DE3415091C1

DE3415091C1 - Positionsmeßeinrichtung

Info

Publication number: DE3415091C1
Application number: DE19843415091
Authority: DE
Inventors: Horst Dr. 8221 Truchtlaching Burkhardt
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1984-04-21
Filing date: 1984-04-21
Publication date: 1985-07-11
Also published as: JPH056845B2; JPS60236010A

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positionsmeßeinrichtung der genannten Gattung anzugeben, die die Nachteile der bekannten Einrichtungen beseitigt und es ermöglicht, nach Verlust der Lageinformation in unbekannten Momentanpositionen ohne Bewegung der zu messenden Objekte eine Bezugsposition zu reproduzieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die vorgeschlagene Positionsmeßeinrichtung auf einfache und schnelle Weise die Reproduktion einer Bezugsposition nach unterbrochenen Messungen und Bewegungen aus unbekannten Momentanpositionen erlaubt, ohne daß die zu messenden Objekte bewegt werden müssen. Ein solches zu messendes Objekt in Form eines Werkzeuges kann somit bei einer Unterbrechung des Meßvorganges und des Bearbeitungsvorganges durch eine Störung im Eingriff am Werkstück verbleiben, so daß nach Behebung der Störung und Wiederermittlung der Bezugsposition der unterbrochene Bearbeitungsvorgang unverzüglich wieder fortgesetzt werden kann. Ein Zurückziehen des Werkzeuges von der Eingriffstelle am Werkstück und ein erneutes genaues Wiederanfahren dieser Eingriffstelle ist zeitaufwendig und schwierig und kann zu Beschädigungen des Werkstückes führen. Ferner sind beispielsweise bei Industrierobotern programmgesteuerte Überprüfungen der jeweiligen Bezugspositionen zwischen einzelnen Arbeitsabläufen möglich, wodurch die Betriebssicherheit derartiger Systeme erheblich erhöht wird.
Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i g. 1 eine Winkelmeßeinrichtung im Längsschnitt, F i g. 2 eine Ansicht eines Ausschnittes einer zweiten Teilscheibe, F i g. 3 eine Ansicht eines Ausschnittes einer dritten Teilscheibe, F i g. 4 eine Ansicht einer zweiten Abtastplatte, F i g. 5 eine weitere Winkelmeßeinrichtung im Längsschnitt, Fig. 6 eine Ansicht eines Ausschnittes einer weiteren zweiten Teilscheibe, F i g. 7 eine Ansicht eines Ausschnittes einer weiteren dritten Teilscheibe, F i g. 8 eine Ansicht einer weiteren zweiten Abtastplatte und F i g. 9 eine modifizierte Winkelmeßeinrichtung im Längsschnitt.
Die in F i g. 1 im Längsschnitt dargestellte inkrementale Winkelmeßeinrichtung ist mit einem Gehäuse G an einem zweiten zu messenden Objekt 0 2, beispielsweise an einem Gehäuse eines nicht gezeigten Industrieroboters befestigt. Im Inneren des Gehäuses G ist eine Welle W mittels Lager L 1 drehbar gelagert und trägt eine erste Teilscheibe S1 mit einer ersten Inkrementalteilung Tt, die lichtelektrisch von einer im Gehäuse G befestigten ersten Abtasteinrichtung A 1 abgetastet wird, die eine erste Beleuchtungseinheit B 1, einen ersten Kondensor K 1, eine erste Abtastplatte AP 1 mit zwei ersten Teilungsabtastfeldern sowie zwei erste Photoelemente P 1 aufweist. Die erste Inkrementalteilung T1 in Form eines Radialgitters besteht für ein Durchlichtmeßverfahren aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen, die abwechselnd aufeinander folgen. Der ersten Inkrementalteilung T1 der ersten Teilscheibe S1 sind auf der ersten Abtastplatte AP 1 die beiden ersten Teilungsabtastfelder zugeordnet, die zur Erkennung der Drehrichtung der ersten Teilscheibe S1 um ein Viertel der Teilungsperiode der ersten Inkrementalteilung T1 zueinander versetzt sind; die Teilungen der beiden ersten Teilungsabtastfelder, denen jeweils ein erstes Photoelement P1 zugeordnet ist, stimmen mit der ersten Inkrementalteilung T1 überein. Die aus dem Gehäuse G herausragende Welle W ist mit einem ersten zu messenden Objekt 01 in Form eines Armes des Industrieroboters verbunden.
Beim eigentlichen Meßvorgang wird bei einer Drehung der Welle W und damit der ersten Teilscheibe S1 die erste Inkrementalteilung T1 relativ zu den beiden ersten Teilungsabtastfeldern auf der gehäusefesten ersten Abtastplatte AP 1 gedreht. Der von der ersten Beleuchtungseinheit B 1 ausgehende Lichtstrom wird durch die relativ zueinander bewegten Teilungen der ersten Inkrementalteilung T1 und der beiden ersten Teilungsabtastfelder moduliert und fällt auf die zugehörigen beiden ersten Photoelemente P1, die zwei um 90" zueinander phasenversetzte periodische Analogsignale liefern, die in einer nicht gezeigten Auswerteeinrichtung der Winkelmeßeinrichtung in Impulse umgeformt werden. Diese Impulse werden einem Zähler der Auswerteeinrichtung zur Zählung zugeführt und können in einer nachgeschalteten Anzeigeeinheit als Positionsmeßwerte in digitaler Form angezeigt oder direkt einer numerischen Steuereinrichtung des Industrieroboters zugeleitet werden.
An der Welle Wist konzentrisch zur ersten Teilscheibe S1 eine zweite Teilscheibe S2 mit einer der ersten Inkrementalteilung T1 der ersten Teilscheibe S1 absolut zugeordneten ersten Referenzmarke R 1 befestigt (Fig. 2). In der Ebene der zweiten Teilscheibe S 2 ist an ihrer Peripherie konzentrisch eine kreisringförmige dritte Teilscheibe S3 angeordnet, die über eine transparente Trägerplatte TP am Gehäuse G befestigt ist und eine zweite Inkrementalteilung T2 und eine der zweiten Inkrementalteilung T2 absolut zugeordnete zweite Referenzmarke R 2 aufweist (F i g. 3).
Die erste Referenzmarke R 1 der zweiten Teilscheibe S2 sowie die zweite Inkrementalteilung T2 und die zweite Referenzmarke R2 der dritten Teilscheibe S3 werden ebenfalls lichtelektrisch von einer zweiten Abtasteinrichtung A 2 abgetastet, die eine zweite Beleuchtungseinheit B2, einen zweiten Kondensor K2, eine zweite Abtastplatte AP2 sowie ein zweites Photoelement P2 und dritte Photoelemente P3 aufweist und im Gehäuse G auf der Welle W mittels Lager L 2 relativ zur zweiten Teilscheibe S2 und zur dritten Teilscheibe S3 drehbar gelagert ist.
Auf der zweiten Abtastplatte AP2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 sind der zweiten Inkrementalteilung T2 der dritten Teilscheibe S3 zwei zweite Teilungsabtastfelder TF21, TF22 zugeordnet, die jeweils um ein Viertel der Teilungsperiode der zugehörigen zweiten Inkrementalteilung T2 zur Erkennung der Drehrichtung der zweiten Abtastplatte AP2 zueinander versetzt sind; die Teilungen der beiden zweiten Teilungsabtastfelder TF21, TF22 stimmen mit der zweiten Inkrementalteilung T2 überein.
Die erste Referenzmarke R 1 der zweiten Teilscheibe S2 und die zweite Referenzmarke R 2 der dritten Teilscheibe S3 bestehen jeweils aus identischen Strichgruppen mit einer bestimmten unregelmäßigen Strichverteilung, denen auf der zweiten Abtastplatte AP2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 ein erstes Referenzmarkenabtastfeld RF1 und ein zweites Referenzmarkenabtastfeld RF2 mit einer identischen Strichverteilung zugeordnet sind (Fig.4). Dem ersten Referenzmarkenabtastfeld RF1 auf der zweiten Abtastplatte AP2 sind ein zweites Photoelement P2 und den beiden zweiten Teilungsabtastfeldern TF21, TF22 und dem zweiten Referenzmarkenabtastfeld RF2 jeweils dritte Photoelemente P3 in der zweiten Abtasteinrichtung A 2 zugeordnet.
Bei einer inkrementalen Positionsmeßeinrichtung ist es von großer Bedeutung, zu Beginn einer Messung eine Bezugsposition für die erste Teilscheibe S1 zu bestimmen, die als Ausgangsposition für die Messungen dient und die auch nach Störfällen wieder reproduziert werden kann.
Es wird davon ausgegangen, daß sich vor Beginn einer Messung oder auch im Störfall, bei dem - beispielsweise durch Stromausfall - bekanntlich bei inkrementalen Positionsmeßeinrichtungen der Positionswert verloren geht, die relativ zueinander beweglichen, zu messenden Objekte 01, 02 im Stillstand befinden. Die erste Teilscheibe S1 befindet sich also in einer Position, in der die Lage ihres Teilungsnullpunktes relativ zum Gehäuse G nicht bekannt ist.
Zur Gewinnung dieser Bezugsposition muß nun die momentane Position der ersten Teilscheibe 81 bezüglich des Gehäuses G bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Eichbetriebsart eingeschaltet, indem die zweite Abtasteinrichtung A 2 von einem im Gehäuse G befestigten Motor M über ein Getriebe Z in Drehung versetzt wird. Zuerst möge beispielsweise das zweite Referenzmarkenabtastfeld RF2 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP 2 die zweite Referenzmarke R 2 auf der gehäusefesten dritten Teilscheibe S3 abtasten, so daß das zugehörige dritte Photoelement P3 der sich drehenden zweiten Abtasteinrichtung A 2 ein Signal liefert, das den Zähler der Auswerteeinrichtung auf den Wert Null setzt und ihn gleichzeitig startet. Von diesem Zeitpunkt an werden die von den zugehörigen dritten Photoelementen P3 bei der Abtastung der zweiten Inkrementalteilung T2 der gehäusefesten dritten Teilscheibe S3 mittels der zugehörigen zweiten Teilungsabtastfelder TF21, TF22 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 erzeugten periodischen Analogsignale ausgewertet und die Zählimpulse dem Zähler zugeführt.
Nach dem Zählerstart und dem Beginn der Zählung der Teilungsinkremente der zweiten Inkrementalteilung T2 wird irgendwann die erste Referenzmarke R 1 auf der stillstehenden zweiten Teilscheibe S2 vom zugehörigen ersten Referenzmarkenabtastfeld RUF 1 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 abgetastet und durch ein Signal des zugehörigen zweiten Photoelements P 2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 der Zähler der Auswerteeinrichtung gestoppt. Der im Zähler ermittelte Zählwert für den Verstellweg der zweiten Abtasteinrichtung A 2 in Form des Drehwinkels zwischen der ersten Referenzmarke R 1 und der zweiten Referenzmarke R 2 gibt direkt den absoluten Positionswert an, den die erste Teilscheibe S1 momentan zum Gehäuse G einnimmt, da die beiden Referenzmarken R 1, R 2 direkt den Teilungsnullpunkt der zugehörigen Inkrementalteilungen T1, T2 darstellen. Die zweite Abtasteinrichtung A 2 wird wieder in etwa in ihre Ausgangslage zurückgedreht und der Motor M stillgesetzt; der Eichvorgang ist damit beendet.
Vom Zeitpunkt der Abtastung der ersten Referenzmarke R 1 an kann der Zähler für den eigentlichen Meßvorgang wieder von den Zählimpulsen gespeist werden, die bei der Drehung der ersten Teilscheibe S1 bezüglich des Gehäuses G durch die Abtastung der ersten Inkrementalteilung T1 mittels der beiden ersten Teilungsabtastfelder auf der gehäusefesten ersten Abtastplatte AP 1 und mittels der beiden zugehörigen ersten Photoelemente P1 der ersten Abtasteinrichtung A 1 erzeugt werden. Beim Auftreten von Störungen, beispielsweise bei Stromausfall, kann die Bezugsposition für die erste Teilscheibe S1 sinngemäß mittels des vorbeschriebenen Eichvorgangs reproduziert werden, auch wenn die erste Teilscheibe S1 nicht aus ihrer Momentanposition heraus bewegt werden kann, weil beispielsweise gerade ein Werkzeug, das über den Arm des Industrieroboters mit der Welle W in Wirkverbindung steht, sich im Eingriff an einem zu bearbeitenden Werkstück befindet, wenn die Störung auftritt.
Das Vorsehen nur einer ersten Referenzmarke R 1 auf der zweiten Teilscheibe S2 und nur einer zweiten Referenzmarke R 2 auf der dritten Teilscheibe S3 besitzt den Vorteil einer besonders einfachen Herstellung der beiden Teilscheiben S 2. S 3.
Die Drehung der zweiten Abtasteinrichtung A 2 erfolgt für den Eichvorgang oder den Reproduktionsvorgang wegen der mit der zweiten Beleuchtungseinheit B2 und dem zweiten Photoelement P2 sowie den dritten Photoelementen P3 verbundenen elektrischen Leitungen E 1 nur über einen Schwenkbereich, der etwas größer als ein Vollkreis ist, und zwar in beiden Drehrichtungen. Die Winkelmeßeinrichtung ist über elektrische Leitungen E2 mit der Auswerteeinrichtung und einer Stromversorgung verbunden.
In nicht dargestellter Weise kann die Stromversorgung der zweiten Abtasteinrichtung A 2 statt durch die elektrischen Leitungen E 1 auch durch Schleifringe erfolgen; in diesem Fall kann die zweite Abtasteinrichtung A 2 in beiden Drehrichtungen um beliebig viele Umdrehungen gedreht werden, so daß ein Zurückdrehen der zweiten Abtasteinrichtung A 2 annähernd in ihre Ausgangslage nach einem Eichvorgang oder einem Reproduktionsvorgang nicht mehr erforderlich ist.
In F i g. 5 ist eine weitere Winkelmeßeinrichtung im Längsschnitt dargestellt, die im wesentlichen mit der Winkelmeßeinrichtung nach F i g. 1 übereinstimmt und dementsprechend auch die gleichen Bezugszeichen aufweist.
An der Welle Wist konzentrisch zur ersten Teilscheibe S1 eine zweite Teilscheibe S2 mit der ersten Inkrementalteilung T 1 der ersten Teilscheibe S1 absolut zugeordneten ersten Referenzmarken R li (i = 1, 2,...
befestigt, denen zur Identifizierung jeweils erste Codemarken C 1 s zugeordnet sind (F i g. 6). In der Ebene der zweiten Teilscheibe S2 ist an ihrer Peripherie konzentrisch eine kreisringförmige dritte Teilscheibe S3 angeordnet, die über eine transparente Trägerplatte TP am Gehäuse G befestigt ist und eine zweite Inkrementalteilung T2 und der zweiten Inkrementalteilung T2 absolut zugeordnete zweite Referenzmarken R 2i(i = 1,2,... n) aufweist, denen zur Identifizierung jeweils zweite Codemarken C2;zugeordnet sind (Fig. 7).
Die ersten Referenzmarken R li und die zugehörigen ersten Codemarken C1ider zweiten Teilscheibe S2 sowie die zweite Inkrementalteilung T2, die zweiten Referenzmarken R 2 und die zugehörigen zweiten Codemarken C2j werden ebenfalls lichtelektrisch von einer zweiten Abtasteinrichtung A 2 abgetastet, die eine zweite Beleuchtungseinheit B 2, einen zweiten Kondensor K2, eine zweite Abtastplatte AP2 sowie zweite Photoelemente P2 und dritte Photo elemente P 3 aufweist und im Gehäuse G auf der Welle Wmittels Lager L2 relativ zur zweiten Teilscheibe S2 und zur dritten Teilscheibe S3 drehbar gelagert ist.
Auf der zweiten Abtastplatte AP2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 sind der zweiten Inkrementalteilung T2 der dritten Teilscheibe S3 zwei zweite Teilungsabtastfelder TF21, TF22 zugeordnet, die jeweils um ein Viertel der Teilungsperiode der zugehörigen zweiten Inkrementalteilung T2 zur Erkennung der Drehrichtung der zweiten Abtastplatte AP2 zueinander versetzt sind; die Teilungen der beiden zweiten Teilungsabtastfelder TF21, TF22 stimmen mit der zweiten Inkrementalteilung T2 überein.
Die ersten Referenzmarken R 1 der zweiten Teilscheibe S2 und die zweiten Referenzmarken R 2 der dritten Teilscheibe S3 bestehen jeweils aus identischen Strichgruppen mit einer bestimmten unregelmäßigen Strichverteilung, denen auf der zweiten Abtastplatte AP2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 ein erstes Referenzmarkenabtastfeld RUF 1 und ein zweites Referenzmarkenabtastfeld RF2 mit einer identischen Strichverteilung zugeordnet sind (F i g. 8). Die Absolutpositionen der ersten Referenzmarken R 1 s zum Teilungsnullpunkt der ersten Inkrementalteilung T1 werden durch die zugehörigen ersten Codemarken C 1 und die Absolutpositionen der zweiten Referenzmarken R 2s zum Teilungsnullpunkt der zweiten Inkrementalteilung T2 durch die zugehörigen zweiten Codemarken C2i gekennzeichnet, die jeweils die Absolutpositionen der zugehörigen ersten Referenzmarken R 1 liund zweiten Referenzmarken R 2s als codierte Information, beispielsweise als sogenannten Barcode enthalten. Den ersten Codemarken C l sind auf der zweiten Abtastplatte AP2 ein erstes Codemarkenabtastfeld CF 1 und den zweiten Codemarken C2i ein zweites Codemarkenabtastfeld CF2 zugeordnet. Dem ersten Referenzmarkenabtastfeld RF1 und dem ersten Codemarkenabtastfeld CF1 auf der zweiten Abtastplatte AP2 sind jeweils zweite Photoelemente P2 und den beiden zweiten Teilungsabtastfeldern TF21, TF22, dem zweiten Referenzmarkenabtastfeld RF2 und dem zweiten Codemarkenabtastfeld CF2 jeweils dritte Photoelemente P3 in der zweiten AbtasteinrichtungA 2 zugeordnet.
Zur Gewinnung der Bezugsposition muß nun die momentane Position der ersten Teilscheibe S1 bezüglich des Gehäuses G bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Eichbetriebsart eingeschaltet, indem die zweite Abtasteinrichtung A 2 von einem im Gehäuse G befestigten Motor M über ein Getriebe Z in Drehung versetzt wird. Zuerst möge beispielsweise das zweite Referenzmarkenabtastfeld RF2 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 eine zweite Referenzmarke R 2 auf der gehäusefesten dritten Teilscheibe S3 abtasten, so daß das zugehörige dritte Photoelement P3 der sich drehenden zweiten Abtasteinrichtung A 2 ein Signal liefert, das den Zähler der Auswerteeinrichtung auf den Wert Null setzt und ihn gleichzeitig startet. Von diesem Zeitpunkt an werden die von den zugehörigen dritten Photoelementen P3 bei der Abtastung der zweiten Inkrementalteilung T2 der gehäusefesten dritten Teilscheibe S3 mittels der zugehörigen zweiten Teilungsabtastfelder TF21, TF22 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP 2 erzeugten periodischen Analogsignale ausgewertet und die Zählimpulse dem Zähler zugeführt.
Nach dem Zählerstart und dem Beginn der Zählung der Teilungsinkremente der zweiten Inkrementalteilung T2 wird irgendwann die nächstgelegene erste Referenzmarke R 1 auf der stillstehenden zweiten Teilschei- be S2 vom zugehörigen ersten Referenzmarkenabtastfeld RUF 1 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 abgetastet und durch ein Signal des zugehörigen zweiten Photoelements P2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 der Zähler der Auswerteeinrichtung gestoppt.
Gleichzeitig hat das erste Codemarkenabtastfeld cr1 auf der zweiten Abtastplatte AP2 aus der der abgetasteten ersten Referenzmarke R 1 zugehörigen ersten Codemarke C 1 i den absoluten Positionswert der ersten Referenzmarke R li abgelesen. Bei der Abtastung der zweiten Referenzmarke R 2 wurde gleichzeitig aus der zugeordneten zweiten Codemarke C2i vom zugehörigen zweiten Codemarkenabtastfeld CF2 auf der zweiten Abtastplatte AP2 der absolute Positionswert dieser zweiten Referenzmarke R 2i abgelesen. Diese beiden absoluten Positionswerte der ersten Referenzmarke R 1 s und der zweiten Referenzmarke R 2s werden in die Auswerteeinrichtung eingespeist. Dem absoluten Positionswert der ersten Referenzmarke R li werden der absolute Positionswert der zweiten Referenzmarke R 2 sowie der Zählwert im Zähler, der dem Winkelabstand zwischen der ersten Referenzmarke R 1 S und der zweiten Referenzmarke R 2 entspricht, vorzeichenrichtig überlagert. In der Auswerteeinrichtung steht nun der absolute Positionswert an, den die erste Teilscheibe S1 zum Gehäuse G momentan einnimmt. Die zweite Abtasteinrichtung A 2 wird wieder in etwa in ihre Ausgangslage zurückgedreht und der Motor M stillgesetzt; der Eichvorgang ist damit beendet.
Vom Zeitpunkt der Abtastung der ersten Referenzmarke Rli an kann der Zähler für den eigentlichen Meßvorgang wieder von den Zählimpulsen gespeist werden, die bei der Drehung der ersten Teilscheibe S1 bezüglich des Gehäuses G durch die Abtastung der ersten Inkrementalteilung T1 mittels der beiden ersten Teilungsabtastfelder auf der gehäusefesten ersten Abtastplatte AP 1 und mittels der beiden zugehörigen ersten Photoelemente P1 der ersten Abtasteinrichtung A 1 erzeugt werden. Beim Auftreten von Störungen, beispielsweise bei Stromausfall, kann die Bezugsposition für die erste Teilscheibe S1 sinngemäß mittels des vorbeschriebenen Eichvorgangs reproduziert werden, auch wenn die erste Teilscheibe S1 nicht aus ihrer Momentanposition heraus bewegt werden kann. weil beispielsweise gerade ein Werkzeug, das über den Arm des Industrieroboters mit der Welle W in Wirkverbindung steht, sich im Eingriff an einem zu bearbeitenden Werkstück befindet, wenn die Störung auftritt.
Das Vorsehen mehrerer erster Referenzmarken R 1 auf der zweiten Teilscheibe S2 und mehrerer zweiter Referenzmarken R 2 auf der dritten Teilscheibe S3 weist den Vorteil auf, daß von der zweiten Abtasteinrichtung A 2 zur Abtastung einer zweiten Referenzmarke R 2s und der nächstgelegenen ersten Referenzmarke Rli nur geringe Winkelwege beim Eichvorgang oder beim Reproduktionsvorgang zurückgelegt werden müssen, so daß auf einfache und schnelle Weise auch zwischen einzelnen Bearbeitungsabläufen beispielsweise programmgesteuerte Überprüfungen der jeweiligen Bezugspositionen ermöglicht werden.
Die Drehung der zweiten Abtasteinrichtung A 2 erfolgt für den Eichvorgang oder den Reproduktionsvorgang wegen der mit der zweiten Beleuchtungseinheit B2 und den zweiten Photoelementen P2 sowie den dritten Photoelementen P 3 verbundenen elektrischen Leitungen El ebenfalls über einen Schwenkbereich, der etwas größer als ein Vollkreis ist, und zwar in beiden Drehrichtungen. Die Winkelmeßeinrichtung ist über elektrische Leitungen E2 mit der Auswerteeinrichtung und einer Stromversorgung verbunden.
In nicht dargestellter Weise kann die Stromversorgung der zweiten Abtasteinrichtung A 2 statt durch die elektrischen Leitungen El auch durch Schleifringe erfolgen. In diesem Fall kann die zweite Abtasteinrichtung A 2 in beiden Drehrichtungen um beliebig viele Umdrehungen gedreht werden, so daß ein Zurückdrehen der zweiten Abtasteinrichtung A 2 annähernd in ihre Ausgangslage nach einem Eichvorgang oder einem Reproduktionsvorgang nicht mehr erforderlich ist.
In F i g. 9 ist eine andere Winkelmeßeinrichtung im Längsschnitt dargestellt, die im wesentlichen mit der Winkelmeßeinrichtung gemäß F i g. 5 übereinstimmt und dementsprechend auch die gleichen Bezugszeichen aufweist. Jedoch besteht die zweite Abtasteinrichtung A 2' aus zwei Abtasteinheiten AE2', AE2" mit zwei Beleuchtungseinheiten B2', B2", zwei Kondensoren K 2', K 2" und zwei Abtastplatten AP2', AP2". Diese beiden getrennten Abtastplatten AP2', AP2" ermöglichen es, die transparente Trägerplatte TP der F i g. 5 direkt als dritte Teilscheibe S3' auszubilden, so daß die kreisringförmige dritte Teilscheibe S3 der Fig. 5, die schwierig herauszustellen ist, entfallen kann. Der zweiten Teilscheibe S2 können somit die Abtastplatte AP2' und der dritten Teilscheibe S3' die Abtastplatte AP2" der zweiten Abtasteinrichtung A 2' in einem optimalen Abstand zugeordnet werden.
Auf der zweiten Teilscheibe S2 gemäß Fig. 6 ist noch eine dritte Inkrementalteilung T3 vorgesehen, die von einem dritten Teilungsabtastfeld TF3 auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 bei einem Eichvorgang oder einem Reproduktionsvorgang abgetastet wird. Das bei dieser Abtastung vom zugehörigen zweiten Photoelement P2 der zweiten Abtasteinrichtung A 2 gewonnene Analogsignal wird mit dem aus der ersten Referenzmarke Rtj gewonnenen Referenzsignal logisch verknüpft, so daß dieses Referenzsignal zur nachfolgenden Auswertung verbessert werden kann.
Die Erfindung ist weder auf die gezeigten Winkelmeßeinrichtungen noch auf lichtelektrische Abtastprinzipien beschränkt.

Claims

Patentansprüche: 1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier zueinander beweglicher Objekte, bei der eine Teilung eines mit dem ersten Objekt verbundenen Teilungsträgers von einer mit dem zweiten Objekt verbundenen Abtasteinrichtung abtastbar ist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale zum Reproduzieren einer Bezugsposition nach unterbrochener Messung und Bewegung bei beliebiger unbekannter Momentanposition der zu messenden Objekte zueinander: a) der mit der ersten Teilung (T 1) versehene erste Teilungsträger (S 1) ist mit einem zweiten Teilungsträger (S 2) fest verbunden, der wenigstens eine der ersten Teilung (T1) absolut zugeordnete erste Referenzmarke (R li) (i = 1, 2, ... n) aufweist; b) mit dem zweiten Objekt (02) ist ein dritter Teilungsträger (S3) fest verbunden, der eine mit wenigstens einer zweiten Referenzmarke (R 2i) versehene zweite Teilung (T2) aufweist; c) zum Abtasten der wenigstens einen ersten Referenzmarke (R 1i) des zweiten Teilungsträgers (52) und der mit der wenigstens einen zweiten Referenzmarke (R 2i) versehenen zweiten Teilung (T2) des dritten Teilungsträgers (S3) ist eine zweite Abtasteinrichtung (A 2) relativ zum zweiten Teilungsträger (S 2) und relativ zum dritten Teilungsträger (S3) verstellbar; d) der Verstellweg der zweiten Abtasteinrichtung (A 2) entsprechend dem Abstand zwischen der ersten Referenzmarke (R li) und der zweiten Referenzmarke (R 2s) ist registrierbar.
2. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: a) der zweite Teilungsträger (S2) in Form einer zweiten Teilscheibe ist mit dem ersten Teilungsträger (S1) in Form einer ersten Teilscheibe konzentrisch fest verbunden; b) der dritte Teilungsträger (S3) in Form einer kreisringförmigen dritten Teilscheibe ist konzentrisch zur zweiten Teilscheibe (S 2) fest mit dem zweiten Objekt (0 2) verbunden; c) die zweite Abtasteinrichtung (A 2) ist konzentrisch zur zweiten Teilscheibe (S2) und zur dritten Teilscheibe (S3) mittels eines Antriebs (M, Z) verdrehbar.
3. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den ersten Referenzmarken (R ls) jeweils erste Codemarken (C11) und den zweiten Referenzmarken (R 2 jeweils zweite Codemarken (C2i) zugeordnet sind, wobei die Codemarken (Cli, C2S) die absoluten Positionswerte der zugehörigen Referenzmarken (R li, R 2s) in verschlüsselter Form enthalten.
4. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet. daß die Referenzmarken (R 1,, R 2s) jeweils aus einer Strichgruppe mit einer bestimmten unregelmäßigen Strichverteilung bestehen.
5. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Abtasteinrichtung (A 2') zwei separate Abtastplatten (AP2', AP2") aufweist.
6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilungsträger (S2) eine dritte Inkrementalteilung (T3) aufweist.
7. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb (M, Z) aus einem Motor (M) und aus einem Getriebe (Z) besteht.

Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei Positionsmeßeinrichtungen ist es zur Ermittlung von Bezugspositionen bekannt, relativ zueinander bewegliche Maschinenteile oder Meßsystemteile aus einer Ausgangsposition bis zu einer Referenzmarke zu verfahren, um den bis dort zurückgelegten Wert zu ermitteln und zu speichern oder die Referenzmarke zur Bezugsposition mit dem Wert »Null« zu erklären. Ein solches Verfahren ist mit einer inkrementalen Längen-oder Winkelmeßeinrichtung möglich, wie sie in der DE-PS 19 64 381 beschrieben wird. Dieses Verfahren erfordert aber eine ungehinderte Relativbeweglichkeit der zu messenden Objekte, da die Bauteile der Meßeinrichtung fest mit den zu messenden Objekten verbunden sind und gemeinsam mit diesen bis zu einer Referenzmarke verstellt werden müssen.

Aus der DE-OS 16 73 887 ist eine Meßeinrichtung bei einer Maschine bekannt, die bei einem auf dem Maschinenbett festgeklemmten Maschinenschlitten die Ermittlung einer Bezugsposition erlaubt. Zuerst muß dort der Schlitten in diejenige Position gefahren werden, die später als Bezugsposition zu Null erklärt werden soll. Danach wird der Schlitten auf dem Maschinenbett festgeklemmt. Anschließend wird die Abtastplatte der Meßeinrichtung relativ zum Maßstab verfahren, bis eine Referenzmarke erreicht ist. Bei Erreichen der Referenzmarke wird der elektronische Zähler der Meßeinrichtung auf den Wert Null gesetzt. Sqdann kann die Klemmung für den Maschinenschlitten wieder gelöst und der Schlitten in die gewünschte Position gefahren werden.

Die Lage der Referenzmarke stellt also die Bezugsposition für die weiteren Arbeitsgänge dar.

Die bekannten Verfahren zur Ermittlung einer als Ausgangslage definierten Bezugsposition, die vor den eigentlichen Arbeitsvorgängen erfolgt, sind mit den beschriebenen inkrementalen Meßeinrichtungen jedoch dann nicht mehr möglich, wenn bereits Arbeitsgänge erfolgt sind und beispielsweise laufende Arbeitsgänge unterbrochen werden. Diese Unterbrechung eines laufenden Arbeitsganges, beispielsweise bei einem Handhabungsautomaten - im allgemeinen als Industrieroboter bezeichnet - ist durch Stromausfall möglich. Der Roboter bleibt dann in seiner momentanen Position stehen; der auf seine ursprüngliche Bezugsposition bezogene Meßwert geht aber durch den Stromausfall verloren, da auch die Messung unterbrochen wurde. Zur Fortführung des unterbrochenen Arbeitsganges müßte jedoch die Bezugsposition bekannt sein. Eine Rückbewegung des Roboters aus seiner Momentanposition in die ursprüngliche Ausgangslage scheidet aber in der Regel aus, weil beispielsweise gerade ein Werkzeug im Eingriff ist.