CH434776A

CH434776A - Einrichtung zum Messen von Längen mittels Impulszählung

Info

Publication number: CH434776A
Application number: CH518665A
Authority: CH
Inventors: Wogatzke Horst
Original assignee: Wenczler & Heidenhain
Priority date: 1964-04-11
Filing date: 1965-04-09
Publication date: 1967-04-30
Also published as: DE1231911B; GB1087165A; US3487399A

Description

Einrichtung zum Messen von Längen mittels Impulszählung
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Messen von Längen mit einer Ablesevorrichtung, bei der um einen von 0 und 180 verschiedenen Phasenwinkel zueinander versetzte Impulszüge gebildet werden und der zu messende Wert in Grosse und Richtung durch Impulszählung ermittelt wird.

Bei bekannten Einrichtungen dieser Art hat es sich als Nachteil erwiesen, dass Fehler, wie z. B. ungenaue Teilung, sowie ung, enau justierte Photoelemente, eine Phasenverlagerung sowie Amplitudenschwankung der Impulszüge zur Folge haben. Eine gleichbleibende Pha senlage sowie Amplitudenhöhe sind aber Voraussetzung für eine einwandfreie Messung.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass aus den Impulszügen ein elektrisches Summensignal sowie ein Differenzsignal gebildet wird und diese Signale Im pulsformerstufen zugeführt werden, deren Ausgänge einer Richtungsdiskriminator-und Zählschaltung zugeführt sind.

Die Erfindung ist in der Beschreibung an Hand der Zeichnungen beispielsweise erläutert, wobei auch in den Zeichnungen der bekannte Stand der Technik dargestellt ist. Im einzelnen zeigen :
Fig. I eine vergrössert dargestellte schematische Darstellung des Prinzipes einer Messeinrichtung gemäss der Erfindung ;
Fig. 2 eine vergrössert dargestellte schematische Darstellung des Prinzipes eines weiteren Ausführungs- beipieles gemäss der Erfindung ;
Fig. 3 elektrische Wellenformen zur Darstellung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. I ;
Fig. 4 elektrische Wellenformen zur Darstellung der Wirkungsweise der Einrichtung nach Fig. 2 ;
Fig. 5 eine schematische Schaltanordnung des logischen Netzwerkes zur Auswertung der in Fig. 4 dargestellten Impulszüge ;

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schaltanordnung des logischen Netzwerkes zur Auswertung der in Fig. 4 dargestellten Impulszüge ;
Fig. 7 ein elektrisches Schaltbild zu Ausschnitt VII der Fig. 2.

Fig. 1 zeigt schematisch eine lichtelektrische Vorrichtung zum Messen von Längen. Ein Gittermasstab l so- wie eine darüber gleitende Strichplatte 2 werden von einem Lichtbündel durchsetzt, das durch eine Lampe 3 und einen Kondensor 4 erzeugt wird. Anschliessend werden die beiden Hälften des Lichtbündels durch zwei Linsen 5 und 6 auf zwei Photoelemente 7 und 8 geworfen, die elektrische Ausgangssignale Il und L abgeben.

Aufgrund der Ausbildung der Strichplatte 2 in Form von um eine halbe Strichbreite (ist gleich 1/4 der Gitterkonstante) gegeneinander versetzten Strichgruppe ergeben sich die Signale Il und L um 90 phasenversctzt zueinander.

Mit Hilfe bekannter Schaltanordnungen kann nun aus diesen Impulszügen Il und I2 die jeweilige Position durch Zählung ermittelt werden, wobei infolge der ge genseitigen Versetzung um 90 auch der Richtungssinn festgelegt ist.

Die bisher beschriebene Anordnung und ihre Wir kungsweise ist wohlbekannt und bedarf deshalb keiner weiteren Erläuterung.

Durch Einflüsse verschiedenster Art, z. B. ungenaue Teilung sowie ungenau justierte Photoelemente, ist eine Phasenverschiebung bzw. Amplitudenschwankung der Ausgangssignale Il und Ia möglich. Um dies zu verhindern, werden die Signale Il und L einem elektrischen Bauelement 9 zugeführt, welches aus den Signalen Il und L das Summensignal I3 sowie das Differenzsignal L bildet.

Die Signale I3 und I4 werden den Verstärkern 10 und 11 und anschliessend den Impulsformerstufen 12 und 13 zugeführt.

In Fig. 3a sind die um 90 zueinander versetzten Signale Il und Is sowie das daraus gebildete Summensignal I3 bzw. Differenzsignal L in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg dargestellt. Durch die Impulsformenstufen 12 und 13 (Fig. 1), welche bei dem Signalniveau Ns, N= (Fig. 3a) ansprechen, werden die Signale I3 und I4 in Rechteckimpulszüge T3 und T4 sowie die dazugehörigen inversen Impulszüge T3'und T4'umgeformt.

In Fig. 3b sind die Impulszüge Ii und I2 in bezug auf die der Fig. 3a mit anderem Phasenwinkel sowie mit anderer Amplitudenhöhe dargestellt.

Aus dem Vergleich der Fig. 3a und 3b ist ersichtlich, dass Phasenwinkelfehler sowie Veränderungen der Amplitudenh¯he der Impulsz ge I1 und I2 auf die Phasenlage der Rechteckimpulsz ge T3 und T3' sowie T4 und T.'dann keinen Einfluss haben, wenn die Impulszüge I3 und I., durch Addition bzw. Subtraktion aus den Ausgangssignalen Il und Ig gebildet werden.

Die Impulszüge T3, T3' und Tw, T', die pro Teilung vier gleiche Schaltsprünge aufwe : sen, werden einer an sich bekannten und nicht dargestellten Richtungsdiskri- minator-und Zählschaltung zugeführt.

Fig. 2 zeigt im Prinzip eine photoelektrische Vorrichtung zum Messen von Längen. Ein Gittermasstab 15 sowie eine Strichplatte 16, deren Relativlage zum Masstab 15 gemessen werden soll, werden von einem Lichtbündel durchsetzt, welches von der Lampe 17 und dem Kondensor 18 erzeugt wird. Anschliessend wird das Lichtbündel durch vier Linsen 19, 20, 21 und 22 auf vier photoempfindliche Elemente 23, 24, 25 und 26 geworfen, welche elektrische Ausgangssignale Id, IG, I7 und Is abgeben.

Die Strichplatte 16 besitzt vier Reihen unter sich und mit dem Gittermasstab 15 gleichartiger Teilungen. Die Teilungen der Strichplatte 16 sind zueinander um eine halbe Strichbreite (das ist 1/a der Gitterkonstante) versetzt. In entsprechender Versetzung (das ist 90 ) sind auch die Photoelemente 23, 24, 25 und 26 angebracht, deren Phasendifferenz der in ihnen entstehenden Signale I3, I6, I7 und I8 sowohl in der ersten 23 und dritten 25 als auch in der zweiten 24 und vierten Photozelle 26 in Gegenphase zueinander stehen.

Die Ausgangssignale Is und I7 der Photoelemente 23 und 25 werden dem elektrischen Schaltelement 27, welches als Signal Is, die Differenz der Signale in und I, liefert, zugeführt. Die Aus gangssignale I, und Is der Photoelemente 24 und 26 werden dem elektrischen Schaltelement 28, welches als Signal I, die Differenz der Signale Io und I8 liefert, zugeführt.

Die bisher beschriebene Anordnung und ihre Wirkungsweise ist bekannt und in der Fig. 2 schematisch dargestellt.

Aus wirtschaftlichen, bzw. fertigungstechnischen Gründen, hat man ein Interesse daran, die Masstabtei- lungen nicht zu klein machen zu müssen. Die Bestrebungen sind daher darauf gerichtet, trotz relativ grob geteilter Masstäbe hinreichend kleine Wegquanten zu erhalten.

Die vorstehend angeführte Aufgabenstellung wird folgendermassen gelöst. Wie in Fig. 2 ersichtlich, werden die beiden Signale I9 und 1,,, einem elektrischen Schaltelement 29 zugeführt, das aus den Signalen I9 und Iio ein Summensignal In und Differenzsignal I12 bildet.

Die Signale I9, Silo, In und 1, werden den Verstär- kern 30, 31, 32 und 33 und anschliessend den Impuls formerstufen 35, 36, 37 und 38 zugeführt.

In Fig. 4 sind die mittels der Gegentaktschaltungen 27 und 28 erzeugten um 90 zueinander versetzten Signale Io und 1,,, sowie das daraus gebildete Summen- signal In bzw. Differenzsignal II, in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg dargestellt.

Durch die Impulsformerstufen 35, 36, 37 und 38 (siehe Fig. 2), welche bei dem Signalniveau N. 3, N1o, N, und Nl2 (siehe Fig. 4) ansprechen, werden die Signale lo, lio, I11 und I12 in die Rechteckimpulszüge T Tin.

Tu und T12 sowie die dazugehörigen inversen Impulszüge To', Tlo', T11' und T12' umgeformt.

Die Impulszüge T9, T9', T10, T10', T11, T12, und T,..'werden, wie in Fig. 5 ersichtlich, den NOR-Elementen 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46 und 47 einer logischen Schaltung zugeführt. Dis Ausgänge der NOR-Elemenle 40 bis 47, das sind die Leitungen, welche die Impulszüge A, B, C, D, E, F, G und H führen, sind an ein logisclies Netzwerk, das aus den UND-Toren 60 bis 67 und 70 bis 77 besteht, angeschlossen.

Das logischeNetzwerk gibt Vor- wärts-Zählimpulse V und Rückwärts-Zählimpulse R ab, welche durch die beiden Boole'schen Gleichungen V=A?b + B?,c+C.?d + D?e + E?f + F?g+ G-h+H. a R=A?h + B?a+C?b + D?c + E?d + F?e + G-f +H-g festgelegt sind.

Die Ausgangs-Impulszüge A, B, C, D, E, F, G, H der NOR-Elemente 40 bis 47 sind dabei durch die Gleichungen
A=T9? T10'? T11' T12 B=T9? T10? T11'? T12 C=T9? T10'? T11'? T12
D=T9? T10'? T11'? T12' E=T9'? T10'? T11'? T12' @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@
D = Tio Ti..Tu.T,.'
E=T9'? T10? T11? T12'
F=T9'? T10? T11? T12'
G=T9'? T10? T11? T12'
H To' festgelegt, und die Grosse a, b, c, d, e, f, g und h sind die zeitlichen Ableitungen der entsprechenden Impulszüge A, B, C, D, E, F, G und H und werden mittels der Differenzier- glieder 50 bis 57 erzeugt. Die Zählimpulse V und R werden an das Zählwerk 80 abgegeben.

In Fig. 6 sind die Ausgänge der NOR-Elemente 40 bis 47, das sind die Leitungen, welche die Impulszüge A, B, C, D, E, F, G und H führen zur Anzeige der nicht ganzzahligen Vielfachen eines Intervalles der Teilung des Masstabes 15 bzw. der Strichplatte 16 direkt an ein Anzeigegerät 90 angeschlossen. Das Anzeigegerät 90 kann z. B. in Form von räumlich hintereinander geschalteten Leuchtzeichen in Ziffernform gestaltet sein.

Die Zählung der ganzzahligen Intervalle der Teilung des Masstabes 15, bzw. der Strichplatte 16 sowie die Anzeige des Richtungssinnes, d. h. Zählung < (vorwärts) > und arückwärtsuy geht bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel des logischen Netzwerkes wie folgt vor sich : Der Impuls A wird im Glied 50 differenziert und die zeitliche Ableitung a mit der nicht differenzierten Impulsfolge H einem UND-Tor 67 zugef hrt. Wenn eine ansteigende Flanke eines Impulses A zeitlich in den
Impuls H fällt, wird über die Leitung V ein Vorwärts ZÏhtlimpuls an das Zählwerk 80 abgegeben.

Zur Rückwärtszählung wird der Impuls G im Glied
56 differenziert und die zeitliche Ableitung g mit der nicht differenzierten Impulsfolge H einem UND-Tor 77 zugeführt. Wenn eine ansteigende Flanke eines Impulses G zeitlich in einen Impuls H fällt, wird über die Leitung R ein Dückwärtsimpuls an das Zählwerk 80 abgegeben.

Für die Anzeige der ganzzahligen Vielfachen wird also die gegenseitige zeitliche Reihenfolge der Spannungsimpulse G, H, A herangezogen, die an drei bestimmten, zyklisch benachbarten Ausgangsleitungen der zugehöri- gen NOR-Schaltungen 46, 47, 40 auftreten.

Die Fig. 7 zeigt eine mögliche Schaltanordnung zu der in Fig. 2 innerhalb der Linie VII im Prinzip dargestellten Schaltung.

Die Erfindung ist selbsverständlich nicht auf Einrichtungen beschränkt, bei denen die Signale auf lichtelektrischem Wege gewonnen werden. Sie lässt sich mit gleichem Vorteil auch bei Einrichtungen mit zum Beispiel kapazitiver oder induktiver Signalerzeugung anwenden.

Claims

PATENTANSPRUCH Einrichtung zum Messen von Längen mit einer Ablesevorrichtung, bei der um einen von 0 und 180 verschiedenen Phasenwinkel zueinander versetzte Im pulszüge gebildet werden und der zu messende Wert in Grosse und Richtung durch Impulszählung ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Impulszügen (I1, I2 ; I9, Iio) ein elektrisches Summensignal (I3 ; In) sowie ein Differenzsignal (I4 ; I12) gebildet wird und diese Signale Impulsformerstufen (12, 13 ; 37, 38) zugeführt werden, deren Ausgänge (T3, T3', Tu, T4'; T11, T11', T12, T, 2') einer Richtungsdiskriminator-und Zählschaltung zugeführt sind.

UNTERANSPRUCHE 1. Einrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablesevorrichtung vier Photozellen (23, 24, 25, 26) zur Erzeugung von vier jeweils um 90 zueinander phasenverschobenen Photozellensignalen (L, L, L, Is) aufweist, dass die daraus gewonnenen beiden Impulszüge (In, Silo) Differenzsignale von je zwei um 180 zueinander phasenverschobenen Photozellensignalen (Is, I, ;

IG, I) sind, das die genannten beiden Impulszüge (Ig, I1o) weiteren Impulsformerstufen (35, 36) zugeführt werden, und dass die Ausgänge (T9, To', T,,,, Tao', T11', T12,T12') der Impulsformerstufen (35, 36, 37, 38) an ein logisches Netzwerk angeschlossen sind, wel- ches sowohl die positiven als auch die negativen Schaltspr nge zur Zählung heranzieht.

2. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das logische Netzwerk zur Abgabe von Vorwärts-bzw. Rückwärts-Zählimpulsen V bzw. R an ein Zählwerk (90) eingerichtet ist und nach den Boole'schen Gleichungen V=A?b+B?c+C?d+D?e+E?f+F?g+ G-h + H-a R=A?h+B?a+C?b+D?c+E?d+F?e G-f + H-g arbeitet, wobei A=T9? T10'? T11'? T12 B =T9?. T10'?T11?T12 C =T9-?T10?T11T12 D = T9T10? T11? -T12' E=T,'. T,.-Tn. T,.,' F=T9'? T10? T11'?T12'? G=T9'? T10'?T12' H=T9'? T10'?T12 und T1 bzw deren Komplemente Ti' (I = 9, 10, 11, 12) die an den letztgenannten Aux,- Rechtecksimpulse darstellen und wobei a, b, c, d, e, f, g, h Impulse sind, die aus den Impulsen A, B, C, D, E, F, G, H durch zeitliche Ableitung gebildet werden.

3. Einrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsleitungen, welche die Impulse (A bis H) von NOR-Schaltungen (40 bis 47 des logischen Netzwerkes führen zur Anzeige der nicht ganzzahligen Vielfachen oines Intervalles einer Teilung direkt mit einem Anzeigegerät (90) in Verbindung stehen, dessen Anzeige durch die von diesen Ausgangs- leitungen geführten Spannungsimpulse (A bis H) ver ändert wird, während zur Anzeige der ganzzahligen Vielfachen der Teilung an einem Zählgerät (80) die gegenseitige zeitliche Reihenfolge der Spannungsimpulse (G, H, A) herangezogen wird, die an drei bestimmten, zyklisch benachbarten Ausgangsleitungen der zugehörigen NOR-Schaltungen (46, 47, 40) auftreten.