DD250369A1 - DEVICE FOR POSITION MEASUREMENT - Google Patents
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Abstract
Die Einrichtung enthaelt n eine massverkoerpernde Rasterspur abtastende und in einer Basiszeile aneinandergereihte Sensorelemente. Der Positionsmesswert wird in ein einfach digitalisierbares Phasenwertsignal gewandelt. Ein Steuerwerk aktiviert eine Gruppe einander benachbarter Sensorelemente und verschiebt sie zeitabschnittsweise um jeweils ein Sensorelement. Ziel der Erfindung ist, die Genauigkeitserfordernisse fuer Abmessungen der Sensorelemente zu senken und die Paarungsvertraeglichkeit einer Basiszeile zur Rasterspur zu erhoehen. Aufgabengemaess ist die Einrichtung so auszubilden, dass sie ohne uebereinstimmende Groesse der Rasterteilung von Rasterspur des Massstabs und bewegter Rasterblende sowie ohne uebereinstimmende Groesse der Basiszeilenlaenge mit einer ganzzahligen Vielzahl von Sensorelementen zu einer Teilungsperiode der Rasterspur auskommt. Erfindungswesentlich ist, dass die Gruppe aktivierter Sensorelemente aus wenigstens einem Sensorelement und hoechstens n/2 Sensorelementen besteht sowie ueber hoechstens eine halbe Teilungsperiode der Rasterspur erstreckt ist und dass die Basiszeile ueber die Groesse einer vollen Teilungsperiode der Rasterspur hinaus ausgedehnt ist. Die Erfindung ist fuer Positionsmessungen mit Rastermassstab anwendbar. Fig. 3The device contains a massverkoerpernde raster scan scanning and juxtaposed in a base line sensor elements. The position measured value is converted into a simply digitizable phase value signal. A control unit activates a group of adjacent sensor elements and shifts them in sections by one sensor element at a time. The aim of the invention is to reduce the accuracy requirements for dimensions of the sensor elements and to increase the pairing compatibility of a base line to the raster track. Taskgemaess the device is to be designed so that it does not require a matching size of the grid division of raster scale of the scale and moving grid aperture and without matching size of the base line length with a whole number of sensor elements to a pitch period of the raster track. It is essential to the invention that the group of activated sensor elements consists of at least one sensor element and at most n / 2 sensor elements and extends over at most half a graduation period of the raster track and that the base line is extended beyond the size of a full graduation period of the raster track. The invention is applicable to position measurements with grid scale. Fig. 3
Description
zyklisch umlaufend von der Abtastsignalbildung aus und verschiebt sie von Zeitabschnitt zu Zeitabschnitt um jeweils ein Sensorelement. Benachbarte Sensorelemente sind hierbei auch das letzte und das erste Sensorelement der Basiszeile. Während eines Zeitabschnittes tragen somit stets nur die restlichen n/2 einander ebenfalls benachbarten Sensorelemente der Basiszeile additiv zum Abtastsignal der Basiszeile bei. Die einzelnen Abtastsignale mehrerer aneinandergereihter Basiszeilen werden zum Abtastsignal der gesamten Sensorzeile addiert und der Auswertung unterzogen. Hierbei wird durch die Einbeziehung eines längeren Stücks des Rastermaßstabs mit mehreren Teilungsperioden ein Mittelwert gebildet. Einzelne Teilungsfehler am Rastermaßstab sind dadurch im Abtastsignal stark unterdrückt.cyclically rotating from the Abtastsignalbildung and shifts it from one period to period by one sensor element. Adjacent sensor elements here are also the last and the first sensor element of the base line. During a period of time, only the remaining n / 2 sensor elements of the base line, which are likewise adjacent to one another, always contribute in an additive manner to the scanning signal of the base line. The individual scanning signals of several juxtaposed base lines are added to the scanning signal of the entire sensor line and subjected to the evaluation. In this case, an average value is formed by including a longer piece of the grid scale with several graduation periods. Individual pitch errors on the grid scale are strongly suppressed in the scanning signal.
Das genannte Linearmeßsystem benutzt für die Basiszeile eine Zeilenlänge, die erst durch optische Mittel mit der Teilungsperiode des Rastermaßstabs übereinstimmt.The said linear measuring system uses for the base line a line length which only by optical means coincides with the graduation period of the raster scale.
Die zwischen dem Rastermaßstab und der Basiszeile eingefügte Optik bildet unter Anwendung eines Verkleinerungsfaktors eine Teilungsperiode des Rastermaßstabs meßtechnisch genau auf einer Zeilenlänge der Basiszeile ab. Die Genauigkeit dieser Abbildung geht wegen der nur begrenzt realisierbaren Abmessungsgenauigkeiten der Sensorelemente nachteiligerweise um so mehr verloren, je mehr Basiszeilen zwecks der genannten vorteilhaften Mittelwertbildung aneinandergereiht und je mehr Sensorelemente zugunsten einer erwünschten hohen Anzahl diskreter Positionsmeßwerte je Teilungsperiode des Rastermaßstabs in der Baiszeile enthalten sind.The optics inserted between the grid scale and the base line, using a reduction factor, form a graduation period of the grid scale exactly on a line length of the base line. The accuracy of this figure is due to the limited realizable dimensional accuracy of the sensor elements disadvantageously lost the more base lines lined up for the purpose of said advantageous averaging and the more sensor elements in favor of a desired high number of discrete Positionsmeßwerte per graduation period of the grid scale in the Baiszeile are included.
Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, die Genauigkeitserfordernisse für Abmessungen von Sensorelementen in ihre-r Abhängigkeit zur Größe der Rasterteilung des Maßstabs zu senken und die Paarungsverträglichkeit einer Basiszeile zur Rasterspur des Rastermaßstabs zu erhöhen.It is an object of the invention to reduce the accuracy requirements for dimensions of sensor elements in their dependence on the size of the grid scale of the scale and to increase the mating compatibility of a base line to the grid track of the grid scale.
Eine Ursache der in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mangel besteht im Einsatz der schrittweise bewegten Rasterblende.A cause of the deficiency described in the characteristic of the known technical solutions is the use of the stepwise moving screen aperture.
Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Positionsmessung mit einer Rasterspur eines Rastermaßstabs als Meßverkörperung gemäß dem Oberbegriff des Erfindungsanspruchs so auszubilden, daß sie ohne übereinstimmende Größe der Rasterteilung von Rasterspur des Maßstabs und bewegter Rasterblende sowie ohne übereinstimmende Größe der Basiszeilenlänge mit einer ganzzahligen Vielzahl von Sensorelementen zu einerTeilungsperiode der Rasterspur auskommt.To eliminate this cause, the invention has the object, a device for position measurement with a raster track of a grid scale as Meßverkörperung according to the preamble of the invention claim so that they without matching size of the grid division of raster scale and moving grid aperture and without matching size the base line length does with an integral plurality of sensor elements at a division period of the raster track.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Gruppe aktivierter Sensorelemente aus einer vorbestimmten Anzahl von wenigstens einem Sensorelement und höchstens n/2 Sensorelementen zusammengesetzt sowie über höchstens eine halbe Teilungsperiode der Rasterspur erstreckt ist und daß die Aneinanderreihung aller η Sensorelemente der Basiszeile über die Größe einer vollen Teilungsperiode der Rasterspur hinaus ausgedehnt ist.According to the invention, this object is achieved in that the group of activated sensor elements from a predetermined number of at least one sensor element and at most n / 2 sensor elements composed and extends over at most half graduation period of the raster track and that the juxtaposition of all η sensor elements of the base line on the size of a full pitch period of the raster track is extended.
Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Dabei zeigenThe invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment. Show
Figur 1: einen vergrößerten Ausschnitt der Paarung eines Rastermaßstabs und einer zugeordneten Sensorzeile bei einemFigure 1: an enlarged section of the pairing of a grid scale and an associated sensor line at a
Linearmeßsystem gemäß dem bekannten Stand der Technik, Figur 2: den für eine Basiszeile gültigen Ausschnitt aus Figur 1 in der meßtechnisch maßgeblichen und einer ausführlichenLinear measuring system according to the known prior art, Figure 2: The valid for a base line section of Figure 1 in the metrological relevant and a detailed
Darstellung sowie das zugehörige Abtastsignal-Zeit-Diagramm für einen Abtastumlauf, Figur 3: einen vergrößerten Ausschnitt der Paarung eines Rastermaßstabs und einer zugeordneten Sensorzeile sowie das zugehörige Abtastsignal-Zeit-Diagramm für einen Abtastumlauf gemäß der vorliegenden Erfindung.FIG. 3 shows an enlarged detail of the pairing of a raster scale and an assigned sensor line as well as the associated sampling signal-time diagram for a scan circulation according to the present invention.
Gemäß Figur 1 ist zwischen der Rasterspur 1 eines Rastermaßstabs und einer Sensorzeile 2 eines bekannten Linearmeßsystems eine optische Einrichtung 3 eingefügt.According to FIG. 1, an optical device 3 is inserted between the raster track 1 of a raster scale and a sensor line 2 of a known linear measuring system.
Sie bildet jede volle Hell-/Dunkel-Teilung der Rästerspur 1 auf einem festgelegten Längenanteil der Sensorzeile 2 ab, der der Länge einer Basiszeile 4 entspricht.It maps every full light / dark graduation of the raster track 1 on a defined length portion of the sensor line 2, which corresponds to the length of a base line 4.
Eine festgelegte ganze Anzahl von beispielsweise zehn Sensorelementen kennzeichnet die Basiszeile 4. Der dargestellte Ausschnitt zeigt drei Basiszeilen 4 der Sensorzeile 2 mit jeweils zehn Sensorelementen. Das zweite bis sechste Sensorelement jeder Basiszeile 4 bilden während eines angenommenen Zeitabschnitts jeweils eine Gruppe aktivierter Sensorelemente 5, die übrigen fünf Sensorelemente eine Gruppe nichtaktivierter Sensorelemente 6 während desselben Zeitabschnitts. Die von einem nicht dargestellten zyklisch arbeitenden digitalen Steuerwerk zu jedem Sensorelement führende jeweilige Steuerleitung sowie • die von jedem Sensorelement abgehende jeweilige Signalleitung sind zur besseren Übersichtlichkeit nicht gezeichnet.A fixed whole number of, for example, ten sensor elements characterizes the base line 4. The section shown shows three base lines 4 of the sensor line 2, each with ten sensor elements. The second to sixth sensor elements of each base line 4 form a group of activated sensor elements 5 during an assumed period of time, the remaining five sensor elements a group of non-activated sensor elements 6 during the same time segment. The respective control line leading to each sensor element from a cyclically operating digital control unit, not shown, as well as the respective signal line emerging from each sensor element are not drawn for the sake of clarity.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellte Rasterspur 1 und Sensorzeile 2 ohne die optische Einrichtung 3 und ohne deren Einfluß auf die Längsausdehnung einer Basiszeile 4. Die Gruppe der aktivierten Sensorelemente 5 sowie die Gruppe der nichtaktivierten Sensorelemente 6 haben jeweils die Länge einer halben Hell-/Dunkel-Teilung der Rasterspur 1. Gezeigt ist derjenige Aktivierungszustand, bei dem die Gruppe der aktivierten Sensorelemente 5 der lichtdurchlässigen Hälfte einer Teilungsperiode der Rasterspur 1 nahezu gegenüberliegt. Im Abtastsignal-Zeit-Diagramm entspricht der Zeitabschnitt tk6 diesem Aktivierungszustand. Von Zeitabschnitt zu Zeitabschnitt rückt die Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 um jeweils ein Sensorelement weiter. Nach fünf Schritten würde sich die Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 nahezu gegenüber der lichtundurchlässigen Häflte derselben Teilungsperiode der Rasterspur 1 befinden. Im Abtastsignal-Zeit-Diagramm entspricht der Zeitabschnitt tk1 diesem dann erreichten Aktivierungszustand. Das Abtastsignal-Zeit-Diagramm erfaßt den von kbis (k + 1) reichenden einen Abtastumlauf.FIG. 2 shows the raster track 1 and sensor line 2 shown in FIG. 1 without the optical device 3 and without its influence on the longitudinal extent of a base line 4. The group of activated sensor elements 5 and the group of non-activated sensor elements 6 each have the length of half a light. / Dark division of the raster track 1. Shown is that activation state in which the group of activated sensor elements 5 of the translucent half of a pitch period of the raster track 1 is almost opposite. In the sampling signal-time diagram, the time interval t k6 corresponds to this activation state. From time to time section, the group of activated sensor elements 5 advances by one sensor element in each case. After five steps, the group of activated sensor elements 5 would be nearly opposite the opaque branches of the same pitch period of the raster track 1. In the sampling signal-time diagram, the time interval t k1 corresponds to this then reached activation state. The sampling signal-time diagram detects the sampling cycle ranging from kbis (k + 1).
Die in Figur 3 gezeigte erfindungsgemäße Lösung unterscheidet sich vom vorstehend beschriebenen bekannten Linearmeßsystem dadurch, daß für die Basiszeile 4 eine Zeilenlänge von der Größe einer Teilungsperiode der Rasterspur 1 nicht mehr existiert. Statt dessen erstreckt sich die Basiszeile 4 über eine beliebige Vielzahl solcher Teilungsperioden, im dargestellten Fall über drei Teilungsperioden der Rasterspur 1. Die Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 stimmt längenmäßig auch nicht mehr mit der größe einer halben Teilungsperiode der Rasterspur 1 überein, sondern bleibt kleiner. In der Basiszeile 4 werden die enthaltenen Sensorelemente, die beispielhaft in einer Anzahl von η = 23 gewählt sind, nicht mehr je zur Hälfte auf die Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 und auf die Gruppe nichtaktivierter Sensorelemente 6 aufgeteilt. Statt dessen steht einer kleineren Anzahl aktivierter Sensorelemente, hier beispielhaft schon einem einzelnen Sensorelement, eine größere Anzahl nichtaktivierter Sensorelemente gegenüber, hier beispielsweise 22 Sensorelemente. Damit ist die bisher notwendige Übereinstimmung der Größe der Rasterteilung von Rasterspur 1 und bewegter Rasterblende weggefallen. Außerdem entfällt die Rasterung in der Sensorzeile 2 und mit ihr wiederum auch die gerasterte Blende innerhalb der nur einen Basiszeile 4. Mehrere aneinandergereihte Basiszeilen 4 bringen eine übergeordnete Rasterung zustande, die Sensorelemente innerhalb der Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 unterliegen in zweierlei Hinsicht einer Begrenzung. Zum einen darf ihre Anzahl n/2 nicht überschreiten und zum anderen darf die Länge dieser Gruppe sich nicht über mehr als eine halbe Teilungsperiode der Rasterspur 1 hinaus erstrecken. Das zeitabschnittsweise Weiterrücken der Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 und damit auch der Gruppe nichtaktivierter Sensorelemente 6 um jeweils ein Sensorelement wird unverändert beibehalten. Gezeigt ist derjenige Aktivierungszustand, bei dem das die Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 bildende nur eine Sensorelement das zweite Sensorelement in der Basiszeile 4 ist.The inventive solution shown in Figure 3 differs from the above-described known Linearmeßsystem in that for the base line 4, a line length of the size of a pitch period of the raster track 1 no longer exists. Instead, the base line 4 extends over an arbitrary multiplicity of such graduation periods, in the illustrated case over three graduation periods of the raster track 1. The group of activated sensor elements 5 also does not coincide in length with the size of a half graduation period of the raster track 1, but remains smaller. In the base line 4, the sensor elements contained, which are selected by way of example in a number of η = 23, are no longer divided equally between the group of activated sensor elements 5 and the group of non-activated sensor elements 6. Instead, a smaller number of activated sensor elements, here by way of example already a single sensor element, faces a larger number of non-activated sensor elements, here for example 22 sensor elements. This eliminates the previously necessary match the size of the grid division of raster track 1 and moving grid aperture. In addition, the screening in the sensor line 2 and with it in turn also eliminates the screened aperture within the only one base line 4. Several juxtaposed base lines 4 bring about a parent screening, the sensor elements within the group of activated sensor elements 5 are subject to a limitation in two respects. On the one hand, their number must not exceed n / 2 and, on the other hand, the length of this group must not extend beyond half a graduation period of the raster track 1. The periodwise advancing the group of activated sensor elements 5 and thus also the group of non-activated sensor elements 6 by one sensor element is maintained unchanged. Shown is that activation state in which the group of activated sensor elements 5 forming only one sensor element is the second sensor element in the base line 4.
Das Abtastsignal-Zeit-Diagramm zeigt eine Grundwelle mit überwiegend rechteckförmigem Verlauf beiderseits einer Nullinie N-N. Wegen des beispielhaft gewählten nur einen Sensorelements als Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 reduziert sich lediglich die Stufenanzahl für den Abtastsignalverlauf, dem aber unverändert die volle Phaseninformation innewohnt. Der Zeitabschnitt tk2 entspricht dem angenommenen Aktivierungszustand. Das Abtastsignal-Zeit-Diagramm erfaßt wiederum den von k bis (k + 1) reichenden einen Abtastumlauf. Der letzte Schritt innerhalb dieses Abtastumlaufs umfaßt den ZeitabschnittThe sampling signal-time diagram shows a fundamental wave with a predominantly rectangular shape on both sides of a zero line NN. Because of the exemplarily selected only one sensor element as a group of activated sensor elements 5, only the number of stages for the Abtastsignalverlauf reduces, but inherently the full phase information inherent. The time interval t k2 corresponds to the assumed activation state. The sampling signal-time diagram in turn detects the range from k to (k + 1) reaching a scan. The last step within this scan cycle includes the time period
Eine Positionsänderung verschiebt die Schnittpunkte der Grundwelle des Abtastsignals mit der Nullinie N-N stetig entlang der Zeitachse. Im Phasenwert der Grundwelle des Abtastsignals bildet sich die auf eine Teilungsperiode bezogene absolute Position der Längsverschiebung zwischen Rasterspur 1 und Sensorzeile 2 ab.A change in position shifts the intersection points of the fundamental wave of the scanning signal with the zero line N-N continuously along the time axis. In the phase value of the fundamental wave of the scanning signal, the absolute position of the longitudinal displacement between raster track 1 and sensor line 2, which relates to a graduation period, is formed.
Da die Zeilenlänge für die Gruppe aktivierter Sensorelemente 5 von der Größe einer halben Teilungsperiode der Rasterspur 1 abweichen darf, darüber hinaus auch die Länge der Basiszeile 4 mit ihren η Sensorelementen von der Größe einer Teilungsperiode der Rasterspur 1 verschieden sein darf, können Sensorzeilen mit geringeren Abmessungsgenauigkeiten und mit verfügbaren Zeilenlängen eingesetzt werden. Damit lassen sich eine Kosteneinsparung und eine größere Vielfalt für die Paarungsmöglichkeit von Rastermaßstab und Sensorzeile 2 erreichen.Since the line length for the group of activated sensor elements 5 may deviate from the size of a half graduation period of the raster track 1, moreover, the length of the base line 4 may be different with their η sensor elements of the size of a pitch period of the raster track 1, sensor lines with smaller dimensional accuracies and with available line lengths. This can be a cost savings and greater diversity for the pairing possibility of grid scale and sensor line 2 reach.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung kann ein gegenüber der Sensorelementgröße wesentlich verkleinertes Meßrasterinkrement realisiert werden, da eine stetige Phasenverschiebung erzeugt wird. Zwecks Abschwächung einzelner Teilungsfehler durch Mittelung können versetzt angeordnete, schaltungsmäßig parallel betriebene Basiszeilen zum Einsatz kommen.With the device according to the invention can be realized compared to the sensor element size substantially reduced Meßrasterinkrement because a steady phase shift is generated. In order to attenuate individual pitch errors by averaging offset staggered, parallel lines operated parallel lines can be used.
Die Einrichtung gilt für beliebige Sensorwirkprinzipien, so für induktiv oder kapazitiv arbeitende Sensoren oder für die beispielhaft beschriebenen fotoelektrischen Sensoren.The device applies to any sensor operating principles, such as for inductive or capacitive sensors or for the photoelectric sensors described by way of example.
Die Aktivierung der Signalauswertung kann auch durch gesteuertes Einschalten einer jeweils im Sensorelement enthaltenen Emissionsdiode erfolgen.The activation of the signal evaluation can also be effected by controlled switching on of an emission diode contained in each case in the sensor element.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD29177086A DD250369A1 (en) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | DEVICE FOR POSITION MEASUREMENT |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD29177086A DD250369A1 (en) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | DEVICE FOR POSITION MEASUREMENT |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD250369A1 true DD250369A1 (en) | 1987-10-08 |
Family
ID=5580312
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DD29177086A DD250369A1 (en) | 1986-06-27 | 1986-06-27 | DEVICE FOR POSITION MEASUREMENT |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD250369A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0596535A3 (en) * | 1992-11-06 | 1994-09-07 | Inst Mikrostrukturtechnologie | High-resolution measuring method for linear and rotary positions |
-
1986
- 1986-06-27 DD DD29177086A patent/DD250369A1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0596535A3 (en) * | 1992-11-06 | 1994-09-07 | Inst Mikrostrukturtechnologie | High-resolution measuring method for linear and rotary positions |
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