DE8628805U1

DE8628805U1 - Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

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Publication number: DE8628805U1
Application number: DE19868628805
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1986-10-29
Filing date: 1986-10-29
Publication date: 1989-01-26

Description

Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Die Erfindung betrifft eine lichtelektrische Längenoder Winkelmeßeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

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

In der Dissertation "Dreigitterschrittgeber" von Jörg Willhelm, 1978, ist im Abschnitt 2.4.1. eine Auflichtmeßeinrichtung beschrieben, bei der die Teilung eines Teilungsträjers von einer Abtasteinheit abgetastet wird, die eine Lichtquelle, einen Kondensor, eine Abtastplatte mit einer Abtastteilung, ein Objektiv und ein Photoelement enthält. Die vom Kondensor parallel gerichteten Lichtstrahlen der Lichtquelle durchsetzen die Abtastteilung der Abtastplatte und werden von der Teilungsebene mit der Teilung des Teilungsträgers wieder durch die Abtastteilung der Abtastplatte und durch das Objektiv auf

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das Photoelement reflektiert. Aus dam vom Photoelement bei der Meßbewegung erzeugten periodischer. Abtastsignal werden in einer Auswerteeinrichtung mit einem Trigger und einem Zähler die Meßwerte für die gegenseitige Relativlage zweier verschiebbarer Objekte ermittelt, die jeweils mit dem Teilungsträger und der Abtasteinheit verbunden sind.

Im Abschnitt 4.7 dieser Dissertation ist ausgeführt, dan EbönhöiLäfehlcr der Teilungssbsns ntit der Teilung des Teilungsträgers sowie FUhrungsfehlsr des Teilungsträgers oder der Abtasteinheit zu Meßfehlern führen können; diese Meßfehler fallen insbesondere bei interferometrischen Auflichtmeßeinrichtungen. (unveröffentlichte deutsche Patentanmeldung

P 35 41. 199.6 der Anmelderin) stärker ins Gewicht, bei denen größere Abtastabstände zwischen der Teilungsebene des Teilungsträgers und der Abtastteilungsebene der Abtastplatte vorgesehen sind (Absehn. 4.5, S. 61 und 62) 20

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine lichtelektrische Meßeinrichtung der genannten Gattung anzugeben, bei der derartige Fehler keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit haben. 25

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

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit einfachen Mitteln bei auftretenden Meßfehlern stets der wahre Meßwert ermittelt wird. Eine Vermessung und Kalibrierung einer derartigen Positionsmeßeinrichtung sowie das Vorsehen von Fehlerkorrekturtabellen oder Fehlerkorrekturschablonen können somit entfallen. Eine beliebige Änderung der Position und des Betrages der auftreten-

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den Meßfehler im Laufe der Zeit hat keinen Einfluß auf die Meßgenauigkeit. Es brauchen somit an die Führungen der mit der Meßeinrichtung verbundenen zu messenden Objekte sowie an die Ebenheit der Anbauflächen für die Meßeinrichtung an den Objekten keine hohen Anforderungen gestellt zu werden.

Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den Unteransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen
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Figur 1 das Prinzip einer lichtelektrischen inkrementalen Längenmeßeinrichtung in einer Seitenansicht und

Figur 2 in einem Querschnitt in vergrößerter

Darstellung;

Figur 3 einen ersten schematischen Lichtstrahlenverlauf ; 25

Figur 4 einen zweiten schematischen Lichtstrahlenverlauf ;

Figur 5a in schematischer Darstellung eine erste Längenmeßeinrichtung in einer

Seitenansicht und

Figur 5b in einem Querschnitt;

Figur 6 in schematischer Darstellung eine

zweite Längenmeßeinrichtung im Querschnitt und

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Figur 7 in schematischer Darstellung eine dritte Längenmeßeinrichtung.

In Figur 1 ist das Prinzip einer lichtelektrischen inkrementalen Längenmeßeinrichtung, in einer Seitenansicht und in Figur 2 in einem Querschnitt in vergrößerter Darstellung gezeigt. Eine inkrementale Teilung T in einer Teilungsebene TE eines metallischen Teilungsträgers TT wird von einer Abtasteinheit A berührungsfrei im Auflicht abgetastet. Der Teilungsträger TT und die Abtasteinheit A sind in nicht dargestellter Weise jeweils mit zwei verschiebbaren Objekten verbunden, deren gegenseitige Relativlage gemessen werden soll; die beiden Objekte können beispielsweise durch einen Schlitten und das Bett einer Bearbeitungsmaschine gebildet sein.

Zur Abtastung der Teilung T des Teilungsträgers TT werden in der Abtasteinheit A die von einer Lichtquelle L ausgehenden Lichtstrahlen LS durch einen Kondensor K parallel gerichtet, durchsetzen eine Abtastteilungsebene ATE mit einer Abtastteilung AT einer transparenten Abtastplatte AP und werden von der Teilungsebene TE mit der Teilung T des Teilungsträgers TT durch die Abtastteilung AT der Abtastplatte AP auf ein Photoelement P einer Photoelementenplatte PP reflektiert. Die Abtastteilung AT der Abtastplatte AP stimmt mit der Teilung T des Teilungsträgers TT überein. Das Photoelement P der Photoelementenplatte PP liefert bei der Meßbewegung in Meßrichtung X durch die Modulation der Lichtstrahlen LS durch die Teilung T und die Abtastteilung AT ein periodisches

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Abtastsignal S, das einer Auswerteeinrichtung AW mit einer Impulsformerstufe und einem Zähler zugeführt wird; der Meßwert für die gegenseitige Relativlage der beiden verschiebbaren Objekte kann in nicht gezeigter Weise einer Anzeigeeinheit oder der Steuerung der Bearbeitungsmaschine zugeleitet werden.

Figur 3 zeigt einen ersten schematischen Lichtstrahlenverlauf bei einer derartigen Längenmeßeinrichtuncr· Die Teilungsebene TE mit der Teilung T des Teilungsträgers TT besitzt an einer Abtaststelle AS eine Unebenheit, die mit der Teilungsebene TE einen Winkelet einschließt. Demzufolge wird der von der Lichtquelle L einfallende Lichtstrahl LS nicht in seiner Einfallsebene senkrecht zur Heßrichtung X von der Teilungsebene TE des Teilungsträgers TT reflektiert, sondern der reflektierte Lichtstrahl LS schließt mit dem einfallenden Lichtstrahl LS ein Winkel 2 «d in Meßrichtung X ein. Die Abtastteilungsebene ATE mit der Abtastteilung AT der Abtastplatte AP besitzt einen Abtastabstand &zgr; von der parallelen Teilungsebene TE mit der Teilung T des Teilungsträgers TT. Somit wird bei der Abtastung der Teilung T des Teilungsträgers TT an der Abtaststelle AS mittels der Abtastteilung AT nicht der wahre Meßwert M, sondern ein fehlerhafter Meßwert FM erhalten; die Differenz zwischen dem wahren Meßwert M und dem fehlerhaften Meßwert FM ergibt den Meßfehler F = M - FM = 2flCz. Als Zahlenbeispiel wäre an der Abtaststelle AS des von einem Nullpunkt 0 ab bezifferten Teilungsträgers TT der wahre Meßwert M = 10; ermittelt wird jedoch der fehlerhafte Meßwert FM = 9, so daß der Meßfehler F = 1 vorliegt.

Zur Eliminierung dieses Meßfehlers F wird erfindungsgemäß nach Figur 4 vorgeschlagen, zur Teilungsebene TE

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mit der Teilung T des Teilungsträgers TT in einem ersten Abtastabstand z1 in Lichtstrahlenrichtung eine erste Abtastteilungsebene &Lgr;&Tgr;&Xgr;1 mit einer ersten Abtastteilung AT1 einer erster» Abtastplatte AP1 und in einem zweiten Abtastabstand z2 in Lichtstrahlenrichtung eine zweite Abtastteilungsebene ATE2 mit einer zweiten Abtastteilung AT2 einer zweiten Abtastplatte AP2 anzuordnen.

Anhand des zweiten schematischen Lichtstrahlenverlaufs nach Figur 4 schließt in Übereinstimmung mit Figur 3 der an der Abtaststelle AS reflektierte Lichtstrahl LS mit dem einfallenden Lichtstrahl LS den gleichen Winkel 2oCin Meßrichtung X ein. Somit werden bei der Abtastung der Teilung T des Teilungsträgers TT an der Abtaststelle AS ebenfalls nicht der wahre Meßwert M, sondern mittels der ersten Abtastteilung AT1 ein erster fehlerhafter Meßwert FM1 und mittels der zweiten Abtastteilung AT2 ein zweiter fehlerhafter Meßwert FM2 erhalten; die Differenz zwischen dem wahren Meßwert M und dem ersten fehlerhaften Meßwert FlH ergeben den ersten Meßfehler F1 = M - FM1 = 2eCz! umi die Differenz zwischen dem wahren Meßwert M und dem zweiten fehlerhaften Meßwert FM2 den zweiten Meßfehler F2 = M - FM2 = 2Az2.

Aus dem ersten fehlerhaften Meßwert FM1 und dem zugehörigen ersten Abtastabstand z1 sowie aus dem zweiten fehlerhaften Meßwert FM2 und dem zugehörigen zweiten Abtastabstand z2 kann nun der wahre Meßwert M rechnerisch ermittelt werden. Aus den geometrischen Verhältnissen der Figur 4 folgt:

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F1/z1 = F2/z2 -~- FI = F2 * z1/z2 M = FM1 + F1 = FM1 + F2 · z1/z2 M = FM2 + F2 —*· F2 = M - FM2 M = FM1 +(M- FM2) · z1/z2 M= FM1 + M · z1/z2 - FM2 · z1/z2 M(1 - z1/z2) = FM1 - FM2 · z1/z2 M = (FM1 - FM2 · z1/z2) / (1 - z1/z2) (1)

Für z2 = 2z1 folgt
M= 2FM1 - FM2 (2)

Als Zahlenbeispiel wäre an der Abtaststelle AS des vom Nullpunkt 0 ab bezifferten Teilungsträgers TT der wahre Meßwert M= 10; ermittelt wird jedoch mittels des ersten Abtastteilung AT1 der ersten Abtastplatte AF1 der erste fehlerhafte Meßwert FM1 = 9 und mittels der zweiten Abtastteilung AT2 der zweiten Abtastplatte AP2 der zweite fehlerhafte Meßwert FM2 = 8, Mit z2 = 2z1 ergibt sich somit aus Gleichung (2) der wahre Meßwert M = 2FM1 - FM2 = 2 · 9-8 =10.

In Figur 5a ist in schematischer Darstellung eine erste lichtelektrische inkrementale Längenmeßeinrichtung in einer Seitenansicht und in Figur 5b in einem Querschnitt gezeigt/ bei der eine inkrementale Teilung Ta in einer Teilungsebene TEa eines metallischen Teilungsträgers TTa von einer Abtasteinheit Aa berührungsfrei im Auflicht abgetastet wird. Parallel zur Teilungsebene TEa des Teilungsträgers TTa sind in einem ersten Abtastabstand z1a eine erste Abtastteilungsebene ATEIa mit einer ersten Abtastteilung ATIa einer ersten Abtastplatte AP1a und in einem zweiten Abtastabstand z2a eine zweite Abtastteilungsebene ATE2a mit einer zweiten Abtastteilung AT2a einer zweiten Abtastplatte AP2a angeordnet; die beiden

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Abtastplatten APia, AP2a sind quer zur Meßrichtung X symmetrisch zur optischen Achse OAa des Strahlenverlaufs gegeneinander versetzt. Der ersten Abtastplatte AP1a sind eine erste dezentrierte Linse DL1a sowie ein erstes Photoelement Pia auf einer Photoelementenplatte PPa und der zweiten Abtastplatte AP2a eine zweite dezentrierte Linse DL2a sowie ein zweites Photoelement P2a auf der Photoelementenplatte PPa zugeordnet, über der Figur 5a ist die Photoelementenplatte PPa in die Zeichnungsebene geklappt dargestellt.

Von einer in der optischen Achse OAa des Strahlenganges auf der Photoelementenplatte PPa angeordneten Lichtquelle La durchsetzt nach Vigur 5b ein erster Lichtstrahl LS1a die erste dezentrierte Linse DL1a und die erste Abtastteilungsebene ATEIa mit der ersten Abtastteilung ATIa der ersten Abtastplatte AP1a und wird von der Teilungsebene TEa mit der Teilung Ta des Teilungsträgers TTa wieder durch die erste Abtastteilungsebene ATEIa mit der ersten Abtastteilung AT1a der ersten Abtastplatte AP1a und durch die erste dezentrierte Linse DLIa auf das erste Photoelement Pia der Photoelementenplatte PPa reflektiert.

Von der Lichtquelle La durchsetzt ein zweiter Lichtstrahl LS2a die zweite dezentrierte Linse DL2a und die zweite Abtastteilungsebene ATE2a mit der zweiten Abtastteilung AT2a der zweiten Abtastplatte AP2a und wird von der Teilungsebene TEa mit der Teilung Ta des Teilungsträgers TTa wieder durch die zweite Abtastteilungsebene ATE2a mit der zweiten Abtastteilung AT2a der zweiten Abtastplatte AP2a und durch die zweite dezentrierte Linse DL2a auf das zweite Photo-» element P2a der Photoelementenplatte PPa reflektiert» so daß das erste Photoelement Pia ein erstes perio-

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dlsches Abtastsignal S1a und das zweite Photoelement P2a ein zweites periodisches Abtastsignal S2a liefern. Die beiden periodischen Abtastsignale S1a, S2a werden in einer Auswerteeinrichtung AWa jeweils einer Impulsformerstufo und einem nachgeschalteten Zähler zur Bildung eines ersten fehlerhaften Meßwertes FM1a und eines zweiten fehlerhaften Meßwertes FM2a zugeführt, die einen Rechner Ra beaufschlagen.

Die Teiiungsebene TEa mit der Teilung Ta des Teilungsträgers TTa besitzt an einer Abtaststelle ASa eine Unebenheit, die mit der Teilungsebene TEa einen Winkeleta nach Figur 5a einschließt. Demzufolge werden die von der Lichtquelle La einfallenden beiden Lichtstrahlen LS1a, LS2a nicht in ihrer Einfallsebene senkrecht zur Meßrichtung X von der Teilungsebene TEa des Teilungsträgers TTa reflektiert, sondern die beiden reflektierten Lichtstrahlen LS1a, LS2a schließen mit den beiden einfallenden Lichtstrahlen LS1a, LS2a einen Winkel 2ota in Meßrichtung X ein. Somit werden bei der Abtastung der Teilung Ta des Teilungsträgers TTa an der Abtaststelle ASa nicht der wahre Meßwert Ma, sondern mittels der ersten Abtastteilung AT1a der erste fehlerhafte Meßwert FM1a und mittels der zweiten Abtastteilung AT2a der zweite fehlerhafte Meßwert FM2a erhalten. Aus den beiden fehlerhaften Meßwerten FMIa, FM2a ermittelt der Rechner Ra mit der obigen Gleichung (1) den wahren Meßwert Ma.

Wenn der erste Abtastabstaiid z1a und der zweite Abtastabstand z2a ein Verhältnis z2a = 2z1a aufweisen, kann der wahre Meßwert Ma vom Rechner Ra aus der obigen Gleichung (2) Ma = 2FM1a - FM2a berechnet werden. Besitzen die erste Gitterkonstante GK1a der ersten Abtastteilung AT1a und die zweite Gitterkonstante GK2a

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der zweiten Abtastteilung AT2a das Verhältnis GK2a = 2GKia, so vereinfacht sich Gleichung (2) zur Gleichung (2a) Ma = FM1a - FM2a. In diesem Fall werden die beiden Zähler in der Auswerteeinrichtung AWa durch ein Differenzzähler ersetzt und der Rechner Ra kann entfallen.

In Figur 6 ist in schematischer Darstellung eine zweite lichtelektrische inkrementale Längenmeßeinrichtung im Querschnitt gezeigt, bei der eine inkrementale Teilung Tb in einer Teilungsebene TEb eines metallischen Teilungsträgers TTb von einer Abtasteinheit Ab berührungsfrei im Auflicht abgetastet wird. Parallel zur Teilungsebene TEb des Teilungsträgers TTb ist eine Abtastteilungsebene ATEb mit einer Abtastteilung ATb einer Abtastplatte APb angeordnet. Der Abtastplatte APb ist ein erster Kondensor Kib und eine erste Photoelementenplatte PP1b mit einer ersten Lichtquelle L1b und einem ersten Photoelement P1b zugeordnet; die erste Lichtquelle L1b und das erste Photoelement P1b sind in der Einfallsebene senkrecht zur Meßrichtung X zu beiden Seiten der optischen Achse QAb des Strahlenganges angeordnet. Die von der ersten Lichtquelle Lib ausgehenden ersten Lichtstrahlen LS1b durchsetzen den ersten Kondensor K1b und eine erste Abtastteilung AT1b im Mittenbereich der Abtastteilung ATb der Abtastplatte APb und werden von der Teilungsebene TEb des Teilungsträgers TTb wieder durch die erste Abtastteilung AT1b der Abtastplatte APb und den ersten Kondensor K1b auf das erste Photoelement P1b reflektiert. Der Abstand zwischen der Teilungsebene TEb des Teilungsträgers TTb und der ersten Abtastteilung AT1b im Mittenbereich der Abtastteilung ATb in Richtung der ersten Lichtstrahlen LS1b bildet den ersten Abtastabstand z1b.

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In der Einfallsebene senkrecht zur Meßrichtung X ist auf der linken Seite der ersten Lichtquelle L1b 3ine zweite Lichtquelle L2b mit einem zweiten Kondensor K2b angeordnet. Die von der zweiten Lichtquelle L2b ausgehenden zweiten Lichtstrahlen LS2b durchsetzen den zweiten Kondensor K2b und eine zweite Abtastteilung AT2b im linken Seitenbereich der Abtastteilung ATb der Abtastplatte APb und werden von der Teilungsebene TEb des Teilungsträgers TTb durch eine

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der Abtastteilung ATb der Abtastplatte APb und einen dritten Kondensor K3b auf ein zweites Photoelement P2b einer zweiten Photeelementenplatte PP2b reflektiert. Der Abstand zwischen der Teilungsebene TEb des Teilungsträgers TTb und der zweiten Abtastteilung AT2b in den beiden Seitenbereichen der Abtastteilung ATb der Abtastplatte APb in Richtung der zweiten Lichtstrahlen LS2b bildet einen zweiten Abtastabstand z2b. Die von den beiden Photoelementen P1b, P2b erzeugten beiden periodischen Abtastsignale S1b, S2b werden einer Auswerteeinrichtung AWb zur Lieferung der beiden fehlerhaften Meßwerte FM1b, FM2b zugeführt, die einen Rechner Rb zur Ermittlung des wahren Meßwertes Mb beaufschlagen. Die erste Abtastteilung AT1b im Mittenbereich und die beiden zweiten Abtastteilungen AT2b in den beiden Seitenbereichen der Abtastteilung ATb der Abtastplatte APb sind identisch.

Die Teilungsebene TEb mit der Teilung Tb des Teilungsträgers TTb besitzt an einer Abtaststelle ASb eine Unebenheit, die mit der Teilungsebene TEb einen Winkel «tb einschließt. Demzufolge werden die von den beiden Lichtquellen L1b, L2b einfallenden Lichtstrahlen LS1b, LS2b nicht in ihrer Einfallsebene senkrecht zur Meßrichtung X von der Teilungsebene TEb des

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Teilungsträgers TTb reflektiert, sondern die reflektierten Lichtstrahlen LS1b, LS2b schließen mit den einfallenden Lichtstrahlen LS1b, LS2b einen Winkel 24b in Meßrichtung X {analog zum Winkel 2«£a der Figur 5a) ein. Somit werden bei der Abtastung der Teilung Tb des Teilungsträgers TTb an der Abtaststelle ASb nicht der wahre Meßwert Mb, sondern mittels der ersten Abtastteilung AT1b der erste fehlerhafte Meßwert FM1b und mittels der zweiten Abtastteilung AT2b der zweite fehlerhafte Meßwert FM2b erhalten. Aus den beiden fehlerhaften Meßwerten FM1b, FM2b ermittelt der Rechner Rb mit der obigen Gleichung (1) den wahren Meßwert Mb.

Wenn der erste Abtastabstand Z1b und der zweite Abtastabstand z2b ein Verhältnis &zgr;2b = 2z1b aufweisen, kann der wahre Meßwert Mb vom Rechner aus der obigen Gleichung (2) Mb = 2FM1b - FM2b berechnet werden.

In Figur 7 ist in schematischer Darstellung eine dritte lichtelektrische inkrementale Längenmeßeinrichtung im Querschnitt gezeigt, bei der eine inkrementale Teilung Tc in einer Teilungsebene TEc eines metallischen Teilungsträgers TTc von einer Abtasteinheit Ac berührungsfrei im Auflicht abgetastet wird. Senkrecht zur Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc sind eine erste Abtastplatte AP1c mit einer ersten Abtastteilung AT1c in einer ersten Abtastteilungsebene ATEIc und eine zweite Abtastplatte AP2c mit einer zweiten Abtastteilung AT2c in einer zweiten Abtastteilungsebene ATE2c angeordnet; die beiden Abtastplatten AP1c, r-.ric sind nebeneinander parallel zur Meßrichtung X -ut einer Oberfläche Oc eines Teilerumlenkprismas TPc befestigt. Der ersten Abtastplatte AP1c sind ein erstes Ablenkprisma LP1c

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und ein erstes Photoelement P1c auf einer Photoelementenplatte PPc und der zweiten Abtastplatte AP2c ein zweites Ablenkprisma LP2c und ein zweites Photoelement P2c auf der Photoelementenplatte PPc symmetrisch zur optischen Achse OAc des Strahlenganges zugeordnet. Von einer auf der optischen Achse OAc des Strahlenganges auf der Photoelementenplatte PPc angeordneten Lichtquelle Lc durchsetzt ein erster Lichtstrahl LSIc einen Kondensor Kc, das erste Ablenkprisma LP1c und die erste Abtastteilungsebene ATEIc mit der ersten Abtastteilung AT1c der ersten Abtastplatte AP1c und wird von der Umlenkfläche UFc des Teilerumlsnkprismas TPc durch dessen Teilerumlenkfläche TUFc auf die Teilungsebene TEc mit der Teilung Tc des Teilungsträgers TTc umgelenkt; die Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc reflektiert den ersten Lichtstrahl LS1c wieder durch die Teilerumlenkfläche TUFc und über die Umlenkfläche UFc des Teilerumlenkprismas TPc, durch die erste Abtastteilungsebene ATEIc mit der ersten Abtastteilung AT1c der ersten Abtastplatte AP1c, durch das erste Ablenkprisma LP1c und durch den Kondensor Kc auf das erste Photoelement P1c der Photoelementenplatte PPc. Von der Lichtquelle Lc durchsetzt ein zweiter Lichtstrahl LS2c den Kondensor Kc, das zweite Ablenkprisma LP2c und die zweite Abtastteilungsebene ATE2c mit der zweiten Abtastteilung AT2c der zweiten Abtastplatte AP2c und wird von der Teilerumlenkfläche TUFc des Teilerumlenkprismas TPc auf die Teilungsebene TEc mit der Teilung Tc dos Teilungsträger TTc umgelenkt; die Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc reflektiert den zweiten Lichtstrahl LS2c wieder Über die Teilerumlenkfläche TUFc des Teilerumlenkprismas TPc, durch die zweite Abtastteilungsebene ATE2c mit der zweiten Abtastteilung AT2c der zweiten Abtastplatte AP2c,

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durch das zweite Ablenkprisma LP2o und durch den Kondensor Kc auf das zweite Photoelement P2c der Photoelementenplatte PPc. Der Abstand zwischen der Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc und der ersten Abtastteilung AT1c der ersten Abtastplatte AP1c in Richtung des ersten Lichtstrahls LS1c bilden einen ersten Abtastabstand z1c und der Abstand zwischen der Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc und der zweiten Abtastteilungsebene ATE2c der zweiten Abtastplatte AP2c in Richtung des zweiten Lichtstrahls LS2c den zweiten Abtastabstand z2c. Der erste wirksame Abstand z1c (in der Figur 7 nicht eingetragen) ist die Summe des optischen Weges des ersten Lichtstrahls LS1c von der Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc bis zur ümlenkflache UFc des Teilerumlenkprismas TPc und des optischen Weges des ersten Lichtstrahls LS1c von der Umlenkfläche UFc des TeiJLerumlenkprismas TPc bis zur ersten Abtastteilungsebene ATEIc der ersten Abtastplatte AP1c unter Berücksichtigung der entsprechenden Brechungsindizes. Der zweite wirksame Abstand &zgr;2c (in c>.r Figur 7 nicht dargestellt) ist die Summe des optischen Weges des zweiten Lichtstrahls LS2c von der Teilungsebene TEc des Teilungsträgers TTc bis zur Teilerumlenkflache TUFc des Teilerumlenkprismas TPc und des optischen Weges des zweiten Lichtstrahls LS2c von der Teilerumlenkflache TUFc des Teilerumlenkprismas TPc bis zur zweiten Abtastteilungsebene ATE2c der zweiten Abtastplatte AP2c unter Berücksichtigung der entsprechenden Brechungsindizes.

Die von den beiden Photoelementen PIc, P2c erzeugten beiden periodischen Abtastsignale S1c, S2c werden einer Auswerteeinrichtung AWc zur Lieferung der beiden fehlerhaften Meßwerte FMIc, FM2c zugeführt,

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die einen Rechner Rc zur Ermittlung des wahren Meßwertes Mc beaufschlagen.

Die Teilungsebene TEc mit der Teilung Tc des Teilungsträger TTc besitzt an einer Abtaststelle ASc eine Unebenheit, die mit der Teilungsebene TEc einen Winkelte einschließt. Demzufolge werden die von der Lichtquelle Lc einfallenden beiden Lichtstrahlen LS1c, LS2c nicht in ihrer Einfallsebene senkrecht zur Meßrichtung X von der Teilungsebene TEc .es Teilungsträgers TIu reflektiert, sondern die beiden reflektierten Lichtstrahlen LS1c, LS2c schließen mit den beiden einfallenden Lichtstrahlen LS1c, LS2c einen Winkel 2<tc in Meßrichtung X (analog zum Winkel 2ita der Figur 5a) ein. Somit werden bei der Abtastung der Teilung Tc des Teilungsträgers TTc an der Abtaststelle ASc nicht der wahre Meßwert Mc, sondern mittels der ersten Abtastteilung AT1c der erste fehlerhafte Meßwert FM1c und mittels der zweiten Abtastteilung AT2c der zweite fehlerhafte Meßwert FM2c erhalten. Aus den beiden fehlerhaften Meßi/ werten FM1c, FM2c ermittelt der Rechner Rc mit der

' obigen Gleichung (1) den wahren Meßwert Mc.

Wenn der erste Abtastabstand z1c und der zweite Abtastabstand z2c ein Verhältnis z2c = 2z1c aufweisen, kann der wahre Meßwert Mc vom Rechner Rc aus der obigen Gleichung (2) Mc = 2FM1c - FM2c berechnet werden. Besitzen die erste Gitterkonstante GKIc der ersten Abtastteilung AT1c und die zweite Gitterkonstante GK2c der zweiten Abtastteilung AT2c das Verhältnis GK2c = 2GK1c, so vereinfacht sich Gleichung ₍ (2) zur Gleichung (2a) Mc = FM1c - FM2c. In diesem

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tung AWc durch einen Differenzzähler ersetzt und der Rechner RC kann entfallen.

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Derartige fehlerhafte Meßwerte treten beispielsweise
bei lokalen Unebenheiten der Teilungsebene des Teilungsträgers, bei Verbiegungen der Teilungsebene durch die Befestigung des Teilungsträgers an einer unebenen Anbaufläche am zu messenden Objekt und durch Verkippungen des Teilungsträgers durch Führungsfehler in der Führung der zu messenden Objekte auf. Diese fehlerhaften Meßwerte können auch bei einer Winkelmeßeinrichtung
mit einer Trommelteilung auftreten, bei der sich die
Teilung auf einer Außenfläche oder Innenfläche beispielsweise eines Hohlyzlinders befindet, wenn die
Teilungsfläche mit dieser Trommelteilung Abweichungen von der Zylinderform aufweist.

Die Erfindung ist sowohl bei iichtelektrischen inkrementalen als auch bei absoluten Längen- oder Winkelmeßeinrichtungen mit Erfolg einsetzbar.

Claims

1. Lichtelektrische Längen- oder Winkelmeßeinrichtung zur Messung der Relativlage zweier Objekte, bei der die Teilung eines mit dem einen Objekt verbundenen Teilungsträgers von einer mit dem anderen Objekt verbundenen Abtasteinheit im Auflicht abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abtasteinheit (A) wenigstens zwei Abtastteilungen (AT1, AT2) mit unterschiedlichen Abtastabständen (z1, z2) in Lichtstrahlenrichtung zur Teilung (T) des Teilungsträgers (TT) angeordnet sind und daß aus den mittels der wenigstens zwei Abtastteilungen (AT1, AT2) erzeugten wenigstens zwei Meßwerten (FM1, FM2) der wahre Mefvert (M) ermittelbar ist.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Teilungsebene (TLa) mit der Teilung (Ta) des Teilungsträgers (TTa) eine erste Abtastteilungsebene (ATEIa) mit einer ersten Abtastteilung (AT1a) einer ersten Abtastplatte (AP1a) in einem ersten Abtastabstand (z1a) und eine zweite Abtastteilungsebene (ATE2a) mit einer zweiten Abtastteilung (AT2a) einer zweiten Abtastplatte (AP2a) in einem zweiten Abtastabstand (z2a) senkrecht zur Meßrichtung (X) versetzt angeordnet sind und daß der ersten Abtastteilung (AT1a) eine erste dezentrierte Linse (DL1a) sowie ein erstes Photoelement (Pia) und dsr zweiten Abtastteilung (AT2a) eine zweite dezentrierte Linse (DL2a) sowie ein zweites Photoelement (P2a)

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symmetrisch zur senkrecht zur Teilungsebene (TEa) des Teilungsträgers (TTa) verlaufenden optischen Achse (OAa) des Strahlenganges zugeordnet sind, wobei sich eine Lichtquelle (La) in der optischen Achse (OAa) des Strahlenganges befindet.

3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Teilungsebene (TEb) mit der Teilung (Tb) des Teilungsträgers (TTb) eine Abtastteilungsebene (ATEb) mit einer Abtastteilung (ATb) einer Abtastplatte (APb) anc^ordnet ist, daß senkrecht zur Meßrichtung (X) symmetrisch zur senkrecht zur Teilungsebene (TEb) des Teilungsträgers (TTb) verlaufenden optischen Achse (OAb) des Strahlengangs der Mittenbereich der Abtastteilung (ATb) eine erste Abtastteilung (AT1b) und die beiden Seitenbereiche der Abtastteilung (ATb) zwei zweite Abtastteilungen (AT2b) bilden, daß der ersten Abtastteilung (AT1b) in einem ersten Abtastabstand (z1b) in Lichtstrahlenrichtung von der Teilungsebene (TEb) des Teilungsträgers (TTb) ein erster Kondensor (K1b) sowie eine erste Lichtquelle (L1b) und ein erstes Photoelement (P1b) zugeordnet sind und daß der einen zweiten Abtastteilung (AT2b) ein zweiter Kondensor (K2b) sowie e.',ne zweite Lichtquelle (L2b) und der anderen zweiten Abtastteilung (AT2b) ein dritter Kondensor (K3b) sowie ein zweites Photoelement (P2b) zugeordnet sind, wobei der Abstand der zweiten Abtastteilung (AT2b) in Lichtstrahlenrichtung von der Teilungsebene (TEb) des Teilungsträgers (TTb) einen zweiten Abtastabstand (z2b) bildet.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht zur Teilungsebene (TEc)

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des Teilungsträgers (TTc) symmetrisch zur senkrecht zur Meßrichtung (X) und parallel zur Teilungsebene (TEc) des Teilungsträgers (TTc) verlaufenden optischen Achse (OAc) des Strahlengangs eine erste Abtastteilungsebene (ATEIc) mit einer -T

ersten Abtastteilung (ATIc) einer ersten Abtastplatte (AP1c) und eine zweite Abtastteilungsebene (ATE2c) mit einer zweiten Abtastteilung (AT2c) einer zweiten Abtastplatte (AP2c) angeordnet sind, da." der ersten Abtastteilung (ATic) ein erstes Ablenkprisma (LP1c) sowie ein erstes Photoelement (P1c) und der zweiten Abtastteilung (AT2c) ein zweites Ablenkprisma (LP2c) sowie ein zweites Photoelement (P2c) zugeordnet sind, wobei die Lichtquelle (Lc) sich in der cptischen Achse (OAc) des Strahlenganges befindet, und daß den beiden Abtastplatten (AP1c, AP2c) ein Teilerumlenkprisma (TPc) zugeordnet ist, wobei die Abstände der ersten Abtastteilung (AT1c) und der zweiten Abtastteilung (AT2c) in Lichtstrahlenrichtung von der Teilungsebene (TEc) des Teilungsträgers (TTc) einen ersten Abtastabstand (z1c) und einen zweiten Abtastabstand (z2c) bilden.