DE490206T1

DE490206T1 - Positionskodierer fuer linear- oder winkelmessapparat.

Info

Publication number: DE490206T1
Application number: DE199191120639T
Authority: DE
Inventors: Miroslav Ch-1018 Lausanne Durana; Roland Ch-1726 Farvagny-Le-Petit Gallay; Philippe Ch-1066 Epalinges Robert
Original assignee: Tesa SARL
Current assignee: Tesa SARL
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1991-11-30
Publication date: 1992-09-24
Also published as: EP0490206A1; EP0490206B1; ES2032719T1; CH683798A5; DE69113415D1; DE69113415T2; JPH04309814A; KR920012883A; ATE128544T1; ES2032719T3; US5235181A

Claims

Patentansprüche

1. Positionsaufnehmer für ein Linearmeßgerät, welcher eine Aufnahmeeinheit und eine gerasterte Meßschiene umfaßt, deren relative Verschiebungen zueinander von einer Erfassungsvorrichtung aufgenommen werden, die mit der Aufnahmeeinheit verbunden ist, um infolge des Durchlaufs der Rasterung der Meßschiene elektrische Signale zu erzeugen, welche den Wert der genannten relativen Verschiebungen repräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalten einer absoluten Positionsanzeige mit der Auflösung von Inkremental-Systemen ohne die Notwendigkeit der Referenzpunktfixierung durch Verschieben der beweglichen Teile die Meßschiene (2) zwei parallele, gerasterte Meßstreifen (4,5) umfaßt, von denen einer (5), genannt der inkrementale Meßstreifen, eine regelmäßige Wechselfolge von parallelen lichtundurchlässigen oder reflektierenden Balken und die Balken voneinander trennenden transparenten Zwischenräume von gleicher Breite wie die Balken aufweist, wobei die Gesamtheit eines Balkens und eines Zwischenraums eine sich regelmäßig wiederholende Längeneinheit P bildet, und von denen der andere (4), genannt der absolute Meßstreifen, eine pseudozufällige Verteilung von parallelen lichtundurchlässigen oder reflektierenden Balken und transparenten Zwischenräumen der gleichen Breite L aufweist, welche Bits einer binären Codierung darstellen und eine kontinuierliche Folge von Datenworten bilden, die alle voneinander verschieden sind, wobei die Breite eines Bits von der Schrittweite der Rasterung des inkrementalen Meßstreifens abhängt, und daß die Aufnahmeeinheit (3) einerseits gegenüber des inkrementalen Meßstreifens eine Photoemissions-Quelle (7), ein kalibriertes Raster (9) zum Erfassen der Rasterung dieses Meßstreifens, und mindestens zwei elektrisch um 90° versetzte Photoempfänger (8) umfaßt, die dem Erzeugen phasenverschobener Signale dienen und eine Interpolation dieser Signale innerhalb jeder Schrittweite P der Rasterung dieses Meßstreifens ermöglichen, und andererseits gegenüber des absoluten Meßstreifens

eine Photoemissionsquelle (10) und einen linearen CCD-Sensor

(11) umfaßt, der eine Vielzahl von Photodioden (12) aufweist, zum Lesen mindestens eines kompletten, sich aus einer festen Anzahl aufeinanderfolgender Bits dieses Meßstreifens zusammensetzenden Datenwortes, wobei die Ausgänge der beiden Photoempfänger und des CCD-Sensor an einen elektronischen Schaltkreis für die Verarbeitung, Dekodierung und Identifikation der erzeugten Signale angeschlossen sind, welcher die Kombination der den beiden Meßstreifen der Meßschiene entnommenen Informationen sicherstellt.

2. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite L eines Bits der Rasterung des absoluten Meßstreifens (4) gleich der Schrittweite P der Rasterung des inkrementalen Meßstreifens (5) ist.

3. Aufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit zwischen dem absoluten Meßstreifen (4) der Meßschiene und dem CCD-Sensor (11) eine optische Linse

(13) zur Erzeugung einer optischen Streckung der Abbildung aufweist, die es ermöglicht, mindestens die Länge eines Datenwortes dieses Meßstreifens über die gesamte Erstreckung des CCD-Sensors aufzunehmen.

4. Aufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Streckungsfaktor der Linse (13) derart gewählt ist, daß er die Abbildung eines Bits der Rasterung des absoluten Meßstreifens auf eine Anzahl N von Photodioden

(12) des CCD-Sensors aufweitet, die gleich oder größer drei ist.

5. Positionsaufnehmer für ein Winkelmeßgerät, welcher eine Aufnahmeeinheit und eine gerasterte Meßscheibe umfaßt, deren relative Verschiebungen zueinander von einer Erfassungsvor-5 richtung aufgenommen werden, die mit der Aufnahmeeinheit verbunden ist um infolge des Durchlaufs der Rasterung der Meßscheibe elektrische Signale zu erzeugen, welche den Wert

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der genannten relativen Verschiebungen repräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalten einer absoluten Positionsanzeige mit der Auflösung von Inkremental-Systemen ohne die Notwendigkeit der Referenzpunktfixierung durch Verschieben der beweglichen Teile die Meßscheibe zwei konzentrische, gerasterte Meßstreifen umfaßt, von denen einer, genannt der inkrementale Meßstreifen, eine regelmäßige Wechselfolge von lichtundurchlässigen oder reflektierenden Sektoren und die Sektoren voneinander trennenden transparenten Zwischenräume von gleicher Winkelausdehnung wie die Sektoren aufweist, wobei die Gesamtheit eines Sektors und eines Zwischenraums einen sich regelmäßig wiederholenden Winkelschritt P bildet, und von denen der andere, genannt der absolute Meßstreifen, eine pseudozufällige Verteilung von lichtundurchlässigen oder reflektierenden Sektoren und transparenten Zwischenräumen der gleichen Winkelausdehnung aufweist, welche Bits einer binären Codierung darstellen und eine kontinuierliche Folge von Datenworten bilden, die alle voneinander verschieden sind, wobei die Winkelausdehnung eines Bits von dem Winkelschritt der Rasterung des inkrementalen Meßstreifens abhängt, und daß die Aufnahmeeinheit einerseits gegenüber des inkrementalen Meßstreifens eine Photoemissions-Quelle, ein kalibriertes Raster zum Erfassen der Rasterung dieses Meßstreifens, und mindestens zwei elektrisch um 90° versetzte Photoempfänger umfaßt, die dem Erzeugen phasenverschobener Signale dienen und eine Interpolation dieser Signale innerhalb jedes Winkelschrittes P der Rasterung dieses Meßstreifens ermöglichen, und andererseits gegenüber des absoluten Meßstreifens eine Photoemissionsquelle und einen Winkelsensor umfaßt, der eine Vielzahl von Photodioden zum Lesen mindestens eines kompletten, sich aus einer festen Anzahl aufeinanderfolgender Bits dieses Meßstreifens zusammensetzenden Datenwortes aufweist, wobei die Ausgänge der beiden Photoempfänger und des Winkeldetektors an einen elektronischen Schaltkreis für die Verarbeitung, Dekodierung und Identifikation der erzeugten Signale angeschlossen sind, welcher die Kombination der den beiden

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Meßstreifen der Meßscheibe entnommenen Informationen sicherstellt.

6. Aufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

die Winkelausdehnung eines Bits der Rasterung des absoluten Meßstreifens gleich der Schrittweite P der Rasterung des inkrementalen Meßstreifens ist.

7. Aufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinheit zwischen dem absoluten Meßstreifen der Meßscheibe und dem Winkeldetektor eine optische Linse zur Erzeugung einer optischen Streckung der Abbildung aufweist, die es ermöglicht, mindestens die Länge eines Datenwortes dieses Meßstreifens über den gesamten aktiven Sektor des Winkeldetektors aufzunehmen.

8. Aufnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Streckungsfaktor der Linse derart gewählt ist, daß er die Abbildung eines Bits der Rasterung des absoluten Meßstreifens auf eine Anzahl N von Photodioden des Winkeldetektors aufweitet, die gleich oder größer drei ist.

9. Positionsaufnehmer für ein Linearmeßgerät, welcher eine Aufnahmeeinheit und eine gerasterte Meßschiene umfaßt, deren relative Verschiebungen zueinander von einer Erfassungsvorrichtung aufgenommen werden, die mit der Aufnahmeeinheit verbunden ist um infolge des Durchlaufs der Rasterung der Meßschiene elektrische Signale zu erzeugen, welche den Wert der genannten relativen Verschiebungen repräsentieren, 0 dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalten einer absoluten Positionsanzeige mit der Auflösung von Inkremental-Systemen ohne die Notwendigkeit der Referenzpunktfixierung durch Verschieben der beweglichen Teile die Meßschiene zwei parallele, gerasterte Meßstreifen umfaßt, von denen einer, genannt der inkrementale Meßstreifen, eine regelmäßige Wechselfolge von parallelen Balken und die Balken voneinander trennenden Zwischenräume von gleicher Breite wie die

Balken aufweist, wobei die Gesamtheit eines Balkens und eines Zwischenraums eine sich regelmäßig wiederholende Längeneinheit P bildet, und von denen der andere, genannt der absolute Meßstreifen, eine pseudozufällige Verteilung von parallelen Balken und Zwischenräumen der gleichen Breite L aufweist, welche Bits einer binären Codierung darstellen und eine kontinuierliche Folge von Datenworten bilden, die alle voneinander verschieden sind, wobei die Breite eines Bits von der Schrittweite der Rasterung des inkrementalen Meßstreifens abhängt, daß die Balken und Zwischenräume des inkrementalen und des absoluten Meßstreifens von einer Wechselfolge magnetisch in verschiedenen Richtungen polarisierter Zonen gebildet sind, und daß die Aufnahmeeinheit einerseits gegenüber des inkrementalen Meßstreifens einen elektromagnetischen Detektor umfaßt, der zum Lesen der Rasterung dieses Meßstreifens zum Erzeugen phasenverschobener Signale geeignet ist, welche eine Interpolation dieser Signale innerhalb jeder Schrittweite P der Rasterung dieses Meßstreifens ermöglichen, andererseits gegenüber des absoluten Meßstreifens einen elektromagnetischen Detektor umfaßt, der zum Lesen mindestens eines kompletten, sich aus einer festen Anzahl aufeinanderfolgender Bits dieses Meßstreifens zusammensetzenden Datenwortes geeignet ist, und Mittel umfaßt, die die Kombination der den beiden Meßstreifen der Meßschiene entnommenen Informationen sicherstellt.

10. Positionsaufnehmer für ein Winkelmeßgerät, welcher eine Aufnahmeeinheit und eine gerasterte Meßscheibe umfaßt, deren relative Verschiebungen zueinander von einer Erfassungsvorrichtung aufgenommen werden, die mit der Aufnahmeeinheit verbunden ist um infolge des Durchlaufs der Rasterung der Meßscheibe elektrische Signale zu erzeugen, welche den Wert der genannten relativen Verschiebungen repräsentieren, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erhalten einer absoluten 5 Positionsanzeige mit der Auflösung von Inkremental-Systemen ohne die Notwendigkeit der Referenzpunktfixierung durch Verschieben der beweglichen Teile die Meßscheibe zwei kon-

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zentrische, gerasterte Meßstreifen umfaßt, von denen einer, genannt der inkrementale Meßstreifen, eine regelmäßige Wechselfolge von lichtundurchlässigen oder reflektierenden Sektoren und die Sektoren voneinander trennenden Zwischenräume von gleicher Winkelausdehnung wie die Sektoren aufweist, wobei die Gesamtheit eines Sektors und eines Zwischenraums einen sich regelmäßig wiederholenden Winkelschritt P bildet, und von denen der andere, genannt der absolute Meßstreifen, eine pseudozufällige Verteilung von Sektoren und Zwischenräumen der gleichen Winkelausdehnung aufweist, welche Bits einer binären Codierung darstellen und eine kontinuierliche Folge von Datenworten bilden, die alle voneinander verschieden sind, wobei die Winkelausdehnung eines Bits von dem Winkelschritt der Rasterung des inkrementalen Meßstreifens abhängt, daß die Sektoren und Zwischenräume des inkrementalen und des absoluten Meßstreifens von einer Wechselfolge magnetisch in verschiedenen Richtungen polarisierter Zonen gebildet sind, und daß die Aufnahmeeinheit einerseits gegenüber des inkrementalen Meßstreifens einen elektromagnetischen Detektor umfaßt, der zum Lesen der Rasterung dieses Meßstreifens zum Erzeugen phasenverschobener Signale geeignet ist, welche eine Interpolation dieser Signale■innerhalb jeder Schrittweite P der Rasterung dieses Meßstreifens ermöglichen, andererseits gegenüber des absoluten Meßstreifens einen elektromagnetischen Detektor umfaßt, der zum Lesen mindestens eines kompletten, sich aus einer festen Anzahl aufeinanderfolgender Bits dieses Meßstreifens zusammensetzenden Datenwortes geeignet ist, und Mittel umfaßt, die die Kombination der den beiden Meßstreifen der Meßscheibe entnommenen Informationen sicherstellt.