device with regard to the evaluation electronics particularly simple, 'light,' small and cheap and can be designed against external Influences, e.g. to voltage fluctuations in the supply network, is insensitive.
Die Aufgabe ist bei einer elektrooptischen Meßvorrichtung der Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 - 8.In the case of an electro-optical measuring device, the task is the generic term of claim 1 defined genus according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1 solved. Advantageous embodiments result from the claims 2 - 8.
Die erfindungsgemäße Gestaltung mit zumindest drei in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Abtastgittern, die in Längsrichtung um 1200 oder 600 zueinander phasenverschoben sind, führt dazu, daß die phasenverschobenen Abtastgitter, die man auch als Fenster bezeichnen kann, eine Art Nonius zum Glasmäßstab bilden. Wird der Glasmaßstab in einer Richtung relativ zum feststehenden Abtastkopf bewegt, so erhält man über die drei elektrooptischen Wandler periodische Spannungsschwankungen als Funktion der Verschiebung des Glasmaßstabes, die zueinander in einer festen Phasenbez-iehung stehen, namlich zueinander um 1200 bzw. 600 phasenverschoben sind.The design according to the invention with at least three in the longitudinal direction successive scanning grids, which are in the longitudinal direction by 1200 or 600 to each other are out of phase, results in the phase shifted sampling gratings that can also be called a window, forming a kind of vernier to the glass rod. Will the glass scale moves in one direction relative to the fixed scanning head, so periodic voltage fluctuations are obtained via the three electro-optical converters as a function of the displacement of the glass scale relative to each other in a fixed There are phase relationships, namely they are out of phase with one another by 1200 or 600.
Den Wandlern sind in üblicher Weise jeweils zugeordnete Komparatoren nachgeschaltet. An letzteren läßt sich für jeden Eingang getrennt eine Referenzspannung so anliegen, daß bei der am Ausgang entstehenden Rechteck'spannung die Impulsbreite gleich der halben Periode ist,.h.The converters are each assigned comparators in the usual way downstream. A reference voltage can be applied to the latter separately for each input are applied in such a way that the pulse width of the square-wave voltage generated at the output is equal to half the period, .h.
die effektive Spannung gleich der halben Impulshöhe ist.the effective voltage is equal to half the pulse height.
Es entstehen dann Rechteckspannungen am Ausgang jedes Komparators, die ebenfalls um 1200 oder, je nach Wahl der Phasenverschiebung, um 600 phasenver'schoben sind.Square-wave voltages then arise at the output of each comparator, which are also phase shifted by 1200 or, depending on the choice of phase shift, by 600 are.
Die positiven und negativen Flanken dieser Rechtecksignale werden dann, immer noch getrennt für jedes Abtastgitter, in kurze Einzelimpulse umgewandelt, die gezählt werden. Da diese bei den gewählten Größen im Abstand von 1u aus den verschiedenen Abtastgittern kommen, ist die Anzahl der gezählten Impulse genau gleich dem vom Glasmaßstab zurückgelegten Weg in tausendstel Millimeter.The positive and negative edges of these square wave signals are then, still separately for each scanning grid, converted into short individual pulses, that are counted. Since these are at a distance of 1u from the different scanning grids come, the number of counted pulses is exactly the same that of the glass scale Distance covered in thousandths of a millimeter.
Die Reihenfolge der Abtastgitter, aus der die Einzelimpulse kommen, gibt im übrigen auch die Bewegungsrichtung des Glasmaßstabes an. Sie läßt sich elektronisch leicht in ein Signal umwandeln, das 'den Zähler in der einen oder anderen Richtung zählen läßt. Da pro Sinuskurve am Ausgang jedes Wandlers je Abtastgitter nur ein einzige Spannungswert abgendmmen wird, ist ein sauberer sinusförmiger Verlauf der Lichtintensität als Funktion des Verschiebeweges des Glasmaßstabes nicht Voraussetzung für eine genaue Messung. Andererseits steht bei gutem Licht kontrast die Möglichkeit offen, durch Abnahme von z.B. zwei oder auch vier Spannungswerten je Sinuskurve die Anzahl der Einzelimpulse und damit die Meßgenauigkeit sogar noch zu werdoppeln bzw. zu vervierfachen. Die erfindungsgemäBe Meßvorrichtung gestattet es, eine Auflösung im Tausendstel-Millimeter-Bereich ohne Analogauswertung zú erreichen. Die Spannungsabnahme je Sinuskurve erfolgt nur an einem Spannungswert, und zwar dabei im unkritischen, mittleren Bereich, wo die Spannungsänderung :pro Wegeinheit'-am größten ist.The sequence of the scanning grids from which the individual pulses come also indicates the direction of movement of the glass scale. It can be electronically easily convert it into a signal that 'the meter in one direction or another lets count. Since there is only one per sinusoidal curve at the output of each transducer per scanning grid The only voltage value is diminished, is a clean sinusoidal curve of the Light intensity as a function of the displacement path of the glass scale is not a prerequisite for an accurate measurement. On the other hand, there is a possibility in good light contrast open, by taking e.g. two or four voltage values per sinusoidal curve the number of individual pulses and thus the measuring accuracy even to be doubled or to quadruple. The measuring device according to the invention allows a resolution in the thousandths of a millimeter range without analog evaluation. The decrease in tension per sinusoid only takes place at one voltage value, namely in the uncritical, middle area, where the voltage change: per unit of travel'-is greatest.
Auch deswegen erfordert eine hochgenaue Messung keinen sauberen, sinusförmigen, Verlauf. Die für die Auswertung einzusetzende Elektronik ist einfach, leicht, klein und billig zu gestalten. Außerdem besteht eine Unempfindlichkeit gegen Spannungsschwankungen. Die Meßvorrichtung gestattet mit denkbar einfachem Aufwand ein Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 1 und sogar noch feiner.This is another reason why a high-precision measurement does not require a clean, sinusoidal, Course. The electronics to be used for the evaluation are simple, light, small and cheap to design. In addition, there is an insensitivity to voltage fluctuations. The measuring device allows a resolution with a very simple outlay on the order of 1 and even finer.
Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung.Further details and advantages result from the following Description.
Der vollständige Wortlaut der Anspruchs ist vorstehend allein zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen nicht wiedergegeben, sondern statt dessen lediglich durch Nennung der Anspruchsnummer darauf Bezug genommen, wodurch jedoch alle diese Anspruchsmerkmale als an dieser Stelle ausdrücklich und erfindungswesentlich offenbart zu gelten haben.The full wording of the claim is for the above only Avoidance of unnecessary repetitions are not reproduced, but only instead by naming the claim number referring to it, whereby however all these Claim features than at this point express and essential to the invention revealed to have to apply.
Die Erfindung ist nachfolgend anhan-d von in den Zeichnungen gezeigten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine schematische auseinandergezogene, teilweise geschnittene'perspektivische Ansicht von Einzelteilen einer elektrooptischen Meßvorrichtung' Fig. 2 eine schematische, teilweise perspektivische Ansicht von Grundelementen der Meßvorrichtung in Fig. 1, Fig. 3A-3C jeweils den graFhischen Verlauf der Lichtintensität oder Spannung als Funktion des Verschiebeweges des GlasmaRstabes, und zwar für das Abtastgitter A bzw. B bzw. C, Fig. 4A-4C den graphischen Verlauf der Spannung als Funktion des Verschiebeweges des Glasmaßstabes am Ausgang dreier Komparatoren, und zwar für das Abtastgitter A bzw. B bzw. C, Fig. 5 den graphischen Verlauf der Spannung als Funktion des Verschiebeweges des Glasmaßstabes, in Form von kurzen Einzelimpulsen je Abtastgitter A bzw. B bzw. C, und zwar als zu zählende Impulsfolge bei der Verschiebung des Glasmaßstabes.The invention is shown below in the drawings Embodiments explained in more detail. They show: FIG. 1 a schematic exploded view, partially cut perspective view of individual parts of an electro-optical Measuring device 'Fig. 2 is a schematic, partially perspective view of Basic elements of the measuring device in Fig. 1, Fig. 3A-3C each have the graphic Course of the light intensity or voltage as a function of the displacement path of the glass scale, namely for the scanning grids A or B or C, FIGS. 4A-4C, the graphical course the voltage as a function of the displacement of the glass scale at the output of three Comparators, specifically for the scanning grids A or B or C, FIG. 5 the graphic Course of the stress as a function of the displacement of the glass scale, in form of short single pulses per scanning grid A or B or C, namely as to be counted Pulse sequence when shifting the glass scale.
Die in den Zeichnungen gezeigte elektrooptische Meßvorrichtung dient im weitesten Sinne zur Längenmessung.The electro-optical measuring device shown in the drawings is used in the broadest sense for length measurement.
Sie ist z.B. in eine nicht weiter gezeigte Meßuhr eingebaut, die mit elektrooptischen Anzeigeorganen ausgerüstet ist und digital den jeweiligen Verschiebewert des Meßuhrtasters anzeigt. Eine derartige elektronische Meßuhr, bei der beispielshalber die elektrooptische Meßvorrichtung zum Einsatz kommt, ist besonders einfach und dabei hochpräzise. Sie eignet sich gleichwohl als Werkstattmeßgerät.For example, it is built into a dial gauge (not shown) that is marked with electro-optical display elements and digitally the respective shift value of the dial gauge probe. Such an electronic dial gauge, for the sake of example the electro-optical measuring device is used is particularly simple and with high precision. It is also suitable as a workshop measuring device.
Die z.B. in einer Meßuhr angeordnete elektrooptische Meßvorrichtung weist einen Glasmaßstab 10 auf, der in Längsrichtung aufeinanderfolgende Teilungsstriche 11 aufweist, die mit vorgegebener Teilung (Gitterraster r)aufeinanderfolgen.Der Glasmaßstab10ist z,B. unverschiebbar fest in einem Halter 12 gehalten, der seinerseits in Pfeilrichtung 13 gemäß Fig. 2 nach rechts und links verschiebbar im Meßuhrgehäuse gehalten ist und z.B. vom Meßuhrtaster beaufschlagt wird. Die Teilungsstriche 11 des Glasmaßstabes 10 haben z.B. eine Strichbreite von jeweils 3 u.The electro-optical measuring device arranged e.g. in a dial gauge has a glass scale 10, the graduation lines successive in the longitudinal direction 11, which follow one another with a predetermined pitch (grid r) Glass scale 10 is e.g. immovably held firmly in a holder 12, which in turn in the direction of arrow 13 according to FIG. 2 to the right and left in the dial gauge housing is held and is acted upon e.g. by the dial gauge button. The division lines 11 of the glass scale 10 have, for example, a line width of 3 u.
Ferner hat der Glasmaßstab 10 ein Gitterraster r von beispielsweise 6p.Furthermore, the glass scale 10 has a grid r of, for example 6p.
Bestandteil der elektrooptischen Meßvorrichtung ist ferner ein allgemein mit 20 bezeichneter Abtastkopf, dessen einzelne Bestandteile fest im Gehäuse der Meßuhr gehalten sind. Der Abtastkopf 20 weist im einzelnen eine aus Glas bestehende Fensterplatte 21 mit beim gezeigten Ausführungsbeispiel drei inLängerichtung aufeinanderfolgenden Abtastgittern A, B und C auf, die in einer gehäusefest'angebrachten Halterung 22 fixiert ist.A general component is also a component of the electro-optical measuring device with 20 designated scanning head, the individual components of which are fixed in the housing Dial gauge are held. The scanning head 20 has in detail one made of glass Window plate 21 with, in the embodiment shown, three successive ones in the longitudinal direction Scanning grids A, B and C, which are mounted in a holder 22 fixed to the housing is fixed.
Die drei Abtastgitter A, B und C sind in Längsrichtung zueinander versetzt. Die Fensterplatte 21 liegt dem Glasmaßstab 10 gegenüber, wobei der Abstand zwischen beiden nur wenige hundertstel Millimeter beträgt.The three scanning grids A, B and C are longitudinal to each other offset. The window plate 21 lies opposite the glass scale 10, the distance between the two is only a few hundredths of a millimeter.
Ferner weist der Abtastkopf 20 entsprec'h'end der Anzahl der Abtastgitter drei Lichtgeber 23, 24 und 25 auf, die als Leuchtdioden' ausgebildet sind und: von, denen jeder einzelne einem Abtastgitter A bzw. B bzw. C zugeordnet ist. Die Lichtgeber 23 - 25 befinden s'ich z.B.Furthermore, the scanning head 20 has corresponding to the number of scanning grids three light sources 23, 24 and 25, which are designed as light emitting diodes' and: from, each of which is assigned to a scanning grid A or B or C. The light transmitter 23-25 are e.g.
auf der in Fig. 2 oberen Seite 'deaGlasmaRst-abe.s 10.on the upper side in Fig. 2 'deaGlasmaRst-abe.s 10.
Jedem Lichtgeber 23 - 25 ist ein elektrooptischer Wandler 26 bzw. 27 -bzw. 28 auf gleicher Höhe zugeordnet', 'der auf der dem Glasmaßstab 10 abgekehrten Seite der Fenster platte 21 angeordnet ist. Jeder elektrooptisch'e Wandler 26 - 28 ist z.B. als -Fotodiode oder als Fototransistor ausgebildet. Er ist in der Lage, das vom zugeordnet'en Lichtgeber 23 bzw. 24 bzw. 25 ausgesandte und durch'das jeweilige Abtastgitter A bzw. B bzw. C, 'oder auch'Fenster, hindurchkommende Licht in Strom bzw. Spannung umzuwandeln Es versteht sich, daß statt des gehäusefest angeordneten Abtastkopfes 20 und des relativ dazu in Pfeilrichtung 13' verschieblich angeordneten GlasmaBstabes 10 die'Verhältnisse auch kinematisch. vertau'scht sein können,d'.h'.Each light transmitter 23-25 has an electro-optical converter 26 or 27 or 28 assigned at the same height ',' that on the one facing away from the glass scale 10 Side of the window plate 21 is arranged. Every electro-optical converter 26 - 28 is designed, for example, as a photodiode or a phototransistor. He is able to, that emitted by the assigned light transmitter 23 or 24 or 25 and through the respective one Scanning grid A or B or C, 'or also' window, light coming through in current or to convert voltage It goes without saying that instead of the fixed to the housing Scanning head 20 and the relative to it arranged displaceably in the direction of arrow 13 ' Glass scale 10 also kinematically. can be mixed up, d'.h '.
der Abtastkopf 20. verschiebbar und der Glasmaßstab 10 gehäusefest angeordnet sein können.the scanning head 20 is displaceable and the glass scale 10 is fixed to the housing can be arranged.
Die drei Abtastgitter A, B und C der Fensterplatte 21 folgen in Längsrichtung letzterer aufeinander. Sie weisen jeweils das gleiche Gitterraster r und die, gleiche 'Strichbreite je Teilungsst-rich auf wie der Glasmaßstab 10. d.h'.The three scanning grids A, B and C of the window plate 21 follow in the longitudinal direction the latter on top of each other. They each have the same grid r and the same 'Line width per division line on the same as the glass scale 10, i.e.'.
ebenfalls ein Gitterraster. von 6u und eine Strichb'reite von 3u. In der Zeichnung sind des be's'seren Verständnisses wegen die Maßverhältnisse um ein Vielfach'es vergrößert dargestellt. Bei der praktischen Ausführung hät z.B.also a grid. of 6u and a line width of 3u. In the drawing, the proportions are changed for the sake of better understanding shown enlarged many times. In the practical implementation, e.g.
jedes Abtastgitter A, 'B und C eine Breite. von etwa 1 mm, wobei die Abtastgitter einen Abstand voneinander von z.B. 1,004 mm haben. Die Zwischenräume dazwischen sind völlig lichtundurchlässig, was durch die Schwärzung in Fig. 1 und 2 verdeutlicht ist. Die drei Abtastgitter A, B und C sind in -Längsrichtung um 1200, was hier 2u ausmacht, zueinander phasenverschoben. Auch eine Phasenverschiebung von 60° = 1 ist möglich. Die Phasenverschiebung der einzelnen Abtastgitter A, B und C zueinander berechnet sich nach der Beziehung 360 oder' 3600 , wobei n 2n n die Anzahl der Abtastgitter der Fensterplatte 21, im vorliegenden Fall also drei, ist.each sampling grating A, B and C has a width. of about 1 mm, the Scanning grids have a distance from each other of e.g. 1.004 mm. The spaces in between in between are completely opaque, which is due to the blackening in Fig. 1 and 2 is clarified. The three scanning grids A, B and C are in the longitudinal direction around 1200, which is 2u here, out of phase with each other. Also a phase shift of 60 ° = 1 is possible. The phase shift of the individual scanning grids A, B and C to each other is calculated according to the relationship 360 or '3600, where n 2n n the number of scanning grids of the window plate 21, in the present case three, is.
Das Gitterraster r ist entsprechend der Bestimmung r = n 2x gewählt, wobei x das Auflösungsvermögen- der Meßvorrichtung bedeutet, das im vorliegenden Fall z.B. 1p ist.The grid r is selected according to the determination r = n 2x, where x is the resolving power of the measuring device, which in the present Case is e.g. 1p.
Insbesondere anhand von Fig. 2 - Fig. 5 wird deutlich, daß die zueinander um 2u t120°) phasenverschobenen Abtastgitter A, B und C eine Art Nonius zum Glasmaßstab 10 bilden. Wird nun der Glasmaßstab 10 z.B. in Pfeilrichtung 13 nach rechts bewegt, so ergeben sich am Ausgang der drei elektrooptischen Wandler 26,27 und 28 periodische Spannungsschwankungen. Diese sind in Fig. 3A für den Wandler 26 des Abtastgitters A mit durchgezogenen Linien, in Fig. 3B für den Wandler 27 des Abtastgitters B mit punktierten Linien und in Fig. 3C für den Wandler 28 des Abtastgitters C mit gestrichelten Linien als Funktion des Verschiebeweges dargestellt. Eine Periode beträgt dabei 6u. Die Phasenverschiebung 6 gegenüber A und C gegenüber B beträgt erkennbar jeweils 2 w 120°.In particular with reference to FIGS. 2-5 it is clear that the by 2u t120 °) phase-shifted scanning grids A, B and C a kind of vernier to the glass scale 10 form. If the glass scale 10 is now moved to the right, e.g. in the direction of arrow 13, this results in periodic transducers 26, 27 and 28 at the output of the three electro-optical converters Voltage fluctuations. These are in Fig. 3A for the transducer 26 of the scanning grating A with solid lines, in Fig. 3B for the transducer 27 of the scanning grating B with dotted lines and in Fig. 3C for the transducer 28 of the scanning grating C with dashed lines Lines shown as a function of the displacement path. One period is 6u. The phase shift 6 relative to A and C relative to B is recognizable in each case 2 w 120 °.
Die elektrooptischen Wandler 26, 27 und 28 sind bei der Meßvorrichtung in üblicher Weise schaltungstechnisch an drei nachgeschaltete Komparatoren angeschlossen, an die für jeden Eingang getrennt eine Referenzspannung so angelegt ist, daß bei der am Ausgang der Komparatoren entstehenden Rechteckspannung die Impulsbreite gleich der halben Periode ist, d.h. die effektive Spannung gleich der halben Impulshöhe ist. Dies zeigen Fig. 4A in durchgezogenen Linien für den Komparator des Wandlers 26 des Abtastgitters A, Fig. 4B in punktierten Linien für den Komparator des Wandlers 27 des Abtastgitters B und Fig. 4C in gestrichelten Lin.ien für den Komparator des Wandlers 28 des Abtastgitters C. Die drei entstehenden Rechteckspannungen sind in gleicher Weise wie die periodischen Spannungsschwankungen gemäß Fig. 3A -ebenfalls um 2p 1 1200 phasenverschoben. Die positiven und negativen Flanken dieser Rechtecksignale werden dann, immer noch für jedes Abtastgitter A, B und C getrennt, in kurze Einzelimpulse umgewandelt, die gezählt werden.The electro-optical converters 26, 27 and 28 are at the measuring device connected in the usual way in terms of circuitry to three downstream comparators, to which a reference voltage is applied separately for each input so that at the square wave voltage produced at the output of the comparators is equal to the pulse width of half the period, i.e. the effective voltage is equal to half the pulse height is. This is shown in FIG. 4A in solid lines Lines for the comparator of the transducer 26 of the scanning grid A, Fig. 4B in dotted lines for the comparator of the transducer 27 of the scanning grid B and FIG. 4C in dashed lines for the Comparator of the transducer 28 of the scanning grating C. The three square-wave voltages produced are in the same way as the periodic voltage fluctuations according to FIG. 3A -also phase shifted by 2p 1 1200. The positive and negative edges of this Square wave signals are then, still separated for each sampling grid A, B and C, converted into short single pulses that are counted.
Die Impulsfolge dieser Einzelimpulse ist in Fig. 5 dargestellt. Da diese Einzelimpulse im Abstand von 1-u aus den verschiedenen Abtastgittern A, B und C oder Fenstern kommen, ist die Anzahl der gezählten Impulse genau gleich dem vom Glasmaßstab 10 zurückgelegten Weg in u. Die Reihenfolge der Abtastgitter A, B und C oder Fenster, aus denen die Einzelimpulse kommen, gibt die Bewegungsrichtung des verschobenen Glasmaßstabes 10 an. Fig. 5 zeigt für die Verschiebung des Glasmaßstabes 10 nach rechts die Impuls-Reihenfolge A, C, B, A,C,B, A, C, B...The pulse sequence of these individual pulses is shown in FIG. There these individual pulses at a distance of 1-u from the various scanning grids A, B and C or windows come, the number of counted pulses is exactly the same as that the distance covered by the glass scale 10 in u. The order of the scanning grids A, B and C, or windows from which the individual pulses come, indicate the direction of movement of the shifted glass scale 10. Fig. 5 shows the displacement of the glass scale 10 to the right the pulse sequence A, C, B, A, C, B, A, C, B ...
Für eine Verschiebung des Glasmaßstabes 10 in Pfeilrichtung 13 nach links hin ergibt sich die Impuls-Reihenfolge A,B,C,A,B,C,A,B,C... . Sie läßt sich elektronisch mit herkömmlichen Mitteln in ein Signal umwandeln, welches den Zähler in der einen Richtung oder in der anderen Richtung zählen läßt.For a shift of the glass scale 10 in the direction of arrow 13 to to the left there is the impulse sequence A, B, C, A, B, C, A, B, C .... She lets herself convert electronically by conventional means into a signal which the meter counts in one direction or the other.
Da für jede einzelne Kurve in Fig. 3A - 3C jeweils nur ein Spannungswert abgenommen, wird, ist ein exakter und sauberer sinusförmiger Lichtkontrast nicht unbedingt Voraussetzung für eine genaue Messung, wie dies für die Analogauswertung zwingend notwendig ist mit einhergehender komplizierter und teurer Auswerteelektronik. 'Andererseits steht bei gutem Licht kontrast die Möglichkeit offen, durch Abnahme von zwei bzw. vier Spannungswerten pro Kurve in Fig. 3A, 3B, 3C die Anzahl der Einzelimpulse und damit die Meßgenauigkeit sogar noch. zu verdoppeln bzw. zu vervierfachen. Dank'der erfindungsgemäßen elektrooptischen Meßvorrichtung ist es also möglich, eine Auflösung im Tausendstel Millimeter-Bereich auf elektrooptischer Basis auch ohne Analogauswertung zu realisieren, wobei die Spannungsabnahme an nur einem Spannungswert der Spannungs-Weg7Kurve (Fig. 3A - 3C) geschieht, und dabei im unkritischen, mittleren Bereich, wo die Spannungsänderung pro Wegeinheit am größten ist, und nicht etwa im Bereich des Spannungsmaximums bzw.Since there is only one voltage value for each individual curve in FIGS. 3A-3C is removed, an exact and clean sinusoidal light contrast is not absolutely a prerequisite for an exact measurement, as is the case for the analog evaluation is absolutely necessary with the associated complicated and expensive evaluation electronics. '' On the other hand, in good light contrast there is the possibility of by Decrease of two or four voltage values per curve in FIGS. 3A, 3B, 3C, the number the individual impulses and thus the measuring accuracy even more. to double or to quadruple. Thanks to the electro-optical measuring device according to the invention, it is So possible, a resolution in the thousandth of a millimeter range on electro-optical The basis can also be implemented without analog evaluation, whereby the voltage decrease is only a voltage value of the voltage-path 7 curve (FIGS. 3A-3C) happens, and thereby in the uncritical, middle range, where the voltage change per unit of travel is greatest and not in the area of the maximum stress or
Spannungsminimums. Die Meßvorrichtung kann trotz'der außerordentlich hohen Meßgenauigkeit einfach, leicht, klein und billig gestaltet werden. Sie ist außerdem hinsichtlich der elektrischen bzw. elektronischen Bauteile unempfindlich gegen Spannungsschwankungen.Stress minimum. In spite of this, the measuring device can be extraordinarily high measurement accuracy simple, light, small and cheap. she is also insensitive to the electrical and electronic components against voltage fluctuations.
Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel sind die drei Abtastgitter A, B und C statt um 1200 jeweils um 60° zueinander phasenverschoben, was 1u entspricht. Auch dann arbeitet die Meßvorrichtung in gleicher Weise wie beschrieben, wobei sich lediglich die Reihenfolge der Einzelimpulse umkehrt, wie man sich anhand von Fig. 4A - Fig. 40 verdeutlicht vorstellen kann, wenn man sich die dortigen Rechteckimpulse statt um die gezeigten 2u lediglich um 1u verschoben vorstellt.In another embodiment not shown, the three are Scanning grids A, B and C each phase shifted by 60 ° to one another instead of 1200, which corresponds to 1u. Even then, the measuring device works in the same way as described, whereby only the order of the individual impulses is reversed, as one is based on 4A-40, if one looks at the square-wave pulses there instead of the 2u shown, it is only shifted by 1u.
Bei einem anderen, nicht gezeigten Ausführungsbeispiel weist der Abtastkopf vier aufeinanderfolgende Abtastgitter mit je Abtastgitter einem Lichtgeber und zugeordnetem elektroptischen Wandler auf. Das Gitterraster beträgt dabei 8 und die Strichbreite jedes Teilungsstriches der Abtastgitter und des Glasmaßstabes 4p. Die Phasenverschiebung -der einzelnen Abtastgitter zueinander beträgt dann 900 1 2u. Auch bei dieser Ausführungsform genügt pro Spannungs-Weg-Kurve der Wandler der einzelnen Abtastgitter die Abnahme nur eines Spannungswertes, um tausendstel Millimeter Wegverschiebung messen zu konnen'.In another exemplary embodiment, not shown, the scanning head four successive scanning grids, each with a scanning grating and an associated light transmitter electro-optical converter. The grid is 8 and the line width each graduation line of the scanning grids and the glass scale 4p. The phase shift -the individual scanning grids to each other is then 900 1 2u. Also in this embodiment enough per voltage-displacement curve of the transducers of the individual scanning grids the decrease in only one voltage value, a displacement of a thousandth of a millimeter to be able to measure '.
Claims (8)
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|---|---|---|---|
| DE19813125184 DE3125184A1 (en) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | Electrooptical measuring device |
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| DE19813125184 DE3125184A1 (en) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | Electrooptical measuring device |
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| DE3125184A1 true DE3125184A1 (en) | 1983-01-13 |
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ID=6135464
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| DE19813125184 Ceased DE3125184A1 (en) | 1981-06-26 | 1981-06-26 | Electrooptical measuring device |
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