DE3102125A1 - Incremental length or angle measuring device - Google Patents

Abstract

In addition to the measuring division (T) and to the reference marks (R1...Rn), this incremental length or angle measuring device further has, in accordance with Figure 2, at least one further grid division (T') whose division period (TP') differs from the division period (TP) of the measuring division (T). This difference is determined in each case upon the occurrence of a reference mark (R1...Rn) and is a detecting feature for the position of the respective reference mark (R1...Rn) with reference to a specific zero point. <IMAGE>

Description

Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung Incremental length or angle measuring device

Die Erfindung bezieht sich auf eine inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to an incremental length or angle measuring device according to the preamble of claim 1.

Es sind derartige Meßeinrichtungen bekannt, bei denen neben der Teilungsspur noch eine Spur mit Referenzmarken vorgesehen ist (DE-PS 24 16 212), deren jeweilige Abstände voneinander Erkennungsmerkmale für die Position der betreffenden Referenzmarke sind. Die identifizierten Referenzmarken lassen mit TIilfe einer 7uordnungsvorrichtung eine korrektur des inkrementalen %ihlertes im llinblick auf die Lagewerte der jeweiligen Referenzmarken von einer bestimmten Nullstelle aus zu.Such measuring devices are known in which, in addition to the graduation track another track with reference marks is provided (DE-PS 24 16 212), their respective Distances from one another identifying features for the position of the reference mark in question are. The identified reference marks can be left with the help of an allocation device a correction of the incremental% offsetting in line with the position values of the respective Reference marks from a specific zero point.

Bei einer gröneren Zahl von Referenzmarken miissen entsprechend viele unterschiedliche Abstände vorgesehen werden.If there is a larger number of reference marks, a corresponding number must be used different distances can be provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer inkrementalen Meßeinrichtung die Referenzmarken mit einfachen Mitteln so zu kennzeichnen, daß jeweils beim Auftreten einer Referenzmarke zugleich deren Position in Bezug auf einen bestimmten Nullpunkt ermittelt werden kann.The invention is based on the object of an incremental Measuring device to mark the reference marks with simple means so that each time a reference mark occurs, its position in relation to a certain zero point can be determined.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.This task is given by the characterizing part of claim 1 Features solved.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprtichen angegeben.Advantageous further developments of the invention are given in the sub-claims specified.

Die Vorteile einer derartigen Meßeinrichtung liegen darin, daß die Aufbringung der zusätzlichen Teilungen bei der Herstellung der Maßverkörperung verhältnismäßig einfach ist, und daß die Ablesung der zusätzlichen Teilungen ebenso problemlos ist, wie die Ablesung der Meßteilung.The advantages of such a measuring device are that the Application of the additional graduations in the manufacture of the material measure proportionately is simple, and that the reading of the additional divisions is just as problem-free, like reading the graduation.

Mit Hilfe der Zeichnungen soll anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung noch näher erläutert werden.With the help of the drawings, the Invention will be explained in more detail.

Es zeigt Figur 1 schematisch eine inkrementale Längenmeßeinrichtung Figur 2 schematisch eine Maßverkörperung mit zusätzlicher Merkmalsspur Figur 3 eine Maßverkörperung ausschnittsweise mit Teilungen verschiedener Teilungs-Perioden.FIG. 1 shows schematically an incremental length measuring device FIG. 2 schematically shows a material measure with an additional feature track, FIG. 3 a Material measure in sections with divisions of different division periods.

Die in Figur 1 dargestellte inkrementale Längenmeßeinrichtung enthält eine sogenannte Auflicht-Maßverkörperung M. Diese im Querschnitt dargestellte Maßverkörperung M weist auf der Oberflache eine Struktur von abwechselnd reflektierenden und nichtreflektierenden Partien in Form von Gittern auf. In einer Ableseeinrichtung A, die entlang der Maßverkörperung M verschiebbar ist, ist eine nicht dargestellte Beleuchtungseinrichtung eingebaut, die die Maßverkörperung M beleuchtet. In bekannter Weise weist die Ableseeinrichtung A eine Anzahl von lichtempfindlichen Elementen auf, die ebenfalls nicht gezeigt werden müssen, da derartige Ableseprinzipien seit langem zum Stand der Technik gehören. Die reflektierenden und nichtreflektierenden Partien der Maßverkörperung M modulieren den Lichtstrom von der Beleuchtung, und die lichtempfindlichen Elemente liefern nach entsprechender Aufbereitung Abtastsignale, wenn die Ablesebaueinheit A und die Maßverkörperung M relativ zueinander verschoben werden. Die Ableseeinrichtung ist mit einer Auswerteeinrichtung C elektrisch verbunden, in der die aufbereiteten Abtastsignale in bekannter Weise richtungsabhängig gezählt werden und so den Meßwert darstellen.The incremental length measuring device shown in FIG. 1 contains a so-called incident light measuring standard M. This measuring standard shown in cross section M has a structure of alternately reflective and non-reflective on the surface Lots in the form of grids. In a reading device A, which runs along the measuring standard M is displaceable, a lighting device, not shown, is installed, which illuminates the measuring standard M. In a known manner, the reading device A has a number of photosensitive elements, also not shown must be, since such reading principles have long been part of the state of the art. The reflective and non-reflective parts of the measuring standard M modulate the luminous flux from the lighting and the light-sensitive elements supply after appropriate processing, scanning signals when the reading unit A and the material measure M are shifted relative to each other. The reading device is electrically connected to an evaluation device C in which the processed Scanning signals are counted in a known manner depending on the direction and so the measured value represent.

Bei Unterbrechungen der Versorgungsspannung geht dieser Meßwert und damit der Bezug auf den Anfangspunkt der Messung verloren.If the supply voltage is interrupted, this measured value goes to and thus the reference to the starting point of the measurement is lost.

Um diesen Nachteil zu beheben, wird die Maßverkörperung M mit Referenzmarken R R versehen, n die in relativ kurzen Abständen auf der Maßverkörperung M angeordnet sind. In der eingangs er- wähnten Patentschrift wird jede Referenzmarke durch einen individuellen Abstand zu ihrer Nachbarreferenzmarke quasi mit einer codierten Positionsangabe versehen. Bei Unterbrechungen der Versorgungsspannung rissen nun jeweils zwei benchbn rte Referenzmarken iiborfnhrnn werden, um den absoluten Bezugswert wieder zu reproduzieren.In order to remedy this disadvantage, the material measure M is provided with reference marks R R provided, n which are arranged on the material measure M at relatively short intervals are. In the initially mentioned patent specification becomes every reference mark with an individual distance to its neighboring reference mark, so to speak with a coded position information provided. When the supply voltage is interrupted now two benchmarked reference marks are torn to the absolute Reproduce the reference value again.

Es miissen der Anzahl der Referenzmarken entsprechend viele unterschiedliche Abstände vorgesehen werden, was bei längeren Maßverkörperungen und vielen Referenzmarken zu Problemen führen kann.Corresponding to the number of reference marks, there must be many different ones Distances are provided, which is the case with longer measuring standards and many reference marks can lead to problems.

Die Erfindung sieht gemäß Figur 2 vor, eine Anzahl identischer Referenzmarken R bis R auf einer zu-1 n s itzlichen Merkmalsspllr MS in gleichmäßigen Abständen A R vorzusehen. Aus zeichentechnischen Gründen sind die Meßteilung T, die Referenzmarkenabstände A R sowie eine weitere Teilung T' in gut erkennbar grober Darstellung gezeigt. In der Praxis sind die Teilungs-Perioden TP beispielsweise 40 /um groß. Auf einer Maßverkörperung M von beispielsweise 1 m Länge sind alle 50 mm Referenzmarken vorgesehen, was zu der Anzahl von 20 Referenzmarken fiihrt.According to FIG. 2, the invention provides a number of identical reference marks R to R on a to -1 n additional feature set MS at regular intervals A R to be provided. For reasons of drawing technology, the measuring graduation T is the reference mark spacing A R and a further division T 'shown in an easily recognizable rough representation. In in practice, the division periods TP are, for example, 40 μm. On a measuring standard M, for example 1 m in length, reference marks are provided every 50 mm, which leads to the number of 20 reference marks.

Die Merkmalsspur MS trägt neben den Referenzmarken R1 ... Rn eine weitere Gitterteilung T'. Die Teilungs-Periode TP' dieser Gitterteilung T' weicht von der Teilungs-Periode TP der Meßteilung T ab. Wenn die Abweichung über den gesamten Meßbereich n genau einer Teilungs-Periode TP entspricht, ist die zusätzliche Teilung T' an jeder der Referenzmarken R1 ...Rn um einen Bruchteil dieser einen Teilungs-Periode TP gegenflber der Meßteilung versetzt.In addition to the reference marks R1 ... Rn, the feature track MS has a further grating T '. The division period TP 'of this grid division T' gives way from the division period TP of the measuring graduation T. If the deviation corresponds to exactly one division period TP over the entire measuring range n, is the additional division T 'at each of the reference marks R1 ... Rn by a fraction of this offset by a division period TP with respect to the measuring division.

Es ist möglich, durch Auswertung der Abtastsignale genau an jeder Referenzmarke R1 ...Rn den Versatz n der Gitterteilung T' gegeniiber der Meßteilung T zu bestimmen und so die absolute Lage der zugehörigen Referenzmarke R1 . . .R zu ermitteln.It is possible by evaluating the scanning signals exactly at each Reference mark R1 ... Rn the offset n of the grid graduation T 'with respect to the measuring graduation T to determine and thus the absolute position of the associated reference mark R1. . .R to investigate.

n Beispielsweise könnten, wenn der Signalverlauf der Abtastsignale digitalisiert wird, aus den Digitalsignalen die Abweichungen und damit die Positionen der Referenzmarken bestimmt werden. n For example, if the waveform of the scanning signals is digitized, the deviations and thus the positions from the digital signals of the reference marks can be determined.

Wenn der gesamte Meßbereich n beispielsweise in fünfzig Teilungs-Perioden unterteilt ist und der Eleßbereich B fiinfhundert Millimeter lang ist, so ergibt sich eine Teilungs-Periode von 10 mm (entspricht der Darstellung in Fig. 2 und Fig. 3). Alle 50 mm soll dabei eine Referenzrnarke R1 bis R angen ordnet sein. Der Bereich fl wird gebildet von der Gesamtzahl k der Teilungs-Perioden TP. Es ist also n = k x TP der Meßbereich. Der gleiche xleßbereich B soll fiir die abweichende Teilung T' gelten, und es soll die Abweichung eine Teilungs-t'eriode TP betragen. Die Gesamtzahl der Teilungs-Perioden TP' der abweichenden Teilung T' muß also für den gleichen bleßbereich 13 um eine Teilungs-Periode vergrößert oder verkleinert werden. B = (k + 1) x TP' oder B = (k - 1) x TP'. TP x k = TP' (k - 1); TP' = k x TP. Beim Ausfiihrungsbeispiel gemäß k-1 der Figuren 2 und 3 gilt also TP' = 4 x 10 = 10,2.If the entire measuring range n, for example, in fifty division periods is divided and the Eleßbereich B is five hundred millimeters long, so results a division period of 10 mm (corresponds to the representation in Fig. 2 and Fig. 3). A reference mark R1 to R should be arranged every 50 mm. The area fl is formed from the total number k of division periods TP. So it is n = k x TP is the measuring range. The same measurement range B should be used for the different division T 'apply, and the deviation should be a division t' period TP. The total number the division periods TP 'of the different division T' must therefore for the same bleßbereich 13 can be enlarged or reduced by a division period. B = (k + 1) x TP 'or B = (k - 1) x TP'. TP x k = TP '(k-1); TP ' = k x TP. In the exemplary embodiment according to k-1 of FIGS. 2 and 3, TP ' = 4 x 10 = 10.2.

Damit läßt sich die Abweichung der Teilung T' von der Meßteilung T an jeder Referenzmarke R1 ...R n exakt bestimmen, wobei die Abweichung das Kennzeichen fiir die jeweilige Referenzmarke R1...Rn ist.The deviation of the graduation T 'from the measuring graduation T determine exactly at each reference mark R1 ... R n, the deviation being the identifier for the respective reference mark R1 ... Rn.

Tn der Figur 3 ist der Teilung T' noch eine weitere Teilung T'' nebengeordnet, deren Teilungs-Periode TP 1 halb so groß ist wie die Teilungs-Periode TP'.Tn of Figure 3, the division T 'is a further division T' 'arranged next to it, whose division period TP 1 is half as large as the division period TP '.

Durch diese Maßnahme wird das Auflösungsvermögen verdoppelt, so daß die Lagebestimmung der Referenzmarken R1...lkn mit entsprechend größerer Sicherheit erfolgen kann.This measure doubles the resolution, so that the determination of the position of the reference marks R1 ... lkn with a correspondingly greater degree of certainty can be done.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, die Auflösung noch weiter zu erhöhen, wenn die geforderte Genauigkeit dies verlangt. In diesem Fall steigt selbstverständlich der Aufwand zur Ablesung ebenfalls an.It is within the scope of the invention to increase the resolution even further, if the required accuracy demands it. In this case, of course, increases the effort for reading is also indicated.

Die Merkmalsspur MS kann auch in der Referenzmarkenspur zwischen den einzelnen Referenzmarken angebracht sein.The feature track MS can also be in the reference mark track between the individual reference marks.

mehrere Gitterteilungen T', T ", ... können zur Unterscheidung sehr vieler Referenzmarken herangezogen werden.several grid divisions T ', T ", ... can be used to differentiate very much many reference marks can be used.

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Claims (5)

Patentansprüche 9 Inkrementale Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einer Maßverkörperung, die außer einer periodisch strukturierten Meßteilung noch wenigstens eine weitere Merkmalsspur mit Referenzmarken aufweist, einer Ableseeinheit zum Ablesen der Maßverkörperung und einer elektronischen Auswerteeinrichtung zum Auswerten der abgelesenen Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß diezusätzliche Merkmalsspur (MS) mit mindestens einer periodischen - von der Teilungs-Periode (TP) der Meßteilung (T) abweichenden - Gitterteilung (T') versehen ist und daß diese Abweichung jeweils an den Referenzmarken (R1...Rn) ermittelt und daraus die zur jeweiligen Referenzmarke (R1...R ) gehörige Postition abgeleitet wird. Claims 9 Incremental length or angle measuring device with a measuring standard, which apart from a periodically structured measuring graduation still has at least one further feature track with reference marks, a reading unit for reading the material measure and an electronic evaluation device for Evaluation of the information read, characterized in that the additional Feature track (MS) with at least one periodic - from the division period (TP) the measuring graduation (T) deviating - grating (T ') is provided and that this Deviation is determined at the reference marks (R1 ... Rn) and from this the for position belonging to the respective reference mark (R1 ... R) is derived. 2.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilung (T') auf der zusätzlichen Merkmalsspur (MS) gegeniiber dem gesamten Bereich (B) der Meßteilung (T) um eine Teilungs-Periode (TP) gedehnt oder gestaucht ist.2.) Measuring device according to claim 1, characterized in that the Graduation (T ') on the additional feature track (MS) in relation to the entire area (B) the measuring graduation (T) is stretched or compressed by a graduation period (TP). 3.) Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzlichen Merkmalsspur (MS) mehrere Gitterteilungen (T', T'') zugeordnet sind, deren Teilungs-Perioden (TP', TP'') sich um ganzzahlige Vielfache voneinander unterscheiden. 3.) Measuring device according to claim 2, characterized in that the multiple grids (T ', T' ') are assigned to additional feature track (MS), whose division periods (TP ', TP' ') differ from one another by integer multiples. 4.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung durch eine an sich bekannte Phasenwinkelmeßeinrichtung bestimmt wird.4.) Measuring device according to claim 1, characterized in that the Deviation is determined by a phase angle measuring device known per se. 5.) Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung durch Amplitudenmessung mit ltilfe von an sich bekannten Strom-bzw. Spannungsmeßgeräten ermittelt wird.5.) Measuring device according to claim 1, characterized in that the Deviation due to amplitude measurement with the aid of known current or Voltmeters is determined.