DE19913139C2

DE19913139C2 - Vorrichtung zum Erzeugen eines Ursprungssignales einer optischen Linearskala

Info

Publication number: DE19913139C2
Application number: DE19913139A
Authority: DE
Inventors: Takahisa Uehira
Original assignee: Futaba Corp
Current assignee: Heidenhain Kk Tokio/tokyo Jp
Priority date: 1998-03-27
Filing date: 1999-03-23
Publication date: 2002-02-07
Anticipated expiration: 2019-03-24
Also published as: KR19990078331A; US6285023B1; DE19913139C5; DE19913139A1; CN1234498A; KR100326351B1; JPH11281403A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines Ursprungssignales einer optischen Linearskala nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Bei einer Präzisionsbearbeitung in einem Bearbeitungswerkzeug ist es wichtig, akkurat eine Relativbewegung des Werkzeuges bezüglich eines zu bearbeitenden Gegenstandes zu messen. Dazu ist eine optische Skala herkömmlicher Weise bekannt, welche ein Moire- Muster verwendet, die durch Überlagerung von zwei optischen Gittern erhalten werden. Eine derartige optische Skala verfügt, wie in Fig. 9 dargestellt ist, über eine Hauptskala 101 aus einem Gitter an einer Fläche einer transparenten Glasskala 100, wobei ein transparenter Ab schnitt und ein nicht transparenter Abschnitt bei vorbestimmter Aufteilung angeordnet sind, sowie über eine Indexskala 103 aus einem Gitter an einer Fläche einer transparenten Glasskala 102, wobei ein transparenter Abschnitt und ein nicht transparenter Abschnitt bei vorbestimm ter Aufteilung angeordnet sind. Wie es in Fig. 9(a) dargestellt ist, steht die Indexskala 103 der Hauptskala 101 mit minimalem Abstand gegenüber, wobei gleichzeitig, wie es in Fig. 9(b) gezeigt ist, das Gitter der Indexskala 103 in solch einer Weise angeordnet ist, daß ein sehr geringer Neigungswinkel bezüglich dem Gitter der Hauptskala 101 vorliegt.

Das an der Hauptskala 101 vorgesehene Gitter und die Indexskala 103 sind durch Gitter mit gleichmäßigen Aufteilungen gebildet, die durch Vakuumaufdampfen von Chrom an den Glasskalen 100 und 102 und durch Ätzen gebildet werden.

Gemäß solch einer Anordnung wird das Moire-Muster erzeugt (Fig. 10). Ein Intervall dieses Moire-Musters ist W, wobei ein dunkler Abschnitt und ein heller Abschnitt in jedem Intervall W gebildet sind. Der dunkle Abschnitt oder der helle Abschnitt bewegt sich von dem oberen Teil zu dem unteren Teil oder von dem unteren Teil zu dem oberen Teil entsprechend einer Richtung, in welcher sich die Indexskala 103 relativ von rechts nach links hin bezüglich der Hauptskala 101 bewegt. In diesem Fall, wenn eine Aufteilung zwischen der Hauptskala 101 und der Indexskala 103 P ist und ein Neigungswinkel zwischen diesen θ (rad) beträgt, genügt das Intervall W des Moire-Muster der folgenden Gleichung:

W = P/θ,

wobei das Intervall W des Moire-Musters dem Intervall des Gitters P optisch vergrößert um ein 1/θ-faches entspricht.

Wenn sich das Gitter um eine Aufteilung P bewegt, wird das Moire-Muster um W versetzt, und somit kann das Bewegungsmoment innerhalb der Aufteilung P durch Ablesen einer Veränderung von W in oberen und unteren Richtungen genau gemessen werden.

Wie in Fig. 11 gezeigt ist, ist ein photoelektrisches Wandlerelement 110 zur optischen Erfassung einer Veränderung des Moire-Musters an der Indexskala angeordnet, wobei eine Lichtquelle an der gegenüberliegenden beziehungsweise entgegengesetzten Seite der Haupts kala angeordnet ist, und wobei eine Veränderung in einem elektrischen Stromfluß durch das photoelektrische Wandlerelement 110 während der Bewegung der Indexskala 103 bezüglich der Hauptskala 101 abgelesen wird.

Wenn die Indexskala 103 in einem Zustand A bezüglich der Hauptskala 101 vorliegt, ist die Lichtmenge, mit welcher das photoelektrische Wandlerelement 110 bestrahlt wird, am größten, wobei der elektrische Strom, der durch das photoelektrische Wandlerelement 110 fließt, einen Maximalwert I₁ annimmt. In dem Zustand B nach einer erfolgten Relativbewe gung nimmt die Lichtmenge ab, mit welcher das photoelektrische Wandlerelement 110 be strahlt wird, wobei der vorliegende elektrische Strom I₂ beträgt, wonach in dem Zustand C nach weiterer Bewegung das photoelektrische Wandlerelement 110 mit der geringsten Menge Licht bestrahlt wird, wobei der elektrische Strom den ebenfalls geringsten Wert I₃ annimmt. In einem Zustand D nach weiterer Bewegung nimmt die Lichtmenge zu, mit welcher das photoelektrische Wandlerelement 110 bestrahlt wird, wobei der elektrische Strom I₂ beträgt. Bei einer Bewegung zu einer Position entsprechend dem Zustand E liegt eine Position vor, in welcher die Lichtmenge am Größten ist, wobei der elektrische Strom einen Maximalwert I₁ annimmt.

Der elektrische Stromfluß durch das photoelektrische Wandlerelement 110 verändert sich entsprechend einer sinusartigen Wellenform, wobei sich die Hauptskala 101 und die In dexskala 103 relativ um einen Gitterintervall P bewegen, wenn sich die Wellenform um eine Periode bewegt hat.

Während lediglich ein photoelektrisches Wandlerelement 110 in Fig. 11 montiert ist, tritt im Fall von zwei photoelektrischen Wandlerelementen 111, 112 (Fig. 12) eine Phasenver schiebung (Intervall W) um jeweils um 90° auf, wobei der elektrische Stromfluß durch das photoelektrische Wandlerelement 112 bei einer Phase B um 90° bezüglich dem elektrische Stromfluß durch das photoelektrische Wandlerelement 111 bei einer Phase A verschoben ist, wie in Fig. 13 dargestellt ist. Wenn der durch das photoelektrische Wandlerelement 111 bei der Phase A fließende elektrische Strom eine Sinuswellenform annimmt, nimmt der elektri sche Stromfluß durch das photoelektrische Wandlerelement 112 bei Phase B eine Kosinuswellenform an.

Da die Phase des durch das photoelektrische Wandlerelement 112 fließenden elektri schen Stromes bei einer Phase B relativ zu dem durch das photoelektrische Wandlerelement 111 fließenden Strom bei einer Phase A eine 90°-Phasenverzögerung zeigt, die durch die Richtung der Relativbewegung der Hauptskala 101 und der Indexskala 103 bedingt ist, wenn die zwei photoelektrischen Wandlerelemente auf eine Phasenverschiebung von 90° eingestellt sind, kann die Richtung der Relativbewegung mittels Erfassung der Phase zwischen beiden Phasen erfasst werden. A-Phasensignale und B-Phasensignale mit einer Phasendifferenz von jeweils 90°, werden, wie in Fig. 13 dargestellt ist, von dem photoelektrischen Wandlerelement 113 erzeugt. Während das photoelektrische Wandlerelement 113 drei photoelektrische Wandlerelemente hat, erzeugen zwei von ihnen die A-Phasen- und B-Phasensignale, wobei das verbleibende photoelektrische Wandlerelement ein Signal eines Referenzpegels erzeugt. Ein Erfassungssignal von höherer Genauigkeit kann durch Einstellung der empfangenen Lichtmenge des photoelektrischen Wandlerelementes des Referenzpegels als Mittelsignalpe gel der A-Phase oder der B-Phase erhalten werden, wobei die Signale sich entsprechend einer sinusartigen Wellenform verändern.

Eine perspektifische Umrißansicht einer optischen Skala unter Verwendung der vorher erwähnten Prinzipien ist in Fig. 14 dargestellt. In Fig. 14 ist ein Gitter mit gleichmäßigen Aufteilungen beziehungsweise mit gleicher Aufteilung mittels Vakuum-Aufdampfen von Chrom auf einer Fläche einer länglichen Hauptskala 101 gebildet, wobei die Indexskala 103 an einer Fläche eines U-förmigen Halters 104 angeordnet ist, welcher die Hauptskala 101 hält. Ein Gitter mit gleicher Aufteilung, das wie die Hauptskala 101 durch Vakuum-Aufdampfen von Chrom gebildet ist, ist an einer Fläche der Indexskala 103 gegenüber der Hauptskala ge bildet, wobei das photoelektrische Wandlerelement 111 an der hinteren Seite der Indexskala 103 montiert ist.

Wie es in Fig. 15 dargestellt ist, ist an der Fläche des U-förmigen Halters 104 eine Lichtquelle 105 angeordnet, die gegenüber der Hauptskala 101 angeordnet ist, so daß durch die Hauptskala 101 und die Indexskala 103 hindurch tretendes Licht mittels des photoelektri schen Wandlerelementes 111 als Moire-Muster erfasst werden kann. Die Hauptskala 101 und die Indexskala 103 können mit Bezug zueinander bewegt werden.

Wenn die in der oben beschriebenen Weise gebildete optische Skala an einem NC- Bearbeitungswerkzeug montiert ist, um eine Relativbewegung zwischen einem zu bearbeiten dem Gegenstand und dem Werkzeug zu messen, ist es notwendig, die Relativbewegung als eine Bewegung bezüglich dem Ursprung zu messen. Die Position des Ursprunges wird vorher auf die Hauptskala eingestellt, wobei der Ursprung zu der Zeit erfasst wird, wenn die In dexskala durch die Position des Ursprunges tritt, um ein Ursprungserfassungssignal zu erzeu gen. Da ein Signal S_Z, das sich bei einer Aufteilung P der Hauptskala 101 ähnlich zu dem Fall von Fig. 11 verändernd, als Ursprungserfassungssignal bei der Position des Ursprunges Z er fasst wird, und wenn der Peakpunkt der Welle des Ursprungserfassungssignales S_Z bei dem vorgeschriebenen Pegel TH zum Bilden eines Ursprungserfassungspulssignales P_Z abge schnitten wird, kann ein Anstiegspunkt des Ursprungserfassungssignales P als Ursprung Z der Hauptskala berücksichtigt werden (Fig. 16(b)).

Während jedoch das Pulssignal P_Z des Ursprungs generell durch die Relativbewegung der Hauptskala 101 und der Indexskala 103 erfaßt werden kann, kann sich der Pegel des Er fassungssignales zur Zeit des Durchtrittes durch den Ursprung Z um die Relativgeschwindig keit der Bewegung verändern. Wenn beispielsweise die Relativgeschwindigkeit zwischen der Hauptskala und der Indexskala hoch ist, wird das Erfassungspegel niedrig, wie durch die ge punkteten Linien in Fig. 16(b) gezeigt ist. Daher muß die Bewegungsgeschwindigkeit ange geben werden, wenn der Ursprung bestimmt wird.

Da das Moire-Muster-Erfassungssignal abhängig von der Richtung, in welcher der Ur sprung Z der Hauptskala 101 sich der Indexskala 103 annähert, leicht versetzt vorliegt, wie durch die Pulse P_Z1 und P_Z2, bzw. durch gepunktete Linien in Fig. 16 dargestellt ist, kann sich die Position des Ursprungpulssignales P_Z verändern.

Da daher vorher die Richtung angegeben werden muß, in welcher sich die Skala dem Ursprung annähert, sowie die Geschwindigkeit, mit der sich die Skala dem Ursprung annä hert, ist das Ausgeben des Ursprunges kompliziert.

Aus der JP 09210724 A ist ein Impulsfeld-Umsetzungsschaltkreis für eine binäre Da tenbank bekannt, bei der eine Auflösungsschaltung anstelle einer Kodierschaltung verwendet wird. Die Auflösungsschaltung hat einen Kodierer mit einem zweiphasigen Impulsfeld von einem Ausgangssignal AB. Die Umsetzungsschaltung bildet die Summe der binären Daten und des Wertes eines Aufwärts- und Abwärtszählers. Es ist eine Additionsschaltung vorgese hen, um eine "1" hinzu zu addieren, und ein Aufwärts- und Abwärtszähler ist vorgesehen, um "1" von einem Wert zum Zeitpunkt herunter zu zählen, wenn das am meisten signifikante Bit des Wertes des Ergebnisses der Addition gleich 0 ist, und der um "1" aufwärts zählt, wenn das am meisten signifikante Bit gleich "1" ist. Ein Exklusiv-ODER-Kreis ist vorgesehen, um das exklusive ODER des am wenigsten signifikanten Bits des Wertes des Aufwärts- und Abwärtszählers und sein nächstes Bitsignal zu finden. Die Bitsignale sind zwei-phasige Impuls ausgänge von AB, deren Phase um 90 Grad gegeneinander verschoben ist. Nach den beliebi gen Bits von den am meistens signifikanten Bits des Wertes des Aufwärts- und Abwärtszäh lers wird eine C-Phase des ursprünglichen Impulses gebildet.

Aus der JP 07333004 A ist eine Ursprungsdetektorschaltung bekannt, bei der ein Ursprungssignal ausgegeben wird, wenn eine beliebige Position innerhalb einer Wellen länge mit einem variablen Wert einer Phase übereinstimmt, die eine absolute Position in nerhalb einer Wellenlänge einer Skala darstellt. Eine Differenzschaltung liefert die Diffe renz zwischen den aufeinander folgenden Phasenverschiebungen an einen Inkre ment/Dekrement-Wandlerschaltungen, die inkrementelle oder dekrementelle Zähler lie fert. Ein Vergleicher gibt ein Coinsidenzsignal an einen Addierer ab, wenn ein Ausgang des Zählers, der an einen Anschluß A angelegt wird, mit einem beliebigen Punkt innerhalb einer Wellenlänge einer magnetischen Skala übereinstimmt, die an den Abschluß B einge geben wird. Die Schaltung liefert ein Ursprungssignal.

Aus der JP 08334380 A ist eine Verschiebungs-Detektoreinrichtung bekannt, bei der die Phasenbeziehung zwischen einer A-Phase und einer P-Phase eines Signals und einem Ursprungsimpuls dadurch aufrecht erhalten wird, dass aufeinander folgend ein pha senmodelliertes Signal nach einem Signal detektiert wird, welches aktiv wird, wenn eine vorgeschriebene Zeitdauer abgelaufen ist, nachdem Strom zugeführt worden ist. Die De tektoreinrichtung vergleicht ein impulsbreitenmodelliertes Signal, dessen Impulsbreite sich entsprechend der Position einer regenerativen Wellenlänge zwischen zwei Objekten verändert, mit einem Referenzsignal der Frequenz f. Die Detektoreinrichtung bewirkt, dass das impulsbreitenmodellierte Signal den Phasen der A-Phasen und P-Phasen-Signale entspricht, die einer Position in der regenaritiven Wellenlänge entsprechen, indem ein Taktimpuls interpoliert wird.

Die drei zuletzt erwähnten Einrichtungen haben ebenfalls die Nachteile, die weiter oben bereits erwähnt worden sind.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeu gen eines Ursprungssignales einer optischen Linearskala bereitzustellen, die die zuvor er wähnten Probleme weitgehend überwindt.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Vorrichtung in der in dem Hauptanspruch gekennzeichneten Weise ausgebildet, während der Unteranspruch eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung charakterisiert. Die Erfindung schlägt somit eine Erfas sung mittels solch einer Schaltung vor, welche eine Generierung eines Signales eines Ur sprunges mit einer Generierung eines Absolutwertes synchronisiert.

Da die Position des Ursprunges Z aus dem Ursprungssignal, das an dem Ursprung Z erzeugt wird, und dem interpolierten Pulssignal erfasst werden kann, welches von der Inter polationseinrichtung zur weiteren Aufteilung der Intervalle zwischen dem Gitter ausgegeben wird, kann das Signal der Position des Ursprunges und der Absolutwert als synchronisiertes Signal behandelt werden, und somit kann ein genaues Ursprungssignal unabhängig von der Art, wie die Annäherung an den Ursprung stattfindet, erhalten werden.

Da bei der Erfindung ein Positionssignal eines Ursprunges synchron zu einem Signal bestimmt wird, welches die Intervalle des Gitter aufteilt und die Position anzeigt, kann ein Ursprungssignal von hoher Genauigkeit unabhängig von der Geschwindigkeit, bei welcher die Skala durch den Ursprung tritt, und unabhängig von der Bewegungsrichtung erhalten werden. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 ist ein Schaltdiagramm, welches eine Einrichtung zur Erfassung eines Ursprun ges einer optischen Linearskala gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Schaltdiagramm einer Phasenmodulationsschaltung.

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches eine Zeitgebung einer Phasenmodulationsschaltung zeigt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine Zeitgebung einer Absolutinterpolations schaltung zeigt.

Fig. 5 ist ein Diagramm, welches eine Zeitgebung eines interpolierten Pulses darstellt.

Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, welches eine A/B-Phasensignalerzeugungsschaltung und eine Extraktion eines Ursprungssignales zeigt.

Fig. 7 ist ein Diagramm, welches eine Zeitgebung eines Periodenmesszählers zeigt.

Fig. 8 ist ein Diagramm, welches eine Betriebszeitgebung eines AB-Phasenpuls generators darstellt.

Fig. 9 ist eine perspektivische Ansicht, ein Prinzip einer optischen Skala darstellend.

Fig. 10 ist ein Diagramm, welches ein Moire-Muster zeigt.

Fig. 11 ist ein Diagramm, welches eine Bewegung des Moire-Musters darstellt.

Fig. 12 ist ein Diagramm, welches Positionen zeigt, an denen photoelektrische Wand lerelemente angeordnet sind.

Fig. 13 ist ein Diagramm, welches Wellenformen von A-Phasensignal und B- Phasensignal zeigt.

Fig. 14 ist eine perspektifische Ansicht einer optischen Skala.

Fig. 15 ist eine Querschnittsansicht einer optischen Skala.

Fig. 16 ist ein explanatorisches Diagramm, welches ein Gitter zeigt zur Erfassung einer Position des Ursprunges sowie dessen erfasste Wellenform.

Bei der in Fig. 1 gezeigten optischen Linearskala tritt das Licht von einer lichtemittie renden Diode 1 als Lichtquelle durch ein Gitter mit einer Aufteilung P, das an einer Haupts kala und einer Indexskala gebildet ist, und es wird durch eine Photodiode 2 als photoelektri sches Wandlerelement empfangen. Ein A-Phasensignal und ein B-Phasensignal, die von der Photodiode 2 empfangen werden, werden durch einen photoelektrischen Wandlerverstärker 3 verstärkt und nachfolgend einem Komparator 4 zugeführt, um binäre Daten zu bilden.

Die binären Daten werden entsprechend der Bewegungsrichtung für jede Bewegung um eine Aufteilung P mittels eines Postionsdatenbackupzählers 5 einer Additionszählung und einer Subtraktionszählung unterworfen, um Positionsdaten zu bilden, deren Einheit die Auf teilung P ist. Die Daten werden nachfolgend einer Verarbeitungseinrichtung (Anzeigeein richtung) 9 zugeführt. Die Daten zur Interpolation des inneren Ausmaßes der Aufteilung P, werden ebenfalls der Verarbeitungseinrichtung 9 zur weiteren genauen Messung des absoluten Wertes zugeführt.

Anders ausgedrückt werden das zuvor A-Phasensignal und das B-Phasensignal von dem photoelektrischen Wandlerverstärker 3 ausgegeben, einer Absolutinterpolationsschaltung 6 zugeführt und durch die Absolutinterpolationsschaltung 6 in solch einer Weise gebildet, daß ein Interpolationspuls gezählt wird, der die zuvor erwähnte Gitteraufteilung P fein aufteilt, um gezählte Pulse zu bilden. Danach werden die Interpolationsdaten, die den Innenraum der Aufteilung P aufteilen, zu der Verarbeitungsreinrichtung 9 durch Ausgeben der gezählten Pul se von einem Zähler 25 ausgegeben.

Ferner erzeugt ein A/B-Phasensignalgenerator 8, in welchem ein Signal, dessen Phase durch die Absolutinterpolationsschaltung 6 moduliert wurde, angelegt ist, ein A- Phasenpulssignal und ein B-Phasenpulssignal, die Interpolationsdaten zeigen, die das innere Ausmaß der Aufteilung P als Pulszahl und Pulsphase teilen. Die Signale werden einer numeri schen Steuermaschine (NC) zugeführt, wobei gleichzeitig ein Z-Phasenpulssignal als Ur sprungssignal erzeugt wird, das einen Referenzpunkt zeigt. Die Bewegungsrichtung des Bear beitungswerkzeuges und das Bewegungsmoment können somit mittels dieser Pulssignale gesteuert werden.

Es ist eine Lichtquelle 11 (eine lichtemittierende Diode) vorhanden, um ein Moire- Muster mittels des Gitters 109, welches an der Hauptskala 101 gebildet ist und welches die Ursprungsposition Z bildet, und mittels der Indexskala 103, einer Photodiode 12 zur Erfas sung des bezüglich dem Ursprung erzeugten Moire-Muster, einem Verstärker 13 zum Ver stärken der Ausgabe, sowie einer Wellenformschaltung 14 zum Formen der Ausgabe des Ver stärkers 13 zu bilden. Es besteht auch die Möglichkeit, die Lichtquelle 11 als Lichtquelle 1 zu verwenden.

Die Ausführungsform der Erfindung ist in solch einer Weise aufgebaut, daß ein Refe renzpulssignal S_P zur Erfassung der Referenzpunktposition Z, die an der Hauptskala vorgese hen ist, synchron mit dem zuvor erwähnten A-Phasen- oder B-Phasenausgangssignal durch Eingeben einer Erfassungsausgabe der Position des Ursprunges bei erfasstem Moire-Muster und einer Koinzidenz-Ausgabe eines Zählkomparators 37 zu einem Referenzsignalerzeu gungsabschnitt 36 erhalten werden kann. Wenn das Intervall zwischen dem Gitter an der Hauptskala und jenem an der Indexskala 40 µm beträgt, können 40 Pulse bei einer Periode des A-Phasensignales und des B-Phasensignales als Eingabe für die zuvor erwähnten Absolu tinterpolations-schaltung 6 gezählt werden, wobei eine optische Skala erhalten werden kann, deren Auflösung 1 µm ist.

Die Absolutinterpolationsschaltung 6 umfasst eine Phasenmodulationsschaltung 21 zum Zuführen einer Phasenabweichung zu einer Trägerwelle entsprechend den Pegeln des eingegebenen A-Phasensignales und des B-Phasensignales, einen Tiefpassfilter (LPF) 22 zum Extrahieren einer Grundwelle des Phasenabweichungsausgangssignales der Phasenmodulati onsschaltung 21, einen Komparator 23 zum binärwandeln eines Ausgangssignales des Tief passfilters 22, einen Zähler, welcher eine Zählung an der Kante der binärgewandelten Träger welle beginnt und diese an der Kante beziehungsweise dem Ende des Ausgangssignales des Komparators 23 beendet, einen Taktgenerator 24 zum Erzeugen von Takten, welche von dem Zähler 25 gezählt werden und welche die Trägerwelle bilden, einen Frequenzteiler 26 zum Aufteilen des Taktes des Taktgenerators 24 und einen Trägerwellengenerator 27 zum Erzeu gen der Trägerwelle mittels einer Ausgabe von dem Frequenzteiler 26 und sie ist eine Schal tung mit einer Funktion zum Aufteilen des inneren Ausmaßes der Aufteilung P, um die Auf lösung zu erhöhen.

Der Phasenmodulator 21 ist im Detail in Fig. 2 dargestellt, wobei ein gegebenes A- Phasensignal einem Widerstandsnetzwerk RT über einen Operationsverstärker OP1 zugeführt wird, das als Puffer dient, wobei gleichzeitig eine Umkehr mittels eines Operationsverstärkers OP2 zur Versorgung des Widerstandsnetzwerkes RT stattfindet.

Ein B-Phasensignal wird dem Widerstandsnetzwerk RT über einen Operationsverstär ker OP3 zugeführt, welcher als Puffer dient, wobei gleichzeitig eine Umkehr mittel eines Ope rationsverstärkers OP4 zur Speisung des Widerstandsnetzwerkes RT stattfindet.

Anders ausgedrückt werden das A-Phasensignal, ein umgekehrtes A-Phasensignal, das B-Phasensignal und ein umgekehrtes B-Phasensignal abwechselnd in dem Widerstandsnetz werkes RT addiert, um gemischte Signale zu bilden, welche acht aufgeteilte Signale enthalten, deren Phasen jeweils mit gleichen Spannungen entgegengesetzt sind und welche jeweils acht Eingangsanschlüssen (0)-(7) eines Multiplexers AM zugeführt werden. Den Eingangsan schlüssen C1, C2 und C3 werden Auswahlsignale A, B und C zugeführt, wie in Fig. 3(c) dargestellt ist, wodurch die Eingangsanschlüsse (0)-(7) des Multiplexers AM in einer Rei henfolge ausgewählt sind, wobei ein Ausgangssignal S in der Form einer Stufe wie in Fig. 3 (a) gezeigt von dem Ausgangsangschluß ausgegeben wird.

Die Frequenz des Signales S, das von dem Multiplexer AM ausgegeben wird (Fig. 3) entspricht jener des Auswahlsignales C, wobei evtl. das Ausgangssignal S, dessen Phase bei dem Pegel des A-Phasensignales (B-Phasensignales) mittels des Auswahlsignales C als Trä gerwelle gleichgewichtsmoduliert ist, von dem Multiplexer AM ausgegeben wird. Anders ausgedrückt wird die Trägerwelle ausgegeben, deren Phase entsprechend dem Pegel des A- Phasensignales (B-Phasensignales) moduliert ist.

Somit wird eine gleichgewichtsmodulierte Trägerwelle an einen LPF 22 angelegt, um eine glatte, sinusartigen Welle zu bilden, wie in Fig. 3(b) dargestellt ist. Dieses Signal genügt der Gleichung:

S = K . Cos. (ωt - 2π . x/p),

wobei ω die Winkelgeschwindigkeit der Frequenz der Trägerwelle ist, P ein Intervall zwischen dem Gitter darstellt, und x ein Bewegungsmoment ist, wobei dieses Signal ein Si gnal ist welches das Verhältnis zeigt zwischen dem Moment (x) der Skala bezüglich der Auf teilung P (x/p) und zwar als Veränderung in der Phase.

Der Punkt beim Nullpegel dieses Signales S wird durch den Komparator 23 zu einem Binärsignal mit einer Flanke umgesetzt. Die Beziehung zwischen der Phase des von dem Komparator 23 ausgegebenen Binärsignales und des Pegels des A-Phasensignales und des B- Phasensignales, die in die Absolutinterpolationsschaltung 6 eingegeben werden, sind ist in Fig. 4 dargestellt.

Die Signale, welche sich entsprechend einer sinusartigen Wellenform verändern und die an dem linken Abschnitt von Fig. 4 gezeigt sind, sind ein A-Phasensignal und ein B- Phasensignal, wobei die Pulswellenform am rechten Abschnitt von Fig. 4, die ein Binärsignal der Trägerwelle von dem Komparator 23 ist, eine Phasenabweichung aufweist, wobei die Po sition, die durch eine gestrichelte Linie dargestellt ist, eine Position einer Nullphase der Trä gerwelle ist, die der Phasenmodulationsschaltung 21 zugeführt wird.

Wenn das A-Phasensignal bei dem positiven Maximalpegel und das B-Phasensignal beim Nullpegel vorliegt, wird ein Binärsignal um 90° phasenverschoben gebildet, wie durch (a) in Fig. 4 dargestellt ist, wobei dann, wenn das A-Phasensignal bei einem Nullpegel und das B-Phasensignal bei einem positiven maximalen Pegel vorliegt, ein Binärsignal gebildet wird, welches um 180° phasenverschoben ist, wie bei (b) in Fig. 4 dargestellt ist, wobei dann, wenn das A-Phasensignal bei einem negativen Maximalpegel und das B-Phasensignal bei einem Nullpegel vorliegt, ein Binärsignal erzeugt wird, welches um 270° phasenverschoben ist, wie durch (c) von Fig. 4 dargestellt ist. Wenn das A-Phasensignal bei einem Nullpegel und das B- Phasensignal bei einem negativen Maximalpegel vorliegen, wird ein Binärsignal erzeugt, wel ches um 360° phasenverschoben ist, sozusagen ein Binärsignal, welches nicht phasenver schoben ist und welches zu einem Ursprungszustand zurückgekehrt ist, wie durch (d) von Fig. 4 dargestellt ist.

Da die Phasenmodulationsschaltung 21, LPF 22 und der Komparator 23 in solch einer Weise aufgebaut sind, wie oben beschrieben wurde, können Interpolationsdaten, die bezüg lich dem inneren Ausmaß der Gitteraufteilung P aufgeteilt sind, erhalten werden. Beispielhaft können die Interpolationsdaten, welchen den Innenraum der Gitteraufteilung P aufteilen, mit tels Zählen von Taktsignalen von der Position bei der Nullphase der Trägerwelle zum Erhö hen der Ausgabe des Komparators 23 erhalten werden. Nachfolgend kann ein Interpolations absolutwert, der den Innenraum beziehungsweise das Ausmaß der Gitteraufteilung P aufteilt, durch den Zähler 25 erhalten werden, wenn ein Zählen des Zählers 25 bei einer Flanke der Trägerwellen von einer Trägerwellengeneratorschaltung 27 gestartet und bei einer ansteigen den Flanke des Binärausganges des Komparators 23 beendet wird.

Die in diesem Fall gezählten Pulse sind in Fig. 5 dargestellt. In Fig. 5 ist jedoch die Frequenz des von dem Taktgenerator gebildeten Taktes gleich dem 40-fachen der von dem Trägerwellengenerator 27 erzeugten Trägerwelle. Der Frequenzteiler 26 teilt in 1/40.

Fig. 5(a) zeigt von dem Taktgenerator 24 erzeugte Takte, wobei Fig. 5(b) den Fall zeigt, in welchem die Position am Punkt von Fig. 4(b) sich um eine ¼ Aufteilung zu einer Position (a) bewegt, wobei der Zähler 25 zehn Taktsignale zählt. Fig. 5(c) zeigt den Fall, der in Fig. 4(b) gezeigt ist, wobei der Zähler 25 zwanzig Taktsignale nach einer Bewegung um eine ¹/₂ Aufteilung zählt. Schließlich zeigt Fig. 5(d) den Fall, der in Fig. 4(c) gezeigt ist, wo bei der Zähler 25 dreißig Taktsignale nach einer Versetzung um eine ¾ Aufteilung zählt. Fig. 5(e) zeigt den in Fig. 5(d) gezeigten Fall, wobei der Zähler 25 kein Taktsignal zählt, da die Phasenverschiebung 360° beträgt.

Wie oben beschrieben kann eine 40-fache Vergrößerung der Auflösung in dem Fall erhalten werden, in welchem die Frequenz des von dem Zähler 25 gezählten Taktsignales vierzig mal der Frequenz der Trägerwelle ist, da der Zähler 25 einen Puls jedesmal dann zählt, wenn eine Bewegung im Ausmaß entsprechend einem vierzigsten Teil der Gitteraufteilung P auftritt. Dementsprechend beträgt die Auflösung ein µm, wenn die Gitteraufteilung 40 µm beträgt. Demzufolge ist die Anzahl an interpolierten Pulsen [0-39].

Während die Taktsignale, die durch den Frequenzteiler 26 dividiert sind, dessen Auf teilungsverhältnis auf 40 eingestellt ist, der Trägerwellenerzeugungsschaltung 27 zugeführt werden, kann die Auflösung von 0,2 µm erhalten werden, wenn das Aufteilungsverhältnis des Frequenzteilers 26 auf [200] eingestellt ist.

Eine A/B-Phasensignalgeneratorschaltung 8 und einer Schaltung, die ein Ursprungs signal bildet, sind als Blockdiagramm in Fig. 6 dargestellt. Die in Fig. 6 dargestellte Schal tung umfaßt einen Periodenzähler 31 zum Messen einer Periode eines Ausgangssignales des Komparators 23 in der Absolutinterpolationsschaltung 6, eine Subtraktionseinrichtung 32 zum Subtrahieren eines vorgeschriebenen Einstellwertes von einem gezählten Wert des Perioden zählers 31 und einen Aufwärts-/Abwärtszähler 33 zum Zählen eines von einem AB Phasen pulsgenerator 34 erzeugten Rückkopplungspulses FB bis der subtrahierte Wert von der Sub traktionseinrichtung 32 zurückgesetzt wird und dessen Zählwert Null ist, einen AB Phasen pulsgenerator 34, welcher ein entsprechendes Signal EQ sowie ein Richtungssignal DIR von dem Aufwärts-/Abwärtszähler 33 empfängt und den Rückkopplungspuls FB erzeugt, und zwar bei jeweils einem Puls bis das Gleichheitssignal EQ erlischt, wobei gleichzeitig ein A- Phasenpulssignal und ein B-Phasenpulssignal durch den Rückkopplungspuls FB und das Richtungssignal DIR erzeugt wird, zur Zufuhr zu einer NC Maschine, wobei ein Referenz taktgenerator 35 Taktsignale erzeugt generiert, gezählt durch den Periodenmesszähler 31.

Ein Referenzsignal wird an einem Schaltungsteil 36 zum Bilden eines Ursprungpuls signales S_P erzeugt, an dessen einem Eingang, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist, eine Erfassungs welle für ein Ursprungserfassungssignal Za eingegeben wird, die von der Wellenformschaltung 14 ausgegeben wird, wobei dessen anderer Eingang mit einer Impedanzausgabe P_r aus gehend von einem Zählkomparator 37 (Fig. 6) versorgt wird.

Ein Zählwert des Zählers 25 (Fig. 1) wird bezüglich dem Zählkomparator 37 vorein gestellt, in den eine Zählausgabe von einem internen Zähler 38 eingeben wird, von dem der Wert durch den zuvor erwähnten Rückkopplungspuls FV verändert wird.

Ein Ursprungspulssignal P_Z kann aus der von dem Zählkomparator 37 ausgegebenen Koinzidenzausgabe P_r extrahiert werden unter Berücksichtigung eines logischen Produktes des Ursprungerfassungssignales Za und der Koinzidenzausgabe P_r des Zählkomparators 37 mittels des referenzsignalerzeugenden Schaltungsteiles 36.

Der Periodenzähler 31 ist ein Zähler zur Messung einer Periode der Trägerwelle, wel che durch die Phasenmodulationsschaltung 21 in der Absolutinterpolationsschaltung 6 pha senmoduliert ist, welcher den Referenztakt mittels 40 Takten zählt, wie in Fig. 7(a) gezeigt ist, wenn die Periode der phasenmodulierten Trägerwelle nicht verändert wird, wenn die Hauptskala und Indexskala relativ stationär sind. Dies ist jedoch der Fall, wenn die Anzahl der Interpolationspulse in der Absolutinterpolationsschaltung 6 auf [40] zum Erhöhung der Auflö sung bei einer vierzigfachen Vergrößerung eingestellt ist. Da die Frequenz des Referenztaktes die Selbe ist wie jene des Taktes von dem Taktgenerator 24 in der Absolutinterpolations schaltung 6, zählt der Periodenmesszähler 31 generell den von dem Taktgenerator 24 erzeug ten Takt als Referenztakt.

Zu dem Zeitpunkt, wenn die Hauptskala und die Indexskala sich relativ zueinander nach links um 1 µm bewegen, verkürzt sich die Periode der phasenmodulierten Trägerwelle, wobei die Anzahl an gezählten Takten des Periodenmesszählers 31 neununddreißig Pulse be trägt, wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, wobei im Gegensatz hierzu in dem Fall, in welchem die Hauptskala und die Indexskala relativ nach rechts um 1 µm bewegt werden, sich die Periode der phasenmodulierten Trägerwelle verlängert, wobei die Anzahl an gezählten Takten des Periodenmesszählers 31 41 Pulse beträgt, wie in Fig. 7(c) dargestellt ist.

Wenn die Relativbewegungen der Hauptskala und der Indexskala stattfinden, verän dert der Periodenzähler 31 dessen Zählwert bezüglich der Teilung 40 bei jeder Periode der phasenmodulierten Welle, wenn die Auflösung ein Vierzigfaches beträgt.

In der oben beschriebenen Weise werden die Daten bezüglich der phasenmodulierten Trägerwelle von dem Periodenmesszähler 31 gemessen und der Subtraktionseinrichtung 32 zugeführt, wobei der eingestellte Wert [40] subtrahiert wird. Dementsprechend wird in dem Fall einer fehlenden Bewegung [0] von der Subtraktionseinrichtung 32 ausgegeben, wie in Fig. 7(a) gezeigt ist, wobei [0] für den Aufwärts-/Abwärtszähler 33 voreingestellt ist. Wenn eine Bewegung nach links auftritt wird von der Subtraktionseinrichtung 32 [-1 und weniger] ausgegeben, wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, wobei z. B. [-1 und darunter] für den Aufwärts- /Abwärtszähler 33 voreingestellt ist.

Wenn eine Bewegung nach rechts auftritt wird von der Subtraktionseinrichtung 32 [1 und darüber] ausgegeben, wie in Fig. 7(c) gezeigt ist, wobei beispielhaft [1 und darüber] bezüglich dem Aufwärts-/Abwärtszähler 33 voreingestellt wird.

Nachfolgend wird der Betrieb des Aufwärts-/Abwärtszähler 33 und des AB Phasen pulsgenerators 34 erläutert. In Fig. 8 ist ein Fall als ein Beispiel gezeigt, in dem sich die Skala von einer bestimmten Position um (+) oder (-) 3/40 Aufteilungen bewegt, wobei [+3] bezie hungsweise [-3] bei dem Aufwärts-/Abwärtszähler 33 voreingestellt ist.

Wenn sich die Skala bewegt (Fig. 8(a)) und [3] für den Aufwärts-/Abwärtszähler 33 voreingestellt ist, werden das Gleichheitssignal EQ, dessen Pegel [L] ist, wenn der gezählte Wert nicht 0 ist, und das Richtungssignal DIR vom Pegel [H], das die Richtung der Bewe gung angibt, von dem Zähler 33 ausgegeben (Fig. 8(b) und (c)). Der AB- Phasenpulsgenerators 34 empfängt das Signal EQ und das Signal DIR und erzeugt einen Rückkopplungspuls FB mittels lediglich einem Puls (A1) (Fig. 8(b)) zur Speisung des Auf wärts-/Abwärtszählers 33.

Da das Signal DIR bei dem [H]-Pegel vorliegt, unterliegt zu diesem Zeitpunkt der Aufwärts-/Abwärtszähler 33 einer Abwärtszählung mittels des Rückkopplungspulses FB, wo bei dessen Zählwert [2] ist, wobei der Rückkopplungspuls FB um einen Puls (A2) weiter er zeugt wird, da der Zustand des [L]-Pegels des Signales EQ beibehalten wird, wonach der Aufwärts-/Abwärtszähler 33 mittels des Rückkopplungssignales FB einer weiteren Abwärts zählung unterliegt, wobei dessen Zählwert [1] ist. Da jedoch der Zustand des [L]-Pegels des Signales EQ beibehalten wird, wird der Rückkopplungspuls FB um einen Puls (A3) weiter generiert, wonach der Aufwärts-/Abwärtszähler 33 mittels des Rückkopplungspulses FB einer weiteren Abwärtszählung unterliegt, wobei dessen Zählerwert [0] annimmt, und wobei der Pegel des Gleichheitssignales EQ [H] ist. Dementsprechend wird der von dem AB Phasen pulsgenerators 34 ausgegebene Rückkopplungspuls FB gestoppt.

Andererseits wird, wie in den Fig. 8(e) und (f) gezeigt ist, in dem AB- Phasenpulsgenerator 34 das A-Phasensignal bei der nachlaufenden Flanke des Rückkopp lungspulses FB von A1 auf den [H]-Pegel umgekehrt, wobei das B-Phasensignal auf den [H]- Pegel an der nachlaufenden Flanke des Rückkopplungspulses FBA von A2 umgekehrt wird, wobei ferner das A-Phasenpulssignal an der nachlaufenden Flanke des Rückkopplungspulses FB von A3 auf den [H]-Pegel umgekehrt ist.

Unter der Annahme, daß der Zählerwert des Aufwärts-/Abwärtszählers 33 [0] ist, wird das Richtungssignal DIR durch Umkehrung der Bewegungsrichtung auf den [L]-Pegel umge kehrt (Fig. 8 (c)), wobei das Bewegungsmoment, z. B. [-3], bezüglich dem Aufwärts- /Abwärtszähler 33 voreingestellt wird, wie in Fig. 8(a) dargestellt ist.

Anschließend werden ein Gleichheitssignal EQ, dessen Pegel [L] ist, wenn der ge zählte Wert nicht [0] ist, und ein Richtungssignal DIR des [L]-Pegels, das die Richtung der Bewegung angibt, ausgegeben, wie in Fig. 8(b) und (c) dargestellt ist. Der A- Phasenpulsgenerator 34 empfängt dieses Signal EQ sowie das Signal DIR und erzeugt einen Rückkopplungspuls FB mittels eines Pulses (B1) zur Beschickung des Aufwärts- /Abwärtszählers 33.

Wenn das Signal DIR bei dem [L]-Pegel liegt, unterliegt der Aufwärts-/Abwärtszähler 33 einer Aufwärtszählung mittels des Rückkopplungspulses FB, wobei dessen Zählwert be ziehungsweise gezählter Wert [-2] ist, wobei der Rückkopplungspuls FB um einen Puls (B2) weiter erzeugt wird und der [L]-Pegelzustand des Signales EQ beibehalten wird, wonach der Aufwärts-/Abwärtszähler 33 einer weiteren Aufwärtszählung mittels des Rückkopplungspul ses FB unterliegt, wobei dessen Zählerwert [-1] ist. Da jedoch der Zustand des [L]-Pegels des Signales EQ beibehalten wird, wird der Rückkopplungspuls FB um einen Puls (B) weiter er zeugt, wonach der Aufwärts-/Abwärtszähler 33 durch den Rückkopplungspuls FB einer weite ren Aufwärtszählung unterworfen wird, wobei dessen Zählerwert [0] wird, und wobei der Pe gel des Gleichheitssignales EQ zu [H] wird. Dementsprechend wird der Rückkopplungspuls FB von dem AB Phasenpulsgenerators 34 angehalten.

Andererseits, wie es in Fig. 8(e) und (f) gezeigt ist, wird in dem AB- Phasenpulsgenerators 34 das A-Phasensignal an der hinteren Flanke des Rückkopplungspul ses FB von B1 auf den [H]-Pegel umgekehrt, wobei das B-Phasensignal an der nachlaufenden Flanke des Rückkopplungspulses FB von B2 auf den [L]-Pegel umgekehrt wird, wobei des weiteren das A-Phasenpulssignal an der hinteren Flanke des Rückkopplungspulses FB von B3 auf den [L]-Pegel umgekehrt wird.

Das A-Phasenpulssignal und das B-Phasenpulssignal, welche in der oben beschriebe nen Weise erzeugt wurden, werden der NC Maschine zugeführt, wobei die NC Maschine das Bewegungsmoment mittels Erfassung der Flanken des A-Phasensignales und des B- Phasensignales erfaßt, wobei gleichzeitig die Bewegungsrichtung mittels einer Phasenbeziehung zwischen den A- und B-Phasenpulssignalen erfaßt wird.

Erfindungsgemäß wird dementsprechend der A/B-Phasensignalgenerator 8 mit dem referenzsignalerzeugenden Schaltungsteil 36, dem Zählkomparator 37 und dem internen Zäh ler 38 bereitgestellt. Eine Koinzidenzpulsausgabe P_r des Zählkomparators 37 und ein Erfas sungssignal S_Z des Ursprunges Z werden in den ein Referenzsignal erzeugendem Schaltungs teil 36 eingegeben. Der Zählerwert des vorher erwähnten internen Zählers 38 wird in den Zählkomparator 37 eingegeben.

Ein Anfangswert eines interpolierten Absolutwertes wird von dem Zähler 25 ausgege ben und bezüglich dem internen Zähler 38 beispielsweise zur Zeit des Einschaltens der elek trischen Quelle voreingestellt, wobei dieser Zählwert sich mittels des Rückkopplungspulses FB verändern läßt, der ausgegeben wird, wenn sich die Skala bewegt, wobei eine Zählände rung 0-39 mal bei einer jeweiligen Bewegung um eine Aufteilung auftritt. Wenn dementspre chend sich die Skala von dem spezifischen Anfangswert zwischen der anfänglichen Auftei lung, die durch den Zähler 25 dargestellt wird, bewegt, so wird das A/B-Phasensignal von diesem Punkt aus erzeugt, wie in Fig. 8 dargestellt ist, wobei gleichzeitig der Zählwert des internen Zählers 38 sich synchron mit dem A/B-Phasensignal verändert.

Da der Koinzidenzpuls P_r von dem Zählkomparator 37 ausgegeben wird, wenn der interne Zähler 38 einen eingestellten Wert Q innerhalb der spezifischen einen Aufteilung an nimmt, kann der Koinzidenzpuls P_r aus der spezifischen Position durch die Aufteilung der Intervalle zwischen den jeweiligen Gitterlinien erhalten werden, wobei der Referenzpuls P_Z, der die Position des Ursprunges Z zeigt, synchron und mit einer Absolutwertinterpolation zwischen der Aufteilung durch Extraktion des Koinsidenzpulses P_r an der Referenzposition erhalten werden kann, wo das Ursprungserfassungssignal S_Z erfasst wird.

Da dieser Referenzpuls P_Z vollständig synchron zu dem oben erwähnten A- Phasenausgangssignal oder dem B-Phasenausgangssignal ausgegeben wird, ist dies ein Si gnal, welches immer die spezifische Position angibt, selbst wenn sich die Skala dem Ursprung Z von beliebigen Richtungen und bei beliebigen Geschwindigkeiten annähert, wobei somit eine Referenposition von extrem hoher Genauigkeit eingestellt werden kann.

Claims

1. Vorrichtung zum Erzeugen eines Ursprungssignales einer optischen Linearskala, um fassend:
eine Hauptskala (101) mit einer ersten Gitterlinie, die eine Ursprungsposition darstellt, und zweiten Gitterlinien, die in Längsrichtung mit gleichen Intervallen angeordnet sind,
eine Indexskala (103), die ein Gitter umfasst, das bezüglich dem Gitter der Hauptskala unter einem Winkel und beweglich angeordnet ist,
einen photoelektrischen Wandlerteil (113) zum Erfassen des Moire-Musters, das durch die Gitterlinien zwischen beiden Skalen erzeugt wird, und zum Erzeugen eines Sinus- Signales, das sich um eine Periode bei jeder Relativbewegung um eine Längeneinheit verän dert, sowie zum Erzeugen eines Ursprungerfassungssignales, das einen Bereich der Ur sprungsposition darstellt, und
eine Absolutinterpolationseinrichtung (6) zum Ausgeben von Interpolationsdaten, die die Längeneinheit durch Erzeugen eines Interpolationspulssignales entsprechend der vorge schriebenen Phasenabweichung von dem Sinus-Signal interpoliert,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Ursprungssignal durch ein logisches Produkt aus einem interpolierten Zählwert, der eine spezifische Interpolationspositionsinformation darstellt und von der Absolutinterpo lationseinrichtung ausgegeben wird, und dem Ursprungerfassungssignal erzeugt wird, welches die Ursprungsposition darstellt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische Inter polationspositionsinformation durch einen gezählten Puls, der einen Absolutwert darstellt und den Abstand zwischen den Gitterlinien der Hauptskala aufgeteilt, und ein Pulssignal gebildet wird, das bei einer Bewegung der Skala erzeugt wird.