MEASURING DEVICE

Abstract: The measuring system has two reference marks (R1, R2) which define a datum position and which are arranged at a specified spacing (D) one behind the other on an embodiment of a measure (M). The two reference marks (R1, R2) are sensed by sensing elements (AR1, AR2) which are arranged on a sensing plate (AP) of a sensing device (A) at a spacing (AD) which differs slightly from the mutual spacing (D) of the reference marks (R1, R2). As a result two reference signals (S1, S2) which are slightly displaced in time and which overlap are obtained. After these reference signals (S1, S2) have been triggered, two overlapping reference pulses (Ri1, Ri2) are produced. An AND gate is used to obtain from the two reference pulses (Ri1, Ri2) a resultant reference pulse (Ri) whose pulse time corresponds to the overlap width of the abovementioned signals (S1, S2) (Figure 4). <IMAGE>

Description: Messeinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Vorrichtungen sind bei inkrementalen Längen- oder Winkelmesseinrichtungen üblich, damit beispielsweise ein für die Messeinrichtung definierter Nullpunkt festgelegt und reproduziert werden kann. In der DE-A-18 14 785 ist der Aufbau einer Referenzmarke zur Erzeugung eines Referenzimpulses beschrieben. Dieser Referenzimpuls entsteht durch das Abtasten eines unregelmässigen Strichgitters. Die feinsten Striche dieses Strichgitters sind im allgemeinen so breit wie die Gitterkonstante G der Inkrementalteilung, so dass beim Abtasten dieses unregelmässigen Strichgitters ein analoges Signal, 0 das in der Triggerebene 360 breit ist, entsteht, wobei die Breite von 3600 einer Gitterkonstanten G der Inkrementalteilung entspricht. Ein genügend exakter Referenzimpuls lässt sich je doch nur von einer derartigen Referenzmarke ableiten, wenn der Abtastabstand sehr klein ist und dementsprechend engen Toleranzen hinsichtlich der Abstands schwankungen unterliegt. Der grösstmögliche Abtastabstand a zwischen Abtastgitter und Massstab ist u.a. gegeben durch die Breite G der feinsten Striche des Referenzmarkengitters. 2 Näherungsweise gilt a = G /, wobei die Wellen- länge des zur Beleuchtung verwendeten Lichtes ist. Das ergibt z.B. für G = 20 ssm undÄ= 0,9 iin einen Abstand a = 444 rm. Zur Erhöhung der Betriebssicherheit derartiger Messeinrichtungen ist auch schon vorgeschlagen worden, mehrere Referenzmarken voneinander beabstandet auf einer Massverkörperung vorzusehen, und die daraus abgeleiteten Impulse in der Auswertung elektrisch zusammenzufassen. Beispiele für derartige Lösungen sind in der DE-C-29 52 106 und der DE-A-31 04 972 angegeben. Hinsichtlich des Abtastabstandes gelten hier jedoch die gleichen Kriterien, wie bei der Messeinrichtung gemäss der bereits erwähnten DE-A-18 14 785. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Toleranzen der Schwankungen des Abtastabstandes vergrössert werden können, bei der ein verhältnismässig grosser Abtastabstand zulässig ist, und bei der anhand von Referenzmarken Referenzimpulse erzeugt werden können. Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Durch Vorrichtungen mit den Merkmalen der Unteransprüche wird die Erfindung in besonders vorteilhafter Weise ausgestaltet. Die besonderen Vorteile der erfindungsgemässen Vorrichtung liegen darin, dass der Abtastabstand, d.h. der Abstand von den Referenzmarken zu den Abtastelementen ein Vielfaches des Abtastabstandes dieser Bauteile beim Stand der Technik betragen kann, wodurch auch die Toleranzen für die Einhaltung des Abtastabstandes grösser werden. Mit Hilfe der Zeichnungen soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden. Es zeigt Figur 1 Eine schematisch dargestellte Län genmesseinrichtung mit zwei Refe renzmarken; Figur 2 einen Ausschnitt des Massstabes aus der Messeinrichtung gemäss Figur 1; Figur 3 eine Abtastplatte für den Massstab aus der Figur 2; Figur 4 a Referenzmarken gemäss Figur 2, stark schematisiert; b Referenzmarkenabtastelemente ge mäss Figur 3, stark schematisiert; c die schematisierten Referenzsig nalverläufe, die sich durch Ab tastung der Referenzmarken gemäss Figur 4a mit den Referenzmarken- abtastelementen gemäss Figur 4b ergeben; d die getriggerten Referenzsignale als Referenzimpulse; Figur 5 a die zeitlich überlagerten Referenz signale gemäss Figur 4c; b die zeitlich überlagerten Referenz impulse gemäss Figur 4d; c einen resultierenden Referenzimpuls gemäss der Erfindung; Figur 6a eine Massverkörperung mit Referenz marken in variierter Anordnung Figur 6b eine Variante einer Abtastplatte für Referenzmarken gemäss Figur 6a. Eine in Figur 1 schematisch daraestellte Messeinrichtung 1 arbeitet nach dem photoelektrischen Prinzip. Eine Massverkörperung M in Form eines Massstabes ist an einem nicht dargestellten Maschinen-Bauteil, beispielsweise einem Maschinenschlitten befestigt und mit diesem in Messrichtung X verschiebbar. Eine Abtasteinrichtung A weist die üblichen Bauelemente wie Beleuchtung Li, L2, Kondensoren K1, K2, Photoelemente P1, P2, eine Auswerteeinrichtung U sowie eine Abtastplatte AP auf, und ist ortsfest an einem ebenfalls nicht dargestellten Maschinen-Bauteil, beispielsweise einem Maschinenbett befestigt. An die Auswerteeinrichtung U ist ein Vorwärts-/Rückwärtszähler VRZ angeschlossen, an dem die Messwerte in digitaler Form abgelesen werden können. Es versteht sich, dass der konstruktive Aufbau von der gezeigten Form abweichen kann, so ist im allgemeinen eine Lampe und ein Kondensor ausreichend, um die Abtaststelle zu beleuchten. Ferner muss die Anzeige des Messwertes nicht in Form von Ziffern im Vorwärts-/RUckwärtszähler vorgenommen werden, sondern der Messwert kann unmittelbar einer numerischen Steuerung zur Weiterverarbeitung zugeführt werden und ist gegebenenfalls auf einem Bildschirm dargestellt. Des weiteren ist die Erfindung nicht auf lichtelektrische Messeinrichtungen beschränkt, sondern es können bei entsprechender Umgestaltung der Bauelemente auch magnetische, induktive, kapazitive und/oder elektromechanische Abtastprinzipien zur Anwendung kommen. Im folgenden soll jedoch die Erfindung anhand der photoelektrischen Längenmesseinrichtung 1 gemäss Figur 1 weiter beschrieben werden. Wie aus Figur 2 ersichtlich ist, weist die Massverkörperung M eine Gitterteilung T mit einer Gitterkonstanten G auf. Parallel zur Gitterteilung T sind auf der Massverkörperung M Referenzmarken R1 und R2 aufgebracht, die in Messrichtung X im Abstand D hintereinander angeordnet sind. Die Referenzmarken R1 und R2 sind als Gitter ausgebildet, die aus einer unregelmässigen Folge von Gitterstrichen bestehen. Im Gegensatz zu Referenzmarken nach dem Stand der Technik (die Breite des feinsten Referenzmarken-Gitterstriches entspricht dort der Gitterkonstanten G der Gitterteilung T), beträgt bei den erfindungsgemässen Referenzmarken R1 und R2 die Breite des feinsten Referenzmarken-Gitterstriches ein Vielfaches der Gitterkonstanten G, also n G (n= beliebige positive Zahl). In Figur 3 ist die Abtastplatte AP aus der Abtasteinrichtung A gemäss der Figur 1 schematisch dargestellt. Die Abtastplatte AP weist in herkömmlicher Weise Abtastelemente AT zur Abtastung der Gitterteilung T der Massverkörperung M auf. Auf die Ausgestaltung dieser Abtastelemente AT zur Erkennung der Bewegungsrichtung der Massverkörperung M braucht hier nicht näher Bezug genommen werden, da dies hinlänglich bekannter Stand der Technik ist. Ausser den genannten Abtastelementen AT sind noch voneinander in Messrichtung X beabstandete Abtastelemente AR1 und AR2 zur Abtastung der Referenzmarken R1 und R2 vorgesehen. Im Gegensatz zum Stand der Technik wie z.B. DE-C-29 52 106 ist jedoch der Abstand AD der beiden Abtastelemente AR1 und AR2 nicht identisch mit dem Abstand D der Referenzmarken R1 und R2 auf der Massverkörperung M, sondern er weicht geringfügig von ihm ab. Der gegenseitige Abstand AD der Abtastelemente AR1 und AR2 kann in Messrichtung X geringfügig kleiner oder grösser als der Abstand D zwischen den Referenzmarken R1 und R2 sein, Hinsichtlich der durch die Referenzmarken-Abtastung gewonnenen Signale. ergibt sich dadurch eine Verschiebung, die anhand der Figuren 4a bis 4d erläutert wird. In Figur 4a wird ein Ausschnitt aus der Massverkörperung M dargestellt, wie sie in Figur 2 gezeigt ist. Die Referenzmarken R1 und R2, im Abstand D hintereinander angeordnet, sind nochmals vereinfacht gezeigt, um die Signalverläufe zeichnerisch gut darstellen zu können. Die zugehörigen Abtastelemente AR1 und AR2 sind im Abstand AD hintereinander auf der Abtastplatte AP angeordnet, wie aus Figur 4b ersichtlich ist. Diese Darstellung entspricht der Abtastplatte AP aus Figur 3. In den Figuren 4a und 4b sind sowohl die Gitterteilung T als auch die Abtastelemente AT für die Gitterteilung T aus Gründen der Ubersichtlich- keit nicht gezeigt. Wird nun die Massverkörperung M gegenüber der Ab tastplatte AP in der durch den Pfeil X4 angegebenen Richtung von links nach rechts verschoben, so entsteht durch Abtasten der Referenzmarke R1 mit dem Abtastelement AR1 ein Referenzsignal S1, wie es in dem linken Teil der Figur 4c gezeigt ist. Die Überhöhung des Referenzsignales S1 - in das der Triggerpegel TP1 eingezeichnet ist - tritt auf, wenn das Abtastelement AR1 deckungsgleich mit der Referenzmarke R1 ist, wie dies aus dem Stand der Technik ja bereits bekannt ist. Wird nun die Massverkörperung M weiter in Richtung des Pfeiles X4 verfahren, so tritt das-Referenz- signal S2 auf, wie es im rechten Teil von Figur 4c gezeigt ist. Die zeitliche Verzögerung des Auftretens des Referenzsignals S2 gegenüber dem Referenzsignal S1 ist aufgrund des räumlichen Versatzes des Abtastelementes AR2 entstanden, wie bereits beschrieben wurde. Auch beim Referenzsignal S2 wurde der Triggerpegel TP2 eingezeichnet. In Figur 4d sind lagerichtig unter den Referenzsignalen S1 und S2 (s. Figur 4c) die getriggerten Referenzimpulse Ril und Ri2 gezeigt. Die Breite der jeweiligen Referenzimpulse Ri1 und Ri2 entspricht der Breite der Referenzsignale S1 und S2 an ihren jeweiligen Triggerpegeln TP1 und TP2. In Figur 5a sind die Referenzsignale S1 und S2 zeitlich überlagert dargestellt und in Figur 5b ist diese zeitliche Überlagerung an den getriggerten Referenzimpulsen Ril und Ri2 gezeigt. In Figur 5c ist schliesslich der resultierende Referenzimpuls Ri gezeichnet, der sich in dieser Breite bzw. in dieser Impulsdauer ergibt, wenn die getriggerten Referenzimpulse Ril und Ri2 entsprechend verknüpft werden, beispielsweise durch ein logisches UND-Glied. Auf diese Weise erhält man einen Referenzimpuls Ri mit der geforderten geringen Impulsdauer aus zwei verhältnismässig breiten Referenzsignalen S1 und 52. Zurückkommend auf die eingangs geschilderte Bedingung für die Grösse des Abtastabstandes a ergibt sich folgende Situation: Da bei den erfindungsgemässen Referenzmarken R1 und R2- die feinste Strichbreite nicht mehr G,. sondern n - G ist, beträgt der zulässige Abtastabstand a = (n.G) und ist für n=4 beispielsweise 16 mal so gross wie bisher. Trotzdem wird, wie aus der Beschreibung ersichtlich ist, ein Referenzimpuls von genügend geringer Impulsdauer erzeugt. Aus den Figuren 6a und 6b ist ersichtlich, dass die Anordnungen der Referenzmarken R16, R26 und der zugehörigen Abtastelemente AR16, AR26 nicht zwangsläufig in Messrichtung X hintereinander erfolgen muss. Lediglich muss in Messrichtung X eine Abstandsdifferenz AD6 vorhanden sein. Im gezeigten Sonderfall ist in Messrichtung X der gegenseitige Abstand D6 der Referenzmarken R16 und R26 gleich Null.

Claims: Ansprüche 1. Vorrichtung'zum Erzeugen von elektrischen Signa len bei Messeinrichtungen zum Messen der Lage zweier relativ zueinander beweglicher Objekte - insbesondere zum photoelektrischen Erzeugen von Referenzimpulsen - mit wenigstens zwei von einander beabstandeten Referenzmarken an einem der Objekte, die durch voneinander beabstandete Abtastelemente am anderen Objekt abtastbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der gegensei tige Abstand ( D ) der Referenzmarken(R1,R2) vom gegenseitigen Abstand (AD ) der Abtastelemente (AR1, AR2) derart unterscheidet, dass sich die durch Abtastung der Referenzmarken (R1,R2) erzeugten Re ferenzsignale (S1,S2) überlappen. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Refe renzmarken in Form unregelmässiger Gitter auf einer Massverkörperung einer inkrementalen, pho toelektrischen Positionsmesseinrichtung angeord net sind, und bei der die Abtastung der Referenz marken durch eine Abtasteinrichtung erfolgt, die Abtastelemente mit unregelmässigen Gittern auf weist, die mit den Gittern der Referenzmarken korrespondieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzmarken (R1,R2)in Messrichtung X im Abstand ( D ) hintereinander auf der Massverkör- perung (M) angeordnet sind und dass die Abtastelemente (AR1,AR2) mit einem vom Abstand (D) der Referenz marken (RlrR2)abweichenden Abstand (AD ) hinter einander in der Abtasteinrichtung (A) angeordnet sind. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Refe renzmarken in Form unregelmässiger Gitter auf einer Massverkörperung einer inkrementalen, pho toelektrischen PositionsmeBeinrichtung angeordnet sind, und bei der die Abtastung der Referenzmar ken durch eine Abtasteinrichtung erfolgt, die Ab tastelemente mit unregelmässigen Gittern aufweist, die mit den Gittern der Referenzmarken korrespon dieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenz marken (R16,R26) parallel zueinander - in Messrich tung X im Abstand (D6) - auf der Massverkörperung (M6) angeordnet sind und dass die Abtastelemente (AR16,AR26)- mit einem in Messrichtung X vom Ab stand (D6) der Referenzmarken (R16,R26) abwei chenden Abstand (AD6) - parallel zueinander in der Abtasteinrichtung (A) angeordnet sind. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, mit einer Auswerte einrichtung für die durch Abtastung der Referenz marken erzeugten Referenzsignale, dadurch gekenn zeichnet, dass mittels der Auswerteeinrichtung (U) ein resultierender Referenzimpuls (Ri) gebildet wird, dessen Breite der Überlappungslänge der Re ferenzsignale (S1,S2) entspricht.

Inventors: NELLE, GUENTHER, DR.-ING., Nelle, Günther, Dr.-Ing.
Applicants: DR. JOHANNES HEIDENHAIN GMBH
Application year: 1986
Main classification: G01D5
IPC codes: G01D5