DE3007311C2 - Digitales lichtelektrisches Längen- oder Winkelmeßsystem - Google Patents

Digitales lichtelektrisches Längen- oder Winkelmeßsystem

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DE3007311C2 DE3007311A DE3007311A DE3007311C2 DE 3007311 C2 DE3007311 C2 DE 3007311C2 DE 3007311 A DE3007311 A DE 3007311A DE 3007311 A DE3007311 A DE 3007311A DE 3007311 C2 DE3007311 C2 DE 3007311C2
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    • G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
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Description

men. Da die Teilungen der Abtastfelder 8i —84 jeweils um eine viertel Teilungsperiode &90° gegeneinander versetzt sind, liefern bei der Bewegung des Maßstabs 1 relativ zur Abtasteinrichtung 4 die zugehörigen lichtempfindlichen Elemente 1Oi — 1O4 dementsprechend periodische Abtastsignale Si -S4, die ebenfalls um 90° gegeneinander versetzt sind Beim Überfahren der Referenzteilung 3 erzeugt das lichtempfindliche Element Hi ein Referenzsignal R, während das lichtempfindliche Element II2 über die gesamte Meßstrecke ein konstantes Gleichli^htsignal Jc 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 5i—54 werden durch Antiparallelschaltung der lichtempfindlichen Elemente lOi, IO3 bzw. IO2, 1O4 die Differenzen 5i —5ä bzw. S2—S» gebildet; das Differenzsignal 52—54 weist gegenüber dem Differenzsignal St —S3 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 5|— S4 zur Differenzbildung auf Symmetrie abgeglichen werden. In Fig.2 sind die beiden lichtempfindlichen Elemente 10i, IO3 in Form von Photoelementen 1Oi', IO3' in der Abtasteinrichtung 4 antiparallel geschaltet und mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 12 einer externen Auswerteeinrichlung 13 verbunden, die von der Abtasteinrichtung 4 räumlich getrennt ist Das bei der Relativbewegung vom Maßstab 1 und von den Abtastfeldern 81, 83 dei Abtastplatte 7 modulierte Licht des Beleuchtungssystems 5, 6 beaufschlagt die Photoelemente 1Oi', IO3' im Gegentakt, so daß diese periodische gegenphasige Abtastsignale Si', S3 (180° Phasenversatz) liefern, die zur Differenzbildung erfindungsgemäß dadurch auf Symmetrie abgeglichen werden, daß ein Teil des vom lichtempfindlichen Gleichlichtelement 112 erzeugten Gleichlichlsignais la über den Mittelabgriff eines parallel an die beiden antiparallelen Photoelemente 10i', IO3' in der Abtasteinrichtung 4 angeschlossenen Potentiometers 15 eingespeist wird. Das aus den symmetrisierten Signalen S]', S3' gebildete Differenzsignal S\'—S3 wird in der externen Auswerteeinrichtung 13 ausgewertet und einer nicht dargestellten Anzeigeeinheit zur Anzeige der Weginformationen zugeleitet. In gleicher, nicht dargestellter Weise können auch die periodischen gegenphasigen Abtastsignale 52, Sa des anderen Paares lichtempfindlicher Elemente IO2, IO4 auf Symmetrie abgeglichen werden, wobei letztere antiparallel an die beiden Eingänge eines nicht gezeigten Differenzverstärker in der Auswerteeinrichtung 13 angeschlossen sind.
In Fig. 3 bzw. Fig.4 sind die beiden lichtempfindlichen Elemente 10i, IO3 in Form von Photodioden lOi", lOj" bzw. von Phototransistoren 10Γ", IO3'" in der Abtasteinrichtung 4' bzw. 4" antiparallel geschaltet und mit den beiden Eingängen eines Differenzverstärkers 12' b/w. 12" einer externen Auswerteeinrichtung 13' bzw. 13" verbunden, die von der Abtasteinrichtung 4' bzw. 4" räumlich getrennt ist. Zum Symmetrieabgleich der von den Photodioden 10i", IO3" bzw. den Phototransistoren 10i'", IO3'" erzeugten gegenphasigen Abtastsignale wird ein Teil des vom lichtempfindlichen Gleichlichtelement 112 gelieferten Gleichlichtsignals Jc über den Mitlclabgriff eines parallel an die beiden Photodioden 10|", IO3" bzw. Phototransistoren 1O1'", 1O3'" in der Abtasteinrichtung 4' bzw. 4" angeschlossenen Potentiometers 15' bzw. 15" eingespeist Die Anoden der Photodioden 1Oi", IO3" sind mit einem Potential auf einer externen Leitung 14 und die Kollektoren der Phototransistoren lOi'", IO3'" mit einem Potential auf einer externen Leitung 15 verbunden.
In F i g. 5 ist zum Symmetrieabgleich an die beiden antiparallel in der Abtasteinheit 4 geschalteten Photoelemente 10|', IO3' gemäß Fig.2 parallel ein zusätzliches Photoelement 16 zur Einspeisung eines Gleichlichtsignals/g' in den Kreis der Photoelemente 1Oi', IO31 angeschlossen, das von einer lichtemittierenden Diode 17 beaufschlagt wird, deren Stromabnahme, die der Beleuchtungsstärke proportional ist, mittels eines Potentiometers 18 regelbar ist Die Beleuchtung des Photoelements 16 kann auch über die Beleuchtungseinrichtung 5, 6 erfolgen.
In nicht dargestellter Weise kann das vom zusätzlichen Photoelement 16 gelieferte Gleichlichtsignal Ja auch über ein Potentiometer in den Kreis der lichtempfindlichen Elemente 10], 1O3; 1O2,1O4 eingespeist werden. Das zusätzliche lichtempfindliche Element 16 zur Erzeugung eines Gleichlichtsignals Ja' ist bei einem absoluten Längen- oder Winkelmeßsystem und bei einem inkrementalen Längen- oder Winkelmeßsystem erforderlich, das kein lichtempfindliches Referenzelement und kein zugehöriges lichtempfindliches Gleichlichtelement aufweist.
In gleicher Weise wie das zusätzliche lichtempfindliche Element 16 kann auch das lichtempfindliche Gleichlichtelement II2, das auch von einem gesonderten Beleuchtungselement beaufschlagt werden kann, parallel an den Kreis der lichtempfindlichen Elemente 10), 1O3; 1O2, IO4 angeschlossen werden; jedoch müssen zur Richtungsumkehr der Einspeisung der Gleichlichtsignale Jc, Jd die Anschlüsse der lichtempfindlichen Elemente H2, 16 an den Kreis der lichtempfindlichen Elemente lOi, IO3; IO2, IO4 umpolbar sein.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

1 2 Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die lichl- Patentansprüche: empfindlichen Elemente (10|, 1O3; 1O2,1O4; ti, H2; 16) als Photoelemente, Photodioden oder Photo-
1. Digitales lichtelektrisches Längen- oder Win- transistoren ausgebildet sind,
kelmeßsystem mit einer Abiasteinheit zur Abta- s
stung einer Maßverkörperung, einer Auswerteein-
richtung zur Auswertung der von der Abtasteinheit
gelieferten Abtastsignale und mit einer Einrichtung
zum elektrischen Symmetrieabgleich der bei der Ab- Die Erfindung betrifft ein digitales lichlelektrischcs
tastung der Maßverkörperung erzeugten periodi- 10 Längen- oder Winkelmeßsystem gemäß dem Obcrbe-
schen gegenphasigen Abtastsignale (180° Phasen- griff des Anspruchs 1.
versatz), bei dem wenigstens ein Paar die periodi- Bei einem derartigen Längen- oder Winkelmcßsyschen gegenphasigen Abtastsignale erzeugender stern ist ein elektrischer Abgleich der periodischen gelichtempfindlicher Elemente in der Abtasteinheit in genphasigen Abtastsignale auf Symmetrie mittels Po-Differenz an die Auswerteeinrichtung angeschaltet 15 tensometer bekannt, der auch bei Helligkeitsänderunist, dadurch gekennzeichnet, daß zum gen der Beleuchtung erhalten bleibt, indem beide Abelektrischen Symmetrieabgleich Mittel (lh. 16) zur tastsignale in der Auswerteeinrichtung getrennt verErzeugung eines Gleichlichtsignals (Jc Jd) vorgese- stärkt und unter Berücksichtigung ihrer Toleranzen hen sind und daß zumindest ein Teil dieses Gleich- summiert werden. Die Ausgänge der Verstärker sind lichtsignals (Jc, Jd) in den Kreis wenigstens eines 20 dabei an das Potentiometer gelegt. Ein derartiger AbPaares lichtempfindlicher Elemente (10i, 1O3; 1O2, gleich weist aber den Nachteil auf, daß bei jedem Aus-IO4) in der Abtasteinheit (4,4', 4") eingespeist wird. tausch der Auswerteeinrichtung ein erneuter Abgleich
2. Meßsystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn- auf Symmetrie erfolgen muß.
zeichnet, daß das Mittel zur Erzeugung des Gleich- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem
lichtsignals (Jd) von einem zusätzlichen lichtemp- 25 Längen- oder Winkelmeßsystem einen Abgleich der pe-
findlichen Element (16) gebildet wird. riodischen gegenphasigen Abtastsignale auf Symmetrie
3. Meßsystem nach Anspruch 1, bei dem ein licht- zu ermöglichen, ohne daß ein Auswechsein der daran empfindliches Referenzelement zur Abtastung einer angeschlossenen Auswerteeinrichtung einen Einfluß auf Referenzteilung vorgesehen ist, dadurch gekenn- die Symmetrie der periodischen gegenphasigen Abtastzeichnet, daß das Mittel zur Erzeugung des Gleich- 30 signale hat
lichtsignals (Jc) vom lichtempfindlichen Gleichlicht- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst,
element (H2) des lichtempfindlichen Referenzele- daß zum elektrischen Symmetrieabgleich Mittel zur Kr-
ments(lli)gebildet wird. zeugung eines Gleichlichtsignals vorgesehen sind und
4. Meßsystem nach den Ansprüchen 2 und 3, da- daß zumindest ein Teil dieses Gleichlichtsignals in den durch gekennzeichnet, daß das zusätzliche lichtemp- 35 Kreis wenigstens eines Paares lichtempfindlicher EIcfindliche Element (16) und das lichtempfindliche mente in der Abtasteinheit eingespeist wird.
Gleichlichtelement (H2) von der gleichen Beleuch- Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen instungseinrichtung (5,6) beaufschlagt werden, die zur besondere darin, daß sich bei einem derartigen Längen-Beleuchtung der lichtempfindlichen Elemente (lOi, oder Winkelmeßsystem mit externer Auswerteeinrich-IO3; 1O2, IO4) dient. 40 tung ein problemloser Austausch der Auswerteeinrich-
5. Meßsystem nach den Ansprüchen 2 und 3, da- tung ergibt, da der Symmetrieabgleich der Abtastsignadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche lichtemp- Ie unabhängig davon erhalten bleibt.
findliche Element (16) und das lichtempfindliche Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ent-
Gleichlichtelement (H2) von einem gesonderten Be- nimmt man den Unteransprüchen,
leuchtungselement (17) mit einstellbarer Beleuch- 45 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand
tungsstärke beaufschlagt werden. der Zeichnung näher erläutert.
6. Meßsystem nach Anspruch 5, dadurch gekenn- Es zeigt
zeichnet, daß das gesonderte Beleuchtungselement Fig. 1 schematisch ein digitales lichtelektrisches in-
(17) von einer lichtemittierenden Diode gebildet krementales Längenmeßsystem und
wird, deren Beleuchtungsstärke mittels eines Poten- 50 F i g. 2—5 verschiedene Schaltungsanordnungen zum
tiometers (18) einstellbar ist. Symmetrieabgleich nach der Erfindung.
7. Meßsystem nach den Ansprüchen 1 bis 3, da- In der F i g. 1 ist ein längsverschieblicher Maßstab 1 in durch gekennzeichnet, daß das Gleichlichtsignal (Jc nicht dargestellter Weise beispielsweise mit dem Schlil- Jd) über ein Potentiometer (15,15', 15") in den Kreis ten einer Werkzeugmaschine verbunden und weist eine wenigstens eines Paares lichtempfindlicher Elemen- 55 inkrementale Teilung 2 und eine Referenzteilung 3 auf, te(10i, 103:102,104) eingespeist wird. die von einer Abtasteinrichtung 4 abgetastet wird, die
8. Meßsystem nach Anspruch 7, dadurch gekenn- am Bett dieser Werkzeugmaschine befestigt ist. Die Abzeichnet, daß das Gleichlichtsignal (Jc, Jd) über den tasteinrichtung 4 weist eine Glühlampe 5, einen Kon-Mittelabgriff des parallel an die lichtempfindlichen densator 6, eine Abtastplatte 7 mit Abtastfeldern 81 -84 Elemente (1O1,1O3; 1O2,1O4) angeschlossenen Poten- 60 für die inkrementale Teilung 2, mit einem Abtastfeld 9| tiometers (15,15', 15") eingespeist wird. für die Referenzteilung 3 und mit einem Abtastfeld 92
9. Meßsystem nach den Ansprüchen 2 und 3, da- für ein zu erzeugendes Gleichlichtsignal Jt. sowie den durch gekennzeichnet, daß das zusätzliche lichtemp- Abtastfeldern 81—84 zugeordnete lichtempfindliche findliche Element (16) oder das lichtempfindliche Elemente lOi —IO4 und den Abtastfeldern 9|, 92 zugc-Gleichlichtelement (H2) parallel an den Kreis eines 65 ordnete lichtempfindliche Elemente Hi, II2 auf.
Paares lichtempfindlicher Elemente (10|, IO3; 1O2, Die Abtastfelder 81— 84 bzw. das Abtastfeld 9| weisen IO4) angeschaltet ist. nicht dargestellte Teilungen auf, die mit der Teilung 2
10. Meßsystem nach einem der vorangehenden bzw. der Referenzteilung 3 des Maßstabs! übereinstim-
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