DE3007311A1 - Digitales lichtelektrisches laengen- oder winkelmesssystem - Google Patents

Digitales lichtelektrisches laengen- oder winkelmesssystem

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DE3007311A1 DE19803007311 DE3007311A DE3007311A1 DE 3007311 A1 DE3007311 A1 DE 3007311A1 DE 19803007311 DE19803007311 DE 19803007311 DE 3007311 A DE3007311 A DE 3007311A DE 3007311 A1 DE3007311 A1 DE 3007311A1
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Description

DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH
18. Februar 1980
Digitales lichtelektrisches Längenoder ¥inkelmeßsystem
Die Erfindung betrifft ein digitales lichtelektrisches Längen- oder Winkelmeßsystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei einem derartigen Längen- oder Vinkelmeßsystem ist ein elektrischer Abgleich der periodischen gegenphasigen Abtastsignale auf Symmetrie mittels Potentiometer bekannt, der auch bei Helligkeitsänderungen der Beleuchtung erhalten bleibt, indem beide Abtastsignale in der Auswerteeinrichtung getrennt verstärkt und unter Berücksichtigung ihrer Toleranzen summiert werden. Ein derartiger Abgleich weist aber den Nachteil auf, daß bei jedem Austausch der Auswerteeinrichtung ein erneuter Abgleich auf Symmetrie erfolgen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Längen- oder Vinkelmeßsystem der oben erwähnten Gattung anzugeben, bei dem ein Auswechseln der Auswerteeinrichtung keinen Einfluß auf die Symmetrie der periodischen gegenphasigen Abtastsignale hat.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich bei einem derartigen Längenoder Winkelmeßsystem mit externer Auswerteeinrichtung ein problemloser Austausch, der Auswerteeinrichtung ergibt, da der Symmetrieabgleich der Abtastsignale unabhängig davon erhalten bleibt.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen
Figur 1 schematisch ein,digitales lichtelektrisches inkrementales Längenmeßsystem und
Figur 2-5 verschiedene Schaltungsanordnungen zum Symmetrieabgleich nach der Erfindung.
In der Figur 1 ist ein längsverschieblicher Maßstab 1 in nicht dargestellter Weise beispielsweise mit dem Schlitten einer Werkzeugmaschine verbunden und weist eine inkrementale Teilung 2 und eine Referenzteilung 3 auf, die von einer Abtasteinrichtung h abgetastet wird, die am Bett dieser Werkzeugmaschine befestigt ist. Die Abtasteinrichtung h weist eine Glühlampe 5t einen Kondensor 6, eine Abtastplatte 7 mit Abtastfeldern 8-, - 8jl für die inkrementale Teilung 2, mit einem Abtastfeld 9-j für die Referenzteilung 3 und mit einem Abtastfeld 92 für ein zu erzeugendes Gleichlichtsignal J« sowie den Abtastfeldern 8^ - 8^
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zugeordnete lichtempfindliche Elemente 1O1 - 1O^ und den Abtastfeldern 9-, , 92 zugeordnete lichtempfindliche Elemente 11-, 112 auf.
Die Abtastfelder S1 - 8^ bzw. das Abtastfeld 9-, weisen nicht dargestellte Teilungen auf, die mit der Teilung 2 bzw. der Referenzteilung 3 des Maßstabs 1 übereinstimmen. Da die Teilungen der Abtastfelder 8-| - 8/+ jeweils um eine viertel Teilungsperiode = 90° gegeneinander versetzt sind, liefern bei der Bewegung des Maßstabs 1 relativ zur Abtasteinrichtung k die zugehörigen lichtempfindlichen Elemente 10- - 10^ dementsprechend periodische Abtastsignale S-j - Sk, die ebenfalls um 90° gegeneinander versetzt sind. Beim Überfahren der Referenzteilung 3 erzeugt das lichtempfindliche Element 1I1 ein Referenzsignal R, während das lichtempfindliche Element 112 über die gesamte Meßstrecke ein konstantes Gleichlichtsignal J^ liefert, das zur Festlegung der Triggerschwelle für das Referenzsignal R dient, um das Referenzsignal R nach einer Signalformung exakt einem bestimmten Inkrement zuordnen zu können.
Zur Eliminierung des Gleichspannungsanteils der Signale S1 S^ werden durch Antiparallelschaltung der lichtempfindlichen Elemente 1O1, 10- bzw. 1O2, 10^ die Differenzen S1 - S^ bzw. S2 - S^ gebildet; das Differenzsignal S2 - S/j. weist gegenüber dem Differenzsignal S1 - So einen Phasenversatz von 90° auf, mittels dessen eine eindeutige Diskriminierung der Bewegungsrichtung des Maßstabs 1 relativ zur Abtasteinrichtung 4 erfolgt.
Da handelsübliche lichtempfindliche Elemente in ihrer Charakteristik im allgemeinen voneinander abweichen, müssen die Signale S1-Sj^ zur Differenzbildung auf Symmetrie abgeglichen werden. In Fig. 2 sind die beiden lichtempfindlichen Elemente 1O1, 10_ in Form von Photoelementen 10}, 10A
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in der Abtasteinrichtung h antiparallel geschaltet und mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 12 einer externen Auswerteeinrichtung 13 verbunden, die von der Abtasteinrichtung 4 räumlich getrennt ist. Das bei der Relativbewegung vom Maßstab 1 und von den Abtastfeldern 8-j , 8n der Abtastplatte 7 modulierte Licht des Beleuchtungssystems 5» 6 beaufschlagt die Photoelemente 101, 1OA im Gegentakt, so daß diese periodische gegenphasige Abtastsignale S^| , S' ( 180° Phasenversatz) liefern, die zur Differenzbildung erfindungsgemäß dadurch auf Symmetrie abgeglichen werden, daß ein Teil des vom lichtempfindlichen GleichlichtGlement 11p erzeugten Gleichlichtsignals Jr über den Mittelabgriff eines parallel an die beiden antiparallelen Photoelemente 1OJJ, 10' in der Abtasteinrichtung h angeschlossenen Potentiometers 15 eingespeist wird. Das aus den symmetrisierten Signalen SI, Si. gebildete Differenzsignal SI - SI wird in der externen Auswerteeinrichtung 13 ausgewertet und einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit zur Anzeige der Veginformationen zugeleitet. In gleicher, nicht dargestellter Weise können auch die periodischen gegenphasigen Abtastsignale S2, S^ des anderen Paares lichtempfindlicher Elemente 1O2, 10^ auf Symmetrie abgeglichen werden, wobei letztere antiparallel an die beiden Eingänge eines nicht gezeigten Differenzverstärkers in der Auswerteeinrichtung 13 angeschlossen sind.
In Fig. 3 bzw. Fig. h sind die beiden lichtempfindlichen Elemente 1O1, 10« in Form von Photodioden lO'-j', 10y bzw. von Phototransistoren 10'··, 10A'1 in der Abtasteinrichtung k1 bzw. 411 antiparallel geschaltet und mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 12· bzw. 12·· einer externen Auswerteeinrichtung I31 bzw, 13ft verbunden, die von der Abtasteinrichtung h* bzw. h'' räumlich getrennt ist. Zum Symmetrieabgleich der von den Photodioden 10'·, 10k1 -bzw. den Phototransistoren 10'·', 10''' erzeugten gegenphasigen Abtastsignale wird ein Teil des vom lichtempfindlichen Gleichlichtelement 11p gelieferten
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• Ί c-.i clill chtsignal s J über den >'ittelabgrif f eines parallel ;·>> clic beiden. Photodioden 1O'1, 10' ' bzv. Phototransi storm 10' ' ' , 10' '' in der Abtasteinrichtung V bzv:. k* ' nngeschlosscmjct ' otcntioxeters 15' bzw. 15' ' einge'speist. Die Anoden eier I'hotodioden 10*', 10' c sind mit einem Potential auf einer externen Leitung 1^ und die Kollektoren der Phototransistoren 10' ", 1O' " mit einem Potential auf einer externen Leitving 15 verbunden.
In Fig. 5 ist zum Symmetrieabgleich an die beiden antiparallel in, der Abtasteinheit h geschalteten Photoeleroente 10!» 10' gemäß Fig. 2 parallel ein zusätzliches Photoelement i6 zur Einspeisung eines Gleichlichtsignals J' in den Kreis der Photoelemente 10', 10' angeschlossen, das von einer lichtemdttierenden Diode 17 beaufschlagt wird, deren Stromaufnahnie, die der Beleuchtungsstärke proportional ist, mittels eines Potentiometers 18 regelbar ist. Die Beleuchtung des Photoeloments 16 kann auch über die Beleuchtungseinrichtung 5, 6 erfolgen.
In nicht dargestellter Weise krnn das vom zusätzlichen Photcele:-cnt 16 gelieferte Gleichlichtsignal J' auch über ein
ti
Potentiometer in den Freis der lichtempfindlichen Elenente 1O1, 1Or1; 10,,, 10^4 eingespeist werden. Das zusätzliche lichtempfindliche Element 16 zur Erzeugung eines Gleichlichtpignr.ls J^ ist bei einem absoluten Längen- oder Winkeirrepsyst e^ und bei einem inkremental en Längen- oder l'inkelmeßsystem erforderlich, das kein lichtenpfindliches Referenzelement und kein zugehöriges lichtempfindliches Gleichlichtelement aufweist.
In gleicher !.'eise wie das zusätzliche lichtempfindliche EIenent 16 kann auch das lichtempfindliche Gleichlichtelement das nucli von einen: gesonderten Beleuchtungselement beaufschlagt werden krnn, parallel an de-n Kreis der lichtempfine3-
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BAD ORtGlNAl.
lichen Elemente 10., 1O_; 1O2, 10^ angeschlossen werden; jedoch müssen zur Richtungsumkehr der Einspeisung der Gleichlichtsignale J-,, J ' die Anschlüsse der lichtempfindlichen Elemente 112, 16 an den Kreis der lichtempfindlichen Elemente 10 , 10_; 10„, 10. umpolbar sein.
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Claims (1)

  1. DR. JOHANNES HEIDENKAXN GMBII
    I98O
    Ansprüche
    1.) Digitales lichtelektrisches Längen- oder Winkelmeß-—^ system mit einer Abtasteinrichtung zur Abtastung einer Maßverkörperung, einer von der Abtasteinrichtung räumlich getrennten externen Auswerteeinrichtung zur Auswertung der von der Abtasteinrichtung gelieferten Abtastsignale und mit einer Schaltungsanordnung zum elektrischen Symmetrieabgleich der bei der Abtastung der Maßverkörperung erzeugten, periodischen gegenphasigen Abtastsignale (18O° Phasenversatz), bei dem wenigstens ein Paar die periodischen gegenphasigen Abtastsignale erzeugender lichtempfindlicher Elemente in der Abtasteinrichtung antiparallel an eine Impulsformereinheit der externen Auswerteeinrichtung angeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (II2» 16) zur Erzeugung eines Gleichlichtsignals (JG, JG) vorgesehen sind und daß zumindest ein Teil dieses Gleichlichtsignals (Jr, JA) in den Kreis wenigstens eines Paares lichtempfindlicher Elemente (iOi, 10g; IO2, 10^) in der Abtasteinrichtung (k, k*, 411) eingespeist wird.
    2.) Digitales lichtelektrisches Längen- oder Vinkelmeßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erzeugung des Gleichlichtsignals (Jq) von einem zusätzlichen lichtempfindlichen Element (16) gebildet wird.
    3») Inkrementales Längen- oder Vinkelmeßsystem nach Anspruch 1, bei dem ein lichtempfindliches Referenzelement zur Abtastung einer Referenzteilung vorgesehen
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    ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Erzeugung des Gleichlichtsignals (Jq.) vom lichtempfindlichen Gleichlichtelement (112) des lichtempfindlichen Referenzelements (1I1) gebildet wird.
    k,) Meßsystem nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche lichtempfindliche Element (16) und das lichtempfindliche Gleichlichtelement (II2) von der gleichen Beleuchtungseinrichtung (5, 6) beaufschlagt v/erden, die zur Beleuchtung der lichtempfindlichen Elemente (1O1, 10«; 102» 10Zt) dient.
    5·) Meßsystem nach den Ansprüchen 2 und 3» dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche lichtempfindliche Element (16) und das lichtempfindliche Gleichlichtelement (II2) von einem gesonderten Beleuchtungselement (17) mit einstellbarer Beleuchtungsstärke beaufschlagt werden.
    6.) Meßsystem nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß das gesonderte Beieuchtungselement (17) von einer lichtemittierenden Diode gebildet wird, deren Beleuchtungsstärke mittels eines Potentiometers (18) einstellbar ist.
    7·) Meßsystem nach den Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichlichtsignal (jQt JX) über ein Potentiometer (15, I51» I511) in den Kreis wenigstens eines Paares lichtempfindlicher Elemente (1°-), IO3; 1°2» 1°4) eingespeist wird.
    130044/0ÜÜ6
    8.) Meßsystem nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichlichtsignal (Jq, Jl) über den Mittelabgriff des parallel an die lichtempfindlichen Elemente (1O1, 10oj 102» 10^) anPsclllossenen Potentiometers (15» I51» 15'') eingespeist wird.
    9.) Meßsystem nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche lichtempfindliche Element (16) oder das lichtempfindliche Gleichlichtelement (112) parallel an den Kreis eines Paares lichtempfindlicher Elemente (1O1, 10„; 10«, 10^) angeschaltet ist.
    10.) Meßsystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (10-j, 10«; 1O2, 10^; 11-jt H2' 1^) als Photoelemente, Photodioden oder Phototransistoren ausgebildet sind.
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