CH651134A5

CH651134A5 - Digitale lichtelektrische laengen- oder winkelmesseinrichtung.

Info

Publication number: CH651134A5
Application number: CH504/81A
Authority: CH
Inventors: Walter Schmitt
Original assignee: Heidenhain Gmbh Dr Johannes
Priority date: 1980-02-27
Filing date: 1981-01-27
Publication date: 1985-08-30
Also published as: DE3007311C2; JPH0350204B2; US4385836A; ATA91481A; GB2070766B; JPS56157811A; DE3007311A1; IT8112449A0; AT385353B; IT1146002B; FR2476830A1; FR2476830B1; GB2070766A

Description

Die Erfindung betrifft eine digitale lichtelektrische Län- auf, mittels dessen eine eindeutige Diskriminierung der Bewegen* oder Winkelmesseinrichtung gemäss dem Oberbegriff gungsrichtung des Massstabs 1 relativ zur Abtasteinrichtung des Anspruches 1. 4 erfolgt.

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Da handelsübliche lichtempfindliche Elemente in ihrer des vom lichtempfindlichen Gleichlichtelement 112 gelieferten

Charakteristik im allgemeinen voneinander abweichen, müs- Gleichlichtsignals JG über den Mittelabgriff eines an die bei-

sen die Signale S]-S4 zur Differenzbildung auf Symmetrie ab- den Photodioden 10,", 103" bzw. Phototransistoren 10]"', 103'"

geglichen werden. In Fig. 2 sind die beiden lichtempfindlichen in der Abtasteinrichtung 4' bzw. 4" angeschlossenen Potentio-Elemente 10|, 103 in Form von Photoelementen 10,'; 103'inder smetersl5'bzw. 15"eingespeist.DievomDifferenzverstärkerl2'

Abtasteinrichtung 4 antiparallel geschaltet und mit den bei- abgewandten Anschlüsse der Photodioden 10/' 103" sind mit den Eingängen eines Differenzverstärkers 12 einer externen einem Potential auf einer externen Leitung 14 und die Kollek-

Auswerteeinrichtung 13 verbunden, die von der Abtastein- torenderPhototransistoren lOj'", 103"'miteinemPotentialauf richtung 4 räumlich getrennt ist. Das bei der Relativbewe- einer externen Leitung 20 verbunden.

gung vom Massstab 1 und von den Abtastfeldern 81,83 der 10 In Fig. 5 ist zum Symmetrieabgleich an die beiden anti-

Abtastplatte 7 modulierte Licht des Beleuchtungssystems 5,6 parallel in der Abtasteinheit 4 geschalteten Photoelemente beaufschlagt die Photoelemente 10j', 103' im Gegentakt, so 10/, 103' gemäss Fig. 2 parallel ein zusätzliches Photoelement dass diese periodische gegenphasige Abtastsignale S/, S3' (180° 16 zur Einspeisungeines Gleichlichtsignals JG' in den Kreis

Phasenversatz) liefern, die zur Differenzbildung erfindungs- der Photoelemente 10/, 103' angeschlossen, das von einer licht-

gemäss dadurch auf Symmetrie abgeglichen werden, dass ein 15 emittierenden Diode 17 beaufschlagt wird, deren Stromauf-

Teil des vom lichtempfindlichen Gleichlichtelement 112 er- nähme, die der Beleuchtungsstärke proportional ist, mittels zeugten Gleichlichtsignals JG über den Mittelabgriff eines eines Potentiometers 18 regelbar ist. Die Beleuchtung des parallel an die beiden antiparallelen Photoelemente 10/, 103'in Photoelements 16 kann auch über die Beleuchtungseinrich-

der Abtasteinrichtung 4 angeschlossenen Potentiometers 15 tung 5,6 erfolgen.

eingespeist wird. Das aus den symmetrisierten Signalen S/, S3' 20 In nicht dargestellter Weise kann das vom zusätzlichen gebildete Differenzsignal S i '-S3' wird in der externen Auswer- Photoelement 16 gelieferte Gleichlichtsignal JG' auch über ein teeinrichtung 13 ausgewertet und einer nicht dargestellten Potentiometer in den Kreis der lichtempfindlichen Elemente Anzeigeeinheit zur Anzeige der Weginformationen zugeleitet. 10b 103; 102,104 eingespeist werden. Das zusätzliche lichtin gleicher, nicht dargestellter Weise können auch die periodi- empfindliche Element 16 zur Erzeugung eines Gleichlichtsischen gegenphasigen Abtastsignale S2, S4 des anderen Paares 25 gnals JG' ist bei einem absoluten Längen- oder Winkelmessy-lichtempfindlicher Elemente 102,104 auf Symmetrie abgegli- stem und bei einem inkrementalen Längen- oder Winkelmess-chen werden, wobei letztere antiparallel an die beiden Ein- system erforderlich, das kein lichtempfindliches Referenzele-gänge eines nicht gezeigten Differenzverstärkers in der Aus- ment und kein zugehöriges lichtempfindliches Gleichlichtele-werteeinrichtung 13 angeschlossen sind. ment aufweist.

In Fig. 3 bzw. Fig. 4 sind die beiden lichtempfindlichen 30 In gleicher Weise wie das zusätzliche lichtempfindliche

Elemente 10j, 103inFormvonPhotodioden 10,", 103"bzw. von Element 16 kann auch das lichtempfindliche Gleichlichtele-

Phototransitoren 10/", 103'" in der Abtasteinrichtung 4' bzw. ment 112, das auch von einem gesonderten Beleuchtungsele-

4" antiparallel geschaltet und mit den beiden Eingängen eines ment beaufschlagt werden kann, parallel an den Kreis der

Differenzverstärekrs 12' bzw. 12" einer externen Auswerteein- lichtempfindlichen Elemente 10], 103; 102 104 angeschlossen richtung 13' bzw. 13" verbunden, die von der Abtasteinrich- 35 werden; jedoch müssen zur Richtungsumkehr der Einspei-

tung 4' bzw. 4" räumlich getrennt ist. Zum Symmetrieabgleich sung der Gleichlichtsignale JG, JG' die Anschlüsse der licht-

dervondenPhotodioden 10/', 103" bzw. denPhototransistoren empfindlichen Elemente 112,16 an den Kreis der lichtemp-

10/", 103'" erzeugten gegenphasigen AbtastsignalewirdeinTeil findlichen Elemente 10t, 103; 102,104 umpolbar sein.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE Bei einer derartigen Längen- oder Winklemesseinrichtung

1. Digitale lichtelektrische Längen- oder Winkeimessein- ist ein elektrischer Abgleich der periodischen gegenphasigen richtung mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung einer Abtastsignale auf Symmetrie mittels Potentiometer bekannt, Massverkörperung, einer Auswerteeinrichtung zur Auswer- der auch bei Helligkeitsänderungen der Beleuchtung erhalten tung der von der Abtasteinrichtung gelieferten Abtastsignale 5 bleibt, indem beide Abtastsignale in der Auswerteeinrichtung und mit einer Einrichtung zum elektrischen Symmetrieab- getrennt verstärkt und unter Berücksichtigung ihrer Toleran-gleich der bei der Abtastung der Massverkörperung erzeugten zen summiert werden. Ein derartiger Abgleich weist aber den periodischen gegenphasigen Abtastsignale, bei der wenigstens Nachteil auf, dass bei jedem Austausch der Auswerteeinrich-ein Paar die periodischen gegenphasigen Abtastsignale erzeu- tung ein erneuter Abgleich auf Symmetrie erfolgen muss. gender lichtempfindlicher Elemente in der Abtasteinrichtung 10 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Längen-antiparallel an die Auswerteeinrichtung angeschaltet ist, da- oder Winkelmesseinrichtung der oben erwähnten Gattung durch gekennzeichnet, dass zum elektrischen Symmetrieab- anzugeben, bei der ein Auswechseln der Auswerteeinrichtung gleich ein Mittel (112,16) zur Erzeugung eines Gleichlichtsi- keinen Einfluss auf die Symmetrie der periodischen gegen-gnals (JG, JG') vorgesehen Mund dass zumindestein Teil die- phasigen Abtastsignale hat.

ses Gleichlichtsignals (JG, Jf®") in den Kreis des wenigstens ei- 15 Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kenn-

nen Paares lichtempfindlicher Elemente (I0j, 103; 10& 104) in zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

der Abtasteinrichtung (4,4',, 4") eingespeist wird. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe-
2. Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekernt- sondere darin, dass sich bei einer derartigen Längen- oder zeichnet, dass das Mittel zur Erzeugung des; GfeichlieMsignals Winkelmesseinrichtung mit externer Auswerteeinrichtung ein (JG') von einem zusätzlichen lichtempfindlichen Element (16) zaproblemloser Austausch der Auswerteeinrichtung ergibt, da gebildet ist. der Symmetrieabgleich der Abtastsignale unabhängig davon
3. Messeinrichtung nach Anspruch 1, bei der ein Ichtemp- erhalten bleibt.

findliches Referenzelement zur Abtastung einer Referenztei- Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ent-

lung und ein zugehöriges lichtempfindliches GMchlichtele1- nimmt man den abhängigen Ansprüchen.

ment vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,, dass das Mit- 25 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der tel zur Erzeugung des Gleichlichtsignals (JG) vomlichtemp- Zeichnung näher erläutert.

findlichen Gleichlichtelement (112) des lichtempfindlichen Es zeigen

Referenzelements (111) gebildet ist. Figur 1 schematisch eine digitale lichtelektrische inkre-
4. Messeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- mentale Längenmesseinrichtung und kennzeichnet, dass das zusätzliche lichtempfindliche Element 30 Figur 2-5 verschiedene Schaltungsanordnungen zum (16) und das lichtempfindliche Gleichlichtelement (112) von Symmetrieabgleich.

der gleichen Beleuchtungseinrichtung (5,6) beaufschlagt wer- In der Figur 1 ist ein längsverschieblicher Massstab 1 in den, die zur Beleuchtung der lichtempfindlichen Elemente nicht dargestellter Weise beispielsweise mit dem Schlitten ei-

(10], 103; 102, IO4) dient. ner Werkzeugmaschine verbunden und weist eine inkremen-
5. Messeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- 35 tale Teilung 2 und eine Referenzteilung 3 auf, die von einer kennzeichnet, dass das zusätzliche lichtempfindliche Element Abtasteinrichtung 4 abgetastet wird, die am Bett dieser Werk-(16) und das lichtempfindliche Gleichlichtelement (112) von zeugmaschine befestigt ist. Die Abtasteinrichtung 4 weist eine einem gesonderten Beleuchtungselement (17) mit einstellbarer Glühlampe 5, einen Kondensor 6, eine Abtastplatte 7 mit AbBeleuchtungsstärke beaufschlagt werden. tastfeldern 8 ]-84 für die inkrementale Teilung 2, mit einem
6. Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn- 40 Abtastfeld 9 j für die Referenzteilung 3 und mit einem Abtastzeichnet, dass das gesonderte Beleuchtungselement (17) von feld 92 für ein zu erzeugendes Gleichlichtsignal JG sowie den einer Uchtemittierenden Diode gebildet ist, deren Beleuch- Abtastfeldern 81-84 zugeordnete Hchtempfradliche Element tungsstärke mittels eines Potentiometers (18) einstellbar ist. 10j—104 und den Abtastfeldern 9ls 92 zugeordnete lichtemp-
7. Messeinrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, da- findliche Elemente 111,112 auf.

durch gekennzeichnet, dass das Gleichlichtsignal (JG, JG') über « Die Abtastfelder 81-84 bzw. das Abtastfeld 9j weisen nicht ein Potentiometer (15,15', 15") in den Kreis des wenigstens ei- dargestellte Teilungen auf, die mit der Teilung 2 bzw. der Renen Paares lichtempfindlicher Elemente (10b 103; 102,104) ferenzteilung 3 des Massstabs 1 übereinstimmen. Da die Tei-eingespeist wird. lungen der Abtastfelder 8^84 jeweils um eine viertel Teilungs-
8. Messeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn- periode = 90° gegeneinander versetzt sind, liefern bei der Bezeichnet, dass das Gleichlichtsignal (JG, Jg') über den Mittel- so wegung des Massstabs 1 relativ zur Abtasteinrichtung 4 die abgriff des an die lichtempfindlichen Elemente (10,, 103; 102, zugehörigen lichtempfindlichen Elemente IO1-IO4 dementiti) angeschlossenen Potentiometers (15,15', 15") eingespeist sprechend periodische Abtastsignale Sl7-S4, die ebenfalls um wird. 90° gegeneinander versetzt sind. Beim Überfahren der Refe-
9. Messeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge- renzteilung 3 erzeugt das lichtempfindliche Element 111 ein kennzeichnet, dass das zusätzliche lichtempfindliche Element 55 Referenzsignal R, während das lichtempfindliche Element 112 (16) oder das lichtempfindliche Gleichlichtelement (112) par- über die gesamte Messstrecke ein konstantes Gleichlichtsignal allei an den Kreis des wenigstens einen Paares lichtempfind- JG liefert, das zur Festlegung der Triggerschwelle für das Re-licher Elemente (10b 103; 102, 104) angeschaltet ist. ferenzsignal R dient, um das Referenzsignal R nach einer Si-
10. Messeinrichtung nach einem der vorangehenden An- gnalformung exakt einem bestimmten Inkrement zuordnen Sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die lichtempfindlichen 60 zu können.

Elemente (10i, 103; 102,104; 11 j, 112; 16) als Photoelemente, Zur Eliminierung des Gleichspannungsanteils der Signale

Photodioden oder Phototransistoren ausgebildet sind. S1-S4 werden durch Antiparallelschaltung der lichtempfindlichen Elemente 10i, 103bzw. 102,104 die Differenzen S]-S3

bzw. S2-S4 gebildet; das Differenzsignal S2-S4 weist gegen-

65 über dem Differenzsignal S,-S3 einen Phssenversatz von 90°