CH649629A5

CH649629A5 - Lichtelektrische inkrementale positioniereinrichtung.

Info

Publication number: CH649629A5
Application number: CH8035/80A
Authority: CH
Inventors: Alfons Ernst
Original assignee: Heidenhain Gmbh Dr Johannes
Priority date: 1979-12-22
Filing date: 1980-10-29
Publication date: 1985-05-31
Also published as: JPH0318130B2; GB2067282B; ATA579480A; IT1136225B; IT8012759A0; AT385124B; DE2952106C2; US4403859A; JPS5698604A; GB2067282A; DE2952106A1; FR2473171A1; FR2473171B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es sind Positioniereinrichtungen bekannt. In der DE-OS

1 814 785 wird z.B. eine lichtelektrische Längenmesseinrich-tung 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 876 162) ergibt sich an einer Markierung ein besonders günstiger Signalverlauf, wenn die Striche der Strichgruppe in ungleichen Abständen voneinander angeordnet werden. Die Abtastplatte für diese Markierung weist demgemäss ein Ablesefeld auf, das die gleiche Strichverteilung in der Strichgruppe hat, wie die Markierung. Bei genauer und vollständiger Uberdeckung von Markierung und Ablesefeld wird ein Signal mit ausreichend hohem Nutz-/Störsignalverhältnis erzielt.

Es ist weiterhin bekannt eine Reihe von gleichen Referenzmarken entlang der Teilungsspur eines inkrementalen Messsystems vorzusehen. Aus der Reihe gleicher Referenzmarken können einzelne Marken durch geeignete Mittel ausgewählt und zur Wirkung gebracht werden (DE-AS

2 540412).

In den Druckschriften kommt die Problematik inkremen-

taler Messsysteme zum Ausdruck: Nach Betriebsunterbrechungen kann nicht ohne weiteres die Anfangslage der Messeinrichtung wiedergewonnen werden. Die beiden Druckschriften (DE-OS 1 814 785 und DE-AS 2 540 412) geben Massnahmen an, wie diese Referenz auf möglichst einfache Weise wieder gewonnen werden kann.

Die Nachteile der bekannten Messeinrichtung liegen jedoch darin, dass bei Ausfall einer Beleuchtung die Messung gestört wird und dies zu erheblichen Betriebsunterbrechungen mit langen Ausfallzeiten führen kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine inkrementale Positioniereinrichtung zu schaffen, bei der durch den Ausfall einer 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.

Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.

Der Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung 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,

Figur 3 eine Abtastplatte mit Ablesefeldern,

Figur 4 eine Winkelmesseinrichtung in schematischer Draufsicht,

Figur 5 die Winkelmesseinrichtung nach Figur 4 in schematischer Schnittdarstellung,

Figur 6 eine Schaltskizze zum gleichzeitigen Betrieb zweier Lampen,

Figur 7 eine Einrichtung gemäss Figur 1 in einer schematischen Vorderansicht.

Gemäss Figur 1 sind zwei lichtelektrische Abtaststellen mit Lampen Li und L2 in einer Abtastbaueinheit 1 angeordnet. Die Lampen Lj und L2 sind in einem konstanten Abstand voneinander befestigt. Eine Abtastplatte A weist Ablesefelder At, A'Ri und A'r2 auf. Ein Massstab M trägt auf Teilungsspuren eine Inkrementalteilung T sowie Referenzmarkierungen R'i und R'2. Die Abtastbaueinheit 1 ist relativ zum Massstab M verschiebbar gelagert. Bei Relativbewegungen zwischen Massstab M und Abtastbaueinheit 1 wird die Abtastplatte A entlang der Teilungsspuren in bekannter Weise geführt. Der von den Lampen Li 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-/Dunkelfelder der Teilungsspuren in bekannter Weise moduliert. Der modulierte Lichstrom trifft auf lichtempfindliche Elemente P, deren Signale in einem Auswertebaustein B in bekannter Weise aufbereitet und einem Vorwärts-Rück-wärtszähler VR zugeführt werden, der den Verschiebeweg digital anzeigt.

In der Beschreibung und in den Figuren wird darauf verzichtet, die Vorwärts-Rückwärtszählung durch vor- oder nacheilende Signale zu erörtern, da dies in zahlreichen Druckschriften ebenso ausführlich 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 und lichtempfindliche Elemente vorzusehen sind, die in bestimmter Zuordnung die Inkrementalteilung abtasten und in bekannter Weise schaltungstechnisch verknüpft werden müssen. Da derartige Massnahmen bei der Darstellung der Erfindung jedoch eher verwirren, wurde auf die Darstellung dieser bekannten Einzelheiten verzichtet.

Die Ablesefelder AT, A'R1 und A'^ müssen exakt um ei-

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nen bestimmten Betrag zueinander versetzt liegen, da die re- L2 wird mit der sich ergebenden höheren Spannung betrieben,

sultierenden Abtastsignale durch analoge Addition zusam- Dadurch erhöht sich die Beleuchtungsstärke am lichtemp-

mengefasst werden. Daraus ergibt sich eine höhere Genauig- findlichen Element P, was eine direkte Erhöhung des Signal-

keit, da eine insgesamt grössere Fläche der Teilung abgetastet pegels an dessen Ausgang zur Folge hat. Die einschlägigen wird. Unsauberkeiten der Teilung haben kleinere Signalfehler 5 Kennlinien zeigen, dass die mit höherer Betriebsspannung be-

zur Folge. triebene verbleibende Lampe ein etwa gleich grosses Abtastsi-

Die Figur 2 zeigt einen Massstabausschnitt, bei dem auf gnal liefert, wie das aus Addition gewonnene Abtastsignal,

einer Teilungsspur des Trägerkörpers M eine Inkrementaltei- Die Triggerschwelle muss dabei nicht verändert werden. Die lung T mit bestimmter Gitterkonstante aufgebracht ist. Eine Dimensionierung der dabei zusammenwirkenden Elemente zweite Teilungsspur weist Referenzmarken R'i und R'2 auf. 10 liegt im Können eines Durchschnittsfachmanns, so dass dar-

Jede der Referenzmarken R'i und R'2 besteht aus einer auf nicht näher eingegangen werden muss.

Gruppe paralleler Striche. Die Verteilung der Striche inner- In der Figur 4 ist schematisch eine Winkelmesseinrichtung halb der jeweiligen Gruppe ist unregelmässig. Von entschei- dargestellt, die zusätzlich zur Winkelteilung Tw über vier Redender Bedeutung ist dabei, dass die Strichverteilung inner- ferenzmarken Rb R2, R3 und R4 verfügt. Auch hier weisen die halb einer Gruppe eindeutig ist. Die Verteilung der Striche in 15 Referenzmarken Rb R2, R3 und R4 jeweils eine unterschied-einer Strichgruppe muss der Verteilung der Striche in den liehe unregelmässige Strichverteilung auf. Die Abtastplatte A Strichgruppen der anderen Referenzmarken möglichst un- enthält neben den Ablesefeldern zur Abtastung der inkremen-ähnlich sein. talen Winkelteilung Tw vier weitere Ablesefelder, deren

In der Figur 3 ist eine einfache Abtastplatte A mit Ablese- Strichverteilung genau der jeweils zugehörigen Referenzfeldern At, A'ri und A'R2 gezeigt. Die Strichverteilung der 20 marke Ri bis R4 entspricht. Aus zeichentechnischen Gründen Ablesefelder A'Ri bzw. Ä'R2 für die in Figur 2 gezeigten Refe- können in Figur 4 die Ablesefelder nicht im einzelnen darge-renzmarken R' 1 bzw. R'2 gleicht dabei vollständig der Strich- stellt werden, jedoch entspricht die beschriebene Abtastplatte Verteilung der zugehörigen Referenzmarke R'i bzw. R'2. Bei A sinngemäss der Abtastplatte A bei der Längenmesseinrich-Deckung von Referenzmarke und zugehörigem Abtastfeld tung gemäss Figur 1 bis 3.

wird in bekannter Weise ein Referenzimpuls hervorgerufen. 25 Figur 5 zeigt, dass jeder der Ablesestellen eine Beleuch-

Bei phasenrichtiger Anordnung von Referenzmarken und tungseinrichtung mit Lampe Li bis L4, Kondensor Ki bis K»

Abtastfeldern muss im Augenblick der exakten Deckung der und lichtempfindlichem Element PRi bis PR4 zugeordnet ist. Markierungen und der Abtastfelder jede der beiden Referenz- Darüber hinaus sind noch lichtempfindliche Elemente PTi bis marken R' 1 und R'2 ein Referenzsignal hervorrufen. Diese Si- PT4 vorgesehen, auf die hier nicht näher eingegangen werden gnale werden analog addiert. Es erscheint also nur ein Refe- 30 soll, da sie ebenso wie bei der vorher beschriebenen Längen-

renzsignal mit hohem Pegel. Durch die Identität der Strich- messeinrichtung der inkrementalen Erfassung einer Strecke -

Verteilung von Referenzmarke R' 1 und Abtastfeld A'R] bzw. hier eines Bogens - in bekannter Weise dienen. Im Auswerte-

die Identität der Strichverteilung von Referenzmarke R'2 und baustein Bw wird in bekannter Weise die analoge Addition

Abtastfeld A'R2 ist sichergestellt, dass nur das zur jeweiligen der vier Abtastsignale und deren Aufbereitung vorgenom-

Referenzmarke gehörige Abtastfeld ein Referenzsignal mit 35 men. Der Auswertebaustein Bw ist in bekannter Weise mit ei-

ausreichend grossem Nutz-/Störsignalverhältnis hervorbrin- nem Vorwärts-/Rückwärtszähler gemäss Figur 1 verbunden,

gen kann. Werden die Abtastfelder an der jeweils nicht zuge- Auch bei der Winkelmesseinrichtung erhöht sich durch hörigen Referenzmarke vorbeibewegt, kann kein Referenzsi- die erfindungsgemässe Mehrfachabtastung in der vorher be-

gnal hervorgerufen werden. schriebenen Weise die Genauigkeit. Darüber hinaus wird

Obwohl an verschiedenen Stellen des Massstabes M Refe- 40 durch eine «Durchmesserablesung» der Exzentrizitätsfehler renzmarken R'i und R'2 angeordnet sind, wird beim Überfah- der Teilung eliminiert. Eine Durchmesserablesung für opti-

ren dieser Marken nur an einer bestimmten Stelle des Mass- sehe Winkelmesseinrichtungen ist in der DE-PS 2 454 915 be-

stabes M ein Referenzsignal hervorgerufen. Damit ist der Be- reits beschrieben.

zug zur Referenzmarke immer eindeutig. Bei Ausfall einer Be- Da jede der Referenzmarken R! bis R4 eine spezielle leuchtung L( oder L2 wird weiterhin an der bestimmten Stelle 45 Strichverteilung hat, und die zugehörigen Ablesefelder AR]

des Massstabes M ein Referenzsignal hervorgerufen werden. bis AR4 der Abtastplatte A über die identische Strichvertei-

Die zur ausgefallenen Lampe Li oder L2 gehörige Refe- lung verfügen, ist auch bei der gezeigten Winkelmesseinrich-

renzmarke R'i oder R'2 kann kein Referenzsignal mehr lie- tung ein eindeutiges Referenzmarkensignal zu erzeugen. Der fern. Im ungünstigsten Fall wird der Signalpegel des verblei- Ausfall einer Lampe Li bis L4 beeinflusst die Messung nicht,

benden Referenzsignales geringer. Durch richtiges Einstellen so Besonders vorteilhaft lässt sich die Auswerteschaltung so der Triggerschwelle kann dieser Nachteil belanglos werden. ausgestalten, dass bei Ausfall einer Lampe eine Signaleinrich-

Eine weitere Möglichkeit zur Vermeidung dieses Nachteils tung diesen Fehler meldet.

kann mit einer Schaltungsmassnahme gemäss Figur 6 rea- Die Figur 7 zeigt schematisch die Anordnung der Tei-

lisiert werden. lungsspuren nebeneinander. Der hier dargestellte Schnitt ent-

Mit Hilfe eines gemeinsamen Vorwiderstandes R werden ss spricht einer Längemesseinrichtung gemäss Figur 1.

die Lampen Li und L2 mit einer reduzierten Spannung betrie- Selbstverständlich lassen sich verschiedene Referenzmar-

ben, was eine geringere Helligkeit und damit einen geringeren ken auch auf weiteren parallelen oder konzentrischen Tei-

Fotostrom am Ausgang der lichtempfindlichen Elemente P lungsspuren anordnen und abtasten, wenn die Verwendung zur Folge hat. Durch die analoge Addition der Abtastsignale der Messeinrichtung dies erfordert.

wird jedoch ein Signalpegel erzielt, der höher ist, als der der «0 Die Erfindung ist auch nicht auf lichtelektrische inkre-

reduzierten Einzelsignale. Auf den höheren - aus den addier- mentale Positioniereinrichtungen, die im Durchlichtverfahren ten Signalen gewonnenen - Signalpegel wird die Trigger- arbeiten beschränkt, sondern lässt sich sinngemäss auch bei schwelle im Auswertebaustein B eingestellt. Bei Ausfall einer Einrichtungen verwirklichen, die im Auflichtverfahren ar-

Lampe L] oder L2 reduziert sich der Spannungsabfall am beiten.

Vorwiderstand R und die noch betriebsfähige Lampe Li oder 65

C

3 Blatt Zeichnungen

Claims

649 629 PATENTANSPRÜCHE

1. Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung zur Bestimmung der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte mit einer Abtasteinheit zum Abtasten einer Massverkörperung, die ausser einer Inkrementalteilung wenigstens zwei Referenzmarken - jeweils in Form einer Gruppe von Markierungsstrichen mit unregelmässiger Strichverteilung - aufweist, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

(a) Die Abtasteinheit (1) enthält wenigstens eine Abtastplatte (A) und mindestens zwei Abtaststellen mit zugeordneten Beleuchtungen (Lb L2, L3,L4),

b) die Abtastplatte (A) weist Ablesefelder (AT bzw. Aw) für die Inkrementalteilung (T bzw. Tw) und Ablesefelder (A'r1 , A'r2 bzw. Ari, AR2, Alu, Ar4) -jeweils in Form einer Gruppe von Markierungsstrichen mit unregelmässiger Strichverteilung-für die Referenzmarken (R'i, R'2 bzw. R1; R2, R3, R4) auf,

c) jeweils nur ein Ablesefeld (A'Ri, A'R2 bzw. ARI, AR2, AR3, ÄR4) in Form einer Gruppe unregelmässig verteilter Markierungsstriche ist identisch mit nur einer Referenzmarke (R'i, R'2 bzw. R], R2, RS, R4) in Form einer Gruppe unregelmässig verteilter Markierungsstriche und mit dieser in Dek-kung bringbar.

2. Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verschiedenen Referenzmarken (R'i, R'2 bzw. R,, R2, R3, R4) auf einer Teilungsspur angeordnet sind.

3. Lichtelektrische inkrementale Winkelmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Abtaststellen diametral angeordnet sind.

4. Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass alle Beleuchtungen (Li, L2, L3, L4) über einen gemeinsamen Vorwiderstand (R) gespeist sind.

5. Lichtelektrische inkrementale Positioniereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signaleinrichtung vorgesehen ist, die den Ausfall einer Beleuchtung (Lb L2, L3 oder L4) signalisiert.