DE6924328U

DE6924328U - MEASURING EQUIPMENT.

Info

Publication number: DE6924328U
Application number: DE19696924328
Authority: DE
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1969-06-19
Filing date: 1969-06-19
Publication date: 1972-12-07

Description

/Meßeinrichtung**^?/ Measuring device ** ^?

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Erzeugen einer langgestreckten, sich in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg stetig ändernden Signalkurve zur Längen— oder Winkelmessung unter Zuhilfenahme einer Strichteilung und einer der Strichteilung vorgelagerten Abtasteinrichtung.The invention relates to a device for generating an elongated, depending on the covered Path constantly changing signal curve for length or angle measurement with the help of a line graduation and a the scanning device upstream of the line graduation.

Es ist bekannt, zum Erzeugen einer sich kontinuierlich ändernden Signalkurve einen beleuchteten Spalt vorzusehen, der mittels eines gleich großen Abtastspaltes der nachge— schalteten Abtastvorrichtung abgetastet wird. Nachteilig bei Anordnungen mit einem rechteckförmigen Einzelspalt ist, daß zum Erzeugen einer sehr flachen Signalkurve eine große Baulänge erforderlich wird. Aus diesem Grunde ist es auch nicht möglich, beliebig langgestreckte Signalkurven zu erzeugen. Auch muß bei diesen Anordnungen der in der Abtastvorrichtung vorgesehene lichtelektrische Aufnehmer so groß sein, wie der davor liegende Abtastspalt, was bei großen Abtastspalten besonders störend ist. Es ist nämlich im Hinblick auf den lichtelek^J mischen Aufnehmer nicht möglich, beliebig große Abta? tspalte vorzusehen. Großflächige lichtelektrische Aufnehmer sind außerdem teuer und auch mit bekannten technischen Mängeln behaftet.It is known to provide an illuminated gap in order to generate a continuously changing signal curve, which gap is scanned by means of an equally large scanning gap of the scanning device connected downstream. The disadvantage of arrangements with a rectangular individual gap is that a large overall length is required to generate a very flat signal curve. For this reason it is also not possible to generate signal curves of any length. In these arrangements, the photoelectric pick-up provided in the scanning device must also be as large as the scanning gap in front of it, which is particularly troublesome with large scanning gaps. It is namely not possible with regard to the Lichtelek ^J mix transducer, arbitrarily large absorbers. t column to be provided. Large-area photoelectric sensors are also expensive and have known technical shortcomings.

Zur Vermeidung obiger Nachteile wäre eine Anordnung denkbar, bei der anstelle des rechteckigen Einzelspaltes ein transparenter, dreieckförmiger Spalt in einem nichttrans— parenten Trägerkörper vorgesehen ist. Der dreieckförmige Spalt könnte mittels eines Abtastspaltes abgetastet werden, dessen Ausdehnung ir seiner Verschieberichtung nur einTo avoid the above disadvantages, an arrangement would be conceivable in which, instead of the rectangular individual gap, a transparent, triangular gap is provided in a non-transparent support body. The triangular one Gap could be scanned by means of a scanning gap, the extent of which in its direction of displacement is only one

Bruchteil der Ausdehnung des langgestreckten dreieckförmi— gen Spaltes sein brauchte.Fraction of the extension of the elongated triangular gap needed to be.

Mit Anordnungen dieser Art könnten beliebig langgestreckte Signalkurven erzeugt werden, Jedoch ist die Herstellung solcher dreieckförmiger Spalte mit der entsprechenden Genauigkeit schwierig und aufwendig. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn bei Kreisteilungen der Dreieckspalt in einen krummlinig begrenzten Spalt ausartet. Ferner muß, auch bei geradlinigen Teilungsausführungen, die Ausdehnung des Ab— tastspaltes quer zur Verschieberichtung größer als der abzutastende Dreieckspalt an seiner breitesten Stelle sein. Dies kann insbesondere dann, wenn mehrere nebeneinander liegende Spuren wegen Platzmangel dicht gedrängt angeordnet sind, zu Schwierigkeiten bei der Abtastung führen.Arbitrarily elongated signal curves could be generated with arrangements of this type. However, the production is Such a triangular column with the corresponding accuracy difficult and expensive. This is particularly true when the triangular gap degenerates into a curvilinearly delimited gap in the case of circular divisions. Furthermore must, also with rectilinear graduation designs, the extension of the scanning gap transversely to the direction of displacement is greater than that to be scanned Triangular gap at its widest point. This can be especially true if several are next to each other lying tracks are densely packed due to lack of space, lead to difficulties in scanning.

Die Erfindung will diesen Nachteilen begegnen und eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Art schaffen, deren Teilung verhältnismäßig leicht sowie mit großer Genauigkeit hergestellt werd' ι kann und die darüberhinaus bei günstiger Baulänge die Erzeugung beliebig langgestreckter Signalkurven ermöglichen soll, ohne daß die Signalkurve von Führungsfehlem der Abtastvorrichtung beeinflußt werden kann. Die Abtastung soll auch dann in einfacher und betriebssicherer Weise möglich sein, wenn mehrere Teilungsspuren in unmittelbarer Nachbarschaft dicht nebeneinander angeordnet sind.The invention aims to counteract these disadvantages and provide a measuring device of the type mentioned, whose Division can be produced relatively easily and with great accuracy, and in addition to that Favorable overall length should enable the generation of signal curves of any length without affecting the signal curve are influenced by errors in the guidance of the scanning device can. The scanning should also be possible in a simple and reliable manner when several graduation tracks are in close proximity to one another are arranged.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß die Strichteilung eine Gitterteilung mit zu— und abnehmendem Strich—/Lückenverhältnis ist.The invention solves the problem posed by the fact that the line graduation has a grid graduation with increasing and decreasing Line / space ratio is.

Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der eine mögliche Ausführungsform der Erfindung dargestellt ist.Further features of the measuring device according to the invention emerge from the following description in conjunction with the drawing, in which a possible embodiment of the Invention is shown.

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In der Zeichnung zeigtIn the drawing shows

Figur 1 eine nach der Erfindung gestaltete Teilung zum Erzeugen langgestreckter Signalkurven,FIG. 1 shows a graduation designed according to the invention for generating elongated signal curves,

Figur 2 die Abtastplatte für die erfindungsgemäße Teilung, Figur 3 <3ie sich an der erfindungsgemäßen Teilung ergebendeFigure 2 the scanning plate for the division according to the invention, FIG. 3 <3 the resulting from the division according to the invention

Signalkurve,
Figur 4- die erfindungsgemäße Teilung einschließlich der Abtastvorrichtung.Signal curve,
Figure 4- the division according to the invention including the scanning device.

In der Zeichnung ist ein Ausschnitt aus einer erfindungsge— mäßen Gitterteilung 1 mit zu- und abnehmendem Strich-/Lückenverhältnis dargestellt. Bei der erfindungsgemäßen Teilung 1 können periodisch sich wiederholende Muster X von Gitter— teilungen mit gleicher Gitterkonstante, jedoch mit variablem Strich-ZLückenverhältnis vorgesehen sein.The drawing shows an excerpt from a grating 1 according to the invention with increasing and decreasing line / space ratios shown. In the case of the division 1 according to the invention, periodically repeating patterns X of grids can be used. divisions with the same lattice constant, but with a variable line-Z-gap ratio can be provided.

Mit der Bezeichnung "Gitterkonstante" ist im vorliegenden Falle der Abstand zwischen den Mitten aufeinander folgender Strichmarkierungen der Teilung 1 gemeint. Im gezeigten Aus— führungsbeispiel, bei dem an der Teilung 1 unterschiedlich breite Strichmarkierungen vorgesehen sind, beträgt die Gitterkonstanfce etwa 5 nun· Die Gitterkonstante ist im gezeigten Ausführungsbeispiel im gesamten Bereich der Teilung 1 gleichbleibend.With the term "lattice constant", the distance between the centers is consecutive in the present case Line markings of division 1 meant. In the exemplary embodiment shown, where the division 1 is different wide line markings are provided, the lattice constant is now about 5 · The lattice constant is shown in the figure Embodiment in the entire area of the division 1 constant.

Die Teilung 1 wird mittels einer Abtastplatte 2 abgetastet, in der ein Spalt 3 (Figur 2) vorgesehen ist. Die Breite des Abtastspaltes 3 in seiner Verschieberichtung ist genau gleich der Gitterkonstante.The graduation 1 is scanned by means of a scanning plate 2 in which a gap 3 (FIG. 2) is provided. The width of the Scanning gap 3 in its direction of displacement is exactly the same as the grating constant.

Die Abtastvorrichtung (Figur 4) enthält auch eine Lampe 4 und einen Kondensor 5 zum Beleuchten eines Ausschnittes der Teilung 1. Die die Teilung 1 und den Abtastspalt 3 durch- \ setzenden Lichtbündel werden mittels einer Abbildungsoptik auf einen lichtelektrischen Aufnehmer 7 konzentriert, über dessen Ausgang 9 elektrische Signale abgegeben werden, dieThe scanning device (Figure 4) also includes a lamp 4 and a condenser 5 for illuminating a section of the partition 1. The partition 1 and the scanning gap 3 transit \ component light beams are focused by means of an imaging optical system to a photoelectric transducer 7, on whose output 9 electrical signals are emitted, the

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z.B. zu Meßzwecken oder dgl. herangezogen werden können. Bei Relativbewegungen von Teilung Λ und Abtastvorrichtung ergibt sich eine langgestreckte, in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg kontinuierlich ändernde Signalkurve SK, wie sie in Figur 4 stark verkleinert angedeutet ist.For example, for measuring purposes or the like. Can be used. In the case of relative movements of the graduation Λ and the scanning device, an elongated signal curve SK, which changes continuously as a function of the distance covered, results, as indicated in a greatly reduced size in FIG.

Die Figur 3 zeigt maßstäblich die an der erfindungsgemäßen Teilung 1 erzeugte Signalkurve SK mit Signalstufen, die in Abhängigkeit vom Ort der Mitte des Abtastspaltes 3 aufgetragen ist. Man erkennt hieraus einen durch die Erfindung erzielten wesentlichen Vorteil. Der Anstieg und der Abfall der Signalkurve vollzieht sich jeweils innerhalb eines kurzen Wegabschnittes, während das Signal in den dazwischen liegenden Abschnitten einen konstanten Wert beibehält. Die Orte des raschen Signalanstieges sind durch die Geometrie der Strich— und Spaltabmessungen festgelegt und ändern sich nicht im Gegensatz etwa zu möglichen Veränderungen elektrischer Werte elektroiischer Schaltelemente einer Auswerte— schaltung. Wenn ohnehin eine Digitalisierung des gemessenen Weges beabsichtigt ist, ist also einem kleinen Bereich in der Umgebung einer bestimmten Position ein ganzer Signal— höhenbereich (von der Größe einer Treppenstufe in Figur 3) zugeordnet, innerhalb dessen die Auswerteschaltung einen bestimmten Positionswert anzeigen darf. Dieser Vorteil wird auch und besonders dann wirksam, wenn von einer einzigen Spur mehrere phasenversetzte Signale abgeleitet und von diesen in bekannter Weise Linearkombinationen gebildet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, statt der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform mit linearem Anstieg der Treppenkurve eine mit einer nichtlinearen z.B. sinusquadratförmig ansteigenden Charakteristik vorzusehen.FIG. 3 shows, to scale, the signal curve SK generated on the graduation 1 according to the invention with signal levels shown in FIG Dependence on the location of the center of the scanning gap 3 is plotted. One recognizes from this one through the invention achieved significant advantage. The rise and fall of the signal curve takes place within one short path section, while the signal maintains a constant value in the sections in between. the Places of rapid signal increase are determined by the geometry of the line and gap dimensions and change not in contrast to possible changes in electrical values of electrical switching elements in an evaluation circuit. If digitization of the measured path is intended anyway, a small area is in a whole signal height range around a certain position (the size of a step in Figure 3) assigned, within which the evaluation circuit may display a certain position value. This benefit will also and especially effective when several phase-shifted signals are derived from a single track and from these linear combinations are formed in a known manner. Of course, instead of the in The embodiment shown in the drawing with a linear rise of the staircase curve one with a non-linear e.g. Provide a sine-square increasing characteristic.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann mit besonderem Vorteil bei digitalen Längen- oder Winkelmeßgeräten mit absoluter Auskodierung benutzt werden, bei denen sich gegenüber denThe arrangement according to the invention can be particularly advantageous in the case of digital length or angle measuring devices with absolute Decoding can be used in which the

Inkrementalverfahren der den kodierten Verfahren eigene Vorteil der absoluten Zuordnung von Maßstabposition und Anzeige ergibt.Incremental method the advantage of the coded method, the absolute assignment of the scale position and Display results.

Bei solchen Meßsystemen mit absoluter Auskodierung sind mehrere, quer zur Verschieberichtung nebeneinander liegende Teilungsspuren vorgesehen, deren Gitterkonstanten in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen. In jeder dieser Teilungsspuren werden in bekannter Weise mittels zweier Abtastspalte zwei zueinander phasenver— setzte Signale erzeugt. Durch Bildung von Linearkombina— tionen zweier phasenverschobener, von einer einzigen Teilungsspur abgeleiteter Signale (z.B. in bekannter Weise mittels Widerstandsketten) kann die mittels einer einzigen Teilungsspur erzielbare Auflösung gesteigert werden. Z.B. bei dekadischer Stufung der Gitterkonstanten der Teilungsspuren jeweils um den Faktor Zehn. Dies erlaubt, das erwähnte Verhältnis der Gitterkonstanten aufeinander folgender Teilungsspuren größer zu halten, als bei üblichen kodierten Maßstäben. Die gröbsten Teilungs— spuren bei solchen Meßsystemen mit absoluten? Auskodierung können entsprechend der in Figur 1 gezeigten Teilung 1 mit variablem Strich—/Lückenverhältnis ausgebildet sein, um zu vertretbaren Baulängen zu gelangen. Die erfindungsgemäße Teilung 1 ist überdies verhältnismäßig leicht mit großer Genauigkeit herstellbar.In such measuring systems with absolute decoding there are several adjacent to each other at right angles to the direction of displacement Graduation tracks provided, their lattice constants are in a certain relationship to each other. In each of these division tracks are in a known manner two phase-shifted signals are generated by means of two scanning gaps. By forming linear combinations functions of two phase-shifted signals derived from a single pitch track (e.g. in known By means of resistance chains) the resolution that can be achieved by means of a single graduation track can be increased will. E.g. with decadic grading of the grid constants of the graduation tracks by a factor of ten. This allows the mentioned ratio of the lattice constants of successive graduation tracks to be kept greater than with the usual coded scales. The coarsest graduation marks in such measuring systems with absolute? Decoding can be designed according to the division 1 shown in Figure 1 with a variable line / space ratio to to achieve acceptable overall lengths. The division 1 according to the invention is also relatively easy with a large Accuracy can be produced.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die gezeigte fotoelektrische Abtastung beschränkt, sondern sie ist auch bei kapazitiven, induktiven Abtastsystemen oder dgl. anwendbar.The invention is of course not limited to the photoelectric scanning shown, but rather it Can also be used in capacitive, inductive scanning systems or the like.

Claims

DR. JOHANNES HEIDENHAIN ■ j claims

1.) Device for generating an elongated, self

Constantly changing signal curve for length or angle measurement with the help of the distance covered a line graduation and a scanning device upstream of the line graduation, characterized in that, that the line graduation (1) is a grid graduation with increasing and decreasing line / gap ratio.

2.) Device according to claim 1, characterized in that the line graduation is periodically repeating Pattern (X) of grid divisions with the same grid constant, but with increasing and decreasing lines - / gap - having a ratio.

3.) Device according to claim 1 and 2, characterized in that that the scanning device has a scanning gap (3), the width of which in the dividing direction is an integral multiple is the grid constant of the grid division (1).

4.) Device according to claim 1 and 2, characterized in that the scanning device has a scanning gap (3), whose width in the direction of division is exactly the same as the lattice constant of the lattice division (1).