DE2229996A1 - Fotoelektrischer schrittgeber fuer laengen- und winkelmessung - Google Patents
Fotoelektrischer schrittgeber fuer laengen- und winkelmessungInfo
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Description
Fotoelektrisoher Schrittgeber
für Längen- und Winkelmessung
Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Schrittgeber für Längen- bzw* Winkelmessung unter Verwendung eines
Beugungsgitters als Maßverkörperung, bei dem Beugungsordnungen
paarweise zur Erzeugung periodischer Signale zur Interferenz gebracht we-rden.
Derartige Schrittgeber sind an sich bekannt. So wird bei einem interferometrisohen elektrooptischen Winkelschrittgeber
ein Laser-Strahl auf einer beugungsgitterartig ausgebildeten Code-Spur in einem kleinen Fleck konzentriert.
Aus der dadurch entstehenden Beugungsfigur werden mittels kleiner Planspiegel geeignete Komponentenpaare so miteinander
kombiniert, daß das auf einem fotoelektrischen Schrittgeber entstehende Interferenzlinienmuster bei Bewegung
der Code-Spur infolge der stetigen Phasenverschiebung zwischen den Komponenten am Empfängerausgang ein entsprechend
periodisch variierendes Meßsignal erzeugt. Da die Kombination von Beugungskomponenten mit höherem Unterschied in der Ordnungszahl
zu einer entsprechend höheren Dopplerfrequenz führt, wird in diesem Fall ein Gitterintervall noch weiter
unterteilt.
Es ist ferner bekannt, bei einem Beugungsgitter (Transmissionsoder
Reflexionsgitter) mit treppe ns tufottartigeia Fisrchenprofil
dadurch das gebeugte Licht nahezu vollständig in ©ine Beugungsordnung
zu konzentrieren, daß man die Ablenkung durcli Brechung
oder Reflexion an den Furchen mit eier Ab le ate» Eg dureia Beugung
zusammenfallen läßt (Blaze). Dabei νχτά. iactscsoEae^e von.
symmetrischen Beugungsordmmgspacreß {<£'-» "^j C^r- ox.ne Partner
gegenüber dem anderen energetisch Gir-hebLi.cL cuTOveaete __«,_
309882/ G 7lö BA0 orksinal
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Aufgabe der Erfindung ist es, Schrittgeber der obengenannten Art im Hinblick auf Interpolationsgenauigkeit und Signalqualität
durch besondere Ausbildung der verwendeten Beugungsgitter weiter zu verbessern.
Gegenstand der Erfindung ist demgemäß ein fotoelektrischer Schrittgeber der eingangs genannten Art, der sich dadurch
auszeichnet, daß das Beugungsgitter derart ausgebildet ist, daß auf Grund seiner Furchengeometrie mindestens ein Beugungsordnungspaar
höherer Ordnung (>1f vorzugsweise^^)
gegenüber allen übrigen Beugungsordnungen energetisch erheblich bevorzugt wird.
Dabei kann zum Messen nach mehreren Koordinatenrichtungen das Beugungsgitter als Pyramidenraster ausgebildet sein.
Ferner können unterschiedlichen Koordinatenrichtungen unterschiedliche Beugungsordnungen bevorzugt sein.
Schließlich kann das Gitter bei gleichbleibendem Töilungsintervall
abschnittsweise mit unterschiedlicher Furchengeometrie ausgestattet sein derart, daß unterschiedliche
Beugungsordnungspaare bevorzugt werden und so eine Kennung
repräsentieren.
Der besondere Vorteil der neuen Anordnungen liegt darin, daß sie, bezogen auf die Verschiebestrecke, auch bei geringer
Gitterliniendichte eine hohe Signalperiodenzahl aufweisen,
so daß also eine Interpolation auf optischem Wege bewirkt wird.
Die Erfindung isfnaüUfo ί.£οα6 anliaad ron in den Zeichnungen
schematisch dargOEts 1.1 .ten Aasf tihr-uci^sbeispielen erläutert.
Es zeigenί
Fig. 1 den Aufbau cir:e,-:- :.'o-i:oel-s-^'-l'ri.^chfcn Schrittgebers
-3-BAD ORIGINAL
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Pig. 2a, 2b und 2c mögliche Ausführungsformen des
Beugungsgitters.
In Fig.1 ist ein Gitter 1 dargestellt, dessen Verschiebung
in Richtung des Doppelpfeiles 2 fotoelektrisch ermittelt werden soll. Zu diesem Zweck wird das Gitter von unten her
mit parallelem Licht beleuchtet. Infolge seiner weiter unten genauer erläuterten Blaze-Struktur lenkt das Gitter
1 den einfallenden Lichtfluß überwiegend in die beiden hohen BeugungsOrdnungen +m und -m. Das Licht der Ordnung
-m wird nach Reflexion an einem Umlenkspiegel k mittels eines Strahlvereinigers 5 mit dem Licht der Ordnung +m
vereinigt und zur Interferenz gebracht. Das vom vereinigten Strahlenbündel 6 in einer Ebene 7 entworfene Interferenzmuster
wird mittels eines fotoelektrischen Empfängers 8 abgetastet .
Die Funktion des soweit beschriebenen Schrittgebers ist folgendes Infolge der Beugung am Gitter 1 erhalten die Lichtflüsse
der Ordnungen +m und -m parallel zur Gitterverschiebungsrichtung orientierte Ausbreitungskomponenten, welche um
so größer sind, je höher die Ordnungszahl m und damit der Ablenkwinkel ist. Entsprechend Betrag und Vorzeichen dieser
Ausbreitungskomponenten erfährt das gebeugte Licht bei Bewegung des Gitters 1 eine Dopplerverschiebung seiner Wellenlänge,
welche im dargestellten Fall für die Ordnungen +m und -m entgegengesetzt und gleich groß ist. Daher ändert
sich die Helligkeit des Interferenzmusters in der Ebene mit einer zum erzeugten Wellenlängenunterschied direkt
proportionalen Frequenz, die Lage der Ordnungen bleibt dagegen unverändert. Am fotoelektrischen Empfänger 8 steht
dann das helligkeitsproportionale elektrische Meßsignal an.
Die in Fig.2 dargestellten Ausführungsformeη 1· und 1" des
Beugungsgitters 1 zeigen gleiche Gitterkonstante, aber verschiedene Blaze-Struktur. Der brechende Winkel Ci1 des
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Durchlichtphasengitters 1 * ist größer als der entsprechende
Winkel «„ gewählt. Deshalb sind beim Gitter 1' die symmetrisch
gelegenen, energetisch erheblich bevorzugten Ordnungen höher als jene des Gitters 1 tf. Aus den oben dargelegten
Gründen liefert also ein erfindungsgemäßer Schrittgeber mit dem Gitter 1 * eine höhere Schrittzahl pro Verschiebestreckeneinheit
als ein solcher mit Gitter 1" und daher eine feinere Interpolation bei gleicher Gitterkonstante.
In Fig. 2c ist eine Ausführungsform des Beugungsgitters
schematisch dargestellt, welche bei gleichbleibendem Teilungsintervall abschnittsweise mit unterschiedlicher Furchengeometrie
ausgestattet ist derart, daß unterschiedliche Beugungsordnungen bevorzugt werden und so eine Kennung repräsentieren.
Auf einem Träger 1**1 sind unterschiedlich
geteilte Partien 9> 9' usw. nebeneinander angeordnet. In der vorderen Spur erkennt man, von links beginnend, eine
Furchenstruktur 9*> welche unsymmetrisch ist und deren
Dachkanten nach links verschoben sind. Diese Struktur bevorzugt energetisch z.B. die +5· und die -3.BeugungsOrdnung
erheblich. Selbstverständlich stehen die vier dargestellten Furchen symbolisch für eine Vielzahl identischer Strukturen.
Die rechts anschließenden Furchen 9" bevorzugen dann die +3· und die -5.BeugungsOrdnung. Weiter schließt sich rechts
eine Partie 9''' an, welche symmetrisch beispielsweise die
-10.Ordnung anhebt, die Struktur 9lft* schließlich bevorzugt
beispielsweise die -3»Ordnung. Eine ähnliche Aufeinanderfolge
weist die Spur 10 auf, deren Furchenstruktur 10* von rechts
bevorzugt.
bevorzugt.
von rechts beginnend zunächst beispielsweise die -15«Ordnung
Wie ersichtlich, sind also hier nach Zeile oder Spalte nebeneinanderliegende Teilungsintervalle in ihrer Furchenstruktur
unterschiedlich gestaltet. Es ist leicht einzu-
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sehen, daß sich in Abwandlung des Gezeigten Gitter mit nach einem Code angeordneten unterschiedlichen Furchenstrulcturen
in mehreren nebeneinanderliegenden Zeilen darstellen lassen.
Auch ist es möglich, in Abwandlung des in Fig. 2c Dargestellten eine solche Beugungsgitteranordnung mit unterschiedlichen
'Furchenstrukturen in aneinander angrenzenden Teilungsintervallen so auszugestalten, daß mit seiner
Hilfe Messungen nach mindestens zwei sich schneidenden Koordinatenrichtungen möglich sind.
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Claims (2)
- A 1864/B 2732Ans prücheFotoelektrischer Schrittgeber für Längen- bzw. Winkelmessung unter Verwendung eines Beugungsgitters als Maßverkörperung, bei dem BeugungsOrdnungen paarweise zur Erzeugung periodischer Signale zur Interferenz gebracht werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (i) derart ausgebildet ist, daß auf Grund seiner Furchengeometrie mindestens ein Beugungsordnungspaar höherer Ordnung (-^1 » vorzugsweise^3) gegenüber allen übrigen BeugungsOrdnungen energetisch erheblich bevorzugt wird.
- 2. Fotoelektrischer Schrittgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Beugungsgitter (i) zum Messen nach mehreren Koordinatenrichtungen als Pyramidenraster ausgebildet ist»3· Fotoelektrischer Schrittgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in unterschiedlichen Koordinatenrichtungen unterschiedliche BeugungsOrdnungen bevorzugt sind.ο Fotoelektrischer Schrittgeber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter (iftt) bei gleichbleibendem Teilungsintervall abschnittsweise mit unterschiedlicher Furchengeometrie ausgestattet ist derart, daß unterschiedliche Beugungsordnungspaare bevorzugt werden und so eine Kennung repräsentieren.3098 82/0183
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