DE7936372U1 - Lichtelektrische inkrementale positioniereinrichtung - Google Patents

Description

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DR. JOHANNES HElDENHAlN GMBH 18. Dezember 1979

lichtelektrische inkremental© Positioniereinrichtung

Die Erfindung besieht sieh auf eine lichtelektrische inkremental Positioniereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1«

Es sind Positioniereinriehtungen bekannt. In der DE-OS 18 14 785 wird z.B. eine lichtelektrische Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der neben der Inkrementalteilung noch eine Referenzroarke vorgesehen ist. In dieser Druckschrift ist die Funktionsweise einer lichtelektrischen inkrementalen Meßeinrichtung dargelegt. Ferner ist insbesondere die Funktion und der Aufbau einer Referenzmarke durch die Figur 2 dargestellt.

Gemäß dem Stand der !Technik (DE-PS 8?6 162) ergibt sich an einer Markierung ein besonders günstiger Signalverlauf, wenn die Striche der Strichgruppe in ungleichen Abständen voneinander angeordnet werden. Die Abtastplatte für diese Markierung weist demgemäß ein Ablesefeld auf, das die gleiche Strichverteilung in der Strichgruppe hat, wie die Markierung. Bei genauer und vollständiger Überdeckung von Markierung und Ablesefeld wird ein Signal mit ausreichend hohem Nutz—/Störsignalverhältnis erzielt.

Es ist weiterhin bekannt, eine Reihe von gleichen Referenz— marken entlang der Teilungsspur eines inkrementalen Meß— systems vorzusehen. Aus der Reihe gle·⁵ ",her Referenzmarken

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können einzelne Marken durch geeignete Mittel ausgewählt und zur Wirkung gebracht werden (DE-AS 25 40 412).

In den Druckschriften kommt die Problematik inkrementell Meßsysteae zum Ausdrucks Nach Betriebsunteirbreehungen kann nicht ohne weiteres die Anfangslage der Meßeinrichtung wiedergewonnen werden. Die beiden Druckschriften (DE-OS 18 14 ?85 und DE-AS 25 40 412) geben Maßnahmen an« wie diese Referenz auf möglichst einfache V/eise wieder gewonnen werden kann*

Die Nachteile der bekannten Meßeinrichtung liegen jedoch darin, daß bei Ausfall einer Beleuchtung die Messung gestört wird und dies au erheblichen Betriebsunterbrechungen mit langen Ausfallzeiten führen kann«

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine inkrementale Positioniereinrichtung zu schaffen, bei der durch den Ausfall einer Beleuchtung die momentane Messung nicht spürbar gestört wird und die genauer arbeitet«

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches angegebenen Merkmale gelöst*

Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung werden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine lichtelektrische Positioniereinrichtung mit zwei Ablesestellen in einer schematischen Seitenansicht,

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Figur 2 einen Maßstab mit Teilungsspuren,

Figur 3 eine'Abtästplatte mit Ablesefeldern, »

Figur 4 eine Winkelmeßeinrichtung in schematischer Draufsicht,

Figur 5 die Winkelmeßeinriehtung nach Figur 4 in sehetnatischer Schnittdarstellung,

Figur 6 eine Schaltskizze zum gleichzeitigen Betrieb zweier Lampen,

Figur 7 eine Einrichtung gemäß Figur 1 in einer schematischen Vorderansicht»

In der Figur 1 sind zwei Lampen L^ und Lg in einer Abtastbaueinheit 1 angeordnet* Die Lampen L> und Lp sind in einem konstanten Abstand voneinander befestigt« Eine Abtastplatte A weist Ablesefelder A^, -A·¹^ und A'gg ^auf* ^Eiri Maßstab Il trägt auf Teilungsspuren eine Inkrementalteilung T eowie Referenzmarkierungen R',. und R'g. Die Abtastbaueinheit Λ ist relativ zum Maßstab M verschiebbar gelagert« Bei Relativbewegungen zwischen Maßstab M und Abtastbaueinheit wird die Abtastplätte A entlang der Teilungsspuren in bekannter Weise geführt. Der von den Lampen L^ und Lp ausgehende Lichtstrom tritt dabei sowohl durch die Abtast— platte A als auch durch den Maßstab M. Dabei wird der hin— durchtretende Lichtstrom durch die auf beiden Elementen A und M vorhandenen Hell—/Dunkelfelder der Teüungsspuren in bekannter Weise moduliert. Der modulierte Lichtstrom trifft auf lichtempfindliche Elemente P, deren Signale in einem Auswertebaustein B in bekannter Weise aufbereitet und einem Vorwärts—Rückwärtszähler VR zugeführt werden, der den Ver— schiebeweg digital anzeigt.

In der Beschreibung und in den Figuren wird dareuf verzichtet, die Vorwärts-Rückwärtszählung durch vor— oder nacheilende

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Signale zu erörtern, da dies in zahlreichen Druckschriften ebenso ausführlich dargelegt ist, wie die Eliminierung von Gleichstromanteilen, die sich auf die Signal symmetrie, auswirken könnten. Es sei nur darauf verwiesen, daß au diesen Zwecken zusätzliche Ablesefelder und lichtempfindliche Elemente vorzusehen sind, die in bestimmter Zuordnung die Inkrementalteilung abtasten und in bekannter Weise schaltungetechnisch verknüpft werden müssen* Da derartige Maßnahmen bei der Darstellung der Erfindung jedoch eher verwirren, wurde auf die Darstellung dieser bekannten Einzelheiten verzichtet.

Die Ablesefelder A_T, A'_R/j und A'_R2 »üssen exakt um einen bestimmten Betrag zueinander versetzt liegen, da die resultierenden Abtastsignale durch analoge Addition zusammengefaßt werden. Daraus ergibt sich eine höhere Genauigkeit, da eine insgesamt größere Fläche der Teilung abgetastet wird. Ünsauberkeiten der Teilung haben kleinere Signalfehler zur Folge.

Die Figur 2 zeigt einen MaßstabausschnitS, bei dem auf einer Teilungsspur des Trägerkörpers M eine Inkrementalteilung T mit bestimmter Gitterkonstante aufgebracht ist. Eine zweite Teilungsspur weist Referenzmarken R ¹^. und R'« auf. Jede der Referenzmarken R¹- und R¹ρ besteht aus einer Gruppe paralleler Striche. Die Verteilung der Striche innerhalb der jeweiligen Gruppe ist unregelmäßig. Von entscheidender Bedeutung ist dabei, daß die Strichverteilung innerhalb einer Gruppe eindeutig ist. Die Verteilung der Striche in einer Strichgruppe muß der Verteilung der Striche in den Strichgruppen der anderen Referenzmarken möglichst unähnlich sein.

In der Figur 5 ist eine einfache Abtastplatte A mit Ablese—

feldern A_T, A'_E/) und A'_R2 gezeigt. Die Strichverteilung der Ablecefelder A¹^ bzw.»A'_R2 für die in Figur 2 gezeigten Referenzmarken R',. bzw. E¹^ gleicht dabei vollständig der Strichverteilung der zugehörigen Referenzmarke R',. bzw. R'p. Bei Deckung von Referenzmarke und zugehörigem Abtastfeld wird in bekannter Weise ein Referenzimpuls hervorgerufen. Bei phasenrichtiger Anordnung von Referenzmarken und Abtastfeldern muß im Augenblick der exakten Deckung der Markierungen und der Abtastfelder jede der beiden Referenzmar— ken R'y. und R'p ein Referenzsignal hervorrufen. Diese Signale werden analog addiert. Es erscheint also nur ein Referenzsignal mit hohem Pegel. Durch die Identität der Strichverteilung von Referenzmarke R¹,. und Abtastfeld A'τ,,, bzw. die Identität der Strichverteilung von Referenz

marke

und Abtastfeld A'

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sichergestellt, daß nur

das cur jeweiligen Referenzmarke gehörige Abtastfeld ein Referenzsignal mit ausreichend großem Nutz—/Störsignal— verhältnis hervorbringen kann. Werden die Abtastfelder an der jeweils nicht zugehörigen Referenzmarke vorbeibewegt, kann kein Referenzsignal hervorgerufen werden.

Obwohl an verschiedenen Stellen des Maßstabes M Referenzmarken H ¹^ und R¹2 angeordnet sind, wird beim Überfahren dieser Marken nur an einer bestimmten Stelle des Maßstabes M ein Referenzsignal hervorgerufen. Damit ist der Bezug zur Referenzmarke immer eindeutig. Bei Ausfall einer Beleuchtung L. oder Lg wird weiterhin en der bestimmten Stelle des Maßstabes M ein Referenzsignal hervorgerufen werden. Die zur ausgefallenen Lampe L^ oder Lg gehörige Referenziaarke F.'^ oder R'g kann kein Referenzsignal mehr liefern. Im ungünstigsten Pail wird der Signalpegel des verbleibenden Referenzsignales geringer. Durch richtiges Einstellen der Triggerachwelle kann dieser Nachteil belanglos werden* Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung

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dieses Nachteiles kann mit einer Schaltungsmaßnahme gemäß Figur 6 realisiert,werden.

Mit Hilfe eines gemeinsamen Vorwiderstandes R werd η die Lampen L_x. und L~ mit einer reduzierten Spannung betrieben, was eine geringere Helligkeit und damit einen geringeren Fotostrom am Ausgang der lichtempfindlichen Elemente P zur Folge hat. Durch die analoge Addition der Abtastsignale wird jedoch ein Signalpegel erzielt, der höher ist, als der der reduzierten Einzelsignale. Auf den höheren — aus den addierten Signalen gewonnenen - Signalpegel wird die Triggerschwelle im Auswertebaustein B eingestellt. Bei Ausfall einer Lampe L,. oder Lg reduziert sich der Spannungsabfall am Vorwiderstand R und die noch betriebsfähige Lampe L^ oder Lg wird mit der sich ergebenden höheren Spannung betrieben. Dadurch erhöht sich die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen Element P, was eine direkte Erhöhung des Signalpegels an dessen Ausgang zur Folge hat. Die einschlägigen Kennlinien zeigen, daß die mit höherer Betriebsspannung betriebene verbleibende Lampe ein etwa gleich großes Abtastsignal liefert, wie das aus Addition gewonnene Abtastsignal. Die Triggerschwelle muß dabei nicht verändert werden. Die Dimensionierung der dabei zusammenwirkenden Elemente liegt im Können eines Durchschnittefachmanns, so daß darauf nicht näher eingegangen werden muß.

In der Figur 4 ist schematisch eine Winkelmeßeinrichtung dargestellt, die zusätzlich zur Winkelteilung Tw über vier Referenzmarken R^, R₂* H, und R₄ verfügt. Auch hier weisen die Referenzmarken R_-1, R₃, H, und R^ jeweils eine unterschiedliche unregelmäßige Strichverteilung auf. Die Abtastplatte A enthält neben den Ablesefeldern zur Abtastung der inkrementalen Winkelteilung Tw vier weitere Ablese-

felder, deren Strichverteilung genau der jeweils zugehörigen Referenzmarke H^. bis R₁, entspricht, Aus Zeichentechnischen Gründen können in Figur 4· die Ablesefelder nicht im einzelnen dargestellt werden, jedoch entspricht die beschriebene Abtastplatte A sinngemäii der Abtastplatte A bei der Längenmeßeinrichtung gemäß Figur 1 bis 3·

Figur 5 zeigt, daß jeder der Ablesestellen eine Beleuchtungseinrichtung mit Lampe L^ bis L^, Kondensor K^ bis K^ und lichtempfindlichem Element Pj^ bis B^ zugeordnet ist. Darüber hinaus sind noch lichtempfindliche Elemente P^ bis P_TZ, vorgesehen, auf die hier nicht näher eingegangen werden soll, öa sie ebenso wie bei der vorher beschriebenen Längenmeßeinrichtung der inkrementalen Erfassung einer Strecke — hier eines Bogens — in bekannter Weise dienen. Im Auswertebaustein Bw wird in bekannter Weise die analoge Addition d.^r vier Abtastsignc und deren Aufbereitung vorgenommen. Der Auswertebaustein Bw ist in bekannter Weise mit einem Vorwärts-ZRückwärtszähler gemäß Figur 1 verbunden.

Auch bei der Winkelmeßeinrichtung erhöht sich durch die erfindungsgemäße Mehrfachabtastung in der vorher beschriebenen Weise die Genauigkeit. Darüber hinaus wird durch eine "Durchmesserablesung¹¹ der Exzentrizitätsfehler der Teilung eliminiert. Eine Durchmesserablesung für optische Winkelmeßeinrichtungen ist in der DE-PS 24 54 915 bereits beschrieben.

Da jede der Referenzmarken R^ bis R^ eine spezielle Strichverteilung hat, und die zugehörigen Ablesefelder A_R/) bis Ar4 der Abtastplatte A über die identische Strichverteilung verfügen, ist auch bei der gezeigten Winkelmeßeinrichtung ein eindeutiges Referenzmarkensignal zu erzeugen. Per Ausfall einer Lampe I^ bis L^ beeinflußt die Messung nicht.

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P Besonders vorteilhaft läßt sich die Auswerteschaltung so

S ausgestalten, daß bei Ausfall einer Lampe eine Signal—

[; einrichtung diesen Fehler meldet.

!; Die Figur 7 zeigt schematisch die Anordnung der Teilungs—

Jl spuren nebeneinander. Der hier dargestellte Schnitt ent—

% spricht einer Längenmeßeinrichtung gemäß Figur 1.

I Selbstverständlich lassen sich verschiedene Referenzmarken

Ί auch auf weiteren parallelen oder konzentrischeil Teilungs—

f spuren anordnen und abtasten, wenn die Verwendung der

I Meßeinrichtung dies erfordert.

f Die Erfindung ist auch udcht auf lichtelektrische inkremental Positioniereinrichtungen, die im Durchlichtverfahren arbeiten beschränkt, sondern läßt sich sinngemäß auch bei Einrichtungen verwirklichen, die im Auflichtver— fahren arbeiten.

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Claims (5)

DR. JOHANNES HBIDEMHA.IN .GMEH ! ..* 18. Dezember 1979 Ansprüche

1.) Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte mit einer Abtasteinheit zum Abtasten einer Maßverkörperung, die außer einer In— krementalteilung wenigstens zwei Referenzmarken — jeweils in Form einer Gruppe von Markierungsstrichen mit unregelmäßiger Strichverteilung — aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) Die Abtasteinheit (1) enthält wenigstens eine Abtast— platte (A),

b) die A"htastplatte (A) t-^ist Ablesefelder (A™ bzw. Aw) für die Inkremenw-Lteilung (T bzw. Tw) und Ab— lesefelder (A'_R<1, A'_R2 bzw. A_R/|, A_R2, A_Rj, A_R4)

— jeweils in Form einer Gruppe von Markierungsstrichen mit unregelmäßiger Strichverteilung — für die Referenzmarken (H ¹^, R'₂ bzw. R₁, R₂, R,, R^) auf,

c) jeweils nur ein Ablesefeld (A '_R1, A'_R2 bzw. A_R/], A_R2, A_R5, A_R^) in Form einer Gruppe unregelmäßig verteilter Markierungsstriche ist identisch mit nur einer Referenzmarke (R¹^₁ R'₂ bzw. R₁, R₂, R,, R.) in Form einer Gruppe unregelmäßig verteilter Markierungestriche und mit dieser in Deckung bringbar,

2.) Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ver-

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DR. JOHANNEß HEIDENHABT GMBH 14. September 1983 G 79 36 372.7

schiedenen Referenzmarken (R¹^, R'p, tzw. R^, Rg R^₅, R^) auf einer Teilungsspur angeordnet sind.

3.) Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abtaststelle eine Beleuchtung (L/|, L^, L.,, L^) zugeordnet ist.

H-.) Lichtelektrische inkrementale Winkelmeßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Ablesestellen diametral angeordnet sind.

5.) Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß eine Signaleinrichtung vorgesehen ist, die· den Ausfall einer Beleuchtung (L,,, Lg, L, oder Ljj_) signalisiert.