DE3427067C2 - Optisches Längenmeßverfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein hochauflösendes optisches Längenmeßverfahren zur absoluten Wegmessung, z. B. im allgemeinen Maschinen- und Gerätebau, unter den Bedingungen der automatisierten Produktion.

Es sind Meßverfahren zur absoluten Längenmessung bekannt, bei denen der Maßstab senkrecht zur Meßrichtung abgetastet wird. Bei diesen Verfahren enthalten die Absolutmaßstäbe mehrere in Meßrichtung nebeneinander angeordnete Codespuren (Trumpold, H.: Längenprüftechnik - Eine Einführung, 1. Auflage, VEB Fachbuchverlag Leipzig 1980). Nachteilig wirkt sich aus, daß bei diesen Verfahren der Auflösung Grenzen durch die technologische Herstellung des Maßstabes gesetzt sind und die Anzahl der Codespuren mit zunehmender Meßlänge steigt. Die Auflösung entspricht somit dem kleinsten realisierbaren Abstand der Strichmarkierungen. Weiterhin sind Absolutmaßstäbe bekannt, bei denen die Positionsinformation in mehreren in Meßrichtung nebeneinander angeordneten Codespuren enthalten ist und diese Spuren rechtwinklig zur Meßrichtung abgetastet werden. Dabei nimmt die Anzahl der Codespuren mit steigender Meßlänge und Auflösung zu. Hierbei ist die Auflösung vom kleinsten realisierbaren Abstand der Strichmarkierung abhängig. In DE 26 19 494 A1 wird eine "Optische Vorrichtung zur Bestimmung der Stellung eines beweglichen Organs" beschrieben, bei der eine Codespur verwendet wird, deren kodierte Kennzeichen durch eine Marke des Kodebeginns bestimmter Breite und eine Gruppe von Marken gebildet wird. Die Marke des Kodebeginns ist durch einen bestimmten Abstand von der Markengruppe getrennt. Jede Marke der Gruppe entspricht einer binären Ziffer. Mit der Gruppe von Marken wird die absolute Position der ihr zugeordneten Marke des Kodebeginns angegeben. Der Nachteil dieser Lösung besteht darin, daß bei Anwendung eines binären Codes keine Fehlersicherheit gewährleistet ist und sich die Maßstabsfehler linear fortsetzen. Der Abbildungsmaßstab sowie die Führungsrichtung zur Meßrichtung müssen sehr genau sein.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Längenmeßverfahren zu schaffen, das es ermöglicht, höhere Auflösungen als bei bisher bekannten Verfahren zu erzielen, wobei gleichzeitig mit geringeren Genauigkeitsanforderungen des Maßstabes als bisher ausgekommen werden soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem optischen Längenmeßverfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Teile, wobei der am ersten Teil angeordnete codierte Absolutmaßstab Maßstabsstriche und diesen zugeordnete codierte Marken aufweist und am zweiten Teil ein Abtastsystem angeordnet ist, das eine Abbildungsoptik und eine lineare Matrix von Sensorelementen aufweist, sowie unter Anwendung einer Auswerteelektronik, dadurch gelöst, daß als codierter Maßstab ein seriell codierter Maßstab verwendet wird, bei dem die codierten Marken Strichcodierungen und die Maßstabsstriche Elemente der Strichcodierungen sind. Durch geeignete Wahl der Strichcodierung wird eine sichere Fehlererkennung möglich. Der seriell codierte Maßstab wird längs in Meßrichtung so auf die lineare Matrix, die vorzugsweise als optoelektronischer Zeilensensor ausgebildet ist, projiziert, daß mindestens eine codierte Marke vollständig abgebildet wird. Das projizierte Bild wird im optoelektronischen Zeilensensor in elektrische Signale gewandelt, die einer logischen Schaltung zugeführt werden. Dort wird dieses elektrische Signal so weiterverarbeitet, daß aus der Strichcodierung die absolute Position des zugehörigen Maßstabsstriches und aus der Zuordnung dieses Maßstabsstriches und eines Zeilensensorelementes die Feinposition ermittelt wird. Damit entsteht in der logischen Schaltung aus der absoluten Position und der Feinposition das Meßergebnis. Dieses Meßergebnis kann durch abgespeicherte, gegebenenfalls in der Strichcodierung enthaltene Informationen korrigiert werden.

Ist der seriell codierte Absolutmaßstab kreisbogenförmig ausgebildet, kann bei bekanntem Radius aus der gewonnenen Information der Winkelwert bestimmt werden.

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

Auf dem seriell codierten Absolutmaßstab 1 sind Maßstabsstriche 2 und Strichcodierungen 3 so angeordnet, daß die Maßstabsstriche 2 Elemente der Strichcodierungen 3 bilden. Diese werden über eine Optik 5 in Meßrichtung 7 abgetastet und über einen optoelektronischen Zeilensensor 4 so abgebildet, daß mindestens eine Strichcodierung 3 und Maßstabsstrich 2 erfaßt werden. Dabei beinhaltet die Strichcodierung 3 die vollständige Information der Lageposition des zugehörigen Maßstabsstriches 2 und zusätzliche Informationen, die eine Lesefehlererkennung und eventuelle Fehlerkorrektur ermöglichen. Der optoelektronische Zeilensensor ist mit einer logischen Schaltung 6 verbunden, die aus der elektrischen Information des Zeilensensors das Meßergebnis bildet. Im konkreten Beispiel wurde eine CCD-Zeile mit einem Mikrorechner verbunden, der die Funktion der logischen Schaltung realisiert.

Claims (1)

1. Optisches Längenmeßverfahren zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Teile, bei dem
   ein am ersten Teil angeordneter codierter Absolutmaßstab, der Maßstabsstriche und diesen zugeordnete codierte Marken aufweist,
   ein am zweiten Teil angeordnetes Abtastsystem, das eine Abbildungsoptik und eine lineare Matrix von Sensorelementen aufweist, sowie
   eine Auswerteelektronik verwendet werden und
   bei dem ein auf die lineare Matrix abgebildeter Maßstabsstrich über die ihm zugeordnete und mit abgebildete codierte Marke identifiziert und aus der Lage des Maßstabsstriches auf der linearen Matrix die absolute Position der Teile zueinander bestimmt wird,
   dadurch gekennzeichnet,
   daß als codierter Absolutmaßstab ein seriell codierter Maßstab verwendet wird, bei dem die codierten Marken Strichcodierungen (3) und die Maßstabsstriche (2) Elemente der Strichcodierungen (3) sind
   und daß über die Strichcodierung (3) zusätzliche Informationen zur Korrektur des Positionswertes sowie zur Lesefehlererkennung gewonnen werden.