DE4101558A1

DE4101558A1 - Verfahren und anordnung zur auswertung von abstandskodierten messmarkenfeldern inkrementaler teilungstraeger

Info

Publication number: DE4101558A1
Application number: DE19914101558
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Klemme
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH; Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1990-02-07
Filing date: 1991-01-21
Publication date: 1991-08-08
Also published as: DD291832A5

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung abstandskodierter Meßmarkenfelder inkrementaler Teilungsträger für Längen- und Winkelmeßsysteme.

Bei der in der DE-OS 31 44 334 beschriebenen Wegmeßeinrich tung sind auf der Maßverkörperung neben einer Inkremental teilungsspur mehrere Referenzmarken angeordnet, wobei einer jeden Referenzmarke seriell wenigstens noch eine Kodemarke zur absoluten Lagebestimmung des die Maßverköperung abta stehenden Abtastkopfes zugeordnet ist. Die Abtastung der Kode marken erfolgt dabei vor dem Erreichen der zugehörigen Refe renzmarken. Die Auswertung der bei der Abtastung der Kodemar ken gewonnenen Signale erfolgt richtungsabhängig seriell, so daß sich noch mit Sicherheit die richtige Referenzmarke bestimmen läßt. Zur eindeutigen Bestimmung einer bestimmten Referenzmarke reicht das Abtasten einer Kodemarke aus, damit die Auswerteelektronik auf diese Referenzmarke vorbereitet werden kann.

Nachteilig bei dieser Wegmeßeinrichtung ist, daß die Ausle sezeit und Verfügbarkeit der gesamten Kodeinformation von der Relativgeschwindigkeit zwischen Maßverkörperung und Abtastkopf sowie von der Kodelänge abhängig ist, so daß der Zeitraum für eine Störbeeinflussung auf die Kodeinfor mation und damit auf den Absolutanschluß über einen grö ßeren Bereich variiert. Bei der dargelegten Anordnung ist eine richtungsabhängige Auswertung wie bei der seriellen Kodeerfassung nicht notwendig.

Aus der DE-PS 33 11 203 und der DE-PS 34 29 648 ist es bekannt, bei Winkelmeßeinrichtungen zur absoluten Positions bestimmung Anordnungen von Referenzmarken und kodierten Tei lungen auf Teilungsträgern vorzusehen, bei denen die Refe renzmarke als Bezugspunkt nachgeführt werden kann, wobei die Teilungsträger mit Getrieben zur Nachführung verbunden sind. Zu berücksichtigen ist hierbei, daß die Genauigkeit des Maßanschlusses mit Kodeinformation zur Gesamtteilung außer von der Teilungsgenauigkeit auch von der Genauigkeit der Bewegungsübertragung des Getriebes abhängt.

Eine weitere Anordnung mit Referenzmarken ohne Kodemarken bei inkrementalen Positioniersystemen wird in der DE-PS 29 52 106 dargelegt. Hier wird durch Abtastung zweier Markenfelder bei Systemausfall infolge Beleuchtungsänderung, Spannungsunter brechung usw. der Maßanschluß wieder hergestellt.

Es ist das Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und vor allem die Zuverlässigkeit und Störsicherheit bei inkrementalen Meßsystemen und damit deren Gebrauchswert zu erhöhen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Auswertung abstandskodierter Meßmarken felder inkrementaler Teilungsträger zu schaffen, welche eine absolute Positionserkennung bei hoher Meßdynamik und Stör sicherheit und mit geringem technischen Aufwand ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren zur Auswertung von abstandskodierten Meßmarkenfeldern inkremen taler Teilungsträger für Längen- und Winkelmeßsysteme, bei welchen die auf dem Teilungsträger angeordneten, die Ortsposition kennzeichnenden, als Kodemarken ausgebildeten Referenzmarken mit einem Abtastkopf, der ein Gegengitter und fotoelektrische Empfänger umfaßt, abgetastet werden, wobei die Referenzmarken mit der Meßteilung geometrisch und elek trisch in fester Beziehung stehen und die vom Abtastkopf bei der Abtastung der Meßteilung gelieferten elektrischen Si gnale einer Auswerteelektronik zugeführt werden, dadurch gelöst,
daß bei Abtastung des Teilungsträgers bei Erreichen von auf dem Teilungsträger beiderseits der Meßteilung angeordneter, als Gegentaktstrichfiguren ausgebildeter Übernahmemarken deren Informationsinhalt synchron mit dem Informationsinhalt der Kodemarken erfaßt wird, wobei der Informationsinhalt der Übernahmemarken in einem Differenzkomparator und der Infor mationsinhalt der Kodemarken in Mehrfachkomparatoren verar beitet werden,
daß das Ausgangssignal A des Differenzkomparators und Be grenzersignale B, bestehend aus 90° phasenverschobenen digi talen Signalen der Meßteilung mit einem nachgeschalteten Torgatter zum Freigabeimpuls synchronisiert und begrenzt werden, derart, daß ein gebildeter Freigabetaktimpuls an Auffangregister ausgesendet wird,
und daß durch zwei unabhängige Steuersignale S einmal der Freigabeimpuls über Torgatter getaktet wird und weiterhin die Auffangregister in den Zustand "Auffangen bzw. Durchstel len der Informationen der Kodemarken versetzt werden.

Eine Anordnung zur Auswertung von abstandskodierten Meßmar kenfeldern inkrementaler Teilungsträger für Längen- und Winkelmeßsysteme, wobei der Teilungsträger mit Meßteilung und Meßmarkenfeldern versehen ist und die Meßsysteme einen den Teilungsträger abtastenden Abtastkopf mit Gegengitter und fotoelektrischen Empfängern umfassen, und wobei die Meßmarkenfelder die Ortsposition des Abtastkopfes kenn zeichnende, als Kodemarken ausgebildete Referenzmarken ausge bildet sind und der Teilungsträger einander zugeordnete, inverse Hell-Dunkel-Striche umfassende Übernahmemarken be sitzt, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Mehrfachkomparatoren und einen Diffe renzkomparator umfaßt, die dem elektrische Ausgangssignale E₁ bis E_n liefernden Abtastkopf nachgeschaltet sind, wobei am Eingang der Mehrfachkomparatoren die durch Abtastung der Kodemarken und am Eingang des Differenzkomparators die durch Abtastung der Übernahmemarken gewonnenen Signale anliegen, daß der Ausgang des Differenzkomparators mit dem Eingang eines nachgeordneten ersten Torgatters verbunden ist, an welchem Eingänge für Begrenzersignale B vorgesehen sind, und daß dem ersten Torgatter ein zweites Torgatter nachge schaltet ist, an dessen Eingang ein Steuersignal S zur Tak tung des Freigabeimpulses anliegt und dessen Ausgang mit dem Auffangregister verbunden ist.

Vorteilhaft für die tolerierte Verdrehbewegung von Meßkopf und Teilungsträger und für die Optikjustage ist es, wenn die Übernahmemarken beiderseits der Kodemarken und annä hernd in deren quer zu ihrer Längserstreckung verlaufenden Symmetrieachse auf dem Teilungsträger angeordnet sind.

Mit dem Verfahren und der Anordnung werden insbesondere durch die Auswertung der im Gegentakt ausgewerteten Übernahmemar ken und durch die getaktete Übernahme der kodierten Ortspo sition des Abtastkopfes eine hohe Zuverlässigkeit und Stör sicherheit erreicht. Es werden kürzere Auslesezeiten bei geringerer Störbeeinflussung und hoher Meßdynamik erzielt. Der schaltungstechnische Aufwand ist gering.

Erst durch die Abtastung der Übernahmemarken wird gleichzei tig die Information der Kodemarken ausgelesen und damit der Störeinfluß aufgrund der begrenzten Auslesezeit vermindert. Durch das parallele getaktete Auslesen der Informationen der Kodemarken wird der Einfluß der Verfahrgeschwindigkeit des Abtastkopfes relativ zum Teilungsträger auf die Auswertezeit für die Kodeinformation weitgehend vermindert.

Die Erfindung soll nachstehend anhand einer in der Zeichnung als Blockschaltbild dargestellten Anordnung näher erläutert werden.

Auf einem Teilungsträger 1 eines inkrementalen Weg- oder Winkelmeßsystems befinden sich eine als Inkrementalteilung ausgebildete Meßteilung 2, als Kodemarken 3 ausgebildete Referenzmarken, die die jeweilige Ortsposition kennzeichnen, und beiderseits der Meßteilung 2 angeordnete, jeweils einan der zugeordnete s, inverse Hell-Dunkel-Striche umfassende Übernahmemarken 4 und 5, die mit der Meßteilung 2 geome trisch und elektrisch in fester Beziehung stehen. Zur Abta stung des Teilungsträgers 1 ist ein Abtastkopf 6 mit Gegen gitter und fotoelektrischen Empfängern (nicht dargestellt) vorgesehen. Die bei der Abtastung des Teilungsträgers 1 durch die fotoelektrischen Empfänger erzeugten kodierten Signale E₁ bis E_n werden nachgeschalteten Mehrfachkomparato ren 7 zugeleitet, die durch die Abtastung der Meßteilung 2 erhaltenen elektrischen Signale M werden einer Auswerteelek tronik 12 direkt zugeführt. Die durch Abtastung der Über nahmemarken 4 und 5 gewonnenen Signale U₁ und U₂ liegen am Eingang eines Differenzkomparators 8 an. Die Mehrfachkompara toren 7 sind mit nachgeschalteten Auffangregistern 9 verbun den. Der Ausgang A des Differenzkomparators 8 ist mit dem Eingang eines ersten Torgatters 10 verbunden, an dem zwei Begrenzersignale B zur Freigabeimpulsbegrenzung, bestehend aus 90° phasenverschobenen digitalen Signalen der Meßteilung 2, anliegen. Dem ersten Torgatter 10 ist ein zweites Torgat ter 11 nachgeschaltet, wobei Steuersignale S zur Taktung des Torgatters 11 und zur Übernahmeentscheidung der Auffangregi ster 9 dienen.

Bei der Abtastung des Teilungsträgers 1 durch den Abtastkopf 6 wird bei Erreichen der Gegentaktstrichfiguren (inverse Hell-Dunkel-Striche) ausgebildeten Übernahmemarken 4 und 5 deren Informationsinhalt synchron mit dem Informationsinhalt der Kodemarken 3 erfaßt. Diese Informationsinhalte werden in den Mehrfachkomparatoren 7; 8 digitalisiert und dann logisch verknüpft. Das Ausgangssignal A des Differenzkomparators 8 und die zwei Begrenzersignale B werden mit dem Torgatter 10 logisch verknüpft und synchronisiert, derart, daß ein Frei gabeimpuls über das Torgatter 11 an die Auffangregister 9 und zur Auswerteelektronik 12 ausgesendet wird. Das Steuer signal S bewirkt an den Auffangregistern 9 ein Durchschalten der gesamten kodierten Informationen der Kodemarken 3 an den Eingang der Auswerteelektronik 12 oder ein Abspeichern dieser Informationen.

Bei der Anordnung sind die Übernahmemarken 4 und 5 bei kleinen Rasterkonstanten der Meßteilung 2 auf Teilungsträ ger 1 und Gegengitter des Abtastkopfes 6 aus einer Anzahl gleicher Hell-Dunkel-Striche zusammengesetzt, wobei diese Striche in bekannter Weise so angeordnet sind, daß nur in einer bestimmten Lage von Teilungsträger 1 und Gegengitter alle Striche zur maximalen Signalbildung beitragen. Wird z. B. die Rasterkonstante der Meßteilung 2 groß genug ge wählt, dann kann das zueinander inverse Paar von Übernahme marken 4 und 5 aus jeweils einem Teilungsstrich bestehen, bei noch ausreichender Signalbildung. Die Breite eines Striches der Übernahmemarken 4 und 5 wird dann etwas kleiner als die Rasterkonstante der Meßteilung 2 gewählt.

Claims

1. Verfahren zur Auswertung von abstandskodierten Meßmarken feldern inkrementaler Teilungsträger für Längen- und Win kelmeßsysteme, bei welchen die auf dem Teilungsträger ange ordneten, die Ortsposition kennzeichnenden, als Kodemarken ausgebildeten Referenzmarken mit einem Abtastkopf, der ein Gegengitter und fotoelektrische Empfänger umfaßt, abgeta stet werden, wobei die Referenzmarken mit der Meßteilung geometrisch und elektrisch in fester Beziehung stehen und die vom Abtastkopf bei der Abtastung der Meßteilung gelieferten elektrischen Signale einer Auswerteelektronik zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Abtastung des Teilungsträgers (1) bei Erreichen von auf dem Teilungsträger (1) beiderseits der Meßteilung (2) angeordneter, als Gegentaktstrichfiguren ausgebildeter Übernahmemarken (4 und 5) deren Informationsinhalt synchron mit dem Informationsinhalt der Kodemarken (3) erfaßt wird, wobei der Informationsinhalt der Übernahmemarken (4; 5) in einem Differenzkomparator (8) und der Informationsinhalt der Kodemarken (3) in Mehrfachkomparatoren (7) verarbeitet werden,
daß das Ausgangssignal A des Differenzkomparators (8) und Begrenzersignale B, bestehend aus 90° phasenverschobenen digitalen Signalen der Meßteilung (2), mit einem nachge schalteten Torgatter (10) zum Feigabeimpuls synchronisiert und begrenzt werden, derart, daß ein gebildeter Freigabetakt impuls an Auffangregister (9) ausgesendet wird,
und daß durch zwei unabhängige Steuersignale S einmal der Freigabeimpuls über Torgatter (11) getaktet wird und weiter hin die Auffangregister (9) in den Zustand "Auffangen bzw. Durchstellen der Informationen der Kodemarken (3) versetzt werden.

2. Anordnung zur Auswertung von abstandskodierten Meßmarken feldern inkrementaler Teilungsträger für Längen- und Win kelmeßsysteme, wobei der Teilungsträger mit Meßteilung und Meßmarkenfeldern versehen ist und die Meßsysteme einen den Teilungsträger abtastenden Abtastkopf mit Gegengitter und fotoelektrischen Empfängern umfassen, und wobei die Meßmar kenfelder die Ortsposition des Abtastkopfes kennzeichnende, als Kodemarken ausgebildete Referenzmarken ausgebildet sind und der Teilungsträger einander zugeordnete, inverse Hell- Dunkel-Striche umfassende Übernahmemarken besitzt, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anordnung Mehrfachkomparatoren (7) und einen Diffe renzkomparator (8) umfaßt, die dem elektrische Ausgangssi gnale E₁ bis E_n liefernden Abtastkopf (6) nachgeschaltet sind, wobei am Eingang der Mehrfachkomparatoren (7) die durch Abta stung der Kodemarken (3) und am Eingang des Differenzkompara tors (8) die durch Abtastung der Übernahmemarken (4 und 5) gewonnenen Signale anliegen,
daß der Ausgang des Differenzkomparators (8) mit dem Eingang eines nachgeordneten ersten Torgatters (10) verbunden ist, an welchem Eingänge für Begrenzersignale B vorgesehen sind, und daß dem ersten Torgatter (10) ein zweites Torgatter (11) nachgeschaltet ist, an dessen Eingang ein Steuersignal S zur Taktung des Freigabeimpulses anliegt und dessen Ausgang mit den Auffangregistern (9) verbunden ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übernahmemarken (4 und 5) beiderseits der Kodemar ken (3) und annähernd in deren quer zu ihrer Längserstrec kung verlaufenden Symmetrieachse auf dem Teilungsträger (1) angeordnet sind.