DE3202566C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Inkremental-Meßvorrichtung gemäß dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Es ist grundsätzlich
bekannt, den mechanischen Abstand oder Versatz von Meßelementen
in Form digitaler elektrischer Signale zu erfassen. Entsprechen
de Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich bei verschiedenen Meß
aufgaben, beispielsweise bei Längenmeßeinrichtungen, Positio
nierungsdetektoren oder bei ähnlichen Aufgaben. Die Meßein
richtung zur Feststellung des mechanischen Abstandes oder Ver
satzes dieser Art ermittelt auf elektrischem Weg die Länge eines
Meßobjektes als Verschiebung einer Meßskala oder dergleichen.
Als Meßfühler sind elektromagnetische, elektrostatische, photo
elektrische oder ähnliche andere Typen bekannt. Insbesondere
ist die Verwendung eines photoelektrischen Wandlers in Verbin
dung mit einer Meßeinrichtung zur Messung eines mechanischen
Abstandes weit verbreitet und wird praktisch bei Mikrometern,
Schublehren, Koordinatenmeßeinrichtungen usw. angewandt. Eine
vorteilhafte Anwendung ergibt sich dabei auf Grund der Möglich
keiten, mit solchen Meßfühlern eine Miniaturisierung und eine
außerordentlich genaue Messung zu erreichen.
Die herkömmlichen Meßfühler und Meßeinrichtungen haben erheb
liche Nachteile, weil sie verhältnismäßig teuer sind und einen
verhältnismäßig großen Verbrauch an elektrischem Strom haben.
Da kleine Längenmeßeinrichtungen neuerdings Batterien verwen
den, um die Meßeinrichtung zu betreiben, ist es erforderlich,
daß die Einrichtung eine lange Lebensdauer hat und nur einen
geringen elektrischen Strom verbraucht. Bei einer solchen Meß
einrichtung mit digitaler Anzeige wird die elektrische Funktion
von C-MOS-Schaltungen übernommen, und diese Verarbeitungsschal
tungen verbrauchen nur einen erstaunlich geringen Strom. Im
Gegensatz dazu fließt in photoelektrischen Einrichtungen her
kömmlicher Art, in Lichtsendern für eine photoelektrische Um
wandlung, in lichtemittierenden Dioden beispielsweise ein großer
elektrischer Strom, welcher den Gesamtverbrauch an elektrischem
Strom vergrößert.
Außer den oben erwähnten, berührungsfreien oder kontaktlosen
Kodierern ist ein Kontaktpunkt-Kodierer bekannt, welcher mit
Hilfe von Kontaktpunkten digitale elektrische Signale aus einem
Einschalt- und Ausschalt-Vorgang ermittelt. Der Kontaktpunkt-
Kodierer hat den Vorteil, daß er einen einfachen Aufbau auf
weist und elektrisch einen mechanischen Versatz ermitteln kann.
Ein solches Gerät läßt sich praktisch auf bestimten Anwendungs
gebieten einsetzen. Es wird jedoch auf solchen Gebieten als
Positionierungseinrichtung oder als Drehpositionsfühler bei
größeren Antriebseinrichtungen verwendet, bei denen keine be
sondere Genauigkeit erforderlich ist, und die Anwendung der
Kontaktpunkt-Einrichtung wird nicht auf solchen Gebieten in
Betracht gezogen, insbesondere nicht bei Längenmeßeinrichtungen,
bei denen ein kleines und zugleich genaues Gerät benötigt wird.
Mit anderen Worten, die Kontaktpunkt-Einrichtung der eingangs
erwähnten Art ist von geringer Zuverlässigkeit und hat die
grundlegenden Nachteile, daß die Kontaktverhältnisse außer
ordentlich instabil sind und beim Langzeit-Gebrauch die Kon
taktverhältnisse leicht verändert werden können. Deshalb ist
es nicht möglich, Längenmeßgeräte usw. mit einem Kontaktpunkt-
Kodierer auszustatten, bei denen ein nicht einwandfreier
Kontakt direkt zu einem Fehler führt.
Andererseits weist der Kontaktpunkt-Kodierer die Vorteile auf,
daß mit Hilfe einer angelegten Spannung ein mechanischer Ab
stand, Versatz oder dergleichen in digitale elektrische Impulse
umgewandelt werden kann und daß grundsätzlich kein elektrischer
Stromverbrauch erforderlich ist. Diese Vorteile lassen sich bei
kleinen Meßgeräten anwenden, welche nur wenig elektrischen Strom
verbrauchen und von Batterien betrieben werden, und zwar durch
eine Kombination von spannungsgesteuerten Elementen, beispiels
weise von C-MOS-Transistoren.
Es ist als vorteilhaft anzusehen, daß die Meßeinrichtung einen
Kontaktpunkt-Kodierer, eine aus C-MOS-
Transistoren und integrierten Schaltungen gebildete Zählerschaltung, zur
Zählung der Spannungsimpulse des Kontaktpunkt-Kodierers und
eine Anzeigeeinrichtung für den Meßwert aufweist, welche unter
Verwendung von Flüssigkristallen arbeitet, um den Zählwert des
Zählers als Meßwert darzustellen. Der Aufbau der oben beschrie
benen Meßeinrichtung kann ein Meßgerät von geringem Preis und
mit geringem Stromverbrauch liefern.
Da jedoch spannungsgesteuerte Elemente der C-MOS-Transistoren
und der integrierten Schaltungen nicht für Hochgeschwindigkeits
betrieb geeignet sind, ist es bei einer Ausbildung der Meßein
richtung gemäß der obigen Beschreibung nicht möglich, daß die
Meßeinrichtung rasch bewegten Meßelementen folgen kann, und
es tritt daher bei dem in der Anzeigeeinrichtung angezeigten
Meßwert ein Fehler auf, wenn Hochfrequenz-Signale von dem
Kontaktpunkt-Kodierer als Meßsignale geliefert werden. Deshalb
ist die Meßeinrichtung mit einem oben beschriebenen Aufbau im
praktischen Gebrauch als außerordentlich nachteilig.
Eine Inkremental-Meßvorrichtung der eingangs genannten Art ist aus
der DE-OS 28 46 915 bekannt. Dabei ist einem im elektrisch abgetaste
ten Grobmeßbereich eine Vorrichtung zur digitalen Anzeige der Zenti
meter zugeordnet. Die zusätzlich benötigte Millimeterangabe wird
mit Hilfe eines Feinmeßbereichs durch visuelle Ablesung gewonnen,
wozu vorteilhafterweise nur ein Feinmeßbereich von etwa einem
Zentimeter im Sichtfeld des Gehäuses erkennbar zu sein braucht.
Aus der US-PS 41 43 267 sowie in ähnlicher Weise auch aus
der Druckschrift "Handbook of Transducers for Electronic Measuring
Systems" von Harry Norton, Verlag PRENTICE-HALL (1969) Seite 192
bis Seite 204 ist ferner ein Meßinstrument mit einer digital-
absoluten Maßverkörperung und binär codiertem Maßstab bekannt, welche
sich prinzipiell von einer gattungsgemäßen Inkremental-Meßvor
richtung unterscheidet. Ferner ist in der US-PS 42 42 574 ein
Meßband mit einer zweiseitigen Markierung für metrische und eng
lische Einheiten, die je nach Bedarf alternativ zum Messen ver
wendet werden und nicht im Sinne einer Grob- und Feinteilung
bei einem einzigen Meßvorgang eingesetzt werden, offenbart.
Schließlich sind in der DE-OS 26 24 519 sowie in der DE-OS
28 50 940 Inkremental-Meßvorrichtungen zum Messen einer Länge
oder eines Winkels mit einem einzigen Meßbereich beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrich
tung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, daß
sie nur sehr geringe Abmessungen benötigt und dabei auch bei
hohen Geschwindigkeiten zuverlässig funktioniert.
Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Haupt
anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus
den Unteransprüchen.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise anhand der Zeich
nung beschrieben; in dieser zeigt
Fig. 1 den Aufbau einer ersten bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 2 Wellenform-Diagramme von Meßsignalen 100 gemäß der in
der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform,
Fig. 3 den Aufbau einer zweiten bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 4 den Aufbau einer dritten bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 5 ein Wellenformdiagramm des Meßsignals gemäß der in der
Fig. 4 veranschaulichten Ausführungsform,
Fig. 6 den Aufbau einer vierten bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 7 das Prinzip der in der Fig. 6 veranschaulichten Ausfüh
rungsform des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 8 ein Wellenformdiagramm des Ausgangssignals der in der
Fig. 6 veranschaulichten Einrichtung,
Fig. 9 den Aufbau einer fünften bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 10, 11, 12 und 13 den Aufbau einer sechsten bevorzugten
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
Fig. 14 den Aufbau einer siebten bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes und
Fig. 15 eine bevorzugte Ausführungsform der Schleifkontakte.
In der Fig. 1 der Zeichung ist eine erste bevorzugte Ausführungs
form des Erfindungsgegenstandes dargestellt. Gemäß der Zeichnung
weist die Ausführungsform folgende Teile auf: Einen Kodierer 10
mit Kontaktpunkten, welcher impulsförmige Meßsignale 100 in Ab
hängigkeit von der Meßgröße liefert, eine Zählschaltung 12, wel
che die Anzahlen der Impulse der Meßsignale 100 zählt, und eine
Anzeigeeinrichtung 14 für den Meßwert, welche die Meßgröße in
digitaler Form darstellt, und zwar auf der Basis des von der
Zählschaltung 12 gezählten Wertes.
In dem Kontaktpunkt-Kodierer 10 bestehen die Meßkontaktpunkte aus
einem Leiter, welcher auf der festen Kontaktpunktbasis 10 ausge
bildet ist. Die Meßkontaktpunkte sind in regelmäßiger Folge in
der Richtung A-B angeordnet, und jeder der Kontaktpunkte ist durch
eine leitende Platte 18 mit einem gemeinsamen Anschluß versehen.
Die leitende Platte 18 besteht aus einem Leiter, der auf der
Kontaktpunktbasis 16 ausgebildet und entlang der Richtung A-B
angeordnet ist. Die Meßkontaktpunkte bestehen aus Grobmeßkon
taktpunkten 20-1, 20-2, 20-3 . . ., welche nach Art von Klavier
tasten ausgebildet sind und welche in regelmäßiger Folge und
auf entsprechendem Abstand angeordnet sind, sowie aus Feinmeß
kontaktpunkten 22-1, 22-2, 22-3 . . ., welche ebenfalls wie Kla
viertasten ausgebildet sind und welche den Grobmeßkontaktpunkt
20 in bestimmten Abständen unterteilen. Die Grobmeßkontaktpunkte
20-1, 20-2, 20-3 . . . und die Feinmeßkontaktpunkte 22-1, 22-2,
22-3 . . . erstrecken sich in ihrer Längsausdehnung quer zu der
Richtung A-B, und zwar von der leitenden Platte 18 aus nach
rechts in der Zeichung. Die Grobmeßkontaktpunkte 20-1, 20-2,
20-3, . . . erstrecken sich weiter als die Feinmeßkontaktpunkte
22-1, 22-2, 22-3, . . . Darauf sind eine erste Bürste 24 a und eine
zweite Bürste 24 b angeordnet, die beide entlang der Richtung
A-B in konstanter Anordnung gemeinsam mit der Bewegung von
nicht dargestellten Meßelementen bewegbar sind. Die erste Bürste
24 a kann über die Grobmeßkontaktpunkte 20 gleiten, und die zwei
te Bürste 24 b kann sowohl über die Grobmeßkontaktpunkte 20 als
auch über die Feinmeßkontaktpunkte 22 gleiten. Die Grobmeß
kontaktpunkte 20 und die Feinmeßkontaktpunkte 22 sind gemeinsam
über die leitende Platte 18 mit einer Batterie 26 verbunden.
Die Meßsignale 100 bestehen aus einem Grobmeßsignal 100 a und
aus einem Feinmeßsignal 100 b. Das Grobmeßsignal 100 a wird von
der ersten Bürste 24 a geliefert, und das Feinmeßsignal 100 b
wird von der zweiten Bürste 24 b geliefert, und zwar jeweils
an die Zählschaltung 12.
Das Grobmeßsignal 100 a, welches an den Zähler 12 geliefert wird,
wird an einen Zähleingang eines ersten Zählers 30 a geführt und
weiterhin an einen Rückstelleingang eines zweiten Zählers 30 b.
Das Feinmeßsignal 100 b wird an einen Zähleingang des zweiten
Zählers 30 b geführt. Die Zähler 30 a und 30 b sind aus C-MOS-
Transistoren, integrierten Schaltungen usw. aufgebaut.
Jeder der Zählwerte 102 a und 102 b von jedem Zähler 30 a und
30 b wird einer Anzeigeeinrichtung 14 zugeführt. Der Zählwert
102 a von Zähler 30 a wird einer Anzeigeeinrichtung 32 a (Flüssig
kristall) für eine Zahl mit höherem Stellenwert zugeführt, wel
che die Zahlen oder Ziffern mit höherem Stellenwert anzeigt.
Der Zählwert 102 b von dem Zähler 30 b wird einer Anzeigeeinrich
tung 32 b (Flüssigkristall) für eine Zahl mit niedrigerem Stel
lenwert zugeführt, welche die Zahlen oder Ziffern des Meßwertes
mit dem niedrigeren Stellenwert anzeigt.
Die erste bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes,
welche gemäß der obigen Beschreibung aufgebaut ist, arbeitet nach
der folgenden Funktionsbeschreibung.
Wenn der gemessene Wert derjenigen Größe verändert wird, welche
dem Meßwert entspricht, werden die Bürsten 24 a und 24 b in ent
sprechender Weise gleichzeitig an den Meßkontaktpunkten entlang
geführt. Folglich werden das Grobmeßsignal 100 a und das Fein
meßsignal 100 b gemäß Fig. 2 den Zählern 30 a bzw. 30 b zugeführt,
um gezählt zu werden. Der Zähler 30 b wird zurückgestellt, so
bald das Grobmeßsignal 100 a seinen Impuls erzeugt. Die Anzeige
einrichtung 32 a für Ziffern mit höherem Stellenwert und die
Anzeigeeinrichtung 32 b für Ziffern mit geringerem Stellenwert
zeigen diese Ziffern mit Hilfe der jeweiligen Meßwerte digital
an, so daß eine Bedienungsperson diese Zahlen oder Ziffern lesen
kann.
Wenn sich die Meßelemente schneller bewegen, ist es nicht möglich,
das Feinmeßsignal 100 b zu zählen, weil die Impulsintervalle des
Feinmeßsignals 100 b kürzer werden. In diesem Falle sind jedoch
die Impulsintervalle des Grobmeßsignals 100 a nicht so viel kürzer,
daß der Zählvorgang im Zähler 30 a nicht ablaufen könnte, so daß
weiter gezählt werden kann. Es wird dann in der Anzeigeeinrichtung
32 a der Meßwert mit seinen Ziffern mit höherem Stellenwert ange
zeigt. Unmittelbar bevor die Meßelemente mit ihrer Bewegung auf
hören, wird es möglich, das Feinmeßsignal 100 b im Zähler 30 b zu
zählen, und die Ziffern mit niedrigerem Stellenwert des Meß
wertes können mit entsprechender Genauigkeit angezeigt werden,
wenn die Meßelemente im Begriff sind, mit der Bewegung aufzuhören.
Gemäß der obigen Beschreibung kann bei der beschriebenen Aus
führungsform des Erfindungsgegenstandes der Meßwert ohne Fehler
angezeigt werden, wenn die Meßelemente schneller bewegt werden.
In der Fig. 3 ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform des Er
findungsgegenstandes dargestellt, wobei entsprechende Bezugs
zeichen entsprechende Elemente wie in der Fig. 1 bezeichnen und
nicht nochmals beschrieben werden.
Die Auführungsform gemäß Fig. 3 zeichnet sich dadurch aus,
daß die Kontaktpunktbasis 16 zylindrisch ausgebildet ist.
Diese Auführungsform hat den Vorteil, daß die Kontaktpunktbasis
16 kleiner gestaltet werden kann und daß die Grobmeßkontaktpunkte
20 sowie die Feinmeßkontaktpunkte 22 von Bürsten 24 a und 24 b
kontaktiert oder berührt werden können, die in der Zeichnung
nicht dargestellt sind, und zwar mit einem konstanten Druck.
Die Großmeßkontaktpunkte 20 und die Feinmeßkontaktpunkte 22
können auf der äußeren Oberfläche der Kontaktpunktbasis 16
angeordnet sein, und die Kontaktpunktbasis 16 kann in diesem
Fall als massive Säule oder Walze ausgebildet sein.
In der Fig. 4 ist eine dritte bevorzugte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes dargestellt, wobei mit gleichen Bezugs
zeichen entsprechend gleiche Bauelemente bezeichnet sind, die
oben bereits beschrieben wurden.
Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß die Grob
meßkontaktpunkte 20 und die Feinmeßkontaktpunkte 22 jeweils
mit der leitenden Platte 18 über Widerstandsplatten 34 und 36
verbunden sind, von denen jede einen anderen Widerstandswert
aufweist. Weiterhin zeichnet sich diese Ausführungsform dadurch
aus, daß die Grobmeßkontaktpunkte 20 und die Feinmeßkontaktpunkte
22 in derselben Länge angeordnet sind, so daß die eine Bürste 24
über die Endpunkte der Grobmeßkontaktpunkte 20 und über die
Feinmeßkontaktpunkte 22 hinweggleiten kann. Das Meßsignal 100
wird einer Meßsignal-Auswahlschaltung 38 zugeführt, welche in
der Zählschaltung 12 vorgesehen ist und welche das Grobmeß
signal 100 a und das Feinmeßsignal 100 b auswählt, und zwar auf
der Basis der Spannungsdifferenz zwischen dem Meßsignal 100
und dem Ausgangssignal der Zähler 30 a und 30 b.
Die gemäß der obigen Beschreibung aufgebaute Ausführungsform
gemäß Fig. 4 arbeitet folgendermaßen:
Bei dieser Ausführungsform ist der Widerstandswert der Widerstän
de 34 größer als derjenige der Widerstände 36, und das in der
Fig. 5 dargestellte Meßsignal wird der Meßsignal-Auswahlschal
tung 38 zugeführt, wenn die Meßelemente entlanggeführt werden.
Die Signal-Auswahlschaltung 38 liefert am Ausgang das Grobmeß
signal 100 a, wenn das Meßsignal V 1 wird, und das Feinmeßsignal
100 b, wenn das gemessene Signal 100 V₂ wird. Folglich können
das Grobmeßsignal 100 a und das Feinmeßsignal 100 b dem Zähler
30 a bzw. 30 b jeweils in der Weise zugeführt werden, wie es oben
anhand der Fig. 2 beschrieben wurde.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein Bürstensatz 24
es erleichtern kann, einen Kontaktpunktkodierer 10 herzustellen.
Gemäß der obigen Beschreibung kann nach der Erfindung eine Kon
taktpunkt-Meßeinrichtung erreicht werden, ohne daß ein Meßfehler
auftritt, wenn die Meßelemente mit größerer Geschwindigkeit ent
langbewegt werden.
Gemäß der Erfindung sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor,
daß eine andere Bürste als die Bürste 24 bei der oben beschrie
benen Ausführungsform verwendet wird, welche in einer Anordnung
verwendet wird, welche dieselbe Phase wie die Bürste 24 aufweist,
um in Bezug auf die gemessenen Signale keine Fehlerimpulse zu
erzeugen. Weiterhin ist vorzugsweise vorgesehen, daß eine andere
Bürste als die Bürste 24 in einer Anordnung vorhanden ist, welche
eine gegenüber der Bürste 24 unterschiedliche Phasenlage hat,
um die Bewegungsrichtung der Meßelemente zu unterscheiden.
Gemäß der oben beschriebenen zweiten bevorzugten Ausführungsform
des Erfindungsgegenstandes kann die Kontaktpunktbasis als Zylin
der, Säule oder Walze ausgebildet sein, und diejenigen Ausfüh
rungsformen des Erfindungsgegenstandes, welche eine Kontakt
punktbasis dieser Art verwenden, werden nachfolgend beschrieben.
Bei den folgenden Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
werden die Grobmeß-Kontaktpunkte und die Feinmeß-Kontaktpunkte
nicht unterschieden, sondern einfach als Gleitkontaktpunkte oder
Schleifkontaktpunkte bezeichnet.
In der Fig. 6 wird die vierte bevorzugte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes beschrieben.
Bei dieser Ausführungsform besteht die Kontaktpunktbasis 210
aus einer massiven Walze, die als Isolator ausgebildet ist. Die
se Walze ist gemeinsam mit der Bewegung oder der Rotation der
Meßelemente, die nicht dargestellt sind, drehbar angeordnet.
Jeder der Schleifkontaktpunkte, die in zwei Gruppen 212 und 214
unterteilt und entlang der axialen Richtung angeordnet sind, ist
derart auf der Walze angeordnet, daß die Schleifkontaktpunkte
äquidistant auf der Oberfläche der Kontaktpunktbasis 210 in
Umfangsrichtung verteilt sind,
wobei die längere Seite der Schleifkontakt
punkte parallel zu der Achse P verläuft. Jeder der Schleif
kontaktpunkte ist an seinen beiden Enden durch Kurzschlußringe
212 a, 212 b, 214 a bzw. 214 b kurzgeschlossen. Die Kurzschlußringe
212 b und 214 b sind über die Bürsten 224 a und 226 a mit den Klem
men 224 und 226 verbunden. Die Bürsten 216 und 218 werden auf
die Schleifkontaktpunkte 212 und 214 über eine Halterung 228
mit einem bestimmten Druck aufgedrückt. Die Spannung einer Batte
rie 222 wird den Bürsten 216 und 218 über die Halterung 228 und
einen Widerstand 220 zugeführt.
Die Fig. 7 beschreibt die in der Fig. 6 dargestellte Einrichtung
noch näher, und gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauele
mente wie in der Fig. 6. Gemäß der Fig. 7 ist jeder der Schleif
kontaktpunkte 212 und 214 an einer Stelle angeordnet, so daß
er eine unterschiedliche Phasenlage hat, und er kann in der
Richtung A-B unter Beibehaltung dieser Phasenbeziehung bewegt
werden, wobei die Meßelemente bewegt werden.
Wenn bei dieser Ausführungsform die Meßelemente in einer be
stimmten Richtung bewegt werden, dreht sich die Kontaktpunkt
basis 210, so daß der Kontakt der Bürsten 216 und 218 mit jedem
der Schleifkontaktpunkte 212 bzw. 214 fortlaufend eingeschaltet
bzw. ausgeschaltet wird. Folglich erscheint ein Rechteck-Span
nungssignal, welches gemäß der Darstellung in der Fig. 8 an
den Klemmen 224 und 226 eine unterschiedliche Phasenlage hat.
Wenn die relative Phasenlage jedes Schleifkontaktpunktes fest
gelegt ist, können an den Klemmen 224 und 226 zwei Rechteck-
Wellensignale erhalten werden, und zwar mit einer Phasendifferenz
von 90 Grad, wie es in der Fig. 8 dargestellt ist. Die Verwendung
beider Signale erhöht die Meßgenauigkeit und das Auflösungsver
mögen der Messung, und es wird außerdem die Bewegungsrichtung
der Meßelemente unterschieden.
Bei dieser Ausführungsform sind die Schleifkontaktpunkte in
einer regelmäßigen Folge auf dem Umfang der walzenförmigen
Kontaktpunktbasis 210 verteilt, wobei die längere Seite parallel
zu der Achse P verläuft. Es ist technisch einfach, die Schleif
kontaktpunkte auf festen und konstanten Abständen anzuordnen,
wie es oben beschrieben wurde, und deshalb kann die Anzahl der
Schleifkontaktpunkte außerordentlich leicht vergrößert werden.
Folglich kann die Meßeinrichtung, welche die Anordnung gemäß
der oben beschriebenen Ausführungsform des Erfindungsgegen
standes verwendet, von geringer Größe sein und kann leicht
bedient und betrieben werden. Wenn gemäß der Darstellung in
der Fig. 6 die Schleifkontaktpunkte 212 und 214 getrennt in
Bezug auf die axiale Richtung ausgebildet sind, wächst der
Durchmesser der Kontaktpunktbasis 210 nicht. Wenn somit diese
Ausführungsform in Mikrometern verwendet wird, so wird ein
Spindeldurchgangsteil nicht konvex, und es lassen sich Mikro
meter herstellen, die mit einer Hand zu betätigen sind. Zu
sätzlich zu den obigen Ausführungen ist zu berücksichtigen,
daß im Falle der Anordnung des Dreh-Kodierers in Mikrometern
eine parallele, senkrechte und koaxiale Anordnung in Bezug auf
die Spindeln usw. mit Sicherheit gewährleistet sein muß. Bei
dem gemäß der Erfindung ausgebildeten Walzenkodierer jedoch
ist nur eine koaxiale Anordnung erforderlich, und es werden
die Herstellung, der Zusammenbau und die Justierung der Bau
teile erheblich vereinfacht. Außerdem ist ersichtlich, daß
bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Zusammenbau und die
gesamte Fertigung vereinfacht werden, da die lediglich erfor
derliche koaxiale Anordnung unter den drei oben genannten Be
dingungen am einfachsten zu erfüllen ist.
Weiterhin ist es technisch auch einfach, walzenförmige oder
säulenförmige Bauteile mit einem perfekten Kreisquerschnitt
herzustellen und mit hoher Zuverlässigkeit die Mittelachse fest
zustellen. Bei der in der Fig. 6 veranschaulichten bevorzugten
Ausführungsform sind der perfekte Kreisquerschnitt und die ge
naue Mittelachse der walzenförmigen Kontaktpunktbasis 210
leicht zu erreichen. Folglich haben bei der in der Fig. 6
dargestellten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes die
Schleifkontaktpunkte 212 und 214 gegenüber den Bürsten 216
und 218 keine Neigung, und der Kontaktdruck wird stets zwischen
den Schleifkontaktpunkten 212 und 214 einerseits und den Bürsten
216 und 218 andererseits konstant gehalten. Folglich verursacht
die hier beschriebene Ausführungsform kein Rauschen in dem
rechteckförmigen Wellensignal und die Meßergebnisse der Meß
einrichtung erzeugen keinen Fehler.
In der Fig. 9 ist eine fünfte bevorzugte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes veranschaulicht, wobei gleiche Bezugs
zeichen gleiche Bauteile wie in der Fig. 6 bezeichnen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß als Kontaktpunkt
basis 210 eine Hohlwalze verwendet wird.
Diese Ausführungsform hat auch den Vorteil, daß das Trägheits
moment der Kontaktpunktwalze 210 klein ist und daß die Schleif
kontaktpunkte innerhalb oder außerhalb der Kontaktpunktbasis
210 angeordnet sein können.
Die Fig. 10, 11, 12 und 13 zeigen eine sechste bevorzugte
Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes, wobei gleiche Be
zugszeichen entsprechend gleiche Bauteile wie in der Fig. 6
bezeichnen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß ein proportionaler
Kontaktdruck zwischen jeder Bürste und den Schleifkontakt
punkten besteht, und zwar für den Fall, daß eine Mehrzahl von
Bürsten verwendet werden.
Gemäß der Darstellung in der Zeichnung wird als Kontaktpunkt
basis 210 eine Hohlwalze verwendet, und die Schleifkontaktpunkte
sind auf der Innenseite des Umfangs der Kontaktpunktbasis 210
angeordnet. Die Kontaktpunktbasis 210 ist auf einer Grundplatte
befestigt, die nicht dargestellt ist, und eine Anzahl von gleich
ausgebildeten Bürsten 230, 232 drehen sich gemeinsam mit den
Meßelementen, wobei fortlaufend und abwechselnd der Kontakt
mit den Schleifkontaktpunkten eingeschaltet bzw. ausgeschaltet
wird.
Gemäß der Darstellung in der Fig. 11 ist jede der Bürsten 230,
die in dieser Ausführungsform verwendet werden, an einer Träger
welle 236 befestigt, die ihrerseits an einer drehbaren Welle 234
angebracht ist, und zwar koaxial zur Achse P der drehbaren Welle
234, welche bei der Bewegung der Meßelemente rotiert. Auf der
Seite der Trägerwelle 236 ist eine Nut 238 angebracht. Die Bürsten
230 sind in der Nut mit Hilfe von Federn 240 und 242 bewegbar
gehalten, und die Federn sind auf der Trägerwelle 236 abgestützt.
Die Trägerwelle 236 ist als Leiter ausgebildet, und ein Leitungs
draht 244 ist zwischen der Trägerwelle 236 und den Bürsten 230
angeordnet. Ein Widerstand 220 und eine Batterie 222 sind mit
der Trägerwelle 236 verbunden, und zwar in derselben Weise wie
bei der anhand der Fig. 6 beschriebenen Ausführungsform. Die
Kontaktfläche der Bürsten 230 und 232 mit den Schleifkontakt
punkten ist wie ein Kreisbogen ausgebildet, entsprechend der
inneren Oberfläche der walzenförmigen Kontaktpunktbasis 10.
Die Bürsten 230 werden schwach auf die Gleitkontaktpunkte ge
drückt, wenn die Trägerwelle 236 angehalten wird, und sie wer
den durch die Zentrifugalkraft allmählich fest auf die Schleif
kontaktpunkte gedrückt, wenn die Rotationsgeschwindigkeit der
Trägerwelle 236 zunimmt. Folglich können die Bürsten 230 mit
demselben Druck wie andere Bürsten 232, die in derselben Weise
angeordnet sind, auf die Schleifkontaktpunkte gedrückt und mit
den Schleifkontaktpunkten in Berührung oder Kontakt gebracht
werden. Die Bürsten 230 und 232 sind an der Stelle angeordnet,
welche entlang dem Umfang um die Achse P denselben Winkel haben,
da die Schleifkontaktpunkte zu der Richtung der Achse P an
Stellen mit unterschiedlicher Phasenlage angeordnet sind. Folg
lich können die Rechteckwellensignale geliefert werden, welche
verschiedene Phasen haben.
In der Fig. 14 ist eine siebte bevorzugte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstandes dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen
gleiche Bauteile wie in der Fig. 12 bezeichnen.
In der Fig. 14 wird ein Fall veranschaulicht, bei welchem es
schwierig ist, eine Mehrzahl von Schleifkontaktpunkten mit ver
schiedenen Phasenlagen auf der Innenseite der Umfangsfläche der
Kontaktpunktbasis 210 anzuordnen, wie es bei der sechsten Aus
führungsform der Fall ist.
In der Fig. 14 ist die Kontaktpunktbasis 210 nicht dargestellt.
Auf der Innenseite der Umfangsfläche der Kontaktpunktbasis sind
zwei Gruppen von Schleifkontaktpunkten mit gleicher Phasenlage
angeordnet. Diesen zwei Gruppen von Schleifkontaktpunkten auf
der Innenseite des Umfangs der Kontaktpunktbasis 210 sind Bürsten
230 und 232 zugeordnet, die an unterschiedlichen Winkelpositionen
auf dem Umfang zur Achse P angeordnet sind und einen Kontakt
mit den Schleifkontaktpunkten herstellen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß im Falle der Ver
wendung einer Mehrzahl von Schleifkontaktpunkten, die auf der
Innenseite des Umfangs der Kontaktpunktbasis 210 angeordnet sind,
jede der Schleifkontaktpunktgruppen dieselbe Phase bekommt und
leicht positioniert werden kann.
Gemäß der obigen Beschreibung kann nach der Erfindung der Durch
messer der Kontaktpunktbasis auf ein Minimum gebracht werden,
so daß eine besonders kleine Meßeinrichtung erreicht wird. Wei
terhin enthalten die Meßergebnisse keinen Fehler, da die Schleif
kontaktpunkte und die Bürsten mit einem konstanten Druck ge
geneinander gedrückt und damit in Kontakt gebracht werden können.
Weiterhin ist es gemäß der Erfindung im Falle der Verwendung
einer Hohlwalze als Kontaktpunktbasis vorteilhaft, diese An
ordnung zusammen mit schnell bewegten Meßelementen zu verwen
den. Die Bürsten können auf der Innenseite und auf der Außen
seite des Umfangs der Kontaktpunktbasis angeordnet sein.
Wenn die Kontaktpunktbasis hohl ist und feststeht, und die Bürsten
gedreht werden, kann der Druck zwischen den Bürsten und den
Schleifkontaktpunkten proportional eingestellt werden. In die
sem Fall kann jeder der Schleifkontaktpunkte leicht auch für
den Fall ordnungsgemäß positioniert werden, daß die Bürsten
auf einer unterschiedlichen Winkelposition zu der axialen Rich
tung der Kontaktpunktbasis angeordnet sind, da jede der Schleif
kontaktpunktgruppen in derselben Phasenlage positioniert wer
den kann.
Wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Erfindungs
gegenstandes eine Hohlwalze als Kontaktpunktbasis verwendet
wird, wobei die Schleifkontaktpunkte auf der Innenseite und
auf der Außenseite des Umfanges der Kontaktpunktbasis ange
ordnet sein können und die Installation der Bürsten abwechselnd
einen Kontakt bei derselben Phase einschaltet und ausschaltet,
können auch nicht sauber ausgebildete Rechteckwellen-Ausgangs
signale ordnungsgemäß verarbeitet werden. Weiterhin ist es im
Hinblick auf die Verarbeitung von Rechtecksignalen, die nicht
exakt ausgebildet sind, von Vorteil, daß die Bürsten derart
angeordnet sind, daß der Kontakt bei verschieden positionierten
Schleifkontaktpunkten bei derselben Phasenlage eingeschaltet
und ausgeschaltet wird.
Die erfindungsgemäße Einrichtung ist außerordnetlich einfach
herzustellen.
Eine Massenproduktion der Kontaktpunktbasis kann vorzugsweise
dadurch erfolgen, daß walzenförmige Werkstücke mit einem vor
gegebenen Durchmesser in bestimmten Abständen abgeschnitten
werden, und auch der Zusammenbau ist leicht auszuführen,
und zwar in der Weise, daß sich kürzere Fertigungszeiten ergeben.
Da für alle Bürsten dasselbe Material verwendet werden kann, eignet
sich der Erfindungsgegenstand besonders gut für eine Massenpro
duktion.
Weiterhin können die Schleifkontaktpunkte in der Weise hergestellt
werden, daß die leitenden Schichten 248 vorab als dünne Schicht
oder Film 246 mit Hilfe eines Niederschlags ausgebildet werden.
Nachdem die dünnen Schichten oder Filme in bestimmte Größen zu
geschnitten sind, können sie auf dem Umfang der Kontaktpunkt
basis aufgeklebt werden, wodurch die Fertigung wesentlich ver
einfacht wird. Die Einrichtung kann mit der erforderlichen Ge
nauigkeit unter Beachtung des Unterschiedes im Durchmesser der
Kontaktpunktbasis leicht hergestellt werden, und zwar in der
Weise, daß der Abstand der leitenden Schichten in der Fig. 14
auf ein Minimum gebracht wird, um auf den Umfang der Kontakt
punktbasis aufgebracht oder aufgeklebt zu werden, welche einen
anderen Durchmesser hat.
Gemäß der Erfindung kann ein Kontaktpunkt-Kodierer für eine Meß
einrichtung mit besonders geringen Abmessungen hergestellt wer
den, und es kann gemäß der Erfindung weiterhin der Druck zwischen
den Bürsten und den Schleifkontaktpunkten konstant gehalten
werden. Schließlich ist der Erfindungsgegenstand im Hinblick
auf eine wirtschaftliche Fertigung besonders günstig ausge
bildet.
Claims (8)
1. Inkremental-Meßvorrichtung zum Messen einer Länge oder eines
Winkels mit einer Meßskala, welche einen mit Grobmeß-Kontakt
streifen ausgestatteten Grobmeßbereich aufweist, wobei die
Längeneinheit des Grobmeßbereichs ein ganzzahliges Viel
faches der Längeneinheit eines Feinmeßbereichs ist,
mit einer elektrischen Abtasteinrichtung, welche relativ
zu den Meßbereichen bewegbar und elektrische Impulse er
zeugt, die einem Impulszähler zugeführt werden,
dadurch gekennzeichnet,
- a) daß der Feinmeßbereich durch elektrisch leitende Fein meß-Kontaktstreifen (22-1, . . ., 22-12) festgelegt ist, dessen Widerstände sich von den Widerständen der Grob meßkontaktstreifen unterscheiden,
- b) daß die Abtasteinrichtung zumindest eine elektrische Kontaktbürste (24 a, 24 b, 24) aufweist, welche sowohl über die Grobmeß-Kontaktstreifen (20-1, 20-2, 20-3) als auch über die Feinmeß-Kontaktstreifen (22-1, . . ., 22-12) hinwegschleift und bei Kontakt mit einem Kontakt streifen jeweils einen elektrischen Zähl-Impuls erzeugt,
- c) daß ein Diskriminator zur Unterscheidung der durch die Grobmeß- und die Feinmeß-Kontaktstreifen erzeugten Zähl-Impulse vorgesehen ist,
- d) daß jeweils ein eigener Impuls-Zähler (30 a, 30 b) für die durch die Grobmeß- und die Feinmeß-Kontakt streifen erzeugten Zähl-Impulse vorhanden ist,
- e) daß für die Zählwerte der beiden Zähler jeweils eine gesonderte Anzeigeeinrichtung (32 a bzw. 32 b) vorge sehen ist und
- f) daß durch eine Berührung der Kontaktbürste (24 a, 24 b, 24) mit einem Grobmeß-Kontaktstreifen der Impuls-Zähler (30 b) für die Feinmeß-Kontaktstreifen jeweils auf Null stellbar ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine walzenförmige Kontaktpunktbasis vorgesehen
ist, welche Schleifkontaktpunkte aufweist, die auf
und entlang der Umfangsfläche in einer regelmäßigen
Folge und auf vorgebbaren Abständen angeordnet sind,
daß weiterhin Bürsten vorhanden sind, welche entlang
der Umfangsrichtung in Bezug auf die Kontaktpunktbasis
bewegbar sind, wobei ein Kontakt mit den Schleifkontakt
punkten abwechselnd eingeschaltet und ausgeschaltet wird
und wobei die Bewegung zusammen mit der Bewegung der Meß
elemente erfolgt.
3. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktpunktbasis massiv oder hohl ausgebildet
ist und die Schleifkontaktpunkte auf der Außenumfangs
fläche der Kontaktpunktbasis angeordnet sind.
4. Einrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Kontaktpunktbasis hohl ausgebildet ist und
die Schleifkontaktpunkte entlang der inneren Ober
fläche der Kontaktpunktbasis angeordnet sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Bürsten über Federn gehalten werden, die
auf einer Welle abgestützt sind, welche mit der Be
wegung der Meßelemente bewegbar, und zwar drehbar
angeordnet ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Schleifkontaktpunktgruppen in einer Mehrzahl
von Reihen zu der axialen Richtung der Kontaktpunkt
basis angeordnet sind und daß die Bürsten jeder Schleif
kontaktpunktgruppe zugeordnet sind, um das Einschalten
und das Ausschalten der Schleifkontaktpunktgruppen gleich
zeitig ausführen zu können.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von Bürsten derart angeordnet sind,
daß die verschiedenen Schleifkontaktpunkte mit derselben
Phasenlage eingeschaltet und ausgeschaltet werden.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Mehrzahl von Bürsten derart angeordnet sind, daß
die verschiedenen Schleifkontaktpunkte bei unterschiedli
chen Phasenlagen eingeschaltet und ausgeschaltet werden.
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