DE3420187C1 - Position-measuring device - Google Patents

Position-measuring device

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DE3420187C1
DE3420187C1 DE19843420187 DE3420187A DE3420187C1 DE 3420187 C1 DE3420187 C1 DE 3420187C1 DE 19843420187 DE19843420187 DE 19843420187 DE 3420187 A DE3420187 A DE 3420187A DE 3420187 C1 DE3420187 C1 DE 3420187C1
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German (de)
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Holmer Dipl.-Ing. 8225 Traunreuth Dangschat
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    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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    • G01D5/3473Circular or rotary encoders

Abstract

in a position-measuring device, a shaft (W) that is connected to a first object (01) is rotatably mounted in a housing (G) connected to a second object (02). The shaft (W) carries a first graduated plate (S1) having a first scale (T1) and a second graduated plate (S2) having a second scale (T2) as well as having a reference mark (R) absolutely assigned to the first scale (T1). A scanning unit (A1) fixed to the housing is provided for the purpose of scanning the first scale (T1). A second scanning unit (A2) is rotatably mounted on the shaft (W) for the purpose of scanning the second scale (T2) and the reference mark (R). Mounted on the housing (G) is a zero sensor (N) whose imaging optics (OT) are rigidly connected to the second scanning unit (A2). In order to reproduce a reference position after interrupted measurements and movements in the case of an arbitrary unknown instantaneous position of the objects (01, 02) relative to one another, the second scanning unit (A2) can, together with the imaging optics (OT), be pivoted relative to the second graduated plate (S2) and to the zero sensor (N) in order to scan the reference mark (R) and the zero sensor (N). The angle between the zero sensor (N) and the reference mark (R) is detected by means of a counter. <IMAGE>

Description

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1 solved.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins- The advantages achieved with the invention consist mainly

besondere 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 soiches 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.special in that the proposed position measuring device on easy and quick way to reproduce a reference position after interrupted Measurements and movements from unknown instantaneous positions are allowed without the objects to be measured must be moved. Such an object to be measured in form of a tool can thus in the event of an interruption of the measuring process and the machining process remain in engagement on the workpiece due to a malfunction, so that after remedying the Disturbance and re-determination of the reference position of the interrupted machining process can be continued immediately. Withdrawing the tool from the point of engagement on the workpiece and a renewed exact return to this point of engagement is time consuming and difficult and can damage the workpiece. Furthermore, for example in industrial robots, there are program-controlled checks the respective reference positions between individual work processes possible, whereby the operational safety of such systems is significantly increased.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen. Advantageous developments of the invention can be found in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. An embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing explained.

Die in der Figur im Längsschnitt dargestellte inkrementale Winkelmeßeinrichtung ist mit einem Gehäuse G an einem zweiten zu messenden Objekt 02, beispielsweise an einem Gehäuse eines nicht gezeigten.lndustrierobolers befestigt. Im Inneren des Gehäuses G ist eine Welle W mittels erster Lager L 1 drehbar gelagert und trägt eine erste Teilscheibe S 1 mit einer ersten Inkrementalteilung Tl, die lichtelektrisch von einer im Gehäuse G befestigten ersten Abtasteinheit A 1 abgetastet wird, die eine erste Beleuchtungseinheit B 1, einen ersten Kondensor K 1, eine erste Abtastplatte AP 1 mit zwei nicht dargestellten ersten Teilungsabtastfeldern sowie zwei erste Photoelemente P1 aufweist. Die erste Inkrementalteilung Tal in Form eines Radialgitters besteht für ein Durchlichtmeßverfahren aus lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Streifen, die abwechselnd aufeinander folgen. Der ersten Inkrementalteilung T 1 der ersten Teilscheibe S 1 sind auf der ersten Abtastplatte AP 1 die beiden ersten Teilungsabtastfelder zugeordnet, die zur Erkennung der Drehrichtung der ersten Teilscheibe S 1 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 Wist mit einem ersten zu messenden Objekt 01 in Form eines Armes des Industrieroboters verbunden. The incremental angle measuring device shown in longitudinal section in the figure is with a housing G on a second object 02 to be measured, for example attached to a housing of an industrial robot, not shown. Inside the Housing G is rotatably mounted and carries a shaft W by means of first bearings L 1 a first graduated disk S 1 with a first incremental graduation Tl, the photoelectrically is scanned by a fixed in the housing G first scanning unit A 1, the a first lighting unit B 1, a first condenser K 1, a first scanning plate AP 1 with two first division scanning fields (not shown) and two first ones Has photo elements P1. The first incremental division valley in the form of a radial grid consists of translucent and opaque for a transmitted light measurement method Stripes that follow one another alternately. The first incremental graduation T 1 of the first graduated disk S 1 are the first two on the first scanning plate AP 1 Graduation scanning fields assigned to detect the direction of rotation of the first graduated disk S 1 by a quarter of the graduation period of the first incremental graduation T1 to one another are offset; the divisions of the first two division scan fields, each of which a first photo element P1 is assigned, agree with the first incremental division T1 match. The shaft W protruding from the housing G is to be measured first Object 01 connected in the form of an arm of the industrial robot.

Beim eigentlichen Meßvorgang wird bei einer Drehung der Welle W und damit der ersten Teilscheibe S 1 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 wer- den. Diese Impulse werden einem Zähler der Auswerteinrichtung zur Zählung zugeführt und können in einer nachgeschalteten Anzeigeeinheit als Positionsmeßwerte in digitaler Form angezeigt oder direkt einer numerischen Steuereinrichtung des Industrieroboters zugeleitet werden. During the actual measuring process, when the shaft is rotated W and so that the first partial disk S 1 the first incremental graduation T1 relative to the two first division scanning fields on the housing-fixed first scanning plate AP 1 rotated. The luminous flux emanating from the first lighting unit B 1 becomes by the graduations of the first incremental graduation T1 that are moved relative to one another and the first two graduation scan fields modulates and falls on the associated ones first two photo elements P1. the two periodic ones that are 90 "out of phase with each other Supply analog signals, which in an evaluation device, not shown, of the angle measuring device transformed into impulses the. These pulses are sent to a counter in the evaluation device for counting and can be used in a downstream display unit as measured position values displayed in digital form or directly to a numerical control device of the Industrial robots are fed.

An der Welle Wist konzentrisch zur ersten Teilscheibe S1 eine zweite Teilscheibe S2 mit einer zweiten Inkrementalteilung T2 und mit einer der ersten Inkrementalteilung T1 absolut zugeordnete Referenzmarke R befestigt. Die zweite Inkrementalteilung T2 und die Referenzmarke R auf der zweiten Teilscheibe S2 werden ebenfalls lichtelektrisch von einer zweiten Abtasteinheit A 2 abgetastet, die eine zweite Beleuchtungseinheit B 2, einen zweiten Kondensor K 2, eine zweite Abtastplatte AP2 sowie drei zweite Photoelemente P2 aufweist und im Gehäuse G auf der Welle W mittels zweiter Lager L2 relativ zur zweiten Teilscheibe S2 und zum Gehäuse Drehbar gelagert ist. On the shaft W is a second concentric to the first graduated disk S1 Indexing disk S2 with a second incremental graduation T2 and with one of the first Incremental graduation T1 absolutely assigned reference mark R attached. The second Incremental graduation T2 and the reference mark R on the second graduated disk S2 also scanned photoelectrically by a second scanning unit A 2, the one second lighting unit B 2, a second condenser K 2, a second scanning plate AP2 and three second photo elements P2 and in the housing G on the shaft W Rotatable by means of second bearing L2 relative to second partial disk S2 and to the housing is stored.

Auf der zweiten Abtastplatte AP2 der zweiten Abtasteinheit A 2 sind der zweiten Inkrementalteilung T2 der zweiten Teilscheibe S2 zwei nicht dargestellte zweite Teilungsabtastfelder zugeordnet, die zur Erkennung der Drehrichtung der zweiten Abtastplatte AP2 um ein Viertel der Teilungsperiode der zugehörigen zweiten Inkrementalteilung T2 zueinander versetzt sind; die Teilungen der beiden zweiten Teilungsabtastfelder stimmen mit der zweiten Inkrementalteilung T2 überein. Den beiden zweiten Teilungsabtastfeldern sind jeweils ein zweites Photoelement P2 in der zweiten Abtasteinheit A 2 zugeordnet. On the second scanning plate AP2 of the second scanning unit A 2 are of the second incremental graduation T2 of the second partial disk S2, two not shown second division scanning fields assigned to detect the direction of rotation of the second Scanning plate AP2 by a quarter of the graduation period of the associated second incremental graduation T2 are offset from one another; the divisions of the two second division scan fields match the second incremental graduation T2. The two second division scan fields a second photo element P2 is assigned in the second scanning unit A 2.

Die Referenzmarke R der zweiten Teilscheibe S2 besteht aus einer Strichgruppe mit einer unregelmäßigen Strichverteilung, der auf der zweiten Abtastplatte AP2 der zweiten Abtasteinheit A 2 ein Referenzmarkenabtastfeld mit einer identischen Strichverteilung zugeordnet ist. Dem Referenzmarkenabtastfeld auf der zweiten Abtastplatte AP2 ist ein zweites Photoelement P2 in der zweiten Abtasteinheit A 2 zugeordnet. The reference mark R of the second graduated disk S2 consists of one Line group with an irregular line distribution on the second scanning reticle AP2 of the second scanning unit A 2 has a reference mark scanning field with an identical one Line distribution is assigned. The reference mark scanning field on the second scanning plate AP2 is assigned a second photo element P2 in the second scanning unit A 2.

Im Gehäuse G ist ein lichtelektrischer Nullsensor N mit einer dritten Beleuchtungseinheit B 3 und mit einem dritten Photoelement P3 befestigt. Mit der auf der Welle W drehbar gelagerten zweiten Abtasteinheit A 2 ist ein eine Nullstellung festlegendes Element in Form einer Abbildungsoptik OT befestigt, die bei einer Drehung der zweiten Abtasteinheit A 2 in einer bestimmten Position zwischen der dritten Beleuchtungseinheit B3 und dem dritten Photoelement P3 den von der dritten Beleuchtungseinheit B3 ausgehenden Lichtstrom auf das dritte Photoelement P3 fokussiert, so daß das dritte Photoelement P3 ein Nullsignal abgibt, das eine bestimmte Absolutposition der drehbaren zweiten Abtasteinheit A 2 bezüglich des Gehäuses G kennzeichnet. In the housing G is a photoelectric zero sensor N with a third Lighting unit B 3 and attached to a third photo element P3. With the on the shaft W rotatably mounted second scanning unit A 2 is a zero position fixing element in the form of imaging optics OT attached, which upon rotation the second scanning unit A 2 in a certain position between the third Lighting unit B3 and the third photo element P3 from the third lighting unit B3 outgoing luminous flux focused on the third photo element P3, so that the third photo element P3 emits a zero signal that has a certain absolute position the rotatable second scanning unit A 2 with respect to the housing G identifies.

Bei einer inkrementalen Positionsmeßeinrichtung ist es von großer Bedeutung, zu Beginn einer Messung einer Bezugsposition für die erste Teilscheibe S1 zu bestimmen, die als Ausgangsposition für die Messung dient und die auch nach Störfällen wieder reproduziert werden kann. In the case of an incremental position measuring device, it is of great importance Meaning, at the beginning of a measurement of a reference position for the first graduated disk S1 to determine which serves as the starting position for the measurement and which also after Accidents can be reproduced again.

Es wird davon ausgegangen, daß vor Beginn einer Messung oder auch im Störfall, bei dem - beispielsweise durch Stromausfall - bekanntlich bei inkrementalen Positionsmeßeinrichtungen der Positionsmeßwert verloren geht, sich die relativ zueinander beweglichen, zu messenden Objekte 01, 0 2 im Stillstand befinden. Die erste Teilscheibe S 1 befindet sich also in einer Position, in der die Lage ihres Teilungsnullpunktes relativ zum Gehäuse Gicht bekannt ist. It is assumed that before starting a measurement or also in the event of a malfunction, in which - for example, due to a power failure - is known to occur with incremental Position measuring devices the position measured value is lost, which are relative to each other movable objects to be measured 01, 0 2 are at a standstill. The first dividing disk S 1 is therefore in a position in which the position of its zero point of division relative to housing gout is known.

Zur Gewinnung dieser Bezugsposition muß nun die momentane Position der ersten Teilscheibe S I bezüglich des Gehäuses G bestimmt werden. Zu diesem Zweck wird die Eichbetriebsart eingeschaltet, indem die zweite Abtasteinheit A 2 mitsamt der Abbildungsoptik OT des lichtelektrischen Nullsensors N von einem im Gehäuse G befestigten Motor Müber ein Getriebe Zin Drehung versetzt wird. Zuerst möge beispielsweise die Abbildungsoptik OT des Nullsensors N in Koinzidenz mit der dritten Beleuchtungseinheit B 3 und dem dritten Photoelement P3 gelangen, so daß das dritte Photoelement P3 ein Nullsignal liefert, das den Zähler der Auswerteeinrichtung auf den Wert Null setzt und ihn gleichzeitig startet Von diesem Zeitpunkt an werden die zweite Inkrementalteilung T2 der stillstehenden zweiten Teilscheibe S2 von den beiden zweiten Teilungsabtastfeldern auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 abgetastet und die von den zugehörigen'zweiten Photoelementen P2 erzeugten periodischen Analogsignale ausgewertet und die Zählimpulse dem Zähler zugeführt. The current position must now be used to obtain this reference position of the first partial disk S I with respect to the housing G can be determined. To this end the calibration mode is switched on by including the second scanning unit A 2 the imaging optics OT of the photoelectric zero sensor N from one in the housing G mounted motor M is set in rotation via a gear unit. First, for example the imaging optics OT of the zero sensor N in coincidence with the third lighting unit B 3 and the third photo element P3 arrive, so that the third photo element P3 supplies a zero signal which sets the counter of the evaluation device to the value zero sets and starts it at the same time. From this point on, the second incremental division takes place T2 of the stationary second graduated disk S2 of the two second graduation scanning fields scanned on the rotating second scanning plate AP2 and that of the associated 'second Photo elements P2 generated periodic analog signals evaluated and the counting pulses fed to the counter.

Nach dem Zählerstart und dem Beginn der Zählung der Teilungsinkremente der zweiten Inkrementalteilung T2 werden irgendwann die Referenzmarke R der stillstehenden zweiten Teilscheibe S2 vom zugehörigen Referenzmarkenabtastfeld auf der sich drehenden zweiten Abtastplatte AP2 abgetastet und durch ein Signal des zugehörigen zweiten Photoelements P2 der zweiten Abtasteinheit A 2 der Zähler der Auswerteeinrichtung gestoppt. Der im Zähler ermittelte Zählwert für den Verstellweg der zweiten Abtasteinheit A 2 in Form des Drehwinkels zwischen dem Nullsensor N und der Referenzmarke R auf der zweiten Teilscheibe S2 gibt direkt den absoluten Positionswert an, den die erste Teilscheibe S 1 und die zweite Teilscheibe S2 momentan zum Gehäuse G einnehmen, da die Referenzmarke R direkt den Teilungsnullpunkt der zugehörigen ersten Inkrementalteilung T1 auf der ersten Teilscheibe S1 darstellt; der Motor Mwird stillgesetzt und der Eichvorgang ist damit beendet. After the start of the counter and the start of counting the division increments of the second incremental graduation T2 will eventually become the reference mark R of the stationary one second index disk S2 from the associated reference mark scanning field on the rotating second scanning plate AP2 and scanned by a signal from the associated second Photo element P2 of the second scanning unit A 2, the counter of the evaluation device stopped. The count value determined in the counter for the adjustment path of the second scanning unit A 2 in the form of the angle of rotation between the zero sensor N and the reference mark R. of the second index disk S2 directly indicates the absolute position value that the first Partial disk S 1 and the second partial disk S2 currently occupy the housing G, because the reference mark R is directly the zero point of the associated first incremental graduation T1 represents S1 on the first graduated disk; the motor M is stopped and the This ends the calibration process.

Vom Zeitpunkt der Abtastung der Referenzmarke R auf der zweiten Teilscheibe S2 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 T 1 mittels der beiden ersten Teilungsabtastfelder auf der gehäusefesten ersten Abtastplatte AP 1 und mittels der beiden zugehörigen ersten Photoelemente P1 der ersten Abtasteinheit A 1 erzeugt werden. Beim Auftreten von Störungen, beispielsweise bei Stromausfall, kann die Bezugsposition der ersten Teilscheibe S 1 bezüglich des - Gehäuses G sinngemäß mittels des vorbeschriebenen Eichvorgangs reproduziert werden, auch wenn die erste Teilscheibe S 1 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. From the time the reference mark R is scanned on the second graduated disk S2 on, the counter can use the counting pulses again for the actual measuring process are fed during the rotation of the first graduated disk S1 with respect to the housing G by scanning the first incremental graduation T 1 by means of the first two Division scanning fields on the housing-fixed first scanning plate AP 1 and by means of of the two associated first photo elements P1 of the first scanning unit A 1 will. In the event of malfunctions, for example in the event of a power failure, the Reference position of the first partial disk S 1 with respect to the - housing G by analogy means of the calibration process described above can be reproduced, even if the first graduated disk S 1 cannot be moved out of its current position because, for example just a tool that is in operative connection with the shaft W via the arm of the industrial robot is in engagement with a workpiece to be machined when the fault occurs.

Die Drehung der zweiten Abtasteinheit A 2 erfolgt für den Eichvorgang oder den Reproduktionsvorgang wegen der mit der zweiten Beleuchtungseinheit B 2 und den zweiten Photoelementen P2 verbundenen elektrischen Leitungen El 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. The second scanning unit A 2 is rotated for the calibration process or the reproduction process because of the problems with the second lighting unit B 2 and electrical lines E1 connected to the second photo elements P2 only via a swivel range that is slightly larger than a full circle in both Directions of rotation. The angle measuring device is connected to the electrical lines E2 Evaluation device and connected to a power supply.

In nicht dargestellter Weise kann die Stromversorgung der zweiten Abtasteinheit A 2 statt durch elektrische Leitungen E 1 auch durch Schleifringe erfolgen; in diesen Fällen kann die zweite Abtasteinheit A 2 in beiden Drehrichtungen um beliebig viele Umdrehungen gedreht werden. In a manner not shown, the power supply of the second Scanning unit A 2 instead of electrical lines E 1 also by slip rings take place; in these cases the second scanning unit A 2 can rotate in both directions rotated by any number of revolutions.

In nicht dargestellter Weise können auf der zweiten Teilscheibe S2 anstelle der Referenzmarke R auch mehrere Referenzmarken vorgesehen sein, die dann allerdings zur gegenseitigen Unterscheidung einer Codierung bedürfen. Derartige kodierte Referenzmarken sind beispielsweise in der DE-OS 30 39 483 beschrieben. Zur Abtastung der Codemarken für diese Referenzmarken muß auf der zweiten Abtastplatte AP2 ein zugehöriges Codemarkenabtastfeld vorhanden sein. Das Vorsehen nur einer Referenzmarke auf der zweiten Teilscheibe S2 besitzt den Vorteil einer besonders einfachen Herstellung der zweiten Teilscheibe S2, da eine einzige Referenzmarke keiner Codierung zur Unterscheidung bedarf. Das Vorsehen mehrerer Referenzmarken auf der zweiten Teilscheibe S2 weist den Vorteil auf, daß von der zweiten Abtasteinheit A 2 zur Abtastung der nächstgelegenen Referenzmarke nur kleine Winkelwege beim Eichvorgang oder beim Reproduktionsvorgang zurückgelegt werden müssen, und zwar in beiden Drehrichtungen. Dieser Reversierbetrieb durch ein als Reversiergetriebe ausgebildetes Getriebe Z ermöglicht auf schnelle und einfache Weise zwischen einzelnen Bearbeitungsabläufen beispielsweise programmgesteuerte Überprüfungen der jeweiligen Bezugspositionen. In a manner not shown, on the second partial disk S2 instead of the reference mark R also several reference marks can be provided, which then however, a coding is required to distinguish them from one another. Such Coded reference marks are described in DE-OS 30 39 483, for example. To scan the code marks for these reference marks must be on the second scanning plate AP2 an associated code mark scanning field must be present. Providing only one Reference mark on the second graduated disk S2 has the advantage of a special one simple production of the second index plate S2, as there is a single reference mark no coding is required to differentiate. The provision of several reference marks on the second graduated disk S2 has the advantage that from the second scanning unit A 2 for scanning the closest reference mark only small angular paths during the calibration process or have to be covered during the reproduction process, in both directions of rotation. This reversing operation by a gear Z designed as a reversing gear enables you to switch between individual machining processes quickly and easily For example, program-controlled checks of the respective reference positions.

Anstelle eines lichtelektrischen Nullsensors können auch Nullsensoren auf magnetischer, kapazitiver oder induktiver Basis verwendet werden. Instead of a photoelectric zero sensor, zero sensors can also be used be used on a magnetic, capacitive or inductive basis.

Die Erfindung ist weder auf die gezeigte Winkelmeßeinrichtung noch auf lichtelektrische Abtastprinzipien beschränkt. The invention is neither on the angle measuring device shown nor limited to photoelectric scanning principles.

Claims (6)

Patentansprüche: 1. Positionsmeßeinrichtung zur Messung der Rela--tivlage zweier zueinander beweglicher Objekte, bei der eine Teilung eines mit dem ersten Objekt verbundenen Teilungsträgers von einer Abtasteinheit abtastbarist, 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 (T1) versehene erste Teilungsträger (S 1) ist mit einem zweiten Teilungsträger (S2) fest verbunden, der eine zweite Teilung (T2) und wenigstens eine der ersten Teilung (T1) des ersten Teilungsträgers (S1) absolut zugeordnete Referenzmarke (R) aufweist; b) zum Abtasten der ersten Teilung (T1) des ersten Teilungsträgers (S 1) ist die erste Abtasteinheit (A 1) fest mit dem zweiten Objekt (0 2) verbunden; c) zum Abtasten der mit der wenigstens einen Referenzmarke (R) versehenen zweiten Teilung (T2) des zweiten Teilungsträgers (52) ist eine zweite Abtasteinheit (A 2) relativ zum zweiten Teilungsträger (S 2) und relativ zum zweiten Objekt (0 2) verstellbar; d) am zweiten Objekt (02) ist ein Nullsensor (N) befestigt, dessen eine Nullstellung festlegendes Element (OT) mit der zweiten Abtasteinheit (A 2) verbunden und zusammen mit der zweiten Abtasteinheit (A 2) relativ zum zweiten Objekt (0 2) und zum Nullsensor (N) verstellbar ist; e) der Verstellweg der zweiten Abtasteinheit (A 2) entsprechend dem Abstand zwischen dem Nullsensor (N) und der wenigstens einen Referenzmarke (R) des zweiten Teilungsträgers (S 2) ist registrierbar. Claims: 1. Position measuring device for measuring the relative position two objects that can move relative to one another, one of which is shared with the first Object connected graduation carrier is scanned by a scanning unit, characterized by the following features for reproducing a reference position after an interrupted one Measurement and movement at any unknown instantaneous position of the one to be measured Objects-to one another: a) the first graduation carrier provided with the first graduation (T1) (S 1) is firmly connected to a second graduation carrier (S2), the second Graduation (T2) and at least one of the first graduation (T1) of the first graduation carrier (S1) has absolutely assigned reference mark (R); b) to scan the first Graduation (T1) of the first graduation carrier (S 1) is the first scanning unit (A 1) firmly connected to the second object (0 2); c) for scanning with the at least a reference mark (R) provided second graduation (T2) of the second graduation carrier (52) is a second scanning unit (A 2) relative to the second graduation carrier (S 2) and adjustable relative to the second object (0 2); d) is on the second object (02) a zero sensor (N) attached, its zero position defining element (OT) connected to the second scanning unit (A 2) and together with the second scanning unit (A 2) is adjustable relative to the second object (0 2) and to the zero sensor (N); e) the adjustment path of the second scanning unit (A 2) corresponding to the distance between the zero sensor (N) and the at least one reference mark (R) of the second graduation carrier (S 2) can be registered. 2. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teilungsträger (S2) in Form einer zweiten Teilscheibe konzentrisch mit dem ersten Teilungsträger (S 1) in Form einer ersten Teilscheibe fest verbunden ist und daß die zweite Abtasteinheit (A 2) mitsamt dem eine Nullstellung festlegenden Element (OT) konzentrisch zur zweiten Teilscheibe (52) drehbar gelagert und mittels eines Antriebes (M,Z) verdrehbar ist 2. Angle measuring device according to claim 1, characterized in that that the second graduation carrier (S2) is concentric in the form of a second graduated disk firmly connected to the first graduation carrier (S 1) in the form of a first graduated disk and that the second scanning unit (A 2) together with the one defining a zero position Element (OT) rotatably mounted concentrically to the second partial disk (52) and by means of a drive (M, Z) is rotatable 3. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nullsensor (N) aus einer dritten Beleuchtungseinheit (B3) und einem die dritte Beleuchtungseinheit (B 3) abtastenden dritten Photoelement (P3) besteht, die mit dem zweiten Objekt (02) fest verbunden sind und zwischen denen eine Abbildungsoptik (OT) zum Abbilden der dritten Beleuchtungseinheit (B3) auf das dritte Photoelement (P3) drehbar gelagert ist.3. Angle measuring device according to claim 1, characterized characterized in that the zero sensor (N) consists of a third lighting unit (B3) and a third photo element scanning the third lighting unit (B 3) (P3), which are firmly connected to the second object (02) and between them an imaging optics (OT) for imaging the third lighting unit (B3) the third photo element (P3) is rotatably mounted. 4. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens eine Referenzmarke (R) aus einer Strichgruppe mit einer bestimmten unregelmäßigen Strichverteilung besteht. 4. Angle measuring device according to claim 1, characterized in that that the at least one reference mark (R) from a group of lines with a certain irregular line distribution. 5. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb aus einem Motor (M)und aus einem Getriebe (Z)besteht 5. Angle measuring device according to claim 2, characterized in that that the drive consists of a motor (M) and a gear (Z) 6. Winkelmeßeinrichtung nach Anspruch5, da- durch gekennzeichnet, daß das Getriebe (Z) aus einem Reversiergetriebe besteht.6. Angle measuring device according to claim 5, that characterized in that the gear (Z) consists of a reversing gear consists. Die Erfindung betrifft eine Positionsmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. The invention relates to a position measuring device according to the preamble of claim 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 64381 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 zu einer Referenzmarke verstellt werden müssen. With position measuring devices it is used to determine reference positions known, relatively movable machine parts or measuring system parts from a To move the starting position up to a reference mark in order to remove the one that has been covered up to that point To determine the value and to save it or the reference mark to the reference position with to explain the value of "zero". One such method is with an incremental length or length Angle measuring device possible, as described in DE-PS 19 64381. This However, the method requires an unimpeded relative mobility of the to be measured Objects, since the components of the measuring device are firmly connected to the objects to be measured and must be adjusted to a reference mark together with them. 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. Sodann kann die Klemmung für den Maschinenschlitten wieder gelöst und der Schlitten in die gewünschte Position gefahren werden. From DE-OS 16 73 887 a measuring device is in a machine known that with a machine slide clamped on the machine bed Determination of a reference position allowed. First the sledge has to go there Position that is later to be declared to be zero as the reference position. Then the slide is clamped onto the machine bed. Then will Move the scanning plate of the measuring device relative to the scale until a reference mark is reached. When the reference mark is reached, the electronic counter becomes the Measuring device set to the value zero. Then the clamping for the machine slide released again and the slide moved to the desired position. Die Lage der Referenzmarke stellt also die Bezugsposition für die weiteren Arbeitsgänge dar.The position of the reference mark is the reference position for the further work steps. 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 Arbeitsvorganges, 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 auch durch den Stromausfall verloren, da auch die Messung unterbrochen wurde. Zur Fortführung des unterbrochenen Arbeitsvorganges 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. The known methods for determining a defined as a starting position The reference position, which takes place before the actual work processes, are with the However, described incremental measuring devices are no longer possible if Work processes have already been carried out and, for example, ongoing work processes have been interrupted will. This interruption of an ongoing work process, for example at a handling machine - generally referred to as an industrial robot possible due to power failure. The robot then remains in its current position stand; however, the measured value related to its original reference position is also possible lost due to the power failure, as the measurement was also interrupted. To continue of the interrupted work process, however, the reference position must be known. A return movement of the robot from its current position to the original one However, the initial situation is usually ruled out because, for example, a tool is currently in use is engaged. 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. The invention is based on the object of a position measuring device of the type mentioned, which eliminates the disadvantages of the known devices and it makes it possible, after the situation information has been lost, in unknown instantaneous positions reproduce a reference position without moving the objects to be measured.
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