DE8318304U1 - Photoelectric length or angle measuring device - Google Patents
Photoelectric length or angle measuring deviceInfo
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- G01D5/36—Forming the light into pulses
Description
- 1 -DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 6. Juni 1983- 1 -DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH June 6, 1983
Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. ■The invention relates to a photoelectric Length or angle measuring device according to the preamble of claim 1. ■
Bei lichtelektrischen Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen werden die zur Messung der Relativlage der Objekte (z.B. Maschinenteile von BearbeJ.- ν tungs- oder Meßmaschinen) erforderlichen elek- L trisehen Abtastsignale dadurch erzeugt, daß eine .';In the case of photoelectric length or angle measuring devices, the measurements used to measure the relative position of the objects (e.g. machine parts from MachbeJ.- ν processing or measuring machines) required electrical scanning signals generated by the fact that a. ';
durch die Teilungen des Maßstabs und der Abtast- \ through the divisions of the scale and the scanning \
platte fallende parallele Lichtstrahlung bei einer k parallel light radiation falling on the plate at a k
moduliert und von der Abtastplatte zugeordneten |modulated and assigned |
lichtelektrischen Wandlern (z.B. Photoelementen) Iphotoelectric converters (e.g. photo elements) I
in die entsprechenden elektrischen Abtastsignale % into the corresponding electrical scanning signals %
umgewandelt wird. f is converted. f
Wird die Teilung eines Maßstabs von Licht geringer | Strahlendivergenz in Meßrichtung (geringe Aus- ί·If the division of a measure of light becomes smaller | Beam divergence in the measuring direction (small out ί ·
dehnung der Lichtquelle in Meßrichtung) durchsetzt, Ά elongation of the light source in the measuring direction), Ά
so ergibt sich hinter der Teilungsebene des Maß- ;-': so we get behind the division plane of the measure-; - ' :
stabs eine Intensitätsverteilung des Lichts instabs an intensity distribution of the light in
-Z--Z-
Abhängigkeit vom Abstand von der Teilungsebene in Form einer langsam abklingenden, gleichgerichteten Sinuskurve als Folge von Beugungs- und Interferenzerscheinungen. Die Maxima dieser Sinuskurve (Talbotsche Streifen) haben bei einer Gitterkonstanten pM der Teilung des Maßstabs und einer Wellenlänge 71 des Lichts Abstände η · V^/\ (n a 0,1,2...) von der Teilungsebene des Maßstabs. Optimale elektrische Abtastsignale werden daher nur beim AbstandDependence on the distance from the dividing plane in the form of a slowly decaying, rectified sinusoid as a result of diffraction and interference phenomena. The maxima of this sine curve (Talbot stripes) have distances η · V ^ / \ (na 0,1,2 ...) from the division plane of the scale with a lattice constant p M of the graduation of the scale and a wavelength 71 of the light. Optimal electrical scanning signals are therefore only at the distance
η·ρΜ /Λ. der Teilungsebene der Abtastplatte vonη ρ Μ / Λ. the parting plane of the scanning reticle from der Teilungsebene des Maßstabs erzeugt. Dieser Ab-the dividing plane of the ruler. This Ab-
stand η·ρΜ /Λ. muß für eine sichere Funktion der M 2 stood η ρ Μ / Λ. must for a safe function of the M 2
Meßeinrichtung mit einer Toleranz ± 0,1 · PM eingehalten werden (Machine Shop Magazine, April 1962, Seite 208), um elektrische Abtastsignale mit ausreichendem Modulationsgrad und ausreichender Amplitude zu erhalten.Measuring device with a tolerance of ± 0.1 · P M are observed (Machine Shop Magazine, April 1962, page 208) in order to obtain electrical scanning signals with a sufficient degree of modulation and sufficient amplitude.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine \ Längen- oder Winkelmeßeinrichtung der oben genannten Gattung anzugeben, bei der die Meßgenauigkeit im wesentlichen unabhängig von Abstandsänderungen zwischen den Teilungsebenen des Maßstabs und der Abtastplatte ist. 25The invention has for its object to provide a of the above-mentioned type \ length or angle at which the measurement accuracy is substantially independent of changes in distance between the planes of division of the scale and of the scanning plate. 25th
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.According to the invention, this object is achieved by the characterizing features of claim 1.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß bei der vorgeschlagenenThe advantages achieved by the invention are in particular that in the proposed Meßeinrichtung auch bei größeren Abstandsänderungen zwischen den Teilungsebenen des Maßstabs und der Abtastplatte keine wesentliche Verringerung des Modulationsgrades und der Amplitude der Abtastsig-Measuring device even with larger changes in distance between the planes of division of the scale and the Scanning plate no significant reduction in the degree of modulation and the amplitude of the scanning
• ·• ·
• f• f
• ·• ·
nale eintritt, so daß die Führungsgenauigkeit der Abtastplatte bezüglich des Maßstabs unkritisch ist und die Meßgenauigkeit nicht beeinträchtigt. Es brauchen somit keine hochgenauen Führungen vorgesehen sein, womit sich eine einfach aufgebaute und preisgünstige Meßeinrichtung ergibt. Die vorgeschlagenen einfachen Maßnahmen haben keine Änderungen der Außenabmessungen zur Folge, so daß die Flexibilität des Einsatzes der Meßeinrichtung an Maschinen erhalten bleibt.nale occurs, so that the guidance accuracy of the The scanning reticle is not critical with regard to the scale and does not affect the measuring accuracy. Need it thus no highly precise guides are provided, which means that a simply structured and inexpensive Measuring device results. The proposed simple measures do not result in any changes in the external dimensions, so that flexibility the use of the measuring device on machines is retained.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.Advantageous further developments of the invention can be found in the subclaims.
Ein AusführungJbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert*An embodiment of the invention is based on explained in more detail in the drawing *
Es zeigenShow it
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Längenmeßeinrichtung,Figure 1 shows a cross section through a length measuring device,
der lichtelektrischen Einrichtung,the photoelectric device,
Figur 3 eine graphische Darstellung der Intensitätsverteilung des Lichts hinter der Teilungsebene eines Maßstabs undFIG. 3 shows a graph of the intensity distribution of the light behind the dividing plane of a rule and
Figur k verschiedene Ausbildungen von Abtastplatten.Figure k different designs of scanning plates.
Gemäß Figur 1 1st am Bett 1 einer Bearbeitungsmaschine eine gekapselte Längenmeßeinrichtung mit einem Gehäuse 2 in Form eines Hohlprofils durch eine Schraube 3 befestigt. In diesem Gehäuse 2 ist mittels einer elastischen Klebeschicht k ein Maßstab 5 mit einer Teilung TM (Figur 2) angebracht, die von einer Abtasteinheit 7 mit einer Abtastplatte 8 abgetastet wird. An einem relativ zum Bett 1 der Maschine beweglichen Schlitten 9 istAccording to FIG. 1, an encapsulated length measuring device with a housing 2 in the form of a hollow profile is fastened by a screw 3 to the bed 1 of a processing machine. A scale 5 with a graduation TM (FIG. 2), which is scanned by a scanning unit 7 with a scanning plate 8, is attached to this housing 2 by means of an elastic adhesive layer k. On a carriage 9 which is movable relative to the bed 1 of the machine ein Montagefuß 10 in beliebiger Weise befestigt, der über eine schwertförmige Verjüngung 11 durch einen mit Dichtlippen 12 versehenen Schlitz 13 des im übrigen vollständig geschlossenen Gehäuses 2 mit einem Mitnehmer 14 verbunden ist, der an dera mounting foot 10 attached in any way, which has a sword-shaped taper 11 through a slot 13 provided with sealing lips 12 of the in the rest of the completely closed housing 2 is connected to a driver 14 which is attached to the Abtasteinheit 7 befestigt ist und die Relativbewegung des Schlittens 9 bezüglich des Betts 1 auf die Abtasteinheit 7 überträgt.Scanning unit 7 is attached and the relative movement of the carriage 9 with respect to the bed 1 the scanning unit 7 transmits.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung der , lichtelektrischen Einrichtung der Abtasteinheit 7, bei der das Licht einer Lampe 15 durch einen Kollimator 16, den Maßstab 5 und die Abtastplatte 8 auf zwei Photoelemente 17.,, 172 fällt.FIG. 2 shows a schematic representation of the photoelectric device of the scanning unit 7, in which the light from a lamp 15 falls through a collimator 16, the scale 5 and the scanning plate 8 onto two photo elements 17 1, 17 2.
Das Photoelement 17. ist einem Abtastfeld F1 mit einer Teilung TA1 und das Photoelement 172 einem Abtaatfeld F2 mit einer Teilung TA2 auf der Abtastplatte 8 zugeordnet. Bei der Bewegung der Abtastplatte 8 relativ zum Maßstab 5 (Doppelpfeil) er-The photo element 17 is assigned to a scanning field F 1 with a pitch TA 1 and the photo element 17 2 is assigned to a scanning field F 2 with a pitch TA 2 on the scanning plate 8. When moving the scanning plate 8 relative to the scale 5 (double arrow) zeugen die Photoelemente 17··» 179 periodische elektrische Abtastsignale S1, S2, deren Summensignal S = S1 + S_ über einen Anschluß 18 in nicht dargestellter Weise einer Auswerteeinheit zugeführt wird, die mit einer Anzeigeeinheit zur Anzeige der Posi-The photo elements 17 ·· »17 9 generate periodic electrical scanning signals S 1 , S 2 , the sum signal S = S 1 + S_ of which is fed via a connection 18 in a manner not shown to an evaluation unit, which is equipped with a display unit for displaying the posi-
tion des Schlittens 9 bezüglich des Betts 1 verbunden ist.tion of the carriage 9 with respect to the bed 1 is connected.
In Figur 3 ist eine graphische Darstellung der Intensitätsverteilung I des Lichts hinter derIn Figure 3 is a graph of the intensity distribution I of the light behind the Teilungsebene EM des Maßstabs 5 als Funktion des Abstandes a von der Tellungsebene EM dargestellt. Diese Intensitätsverteilung I in Form einer langsam abklingenden, gleichgerichteten SinuskurveDivision plane EM of the scale 5 shown as a function of the distance a from the division plane EM. This intensity distribution I in the form of a slowly decaying, rectified sinusoid infolge von Beugungs- und Interferenzerscheinungenas a result of diffraction and interference phenomena weist Maxima (Talbotsehe Streifen) bei einer Gitterkonstanten p„ der Teilung TM des Mafistabs 5 und einer Wellenlänge Ti des Lichts in Abstanden n ' PM /7t (n = °t1»2»···) von der Teilungsebene EMhas maxima (Talbot see stripes) at a lattice constant p "of the pitch TM of the Mafistab 5 and a wavelength Ti of the light at distances n 'P M / 7t ( n = ° t 1 » 2 »···) from the division plane EM des Maßstabs 5 auf. Optimale elektrische Abtastsignale werden daher nur beim Abstand η · p„ /\ der Teilungsebene EA der Abtastplatte 8 von der Teilungsebene EM des Maßstabs 5 erzeugt. Dieser Ab-of scale 5. Optimal electrical scanning signals are therefore only generated at the distance η · p „/ \ of the division plane EA of the scanning plate 8 from the division plane EM of the scale 5. This Ab-
stand η · pM /Ti muß für eine sichere Funktion Längenmeßeinrichtung mit einer Toleranz +_ 0,1-p-, eingehalten werden, um elektrische Abtastsignale mit ausreichendem Modulationsgrad und ausreichender Amplitude zu erhalten.stand η · p M / Ti must be adhered to a length measuring device with a tolerance of + _ 0.1-p- for a reliable function in order to receive electrical scanning signals with a sufficient degree of modulation and sufficient amplitude.
Damit auch bei größeren Abstandsänderungen zwischen den Tellungeebenen EM, EA des Maßstabs 5 und der Abtastplatte 8 keine wesentliche Verringerung des Modulationsgrades und der Amplitude der Abtastsignale eintritt, weist gemäß Figur 4a die AbtastplatteSo even with larger changes in distance between the tellun levels EM, EA of scale 5 and the Scanning plate 8 no significant reduction in the degree of modulation and the amplitude of the scanning signals occurs, the scanning plate has according to FIG. 4a 8* zwei im wesentlichen identische Abtastfelder P ·, P2 1 mit Teilungen TA1', TA3 1 auf, die um einen Betrag I1 in Lichtβtrahlenr1chtung parallel zueinander versetzt sind, so daß die optischen Weglängen der Lichtstrahlen zwischen der Teilungeebene EM des8 * two essentially identical scanning fields P ·, P 2 1 with divisions TA 1 ', TA 3 1 , which are offset by an amount I 1 in Lichtβtrahlenr1chtung parallel to each other, so that the optical path lengths of the light rays between the division plane EM des
Maßstabs 5 und den Teilungsebenen EA ·, EA2 1 der beiden Abtastfelder F1 1, F ' einen Gangunterschied d = c«.l· = η.ρΜ 2/2λ (η = 1,2,3,...) aufweisen, wobei c* der Brechungsindex des von den Lichtstrahlen durchsetzten Mediums ist. Bei Abstandsänderungen zwischen den Tellungsebenen EM, EA ', EA2' des Maßstabs 5 und der Abtastplatte 8f ist somit beispielsweise die Abnahme der Amplitude des Abtastsignals S1 mit einer Zunahme der Amplitude des Abtastsignals S2 verbunden, so daß das Summensignal S = S1 + S3 im wesentlichen unabhängig von diesen Abstandsänderungen ist. Der parallele Abstand 1' der Teilungsebenen EA · , EA2* der Abtastplatte 8' kann durch Tiefätzen der Oberfläche (Stufenätzen) erfolgen; anschließend wird die Teilung TA', TA«,1 aufgebracht.Scale 5 and the planes of division EA ·, EA 2 1 of the two scanning fields F 1 1 , F 'have a path difference d = c «.l · = η.ρ Μ 2 / 2λ (η = 1,2,3, ...) have, where c * is the refractive index of the medium penetrated by the light rays. When the distance changes between the division planes EM, EA ', EA 2 ' of the scale 5 and the scanning plate 8 f , for example, the decrease in the amplitude of the scanning signal S 1 is associated with an increase in the amplitude of the scanning signal S 2 , so that the sum signal S = S 1 + S 3 is essentially independent of these changes in distance. The parallel spacing 1 'of the division planes EA ·, EA 2 * of the scanning plate 8' can be done by deep etching of the surface (step etching); then the division TA ', TA' 1 is applied.
Nach Figur 4b weist die Abtastplatte 8'· zwei Abtastfelder F1' ·, F2'1 mit Teilungen TA1'1, TA2" auf, deren Teilungsebenen EA1'1, EA2'' in einer Ebene liegen. Auf der Teilungsebene EA1·· des Abtastfeldes F1'' ist eine transparente Schicht U*· mit einem Brechungsindex c1' und einer Schichtdicke 1'* befestigt, so daß die optischen Weglängen der Lichtstrahlen zwischen der Teilungsebene EM des Maßstabs 5 und den Teilung3ebenen EA ·', EA2 1· wiederum den Gangunterschied d = c"·!" =According to Figure 4b, the scanning plate 8 '· two scanning fields F 1 ' ·, F 2 ' 1 with divisions TA 1 ' 1 , TA 2 ", whose division planes EA 1 ' 1 , EA 2 " lie in one plane Division plane EA 1 ·· of the scanning field F 1 '' is a transparent layer U * · with a refractive index c 1 'and a layer thickness 1' * attached so that the optical path lengths of the light rays between the division plane EM of the scale 5 and the division planes EA · ', EA 2 1 · again the path difference d = c "·!" =
η·ρΜ /2% (η = 1,2,3,...) aufweisen.η ρ Μ / 2% (η = 1,2,3, ...).
Nach Figur hc besitzt die Abtastplatte 8··' zwei Abtastfelder F1 1", F2'11 mit Teiluneen TA ι " ' # TA2 1", deren Teilungs ebenen EA1 1", EA2"1 ebenfalls in einer Ebene liegen. Die Abtastplatte 8'" ist jedoch um eine quer zur Meßrichtung verlaufende Dreh-According to Figure hc , the scanning plate 8 ·· 'has two scanning fields F 1 1 ", F 2 ' 11 with divisions TA ι"'# TA 2 1 ", whose division planes EA 1 1 ", EA 2 " 1 also in one The scanning plate 8 '"is, however, about a rotary axis running transversely to the measuring direction.
achse gegen den Maßstab 5 so geneigt, daß die Mittelpunkte M1 · · · , M3' · · der Abtastfelder P1 111J2 111 in Lichtstrahlenrichtung um einen Betrag 1''' zu-· einander versetzt sind, 30 daß die optischen Weglängen der Lichtstrahlen zwischen der Teilungsebene EM des Maßstabs 5 und den Teilungsebenen EA1 '", EA-''' im Mittel ebenfalls den Gangunterschied d = c"1·!«" = η·ρΜ /2 1\ (n = 1,2,3e..) besitzen.axis inclined to the scale 5 so that the center points M 1 · · ·, M 3 '· · of the scanning fields P 1 111 J 2 111 are offset from one another in the direction of the light beam by an amount 1''', 30 that the optical Path lengths of the light rays between the dividing plane EM of the scale 5 and the dividing planes EA 1 '", EA-''' also mean the path difference d = c" 1 ·! «" = Η · ρ Μ / 2 1 \ (n = 1 , 2,3 e ..) own.
mehrere Abtastfelder zusammenwirken, wobei das unter Zuhilfenahme dieser Abtastfelder gewonnene überlagerte Signal bei Abstandsänderungen im wesentlichen konstant bleiben muß. Der Gangunterschied d coilte mit einercooperate several scanning fields, with the below The superimposed signal obtained with the aid of these scanning fields is essentially constant in the event of changes in distance must stay. The path difference d coiled with one
Toleranz £ (0,1...0,2) ρ /2 7\- eingehalten werden. Den beiden Abtastfeldern F1, F2 kann anstelle der separaten Photoelemente 17·. # 172 auch ein gemeinsames Photoelement 17 zugeordnet werden, bei dem das Summensignal S intern gebildet wird. ^Tolerance £ (0.1 ... 0.2) ρ / 2 7 \ - must be observed. The two scanning fields F 1 , F 2 can instead of the separate photo elements 17 ·. Wherein the sum signal S is formed internally be assigned to # 17 2 a uch a common photoelement 17. ^
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19838318304 DE8318304U1 (en) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | Photoelectric length or angle measuring device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19838318304 DE8318304U1 (en) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | Photoelectric length or angle measuring device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE8318304U1 true DE8318304U1 (en) | 1985-09-05 |
Family
ID=6754542
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19838318304 Expired DE8318304U1 (en) | 1983-06-24 | 1983-06-24 | Photoelectric length or angle measuring device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE8318304U1 (en) |
-
1983
- 1983-06-24 DE DE19838318304 patent/DE8318304U1/en not_active Expired
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