DE3536653C1 - Elektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung - Google Patents

Description

• ansprüchen.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert.
• Es zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung einer absoluten Längenmeßeinrichtung, F i g. 2 eine Draufsicht auf einen absoluten Maßstab, Fig.3 eine Schaltungsanordnung eines Gleichspan-
• nungswandlers und F i g. 4 ein zeitabhängiges Signaldiagramm.
• In F i g. list in schematischer Darstellung eine absolute Längenmeßeinrichtung mit einem absoluten Maßstab M, einer Abtasteinheit A und einer Auswerteeinheit- A W gezeigt. In nicht dargestellter Weise sind der absolute Maßstab M mit einem ersten Objekt und die Abtasteinheit A mit einem zweiten Objekt verbunden, deren gegenseitige Relativlage gemessen werden soll.
• Die beiden Objekte können durch Maschinenteile einer Bearbeitungsmaschine oder einer Meßmaschine gebildetsein.
• Der in F i g. 1 im Querschnitt und in F i g. 2 in einer Draufsicht dargestellte absolute Maßstab M weist eine absolute Meßteilung MT (Codemeßteilung) mit vier Teilungen T 1 - T4 (Codespuren) auf. Zur Abtastung der vier Teilungen T 1 - T4 der absoluten Meßteilung MT ist parallel zum Maßstab M eine Abtastplatte AP mit vier Abtastteilungen AT1-AT4 angeordnet; die vier Abtastteilungen AT1-AT4 der Abtastplatte AP sind mit den vier Teilungen T1 - T4 des Maßstabs M identisch. Den vier Teilungen T 1 - T4 des Maßstabs M mitsamt den vier zugehörigen Abtastteilungen AT1-AT4 der Abtastplatte AP sind jeweils ein Beleuchtungselement B1-B4 in Form lichtemittierender Dioden sowie jeweils ein Photoelement Pl - P 4 zugeordnet. Der von jedem Beleuchtungselement B 1-B4 ausgehende Lichtstrom durchsetzt die zugehörige Teilung T 1 - T4 des Maßstabs Mund die zugehörige Abtastteilung A T 1- A T4 der Abtastplatte AP und fällt anschließend auf das zugehörige Photoelement Pl - P 4. Die vier Beleuchtungselemente B 1 - B 4, die Abtastplatte AP sowie die vier Photoelemente P - P4 sind Bestandteile der Abtasteinheit A. Bei der Bewegung der Abtasteinheit A in Meßrichtung relativ zum Maßstab M werden die vier Lichtströme der vier Beleuchtungselemente B1-B4 an den zugehörigen Teilungen T 1 - T4 des Maßstabs Mund an den zugehörigen Abtastteilungen A T 1- A T4 der Abtastplatte AP moduliert, so daß die vier zugehörigen Photoelemente Pl - P 4 jeweils ein periodisches Abtastsignal S1-S4 liefern. Jedes periodische Abtastsignal S1-S4 der Abtasteinheit A wird einem Trigger TR1-TR4 einer nachgeschalteten Auswerteeinheit A W zur Umwandlung in ein periodisches Rechtecksignal R 1- R 4 zugeleitet.
• Zur Spannungsversorgung der vier Beleuchtungselemente B 1-B4 der Abtasteinheit A sind in der Auswerteeinheit A Wein Gleichspannungswandler SW, ein Taktgeber TG sowie ein Phasenschieber PS vorgesehen. Dieser Gleichspannungswandler SWwird von einer üblichen, zur Verfügung stehenden externen Versorgungsspannung Ue, beispielsweise Ue=5 V, gespeist und liefert daraus die interne Versorgungsspannung Ui, beispielsweise Ui= 20 V, für die vier in Reihe geschalteten Beleuchtungselemente B 1 - B 4. Mit dieser Maßnahme kann die Meßeinrichtung an üblich vorhandene externe Versorgungsspannungen Ue ungeachtet der benötigten internen Versorgungsspannung Um, die sich nach der Anzahl n der in Reihe geschalteten Beleuchtungselemente B 1-Bn bemißt, angeschlossen werden, so daß ein uneingeschränkter Einsatz der Meßeinrichtung an Bearbeitungsmaschinen und Meßmaschinen ermöglicht wird.
• Der Gleichspannungswandler SW weist nach F i g. 3 eine Reihenschaltung aus einer Induktivität ID und aus einem Schalttransistor STauf, wobei die Induktivität ID an die externe Versorgungsspannung Ue und der Schalttransistor ST an Masse MS angeschlossen sind.
• Zwischen dem gemeinsamen Anschlußpunkt zwischen der Induktivität ID und dem Schalttransistor STund der Masse MS ist parallel eine weitere Reihenschaltung aus einer Diode D und aus einem Kondensator Cvorgesehen; der gemeinsame Anschlußpunkt zwischen der Diode Dund dem Kondensator Cist mit dem Ausgang des Gleichspannungswandlers SW verbunden. Der Taktgeber TG liefert ein erstes Taktsignal TS 1 an den Phasenschieber PS zur Erzeugung eines zweiten Taktsignals TS2, das gegenüber dem ersten Taktsignal TS1 einen bestimmten vorgegebenen Phasenversatz PV aufweist (F i g. 4a, 4b); dieses zweite Taktsignal TS 2 beaufschlagt die Basis des Schalttransistors STdes Gleichspannungswandlers SW. Durch die periodische Ansteuerung des Schalttransistors ST durch das zweite Taktsignal TS2 werden in der Induktivität ID durch Selbstinduktion Spannungsimpulse Sl erzeugt, die in F i g. 4c gestrichelt dargestellt sind. Aus diesen Spannungsimpulsen Slwird durch die Diode D und den Kondensator C eine geglättete Gleichspannung in Form der internen Versorgungsspannung Ui, beispielsweise Ui=20V, erzeugt, die am Ausgang des Gleichspannungswandlers SW zur Spannungsversorgung der vier Beleuchtungselemente B 1 - B 4 der Abtasteinheit A ansteht und ebenfalls in F i g. 4c als durchgezogene Linie dargestellt ist.
• Diese unter der Ansteuerung durch das zweite Taktsignal TS2 im Gleichspannungswandler SW periodisch erzeugten Spannungsimpulse Sl können aber abgestrahlt werden und als Störimpulse (beispielsweise mit einer Impulshöhe von 25 V) auf die von der Abtasteinheit A gelieferten energieschwächeren Abtastsignale S1-S4 (beispielsweise mit einer Amplitudenhöhe von 25 mV) kapazitiv einwirken, so daß eine dadurch bewirkte falsche Triggerung der Abtastsignale S1-S4 durch die Trigger TR 1 - TR 4 der Auswerteeinheit A W zu fehlerhaften Meßwerten führen kann.
• Es wird daher nach der Erfindung ferner vorgeschlagen, in der Auswerteeinheit A W jedem Trigger TR 1 - TR 4 jeweils einen Registerspeicher RS 1 - RS 4 nachzuschalten, die gemeinsam vom ersten Taktsignal TS 1 des Taktgebers TG angesteuert werden; diese vier Registerspeicher RS 1- RS 4 bilden bevorzugt eine Speichereinheit. Die vier Registerspeicher RS 1-R54 werden entweder von den ansteigenden Flanken oder von den abfallenden Flanken des ersten Taktsignals TS 1 angesteuert. Durch diese Flankenansteuerung der vier Registerspeicher RS 1 - RS 4 werden die bei jedem Ansteuerungszeitpunkt jeweils vorliegenden Binärwerte BW 1 - BW4 der vier Rechtecksignale R 1 - R 4 der vier Trigger TR 1- TR 4 in die zugehörigen Registerspeicher RS 1 - RS 4 übernommen und bis zum nachfolgenden Ansteuerungszeitpunkt unverändert an eine Anzeigeeinheit AZ mit einem Binär-Dezimal-Wandler übergeben, in der die jeweils vorliegenden vier Binärwerte BW1-BW4 in Dezimalwerte umgewandelt und angezeigt werden. Da zwischen zwei Ansteuerungszeitpunkten die vier Registerspeicher RS 1 - RS 4 keine Binärwerte BW1-BW4 der vier Rechtecksignale R 1 --R 4 übernehmen, können auch keine fehlerhaften Binärwerte BW1-B W4, die durch die Einwirkung von Störimpulsen des Gleichspannungswandlers SW auf die periodischen Abtastsignale S1-S4 oder auf die periodischen Rechtecksignale R 1 - R 4 hervorgerufen werden, an die Anzeigeeinheit AZ übergeben werden. Da die Ansteuerung des Gleichspannungswandlers SW durch das zweite Taktsignal TS2 erfolgt, das aus dem ersten Taktsignal TS 1 des Taktgebers TG abgeleitet ist und somit die gleiche Frequenz wie das erste Taktsignal TS 1, aber durch den Phasenschieber PS einen bestimmten vorgegebenen Phasenversatz PV gegenüber dem ersten Taktsignal TS 1 aufweist, der so bemessen ist, daß die Störimpulse aus dem Gleichspannungswandler SW zu den Ansteuerungszeitpunkten der vier Registerspeicher RS 1-RS4 durch das erste Taktsignal TS 1 abgeklungen sind, haben derartige Störimpulse keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit der Meßeinrichtung Aufwendige Abschirmmaßnahmen gegen solche Störimpulse sind daher nicht mehr erforderlich.
• Der in der Auswerteeinheit A Wangeordnete Taktgeber TG kann auch durch ein vorhandenes externes Taktsignal TSe über eine Synchronisiereinheit SE im Taktgeber TG angesteuert werden. Der Phasenschieber PS kann durch ein RC-Glied oder durch einen Inverter gebildet sein.
• Außer durch die Beleuchtungselemente B 1B 4 für die Meßteilung MTder oben beschriebenen lichtelektrischen Meßeinrichtung können die elektrischen Elemente beispielsweise auch durch Abtastelemente in Form von Hallelementen für eine magnetische Meßteilung einer magnetischen Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gebildet sein.
• Ganz allgemein ist die Erfindung bei elektrischen absoluten oder inkrementalen Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen einsetzbar, bei denen eine Reihenschaltung von beliebigen elektrischen Elementen einer Spannungsversorgung bedarf.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Elektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung mit einer eine Meßteilung zur Gewinnung wenigstens zweier periodischer Abtastsignale abtastenden Abtasteinheit, die wenigstens zwei in Reihe geschaltete elektrische Elemente für die Meßteilung aufweist, wobei eine externe Versorgungsspannung für die elektrischen Elemente vorgesehen ist, sowie mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der wenigstens zwei periodischen Abtastsignale, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß ein Gleichspannungswandler (SW) zur Umwandlung der externen Versorgungsspannung (Ue) in eine interne Versorgungsspannung (Ui) für die in Reihe geschalteten elektrischen Elemente (B 1 -B 4) sowie jeweils ein Registerspeicher (RS 1 - RS 4) für die aus den periodischen Abtastsignalen (S1-S4) gewonnenen periodischen Rechtecksignale (R 1- R 4) vorgesehen sind und daß ein die Registerspeicher (RS 1-RS4) ansteuerndes erstes Taktsignal (TS 1) und ein den Gleichspannungswandler (SW) ansteuerndes zweites Taktsignal (TS2) gleicher Frequenz einen bestimmten gegenseitigen Phasenversatz (PV) aufweisen, so daß eventuell auftretende Störimpulse des Gleichspannungswandlers (SW) außerhalb der Übernahmezeitpunkte der Binärwerte (BW1-BW4) der Rechtecksignale (R 1-R 4) in die zugehörigen Registerspeicher (RS 1- RS 4) liegen.
2. 2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Taktgenerator (TG) zur Erzeugung des ersten Taktsignals (TS 1) und ein Phasenschieber (PS) zur Erzeugung des zweiten Taktsignals (TS2) aus dem ersten Taktsignal (TS 1) vorgesehen sind.
3. 3. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktgenerator (TG) in der Auswerteeinheit (A W) angeordnet ist und über eine Synchronisiereinheit (SE) von einem externen Taktsignal (tee) ansteuerbar ist.
4. 4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Registerspeicher (RS 1 -RS4) von den ansteigenden Flanken oder von den abfallenden Flanken des ersten Taktsignals (TS 1) ansteuerbar sind.
5. 5. Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenschieber (PS) durch ein RC-Glied oder einen Inverter gebildet ist.
6. 6. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Elemente (B 1- B 4) durch Beleuchtungselemente für die Meßteilung (MT)gebildet sind.
7. 7. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Elemente durch Abtastelemente für die Meßteilung gebildet sind.

   Die Erfindung betrifft eine elektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

   Derartige Positionsmeßeinrichtungen werden insbesondere bei Bearbeitungsmaschinen zur Messung der Relativlage eines Werkzeugs bezüglich eines zu bearbeitenden Werkstücks sowie bei Koordinatenmeßma- schinen zur Ermittlung von Lage und/oder Abmessungen von Prüfobjekten eingesetzt.

   In der DE-OS 34 45 694 ist eine elektrische Positionsmeßeinrichtung beschrieben, bei der eine Meßteilung von drei Beleuchtungselementen in Form von lichtemittierenden Dioden beleuchtet wird. Jede dieser zueinander parallel geschalteten Dioden wird über einen Widerstand von einem Transistor angesteuert, so daß sich ein gewisser baulicher Aufwand ergibt.

   Aus der DE-OS 3049 262 ist eine elektrische Positionsmeßeinrichtung bekannt, bei der zur Beleuchtung einer Meßteilung vier in Reihe geschaltete Beleuchtungselemente in Form von lichtemittierenden Dioden vorgesehen sind, die gemeinsam über einen Widerstand von einem Schalttransistor angesteuert werden.

   Eine derartige Reihenschaltung von Beleuchtungselementen bietet gegenüber einer Parallelschaltung die Vorteile eines optimalen Lichtgleichlaufs in diesen Beleuchtungselementen und der Einsparung von Ansteuerelementen sowie von Anschlüssen und von Verbindungsleitungen. Ein Nachteil einer solchen Reihenschaltung liegt in dem Umstand begründet, daß der Betrag der Versorgungsspannung für diese Beleuchtungselemente von der Anzahl der Beleuchtungselemente abhängig ist. Diese benötigte interne Versorgungsspannung für die Beleuchtungselemente wird aber im allgemeinen nicht mit der zur Verfügung stehenden externen Versorgungsspannung für die Meßeinrichtung übereinstimmen.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßeinrichtung der genannten Gattung anzugeben, die unabhängig von der Anzahl der in Reihe geschalteten Beleuchtungselemente mit der zur Verfügung stehenden externen Versorgungsspannung betrieben werden kann.

   Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

   Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch das Vorsehen eines Gleichspannungswandlers die entsprechend der Anzahl der in Reihe geschalteten Beleuchtungselemente erforderliche interne Versorgungsspannung für diese Beleuchtungselemente unabhängig von der wirklich vorhandenen externen Versorgungsspannung für die Meßeinrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, so daß eine optimale Beleuchtung der Meßteilung erzielt wird. Die Meßeinrichtung kann somit an übliche externe Versorgungsspannungen ungeachtet der benötigten internen Versorgungsspannung, die sich nach der Anzahl der in Reihe geschalteten Beleuchtungselemente bemißt, angeschlossen werden, so daß sich ein uneingeschränkter Einsatz der Meßeinrichtung an Bearbeitungsmaschinen und Meßmaschinen ergibt. Durch das Vorsehen taktgesteuerter Registerspeicher können Störimpulse eines solchen taktgesteuerten Gleichspannungswandlers unwirksam gemacht werden, so daß die Meßgenauigkeit der Meßeinrichtung nicht beeinträchtigt wird; aufwendige Abschirmmaßnahmen gegen solche Störeinflüsse können somit entfallen.

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