DE1220152B

DE1220152B - Vorrichtung zum verkantungsfehlerfreien Messen von Laengen

Info

Publication number: DE1220152B
Application number: DEW35153A
Authority: DE
Inventors: Dr Horst Burkhardt
Original assignee: Firma Wenczler and Heidenhain
Current assignee: Firma Wenczler and Heidenhain
Priority date: 1963-08-23
Filing date: 1963-08-23
Publication date: 1966-06-30
Also published as: GB1065975A

Description

Vorrichtung zum verkantungsfehlerfreien Messen von Längen Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum verkantungsfehlerfreien Messen von Längen mit wenigstens drei senkrecht zur Teilungsrichtung eines Maßstabes nebeneinanderliegenden Abtaststellen, deren Ausgangssignale in ihrer gegenseitigen Beziehung ein Maß für die zu messende Länge darstellen.
Die nebeneinanderliegenden Abtaststellen können z. B. dazu dienen, gleichartige, zueinander phasenversetzte Impulszüge zu erzeugen, welche durch bekannte Schaltungsanordnungen gezählt werden. Dabei kann auf Grund der beabsichtigten Phasenversetzung auch die Bewegungsrichtung festgestellt werden.
Mehrere nebeneinanderliegende Abtaststellen sind aber auch bei binär codierten Maßstäben bekannt, bei denen mehrere Teilungen unterschiedlicher Gitterkonstante nebeneinander abgetastet werden.
Bei diesen bekannten Einrichtungen hat es sich als nachteilig erwiesen, daß Fehler in der Führung desjenigen Teiles, dessen Verschiebung gemessen werden soll, eine zusätzliche gegenseitige Phasenverlagerung der Signale zur Folge haben. Eine gleichbleibende Phasenlage ist aber Voraussetzung für eine einwandfreie Messung.
Die Erfindung löst diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die beiden äußeren Abtaststellen symmetrisch zu der Teilungsrichtung parallelen Symmetrieachse der Abtastplatte liegen, gleichen Rastern zugeordnet und, zur Bildung eines verkantungsfehlerfreien Signals zusammengeschaltet sind und daß die innere versetzte Abtaststelle ein zu diesem Signal phasenbezogenes Signal liefert. Überraschenderweise genügt bereits eine durch bekannte Schaltungen vorzunehmende additive Mischung, um eine exakt gleichbleibende Phasenlage des resultierenden Signals zu erhalten.
In den Zeichnungen ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispiels und dessen Wirkungsweise erläutert, wobei auch der bekannte Stand der Technik dargestellt ist.
F i g. 1 zeigt schematisch eine lichtelektrische Vorrichtung zum Messen von Längen. Ein Gittermaßstab 1 sowie eine darübergleitende Strichplatte 2 werden von einem Lichtbündel durchsetzt, das durch eine Lampe 3 und einen Kondensor 4 erzeugt wird.
Anschließend werden die beiden Hälften des Lichtbündels durch zwei Linsen 5 und 6 auf zwei lichtempfindliche Elemente7 und 8 geworfen, die elektrische Ausgangssignale 11 und 12 abgeben.
Auf Grund der Ausbildung der Strichplatte 2 in Form von um eine halbe Strichbreite (=1/4 der Gitterkonstante) gegeneinander versetzten Strichgruppen ergeben sich die Signale und 12 um 900 phasenversetzt zueinander. In F i g. 5 a sind die beiden Signale 11 und 12 in Abhängigkeit vom zurückgelegtenWeg dargestellt. Durch zwei Impulsformerstufen 9 und 10 (F i g. 1), welche bei dem Signalniveau N1, N2 (Fig. 5a) ansprechen, werden die Signale und 12 in Rechteckimpulszüge T1 und T2 umgeformt. Mit Hilfe bekannter Schaltungsanordnungen kann nun aus diesen Impulszügen T1 und T2 die jeweilige Position durch Zählung ermittelt werden, wobei infolge der gegenseitigen Versetzung um 900 auch der Richtungssinn festgelegt ist.
Die bisher beschriebene Anordnung und ihraWirkungsweise ist wohl bekannt und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung.
Durch Einflüsse verschiedenster Art, z. B. durch fehlerhafte Führungen, ist eine Verkantung der Strichplatte 2 gegenüber dem Maßstab 1 möglich.
Hieraus ergeben sich aber Phasenverschiebungen der Ausgangssignale 11 und 12 und der davon abgeleiteten Rechteckimpulszüge Tt, T2. Fig. 4 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Verkantungswinkel zur der Gitterkonstante a, dem Abstand d zwischen den Mitten der nebeneinanderliegenden Abtastfelder und dem Phasenfehler w. Fig. 3 veranschaulicht die Größen a, a und d.
Wie aus F i g. 4 ersichtlich, genügen bereits geringe Verkantungswinkel x, um große Phasenfehler w hervorzurufen. In Fig. 5b ist die Wirkung eines Phasenfehlers m von nicht einmal ganz 900 dargestellt. Die aus den Signalen 11 und 12 abgeleiteten Rechteckimpulszüge T; und T2 ergeben zumindest eine fehlerhafte Anzeige, wenn nicht unter Umständen das Funktionieren der nachgeschalteten Zähleinrichtung bei derart groben Phasenversetzungen überhaupt in Frage gestellt ist.
Fig. 2 zeigt im Prinzip eine fotoelektrische Vorrichtung zum Messen von Längen, welche gemäß der Erfindung ausgebildet ist und deshalb die vorgenann- ten Nachteile nicht mehr aufweist. Ein Gittermaßstab 11 sowie eine Strichplatte 12, deren Relativlage zum Maßstab 11 gemessen werden soll, werden von einem Lichtbündel durchsetzt, welches von der Lampe 13 und dem Kondensor 14 erzeugt wird. Anschließend wird das Lichtbündel durch drei Linsen 15, 16 und 17 auf drei foto empfindliche Elementel8, 19, 20 geworfen, welche elektrische Ausgangssignale 13, 1 und 14 abgeben.
Die Strichplatte 12 besitzt drei Reihen unter sich und mit dem Gittermaßstab 11 gleichartiger Teilungen. Die Striche der beiden äußeren Reihen liegen in Linie, während die mittlere Reihe um eine halbe Strichbreite (= t/4 der Gitterkonstante) dazu versetzt ist. In entsprechender Versetzung entstehen auch die Ausgangssignale 1l, Ig und 14, sofern die Strichplatte 12 nicht verkantet ist Tritt eine Verkantung der Strichplatte 12 ein, so ändert sich die gegenseitige Phasenlage der Signale I 13, 14. In F i g. 5 c und 5d sind zwei Beispiele für mögliche gegenseitige Phasenlagen unter verschiedenen Verkantungswinkeln dargestellt. Aus dem Vergleich der F i g. S c und 5 d ist aber auch ersichtlich, daß solche Veränderungen keine Phasenversetzung der Rechteckimpulszüge T1 und T2 hervorrufen, wenn nur der Impulszug T2 von einem Signal 12 abgeleitet ist, welches durch additive Mischung aus den Signalen 13 und 14 hervorgegangen ist. Die Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung.
Die Signale 13 und 14 werden einer bekannten Schaltung 21 zur additiven Mischung zugeführt, welche das Signal 12 an die Impulsformerstufe 22 weitergibt, welche auf das Signalniveau N2 (gleichbleibend in F i g. 5 c und 5 d) eingestellt ist. Das Signal Ii dagegen wird unverändert der Impulsformerstufe 23 mit dem Niveau Nl zugeführt. Die gegenseitige Phasenlage von Tal und T2 ist, wie die Figuren veranschaulichen, bei der enindungsgemäßen Anordnung unabhängig da; von, wie groß der Phasenfehlr zwischen den Sign'a len I 3 und 14 durch-V rk ntung der Strichplatte 12 ist.
Die Erfindung ist selbs.tverständlich nicht auf Einrichtungen beschränkt, bei denen die Signale auf lichtelektrischemWege genommen werden. Sie läßt sich mit gleichem Vorteil auch bei Einrichtungen mit z. B. kapazitiver oder induktiver Signalerzeugung anwenden.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum verkantungsfehlerfreien Messen von Längen mit wenigstens drei senkrecht zur Teilungsrichtung eines Maßstabes nebeneinanderliegenden Abtaststellen, deren Ausgangssignale in ihrer gegenseitigen Beziehung ein Maß für die zu messende Länge darstellen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Abtaststellen (15, 18 und 17, 20) symmetrisch zur der Teilungsrichtung parallelen Symmetrieachse der Abtastplatte liegen, gleichen Rastern zugeordnet und zur Bildung eines verkantungsfehlerfreien Signals (12) zusammengeschaltet sind und daß die innere versetzte Abtaststelle (16, 19) ein zu die sem Signal (12) phasenbezogenes Signal(ll) liefert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bildung eines gemeinsamen Signals (12) aus den symmetrisch liegenden Abtaststellen (15, 18 und- 17, 20) durch additive Mischung erfolgt. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften: Zeitschrift »Werkstattstechnik«, H. 12 (1961), S. 697.