DE8414149U1 - Photoelektrische Meßeinrichtung - Google Patents
Photoelektrische MeßeinrichtungInfo
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Description
- 3 -DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH 8. Mai 1984
Die Erfindung bezieht sich auf eine photoelektrische
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. ■
Derartige Vorrichtungen sind bei inkrementalen
Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen üblich, damit
beispielsweise ein für die Meßeinrichtung definier- %
ter Nullpunkt festgelegt und reproduziert werden
kann.
In der DE-OS 18 14 785 ist der Aufbau einer Referenzmarke zur Erzeugung eines Referenzimpulses be- jj
schrieben. -
Ein genügend exakter Referenzimpuls läßt sich je- ■
doch nur von einer derartigen Referenzmarke ableiten, wenn der Abtastabstand sehr klein ist und
dementsprechend engen Toleranzen hinsichtlich der \
Bei der photoelektrischen Abtastung bisher bekannter Referenzmarken erhält man Eintaktsignale. Um
-A-
die zur sicheren Auswertung erforderlichen Gegentakt- bzw. Pseudogegentaktsignale zu erhalten,
müssen zwei Referenzmarken bzw. eine Referenzmarke und ein Feld (z.B. Spiegel) zum Erzeugen eines Bezugssignales
vorgesehen und abgetastet werden. Durch ungleichmäßige Verschmutzung der Referenzmarken
und durch Abstandsänderungen beim Abtasten kann sich das erzeugte photoelektrische Signal so
verändern« daß eine sichere Auswertung nicht mehr gegeben ist.
In der 1978 veröffentlichten Dissertation von j. Wiilhelm "DreigitterSchrittgeber - photoelektrische
Aufnehmer zur Messung von Lageänderungen" (TU Hannover) sind ausführlich die Theorie und die
Zusammenhänge bei derartigen Wegaufnehmern erläutert.
Zudem ist aus der DE-OS 23 16 248 ein photoelektrischer Schrittgeber bekannt, der mit Phasengittern
arbeitet/ wodurch ein größerer Abtastabstand der beiden zueinander verschiebbaren Gitter zulässig
ist, und die Empfindlichkeit gegenüber Abstandsänderungen geringer wird. In dieser Druckschrift
wird jedoch kein Hinweis darauf gegeben, wie beispielsweise eine Referenzmarke genügend sicher abgetastet
und ausgewertet werden kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen,
bei der die Toleranzen der Schwankungen des Abtastabstandes vergrößert werden können, bei der ein
verhältnismäßig großer Abtastabstand zulässig ist, und bei der anhand von Referenzmarken Referenzimpulse erzeugt werden können.
» · · · iii it»
• * 'J · It ■
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst/
die die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 aufweist.
liegen darin/ daß auch bei der Abtastung von Referenzmarken ein verhältnismäßig großer Abtastabstand
zulässig ist/ der dementsprechend gegenüber Änderungen relativ unempfindlich ist. Ferner ist es bei dieser
Vorrichtung möglich, die einzelnen Referenzmarken so auszugestalten/ daß beliebige Signalformen erzeugt werden können.
Vorteilhafte Ausgestaltungen entnimmt man den Unteransprüchen.
Mit Hilfe von Ausführungsbeispielen soll anhand der Zeichnungen die Erfindung noch näher erläutert werden/ wobei die Darstellungen zum besseren Verständnis stark vereinfacht wurden.
Es zeigen
Figur 1 eine Meßeinrichtung nach dem Auflichtverfahren arbeitend/
Figur 2 eine Draufsicht auf die Meßeinrichtung nach Figur 1 entlang
der Schnittlinie II/IX, 30
Figur 3 eine Ansicht-auf ein Reflexphasengitter aus Figur 1 entlang der Linie III/III, verkleinert.
■#
• · til
Figur 4 eine Ansicht der Brennebene des Kondensors entlang der Linie
IV/IV in Figur 2,
mit Phasengittern gemäß Figur 1,
Figur 6 eine vorteilhafte Anordnung von Phasengittern»
Figur 7 ein typischer Signalverlauf mit Phasengittern gemäß Figur 6/
Figur 8 eine besonders vorteilhafte Anordnung von Phasengittern/
Figur 9 eine weitere Variante von Phasengittern zur zusätzlichen Signalmodulation und
Figur 10 eine Anordnung von Phasengittern
gemäß Figur 8 mit zusätzlichen phasenverschobenen Phasengittern.
Der im folgenden verwendete Ausdruck "Licht" umfaßt
ultraviolette und infrarote Strahlung sowie die im sichtbaren Bereich liegende Strahlung.
In Figur 1 ist eine Längenmeßeinrichtung 1 nach dem sogenannten Dreigitter-Auflichtprinzip dargestellt.
Die Strahlung einer Lichtquelle L wird von einem Kondensor 2 kollimiert und an Phasengittern A und B
gebeugt und reflektiert.
*
■ · >(t ItLl I C^ CC
* * ei« ti««
Die Phasengitter &lgr; und B haben Felder A1, A2, B1,
B2 mit periodischer Teilung die unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen.
In der Brennebene des Kondensors 2 entstehen Beugungsbilder 0. und höherer Ordnung der Lichtquelle L,
die den unterschiedlichen Gitterkonstanten und der Gittergestaltung (z.B. Verhältnis Furchenbreite/
Gitterkonstante, Furchentiefe etc.) entsprechen. An diesen Stellen sind entsprechend der Gittertheorie
Photodetektoren DO bis +_ DI (2) angeordnet.
Jedes Phasengitter A und B weist also zwei Felder A1, A2 und B1, B2 auf, die unterschiedliche Gitterkonstanten aufweisen.
In Figur 2 ist die Längenmeßeinrichtung 1 in der Draufsicht entlang der Linie II/II der Figur 1 gezeigt. Die Lichtquelle L ist aus der optischen
Achse versetzt angeordnet, damit die Beugungsbilder 0. Ordnung nicht in die Lichtquelle L zurückgeworfen werden, sondern um den gleichen Betrag versetzt, der Lichtquelle L gegenüber, auf entsprechend
angeordnete Photodetektoren DO fallen. Die Licht
quelle L kann jedoch in der optischen Achse ver
bleiben, wenn nur höhere als die 0. Ordnung ausgewertet werden.
In Figur 3 ist das Reflexphasengitter B abgebildet, das in verkleinerter Darstellung die Phasengitter—
feider B1 und B2 entlang der Linie III/III in Figur
mit den unterschiedlichen Gitterkonstanten zeigt. Prinzipiell ist auch eine davon abweichende Anordnung der Teilungsfelder B1 und B2 möglich.
Figur 4, die eine Ansicht der Photodetektoren D1(2)
bis -D1(2) zeigt, beruht auf einer Ansicht TV/TV
in Figur 2.
In Figur 5 ist ein typischer Signalverlauf gezeigt, wie er mit einer Meßeinrichtung gemäß der Figuren
1 bis 4 erzeugt wird. Dieses Signal wird bei Verschiebung des Phasengitters B in X-Richtung durch
Modulation der Lichtquellenbilder erzeugt. Am Photodetektor DO (Figur 1,2 und 4) kann dieses Signal
abgegriffen werden.
In Figur 6 ist der Aufbau eines Phasengitters C gezeigt, das anstelle von zwei Feldern acht Felder
C1 bis C8 aufweist, deren Gitterkonstanten im Verhältnis 1:2:3:4:5:6:7:8 ausgestaltet sind. Die
Felder C1 bis C8 sind dabei entsprechend einer Fourier-Reihe ausgebildet, und die Flächen der Felder
C1 bis C8 sind Konstanten proportional, die den Fourier-Koeffizienten dieser ausgewählten Fourier-Reihe
entsprechen.
Bei Bewegungen des Phasengitters C in Meßrichtung X erhält man am Photodetektor DO für die 0. Beugungs-Ordnung
einen Signalverlauf, wie er in Figur 7 dargestellt ist.
Ein dazu gegenphasiges Signal (Gegentakt) erhält man durch Auswerten der _+ 1. Beugungsordnungen
unter der Voraussetzung, daß das Verhältnis Furchenbreite/Gitterkonstante der jeweiligen Feldteilungen
1s2 ist.
Eine Variante des Phasengitters C erhält man, wenn
die einzelnen Felder C1 bis C8 nicht in Meßrichtung X
parallel ausgerichtet sind, sondern wie am Phasengitter C1 in Figur 8 noch weiter vereinfacht gezeigt
ist, wenn die Felder C1 bis C18 in der gezeigten
Reihenfolge in Meßrichtung X hintereinander angeordnet werden. Bei einer solchen Ausgestaltung des
Phasengitters C ist es unempflindlicher gegen Verdrehen
um die optische Achse.
Die Flächenproportionalität zu den bereits erwähnten Koeffizienten der Fourier-Reihe bleibt dabei
erhalten.
In Figur 9 ist schließlich ein Phasengitter C··
als Kombination der Phasengitter-Anordnung gemäß Figur 6 mit einer weiteren, in MeBrichtung X wirksamen
Te4lung D dargestellt, die bewirkt, daß der
Signalver\auf gemäß Figur 7 zusätzlich moduliert wird. Dabei werden gemäß Zeichnung nur Teilbereiche
der jeweiligen Phasengitterfelder C1M bis C'8
wirksam.
Die zusätzlich wirksame Teilung D kann dabei vom Phasengitter C11 räumlich in Richtung der optischen
Achse abgesetzt angeordnet und z.B. in Meßrichtung X zum Phasengitter C1' verschiebbar sein. Durch diese
Maßnahme läßt sich in Meßrichtung X der Ort auswählen, an dem die zusätzliche Teilung D wirksam
wird.
Die Felderanordnung auf den gegeneinander verschiebbaren Phasengittern A, B, C, C, C'1 können
sich - müssen sich aber nicht - entsprechen.
- 10 -
So können beispielsweise weitere Längen- oder Winkelteilungsfelder CA, CB vorgesehen sein, bei
denen, wie in Figur 10 für zwei derartige Felder gezeigt ist, die Felder CA1 bis CB8 gleicher
Gitterkonstante in Meßrichtung um einen Bruchteil bttw. ein Vielfaches der zugehörigen Gitterkonstante
zueinander phasenverschoben sein.
Ferner liegt es im Rahmen der Erfindung, anstelle der Photodetektoren Lichtquellen mit ggf. unterschiedlichen
Wellenlängen vorzusehen und die Lichtquelle gegen einen Photodetektor auszutauschen oder
diese Elemente in beliebiger Weise zu kombinieren. So ist es auf einfache Art möglich, durch variable
Ansteuerung d*3r Lichtquellen den Signalverlauf zu
beeinflußen.
Claims (6)
1. Vorrichtung zur photoelektrischen Erzeugung von elektrischen Signalen bei Lagemeßeinrichtungen,
insbesondere von Referenzimpulsen bei Längen-Oder Winkelmeßeinrichtungen, mit wenigstens einer
Beleuchtungseinrichtung, Abtastplatte, wenigstens einem Längen- oder Winkelteilungsfeld auf einem
Teilungsträger, wenigstens einem Photodetektor und einer Auswerteschaltung, dadurch gekennzeichnet,
daß das wenigstens eine Längen- oder Winke1-teilungsfeld (A bis CA) aus mehreren Gittern (A1
bis CA8) mit periodischer Teilung aufgebaut ist, die unter -.chiedliche Gitterkonstanten aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem wenigstens einen Längen- oder Winkelteilungsfeld
(A bis CA) ein zusätzliches, nicht periodisches Teilungsfeld (D) überlagert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das eine Längen- oder
Winkelteilungsfeld (A bis CA) als Phasengitter (A1 bis CA8) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Teilungsfeld
(D) längsverschieblich ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 # dadurch gekennzeichnet;
daß ein weiteres Längen- oder Winkelteilungsfeld (CB) vorgesehen ist, das aus mehreren Gittern
(CB1 bis CB8) mit periodischer Teilung, jedoch .1
&igr; 5 unterschiedlicken Gitterkonstanten -aufgebaut ist/
&igr; 5 unterschiedlicken Gitterkonstanten -aufgebaut ist/
&Ggr; die gegenüber den ersten Gittern (CA1 bis CA8)
% gleicher Gitterkonstante in Meßrichtung X jeweils
': um einen Bruchteil bzw. ein Vielfaches der zugehö-
I rigen Gitterkonstanten zueinander phasenverschoben
t 10 sind.
■■;
6. Vorrichtung i\ach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
I daß die Phasengitter (A1 bis CB8) als Laminarin
und/oder Echelettegitter ausgebildet sind.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19848414149 DE8414149U1 (de) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | Photoelektrische Meßeinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19848414149 DE8414149U1 (de) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | Photoelektrische Meßeinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8414149U1 true DE8414149U1 (de) | 1987-08-20 |
Family
ID=6766674
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19848414149 Expired DE8414149U1 (de) | 1984-05-09 | 1984-05-09 | Photoelektrische Meßeinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8414149U1 (de) |
-
1984
- 1984-05-09 DE DE19848414149 patent/DE8414149U1/de not_active Expired
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