DE8103741U1 - Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung - Google Patents
Lichtelektrische inkrementale PositioniereinrichtungInfo
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Description
- 1 DR. JOHANNES HEIDENHAIN GmbH 11. Februar I98I
Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
Es sind Positioniereinrichtungen bekannt. In der DE-OS 18 1^ 785 wird z. B. eine lichtelektrische
Längenmeßeinrichtung beschrieben, bei der neben der Inkrementalteilung noch eine Referenzmarke vorgesehen
ist. In dieser Druckschrift ist die Funktionsweise einer lichtelektrischen inkrementalen
Meßeinrichtung dargelegt. Ferner ist insbesondere die Funktion und der Aufbau einer Referenzmarke
durch die Figur 2 dargestellt.
Gemäß dem Stand der Technik (DE-PS 876 1Ö2) ergibt
sich an einer Markierung ein besonders günstiger Signalverlauf, wenn die Striche der
Strichgruppe in ungleichen Abständen voneinander angeordnet werden* Die Abtastplatte für eine derartige
Markierung weist demgemäß ein Ablesefeld auf,
das die gleiche Strichverteilung in der Strichgruppe hat, wie die Markierung. Bei genauer und
vollständiger Überdeckung von Markierung und Ablesefeld wird ein Signal mit ausreichend hohem
Nutz-/Störsignalverhältnis erzielt.
In den Druckschriften kommt die Problematik inkrementaler
Meßsysteme zum Ausdruck: Nach Betriebsunterbrechungen kann nicht ohne weiteres die Anfangslage
der Meßeinrichtung wiedergewonnen werden. Die Druckschrift (DE-OS 18 Ik 785) gibt Maßnahmen
an, wie diese Referenz auf möglichst einfache Weise wiedergewonnen werden kann.
Die Nachteile der bekannten Meßeinrichtung liegen jedoch darin, daß bei Ausfall der Beleuchtung
die Messung gestört wird und dies zu erheblichen Betriebsunterbrechungen mit langen Ausfallzeiten
führen kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine inkremen= tale Positioniereinrichtung zu schaffen, bei der
durch den Ausfall der Beleuchtung die momentane Messung nicht spürbar gestört wird und die genauer
arbeitet.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Der besondere Vorteil der Erfindung liegt in der sicheren lagerichtigen Erzeugung nur eines Referenzsignales
mit ausreichendem Nutz-/Störsignalver-
lit I
• I I
• t *
hältnis, auch wenn die Beleuchtung einer Abtaststelle ausgefallen ist. Der sich ergebende Unterschied
im Potential des Signals läßt sich weitestgehend kompensieren.
Die Unteransprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.
Der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung
werden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen erläutert.
werden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen
Figur 1 eine lichtelektrische Positioniereinrichtung mit zwei Ablesestellen
in einer schematischen Seitenansicht,
Figur 2 einen Maßstab mit Teilungsspuren und schematisierter
Figur 2 einen Maßstab mit Teilungsspuren und schematisierter
Abtastplatte,
Figur 3 eine Winkelmafiverkörperung mit
Ablesefeldern ähnlich wie in
Figur 2
Figur 2
Figur k einen schematischen Signalver
lauf bei der Abtastung einer
Referenzmarke,
Referenzmarke,
Figur 5 einen schematischen Signalverlauf bei Abtastung einer anderen
Referenzmarke,
Figur 6 einen Signalverlauf bei korrekter Abtastung zweier Referenzmarken.
In Figur 1 sind zwei Lampen L1 und L2 in einer Abtastbaueinheit
1 angeordnet. Die Lampen L. und L?
sind in einem konstanten Abstand voneinander befestigt, werden übe einen gemeinsamen Widerstand R
betrieben und beleuchten jeweils eine Abtaststelle I bzw, II. Eine Abtastplatte A weist Ablesefelder
AT für die Meßteilung, AR für die Referenzmarken
und AG für Gegentaktsignale auf. Ein Maßstab M trägt auf Teilungsspuren eine inkrementale Meßteilung
T, Referenzmarkierungen R, sowie auf der
Gegentaktspur G Verengungen zur Veränderung eines Gegentaktsignales. Die Abtastbaueinheit 1 ist
; relativ zum Maßstab M verschiebbar gelagert. Bei
Relativbewegungen zwischen Maßstab M und Abtast-
v 15 baueinheit 1 wird die Abtastplatte A entlang der
■;, Teilungsspuren in bekannter Weise geführt. Der
von den Lampen L1 und L2 ausgehende Lichtstrom
tritt dabei sowohl durch die Abtastplatte A als auch durch den Maßstab M. Dabei wird der hindurchtretende
Lichtstrom durch die auf beiden
Elementen A und M vorhandenen Hell-/Dunkelfeider
der Teilungsspuren in bekannter Weise moduliert. Der modulierte Lichtstrom trifft auf lichtempfindliche
Elemente P, deren Signale in einem Auswertebaustein B in bekannter Weise aufbereitet
und einem Vorwärts-Rückv.Mrtszähler VR zugeführt werden, der den Verschiebe\*eg digital anzeigt,
wobei durch die Referenzmarkonsignale eine Eichung bzw. eine Korrektur der inkrementalen
Meßwerte erfolgt.
In der Beschreibung und in den Figuren wird darauf verzichtet, die Vorwärts-Rückwnrtszählung durch
vor- oder nacheilende Signale zu erörtern, da dies in zahlreichen Druckschriften ebenso aus-
führlich dargelegt ist, wie die Eliminierung von Gleichstromanteilen, die sich auf die Signalsymmetrie
auswirken könnten. Es sei nur darauf verwiesen, daß zu diesen Zwecken zusätzliche Ablesefelder
AT (s. Fig. 2 und 3) und lichtempfindliche Elemente vorzusehen sind, die in bestimmter
Zuordnung die Inlcrementalteilung abtasten und in bekannter Weise schaltungstechnisch verknüpft
werden müssen. Da derartige Maßnahmen bei der Darstellung der Erfindung jedoch eher verwirren,
wurde auf die weitergehende Darstellung dieser bekannten Einzelheiten verzichtet.
Die Ablesefelder AT, AR und AG müssen exakt um einen bestimmten Betrag zueinander versetzt liegen,
da die resultierenden Abtastsignale der jeweiligen Sipureh durch analoge Addition zusammengefaßt
werden..Daraus ergibt sich eine höhere
Genauigkeit, da eine insgesamt größere Fläche der Teilung abgetastet wird. Unsauberkeiten der
Teilung haben nur noch kleinere Signalfehler zur Folge(siehe auch Figur kt 5 und 6).
Die Figur 2 zeigt einen Maßstab, bei dem auf einer Teilungsspurder M^ßverkörperung M eine Inkrementalteilung
T mit bestimmter Gitterkonstante aufgebracht ist. Eine zweite Teilungsspur weist
Referenzmarken RT und R_T auf. Jede der Referenzmarken
R und R besteht aus einer Gruppe paralleler
Striche. Die Verteilung der Striche innerhalb der jexveiligen Gruppe ist unregelmäßig. Von entscheidender
Bedeutung ist dabei, daß die Strichverteilung eindeutig ist. Die Verteilung der
Striche in beiden 'Strichgruppen der Referenzmarken muß identisch sein.
Zusätzlich ist eine dritte Spur G zur Erzeugung eines Gegentaktsignals vorgesehen* Diese Spur G
weist im Bereich jeder Abtaststelle I bzw II eine Verengung GT bzw. G der Spur G auf, was beim
Abtasten des Maßstabes jeweils an der Verengung GT bzw. G zu Veränderungen des Lichtstromes und
damit des Gegentaktsignales führt. Diese Lichtstrommodulation
durch die Gegentaktspur G wird mit den Referenzsignalen elektrisch zusammengefaßt.
In Figur 3 ist eine entsprechende Vinkelmeßeinrichtung dargestellt. Gleichartige Elemente wie
in der Figur 2 sind durch entsprechende Bezugszeichen mit dem zusätzlichen Index "V" bezeichnet.
In Figur h ist der Signalverlauf dargestellt,
der sich aus der Abtastung der Referenzmarkenspur und der Gegentaktspur entsprechend der
Anordnung gemäß Figur 2 ergibt. Hierbei wird nur die Abtaststelle I betrachtet. Die Maßverkörperung
M wird dazu in Richtung "X" verschoben. Demgemäß ergibt sich an der Abtaststelle I
folgender Ablauf:
Das nicht dargestellte lichtempfindliche Element,
das dem Ablesefeld AGT der Abtastplatte A
zugeordnet ist, wird durch die Gegentaktspur G voll beleuchtet und erzeugt das Gegentaktsig-
nal J2. Die Teilungsspur auf der die Referenzmarken
R1 und R11 liegen, ist noch lichtundurchlässig,
das dem zugehörigen Ablesefeld AR_ zugeordnete lichtempfindliche Element liefert dementsprechend
noch kein Signal ausreichender Höhe. Beim weiteren Verschieben der Maßverkörperung M
entlang der Abtaststelle I wird das Signal J„ .zuerst durch die Verengung G__ moduliert, wenn
diese das Ablesefeld AG passiert. Das Signal nimmt während dieses Vorganges ab (s. JGTT). Bei
weiterer Verschiebebewegung passiert die Referenzmarke RTT das Ablesefeld ART und es wird ein Referenzimpuls
JRjt erzeugt, der im Diagramm im Signalverlauf
J1 dargestellt ist. Da die Absenkung JG_T und der Referenzimpuls JIL nicht gleichzeitig
auftreten, wird der Referenzimpuls von der Auswer-teelektronik nicht erkannt. Bei weiterer
Verschiebung der Maßverkörperung M decken sich , an der Abtaststelle I die Verengung G und das
Ablesefeld AG_ sowie die Referenzmarke R_ mit
dem Ablesefeld AR_. Die Signalmodulation JGT im
Signalverlauf J„ und der Referenzimpuls JR im
Signalverlauf J treten gleichzeitig auf. Die Triggerschaltung in der Auswerteelektronik erkennt
den Referenzimpuls und wertet ihn in bekannter Weise aus.
In Figur 5 sind die Signalverläufe J_ und J. in
äquivalenter Weise gezeigt, wenn ausschließlich die Abtaststelle II betrachtet wird.
Betrachtet man beide Abtaststellen I und II, so ist erkennbar, daß bei dieser Konstellation beide
»· · ι · · ι ι r i
• it · it ·
• t · · ItII ·
Referenzimpulse JR1 und JR11 gleichzeitig auf-
: ' treten.
Ein Referenzimpuls soll bei einer inkrementalen
Meßeinrichtung nach Betriebsunterbrechungen ermöglichen, die Bezugslage wieder herzustellen,
oder laufend das System eichen. Demgemäß benötigt man einen Referenzimpuls immer bei der gleichen
Lagebeziehung von Maßverkörperung M und Abtast-
s 10 platte A. Durch bekannte elektrische Maßnahmen
§ lassen sich die vorbeschriebenen zeitgleich bzw.
M lagegleich auftretenden Referenzimpulse JRT und
ig« I
$t JRTT analog zusammenfassen, so daß ein resul-
tierendes Referenzsignal JR erzeugt wird, das 15 immer eindeutig bei derselben Lagebeziehung von
Maßverkörperung und Abtastplatte auftritt.
Ein derartiger Signalverlauf ist in Figur 6 dargestellt. Er ist durch einfache analoge Addition
der vorgenannten vier Signale J1, Z1 J_, Jj, nach
der Bedingung J = (J1 - J0) + (J„ - J^) gebildet
worden.
Bei Dockung von Referenzmarke und zugehörigem Abtastfeld
wird in bekannter Weise ein Referenzimpuls hervorgerufen. Bei phasenrichtiger Anordnung
von Referenzmarken und Abtastfeldern muß im Augenblick der exakten Deckung der Markierungen
und der Abtastfelder jede der beiden Referenzmarken R-j. und R ein Referenzsignal hervorrufen.
Diese Signale werden, wie bereits beschrieben, analog addiert. Es erscheint also nur ein Referenzsignal
mit hohem Pegel. Durch die eindeutige
III lilt
Lagezuordnung der Referenzmarke RT und Ablesefeld
ART zu der Verengung G und deren Ablesefeld
AGT und durch die Lagezuordnung der Referenz
R_T und Verengung GT sowie deren Ablesefeldern
ART_ und AGTT ist sichergestellt, daß
nur das zur jeweiligen Referenzmarke gehörige Abtastfeld ein Referenzsignal mit ausreichend
großem Nutz-/Störsignalverhältnis hervorbringen kann. Werden die Abtastfelder an der jeweils
nicht zugehörigen Referenzmarke vorbeibewegt, kann kein zur Auswertung geeignetes Referenzsignal
hervorgerufen werden.
Obwohl an verschiedenen Stellen des Maßstabes M Referenzmarken RT und RTT angeordnet sind, wird
beim Überfahren dieser Marken nur an einer bestimmten Stelle des Maßstabes M ein Referenzsignal
hervorgerufen. Damit ist der Bezug zur
Referenzmarke immer eindeutig. Bei Ausfall einer Beleuchtung L1 oder L_ wird weiterhin an der bestimmten
Stelle des Maßstabes M ein Referenzsignal hervorgerufen werden. Die zur ausgefallenen
Lampe L1 oder L2 gehörige Referenzmarke RT oder
R-„ kann kein Referenzsignal mehr liefern. Im
ungünstigsten Fall wird der Signalpegel des verbleibenden Referenzsignales geringer. Durch richtiges
Einstellen der Triggerschwelle kann dieser Nachteil belanglos werden.
Bei Ausfall einer Beleuchtung reduziert sich die Signalhöhe; da die analoge Addition eines Signals
entfällt und nur eine Abtaststelle I oder II in Betrieb ist. Eine Erhöhung des Signalpegels kann
durch eine Schaltungsmaßnahme für den gemeinsamen Betrieb der Lampen L. und L„ kompensiert werden.
• ·
Mit Hilfe eines gemeinsamen Vorwiderstandes R werden die Lampen L1 und L„ mit einer reduzierten
Spannung betrieben, was eine geringere Helligkeit und damit einen geringeren Fotostrom am Ausgang
der lichtempfindlichen Elemente P zur Folge hat. Durch die analoge Addition der Abtastsignale
wird jedoch ein Signalpegel erzielt, der höher ist, als der der reduzierten Einzelsignale.
Auf den höheren - aus den addierten Signalen gewonnenen - Signalpegel wird die Triggerschwelle
im Auswertebaustein B eingestellt. Bei Ausfall einer Lampe L1 oder L0 reduziert sich der Spannungsabfall
am Vorwiderstand R und die noch betriebsfähige Lampe L1 oder L„ wird mit der sich
ergebenden höheren Spannung betrieben. Dadurch erhöht sich die Beleuchtungsstärke am lichtempfindlichen
Element P, was eine direkte Erhöhung des Signalpegels an dessen Ausgang zur Folge hat. Die einschlägigen Kennlinien zeigen,
daß die mit höherer Betriebsspannung betriebene verbleibende Lampe ein etwa gleich großes Abtastsignal
liefert, wie das aus Addition gewonnene Abtastsignal- Die Triggerschwolle muß
dabei nicht verändert werden. Die Dimensionierung der dabei zusammenwirkenden Elemente liegt
im Können eines Durchschnittsfachmanns, so daß darauf nicht näher eingegangen werden muß.
Auch bei einer Winkelmeßeinrichtung erhöht sich wie vorbeschrieben durch die erfindungsgemäße
Mehrfachabtastung in der vorher beschriebenen Weise die Genauigkeit. Darüber hinaus wird
durch eine "Durchmesserablesung" der Exzentri-
t t * · ff I · «· »111
- 11 -
zitätsfehler der Teilung eliminiert. Eine DurcTimesserablesung
für optische Winkelmeßeinrichtungen ist in der DE-PS Zk 5k 915 bereits beschrieben.
Besonders vorteilhaft läßt sich die Auswerteschaltung so ausgestalten, daß bei Ausfall einer
Lampe eine Signaleinrichtung diesen Fehler meldet.
Selbstverständlich lassen sich die Referenzmarken
auch auf weiteren parallelen oder konzentrischen Teilungsspuren anordnen und abtasten, wenn die
Verwendung der Meßeinrichtung dies erfordert.
Die Erfindung ist auch nicht auf lichtelektrische 15; inkrementale Positioniereinrichtungen, die im
Durchlichtverfahren arbeiten beschränkt, sondern läßt sich sinngemäß auch bei Einrichtungen verwirklichen,
die im Auflichtverfahren arbeiten.
Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung
Bei dieser lichtelektrischen inkrementalen Positioniereinrichtung sind gemäß Figur 2 zur Bestimmung einer Bezugslage zwei räumlich versetzte
Referenzmarken (RT, ^tt) an der Maßverkörperung
(Μ) vorgesehen, die durch eine Abtastplatte (a) mit zwei in gleicher Weise versetzten Ablesestellen (I und II) zusammen mit der Teilung (T)
abgetastet werden. Mit Hilfe einer besonders ausgestalteten Gegentaktspur (G) wird gewähr
leistet, daß immer nur beide Referenzmarken
(Rt, R-r-r) zusammen an einer bestimmten Bezugslage ausgewertet werden können, bzw. daß bei
Ausfall der Beleuchtung (L. oder L0) einer Ablesestelle (I oder II) mit Sicherheit nur die
zur in Betrieb befindlichen Ablesestelle (i oder II) gehörige Referenzmarke (R- oder R1-) zur
Auswertung gelangen kann.
Claims (2)
1. Lichtelektrische inkrementale Meßeinrichtung zur Messung der Position zweier relativ zueinander
beweglicher Objekte mit einer wenigstens eine inkrementale Meßteilung und mehrere räumlich
zueinander versetzte Referenzmarken zur Ableitung
eines Referenzimpulses aufweisenden Maßverkörperung, wenigstens zwei Beleuchtungen und einer Abtastplatte
mit mehreren Ablesefeldern zum berührungslosen Abtasten der Maßverkörperung, dadurch gekennzeichnet,
daß auf der Maßverkörperung (M bzw. M ) den einzelnen, räumlich zueinander versetzten Referenzmarken
(RT, R_T bzw. R _, R __) auf einer zu-I
Ii wl wll
sätzlichen Gegentaktspur (G, G ) befindliche Markierungen (G_, G bzw. G , G) in Form
von Verengungen, Schraffüren oder dgl. zugeordnet sind, daß auf der Abtastplatte (A bzw. A ) die
räumliche Zuordnung der Ablesefelder (AT_, AR_, AG1 und AT11, AR13., AG11 bzw. AT^, AR^, AGwI
und ATWII, ARwII, AGwII)für die Meßteilung (T bzw.
T), die Referenzmarken (Rx, R__ bzw. R T, R __)
w ι 11 wi wii
und die Gegentaktspur (G, G) der gegenseitigen räumlichen Zuordnung der Referenzmarken (RT, RTT
bzw. Rj/ R J1) und ihrer zugehörigen Markierungen
(G1, G11 bzw. GwI, GwII) entspricht.
25
2. Lichtelektrische inkrementale Meßeinrichtung nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Meßteilung (T ) einer Winkelmeßeinrichtung die
Referenzmarken (R T und R ) und deren Markierun-
wi wii
gen (G _ und G ) sowie auf der Abtastplatte (A ) die zugehörigen Ablesefelder (ARWI# AG WI
und AR ,._, AG __) diametral angeordnet sind.
WII WlI
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19818103741 DE8103741U1 (de) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19818103741 DE8103741U1 (de) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE8103741U1 true DE8103741U1 (de) | 1986-05-22 |
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ID=6724551
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19818103741 Expired DE8103741U1 (de) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE8103741U1 (de) |
-
1981
- 1981-02-12 DE DE19818103741 patent/DE8103741U1/de not_active Expired
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