DE1930976C - Anordnung zum Erzeugen einer Signal kurve zur Langen oder Winkelmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Erzeugen einer langgestreckten, sich in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg stetig ändernden Signalkurve zur Längen- oder Winkelmessung mit einer Strichteilung, deren quer zur Teilungsrichtung verlaufenden Begrenzungs.kanten zueinander parallel sind und einem photoelektrischen Wandler mit zugeordnetem Abtastspalt, dessen quer zur Teilumgsrichtung verlaufenden Begrenzungskanten zu denen der Teilungstriche parallel sind.

Eine bekannte Anordnung dieser Art enthält einen beleuchteten Spalt, der mittels eines gleich großen Abtastspaltes der nachgeschalteten Abtastvorrichtung abgcstatet wird. Nachteilig bei diesen Anordnungen mit einem rechteckförmigen Einzelspalt ist, daß /.um Erzeugen einer langgestreckten Signalkurve eine große Baulänge erforderlich wird. Bei diesen Anordnungen ist der in der Abtastvorrichtung vorgesehene lichtclekirische Wandler so groß wie der daivor liegende Abtastspalt, was bei diesen großen Abtastspalten besonders störend ist und wegen der beschränkten Größe lichtelektrischer Wandler eine obere Grenze auch für die Länge des ansteigenden oikT abfallenden Teiles der Signalkurve setzt.

Es ist z. B. aus der deutschen Auslegeschrift 1 146 266 bekannt, einen oder mehrere dreieckförmige Spalte in einem nichttransparenten Trägerkörper vorzusehen. Der oder die dreieckförmigen Spalte werden mittels Abtastspalte abgetastet, deren Ausdehnung in der Verschieberichtung nur ein Bruchteil der Ausdehnung der dreieckförmigen Spalte ist.

Mit Anordnungen dieser Art können beliebige

ίο langgesteckte Signalkurven erzeugt werden. Jedoch ist die Herstellung solcher dreieckförmiger Spalte mit der entsprechenden Genauigkeit schwierig und aufwendig. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn bei Kreisteilungen der Dreieckspalt in einen krummlinig begrenzten Spalt ausartet, was auch bei geraden Teilungen zutrifft, wenn ein nichtlinearer Funktionsverlauf gewünscht wird. Ferner muli auch bei geradlinigen Teilungsausführungen die Breite des Abtastspaltes quer zur Verschieberichtung großer als die größte wirksame Breite des abzutastenden Dreieckspaltes sein, wenn man nicht in Kauf nehmen will, daß seitliche Führungsfehler das Meßergebnis beeinträchtigen. Im Hinblick auf das insbesondere bei mehrspurigen Teilungen bestehende Bestreben zur

as Verringerung der notwendigen Gesamtbreite der Anordnung ist aber eine geringe Breite jeder einzelnen Spur erwünscht, was weiter zur Folge hat, daß die schräge Flanke des dreieckförmigen Spaltes sehr flach verläuft und damit noch schwieriger mit der notwendigen relativen Genauigkeit herstellbar ist.

Ferner ist es aus der britischen Patentschrift 1 009 699 bekannt, mit Hilfe der Moire-Technik eine dem menschlichen Auge langgestreckt erscheinende Signalkurve zu erzeugen. Bei Verschiebung der dort gezeigten Teilung um einen Te-!s*richabstand ergibt sich bereits ein vollständiger Wechsel einer bestimmten Teilungsstelle von Hell nach Dunkel und wieder zurück, weshalb die Signalkurve in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg nicht langgestreckt ist.

Die Erfindung will diesen Nachteilen begegnen und eine Anordnung der eingangs genannten Art schaffen, deren Teilung verhältnismäßig leicht sowie mit großer Genauigkeit mit den üblichen Teilmaschinen hergestellt werden kann und die darüber hinaus bei günstiger Baulänge die Erzeugung verhältnismäßig langgestreckter Signalkurven ermöglichen soll, ohne daß die Signalkurve von Führungsfehlern der Abtastvorrichtung beeinflußt werden kann. Die Abtastung soll aucii dann in einfacher und betriebssicherer Weise möglich sein, wenn mehrere Teilungsspuren in unmittelbarer Nachbarschaft dicht nebeneinander angeordnet sind.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Strichteilung des Gitters einen konstanten StriLhabstand, joloch ein zu- bzw. abnehmendes Strich-Lückenverhältnis aufweist und daß der dem zur Abtastung dienenden photoelektrischen Wandler zugeordnete Abtastspalt in Gitterteilungsrichtung eine Breite aufweist, die dem Strichabstand der Teilung oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht und daß als Strichabstand der Teilung der gegenseitige Abstand der Strichmitten vorgesehen ist. Weitere Möglichkeiten der Ausführung der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der Zeichnung ist eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. I eine nach der Erfindung gestaltete Teilung zum Erzeugen langgestreckter Signalkurven,

Fi g. 2 die Abtastplatte für die erfindungsgemäße Teilung,

F i g. 3 die sich aus der erfindungsgemäßen Teilung ergebende Signalkurve,

F i g. 4 die erfindungsgemäße Teilung einschließlich der Abtastvorrichtung.

In der Zeichnung ist ein Ausschniu aus einer erfindungsgemäßen Gitterteilung 1 mit zu- und abnehmendem Strich-/Lückenverhältnis dargestellt. Bei der erfindungsgemäßen Teilung 1 können periodisch sich wiederholende Muster X von Gitterteilungen mit gleichem Strichabstand, jedoch mit variablem Strich-/Lückenverhältnis vorgesehen sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem an der Teilung 1 unterschiedlich breite Strichmarkierungen vorgesehen sind, beträgt der Strichabstand, gerechnet als gegenseitiger Abstand der Strichmitten, gleichbleibend etwa 5 mm.

Die Teilung 1 wird mittels einer Abtastplatte 2 abgetastet, in der ein Spalt 3 (F i g. 2) vorgesehen ist. Die Breite des Abtastspaltes 3 in seiner Verschieberichtung ist genau gleich dem Strichabstand.

Die Abtastvorrichtung (F i g. 4) enthält auch eine Lampe 4 und einen Kondensator 5 zum Beleuchten eines Ausschnittes der Teilung 1. Die die Teilung 1 und den Abtastspalt 3 durchsetzenden Lichtbündel werden mittels einer Abbildungsoptik 6 auf einen lichtelektrischen Aufnehmer 7' konzentriert, über dessen Ausgang 9 elektrische Signale abgegeben werden, die zur Längen- oder Winkelmessung herangezogen werden können.

Bei Relativbewegungen von Teilung 1 und Abtastvorrichtung ergibt sich eine langgestreckte, in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg stetig sich ändernde Signalkurve SK, wie sie in F i g. 4 stark verkleinert angedeutet ist.

Die F i g. 3 zeigt maßstäblich die an der erfindungsgemäßen Teilung 1 erzeugte Signalkurve SK mit Signalstufen, die in Abhängigkeit vom Ort der Mitte des Abtastspaltes 3 aufgetragen ist. Man erkennt hieraus einen durch die Erfindung erzielten wesentlichen Vorteil. Der Anstieg und der Abfall der Signalkurve vollzieht sich jeweils innerhalb eines kurzen Wegabschnittes, während das Signal in den dazwischenliegenden Abschnitten einen konstanten Wert beibehält. Die Orte des raschen Signalanstieges sind durch die Geometrie der Strich- und Spaltabmessungen festgelegt und ändern sich nicht in Gegensatz zu möglichen Veränderungen elektrischer Werte elektronischer Schaltelemente einer Auswerteschaltunj. Wenn ohnehin eine Digitalisierung des gemessenen Weges beabsichtigt ist, ist also einem kleinen Bereich in der Umgebung einer bestimmten Position ein ganzer Signalhöhenbereich (von der Größe eine*· Treppenstufe in F i g. 3) zugeordnet, innerhalb dessen die Auswerteschaltung einen bestimmten Positionswert anzeigen darf. Dieser Vorteil wird auch und besonders dann wirksam, wenn von einer einzigen Spur ίο mehrere phasenversetzte Signale abgeleitet und von diesen in bekannter Weise Linearkombinationen gebildet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform mit linearem Anstieg der Treppenkurve eine mit einer nichtlinearen z. B. sinusquadratförmig ansteigenden Charakteristik vorzusehen.

Die erfindungsgemäße ' aordnung kann mit besonderem Vorteil bei digitalen Längen- oder Winkelmeßgeräten mit absoluter Auskodierung benutzt werden, bei denen sich gegenüber den Inkrementalverfahren der den kodierten Verfahren'eigene Vorteil CiT absoluten Zuordnung von Maßstabposition und Anzeige ergibt.

Bei solchen Meßsystemen mit absoluter Auskodierung sind mehrere, quer zur VerschieberichtunL nebeneinanderliegende Teilungsspuren vorgesehen deren Gitterkonstanten in einem bestimmten Verhält nis zueinander stehen. In jeder dieser Teilungsspuren werden in bekannter Weise mittels zweier Abtastspalte zwei zueinander phasenversetzte Signale erzeugt. Durch Bildung \on Linearkombinationen rweier phasenverscho"bener, von einer einzigen Teilungsspur abgeleiteter Signale (z. B. in bekannter Weise mittels Widerstandsketten) kann die mittels einer einzigen Teilungsspur erzielbare Auflösung gesteigert werden, z. B. bei dekadischer Stufung der Gitterkonstanten der Teilungsspuren jeweils um den Faktor Zehn.

Dies erlaubt, das erwähnte Verhältnis der Gitterkonstanten aufeinanderfolgender Teilungsspuren größer zu halten, als bei üblichen kodierten Maßstäben. Die gröbsten Teilungsspuren bei solchen Meßsystemen mit absoluter Auskodierung können entsprechend der in F i g. 1 gezeigter. Teilung 1 mit variablem Strich'/Luckcnverhaltnis ausgebildet sein. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte photoelektrische Abtastung beschränkt, sondern sie ist sinngemäß auch bei kapazitiven, induktiven Abtastsystemen od. dgl. anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Erzeugen einer langgestreckten, sich in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg stetig ändernden Signalkurve zur Längen- oder Winkelmessung mit einer Strichteilung, deren quer zur Teilungsrichtung verlaufenden Begrenzungskanten zueinander parallel sind und einem photoelektrischen Wandler mit zugeordnetem Abtastspalt, dessen quer zur Teilungsrichtung verlaufenden Begrenzungskanten zu denen der Teilungsstriche parallel sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Strichteilung des Gitters einen konstanten Strichabstand, jedoch ein zu- bzw. abnehmendes Slrich-Lückenverhi'tnis aufweist und daß der dem zur Abtastung dienenden photoelektrischen Wandler zugeordnete Abtastspalt in Gitterteilungsrichtung eine Breite aufweist, die dem Strichabstand der Teilung oder einem ganzzahligen Vielfachen davon entspricht und daß als Strichabstand der Teilung der gegenseitige Abstsnd der Strichmitten vorgesehen ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strichabstand der Teilung der gegenseitige Abstand der I.ückenmitten vorgesehen ist.

3. Anordnung nach Ansp jch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Strichabstand der Teilung der gegenseitige Abstand der linken oder der rechten Strichbegrenzungskanten oder ein zwischen diesen Werten liegender, bestimmter Wert vorgesehen ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß deren Verwendur.g bei mehrspurigen codierten Längenoder Winkelmeßeinrichtungen, deren Spuren höher als binär zueinander gestuft sind, vorgesehen ist.