DD206424A1

DD206424A1 - Einrichtung zur messung von verschiebungen und verdrehungen eines koerpers

Info

Publication number: DD206424A1
Application number: DD23901382A
Authority: DD
Inventors: Franz Klapper; Stefan Heinemann; Andreas Hellwig; Volkmar Schultze
Original assignee: Franz Klapper; Stefan Heinemann; Andreas Hellwig; Volkmar Schultze
Priority date: 1982-04-15
Filing date: 1982-04-15
Publication date: 1984-01-25
Also published as: DE3308841A1

Abstract

DIE EINRICHTUNG ZUR MESSUNG VON VERSCHIEBUNGEN UND VERDREHUNGEN IST ZUM MESSEN VON LINEAREN VERSCHIEBUNGEN, ABER AUCH IN ZWEI DIMENSIONEN MIT HOHER AUFLOESUNG ANWENDBAR. AUFGABE DER ERFINDUNG IST EINE MASSVERKOERPERNDE INKREMENTALE AUFLOESUNG BEI GLEICHZEITIGER VERMEIDUNG SYSTEMATISCHER FEHLER IN DER MESSANORDNUNG, SENKUNG DES JUSTIERAUFWANDES UND VERMEIDUNG STOERENDER GEGENSEITIGER BEEINFLUSSUNG EINZELNER EMPFAENGERELEMENTE. DIE AUFGABE WIRD DURCH EINE EINRICHTUNG GELOEST, DIE EINEM KOERPER FEST ZUGEORDNETEN RASTERMASSSTAB UND ZU GRUPPEN ZUSAMMENGEFASSTE EMPFAENGERELEMENTE ENTHAELT, DIE DERART ANGEORDNET SIND, DASS DIE ZU EINER PHASENLAGE GEHOERENDEN GRUPPEN WEITESTGEHEND SYMMETRISCH ZU EINER MITTELLINIE DER EMPFAENGERANORDNUNG ANGEORDNET SIND UND DASS ZUR VERMEIDUNG VON AMPLITUDENUNTERSCHIEDEN ZWISCHEN SIGNALEN VERSCHIEDENER PHASENLAGE EINE SOLCHE ANORDNUNG GEWAEHLT WIRD, DASS DIE GRUPPEN FUER JEDE PHASENLAGE AEHNLICHE GEOMETRISCHE ENTFERNUNGEN VON DER MITTELLINIE AUFWEISEN. ZU DIESEM ZWECK SIND FUER JEDE PHASENLAGE WEITERE GRUPPEN HINZUGEFUEGT, DEREN GESAMTORDNUNG ZEILEN- ODER MATRIXFOERMIG ERFOLGEN KANN. DIE EINRICHTUNG WIRD DURCH EINE ELEKTRONISCHE AUSWERTEINHEIT ERGAENZT.

Description

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Einrichtung zur Messung von Verschieoungen und Verdrehungen eines Körpers

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ©ine Einrichtung zum Messen von linearen Verschiebungen und Drehungen eines Körpers sowie zweidimensionaler Verschiebungen eines Körpers auf einer Ebene mittels eines optischen, dem Körper fest zugeordneten linearen Rastermaßstabes bzw. einer radial geteilten oder einer über Kreuz geteilten Rasterscheibe« Die Einrichtung besteht aus einer photoelektrischen Abtasteinheit und einer elektronischen Auswerteeinheit. Die Abtasteinheit enthält eine £mpfangeranOrdnung aus einzelnen oder zu Gruppen zusammengefaßten Bnpfängerelementen. Die Einrichtung ist auf Grund der Möglichkeiten der Bnpfäng er an Ordnung insbesondere auch zur sehr hochauflösenden Messung der Verschiebung und Verdrehung geeignet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Meßeinrichtungen dieser Art sind bekannt. Die Verschiebung des mit einem Körper starr verbundenen Eastermaßstabea wird mit einem. Abtastraster erfaßt. Dieses besitzt mehrere gegeneinander versetzte Gitterfelder, hinter denen sich je ein Photoempfänger befindet (Pat. DE-AS 120 8087). Diese und die vorgenannte Einrichtung haben den Nachteil, daß bei geringfügiger Verfälschung der Justierung von Abtastraster zum Maßstab Amplitude und Phase der Bnpfängersignale verfälscht werden. Aus diesen Gründen ist es mit großen Schwierigkeiten verbunden, solche signale elektronisch derart weiter zu verarbeiten, daß eine vielfache Unterteilung (Interpolation) einer Rasterteilung des Maßstaoes erreicht wird, um eine entsprechende Auflösung

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zn ©rhalten_e

Es ist weiter bekannt, daß der Erreichung einer hohen Auflö-.sung der Meßgröße durch eine feinere Ras t er t ei lung des Maßstabes wegen ungewollter ßmigungserscheinungen &_ei <3_βΓ ^iIdrealisierung de® Maßstabes auf die Abtasteinheit Grenzen gesetzi; -sind _β

Fehlereinflüsse, wie sie bei den genannten Einrichtungen bei geringfügigen BeJustierungen des Abtastrasters entstehen, werden ο ei der Lösung nach BE-OS 250 9932 dadurch vermieden, daß der Maßstab von einer mehrfachen Photozelle abgetastet wird, die aus einer Anzahl nebeneinander liegender linienföraiger Photodioden (180 Stück) aufgebaut ist, wobei jeweils 6 (im Ausführungsbeispiel) nebeneinander liegende Photodioden die Bildinformation einer Teilung des Meßrasters erfassen. Die Photodioden der Photozelle sind in 6 Gruppen unterteilt. Die Photodioden einer Gruppe sind dabei elektrisch verbunden.

2ur elektronischen Weiterverarbeitung der Signale der 6 Gruppen werden jeweils 3 aufeinanderfolgende Gruppen aktiviert, wobei die Sammlung der 3 Gruppen stets um 1 Gruppe ;w©iterschreitet. Jedoch läßt sich bei dieser Lösung die Hasterteilung nicht bis zu der durch ßeugungserscheinungen bedingten Grenze verkleinern, da die sechs Photodioden, die eine Rasterteilung überdecken sollen, bei weitem nicht auf diese Größe zu verkleinern sind, schon geringfügig unterhalb der im Anwendungsbeispiel der oekannten Lösung angegebenen Größe für den gegenseitigen Diodenabstand von 10 um und 10 μΐη Diodenbreite treten gegenseitige Beeinflussungen der Dioden bzw. Übersprechen der signale der einzelnen Gruppen von Dioden auf· Das bedeutet, daß die Teilung des Maßstabes nicht wesentlich unter die beispielsweise angegebene Größe von 120« μια gebracht werden kann. Eine Auflösung der Meßgröße von z.B. 0,1 μΐη könnte nur t>ei einem bezüglich der Genauigkeit unvertretbar großen Interpolationsfaktor erreicht werden.

Zum'anderen werden bei der bekannten Lösung nur relativ wenig Gitterteilungen (30) des Maßstabes durch die Photozelle erfaßt, so daß die Mittelung über die Maßstabfehler demzufolge sehr gering ist.

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Die Nachteile dieser Lösung werden durch die im WP GO 1 D/ 21 1310 bereits vorgeschlagene Lösung in oeaug auf eine dort angegebene liapfängeranOrdnung teilweise beseitigt. Kirstens können Teilungen des Maßstabes bis zu der durch Beugungserscheinungen Degrenzten Größe mit der Bnpfängeran Ordnung aogetastet werden.

Zweit en-s werden etwa die gleiche Zahl von Rasterteilungen des Maßstabes durch die BapfängeranOrdnung abgetastet, wie Photo— dioden auf ihr enthalten sind, so daß eine große fehlerermittlung der Maßstabfehler zustande kommt,, Diese EmpfängeranOrdnung hat aber den Nachteil, daß bei geringer Dejustierung der ßnpfängeranordnung zum Maßstab bzw. durch eine der BapfängeranOrdnung nicht exakt angepaßte Bildgröße des Maßstabes die Amplituden der signale ungleiche Höhe bekommen und sich daraus bei der weiteren elektronischen Verarbeitung Meßfehler ergeben. Desweiteren wirken sich bei diesem Empfänger Inhomogenitäten in der Beleuchtungsstärke über die BapfängeranOrdnung relativ stark auf den Meßfehler aus«

Ziel der Erfindung

Es ist deshalb Ziel der Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und eine Einrichtung zu schaffen, die sowohl von der Photoempfängeranordnung als auch von der elektronischen Auswerteeinheit Möglichkeiten oietet, höchstes Auflösungsvermögen verbunden mit hoher Genauigkeit bei relativ geringen Anforderungen an die Justierung zu erreichen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Messung der linearen Verschiebung· und Drehung eines Körpers mit dem Ziel zu schaffen, eine hohe maßverkörpernde inkrementale Auflösung zu erreichen, wobei durch die spezielle Art der Abtastung der relativen Lage des Rastermaßstabes zur Abtasteinheit alle möglicherweise auftretenden systematischen fehler in der Meßanordnung, die beispielsweise durch solche Faktoren wie Verkippungen bzw. Verdrehungen der Empfang er an Ordnung gegenüber dem Maßstab oder das Bild des Maßstabes wird mit einem vom Sollwert abweichenden Abbildungsmaßstab auf die Abtasteinheit übertragen bzw. zur Bildübertragung des Maßstabes auf die Abtast-

einheit durch Schattenwurf wird nicht völlig paralleles Licht verwendet sowie durch nicht völlig homogene Ausleuchtung des Meßstabs bzw. der Abtasteinheit hervorgerufen werden können, weitgehend eliminiert werden©

Bas dient auch dem Ziel, den Justieraufwand für die Positionierung der Abtasteinheit wesentlich zu verringern, ozw, die Einrichtung ic ihrer Genauigkeit weitgehend unempfindlich gegen ungewollte Abweichungen vom eingestellten Justierzustand zu machen, die sich während des Betriebes einer solchen Einrichtung ergeben können·

Weiter liegt die Aufgabe zugrunde, den Maßstab direkt mit dem von einer Lichtquelle ausgehenden divergenten strahlenquelle ohne Kondensorlinse im Schattenwurf auf die Abtasteinheit abzubilden»

Desweiteren liegt die Aufgabe zugrunde, die störende gegenseitige Beeinflussung einzelner Empfängerelemente der Abtasteinheit, wie sie beispielsweise durch photoelektrisches Übersprechen hervorgerufen wird, weitgehend auszuschließen. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zu schaffen, welche mit nur einer Abtasteinheit die Messung der Verschiebung eines Körpers auf einer Ebene erlaubt·

Weiter liegt die Aufgabe zugrunde, die durch die Abtasteinheit erhaltener; signale mit EiIfe einer elektronischen Auswerteeinheit in eine digitale Angabe der Meßgröße umzuwandeln und zur Anzeige zu bringen bzw. zur weiteren Verarbeitung der Meßgröße, ζ·Β, zur MG-Steuerung, in einem geeigneten Code bereitzustellen*

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Einrichtung zum Messen von Verschiebungen und Drehungen eines Körpers mittels eines optischen, dem Körper feat zugeordneten Rastermaßstabes, die eine lichtelektrische Abtasteinheit und eine elektronische Auswerteeinheit aus einer einzelne \ oder zu Gruppen zusammengefaßte impf anger elemente enthaltenden Empfängeranordnung zur Gewinnung unterschiedlicher, hinsichtlich der geometrischen Position zürn Maßstab phasen verschob en er Signale und einer zweiten zur Kompensation von durch fehlerhafte Justierung der Abtasteinheit zum Maßstab hervorgerufenen

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Phasenfehler vorgesehenen zweiten, der ersten identischen BnpfängeranOrdnung, jeaoch mit umgekehrter Reihenfolge der einzelnen länpfäng er elemente bsw_e Gruppen von ©apfängerelementen besteht und die einander in der Phasenlage entsprechenden Empfänger elemente bzw. Gruppen von Bnpfängereleinenten beider Anordnungen paarweise zusammengeschaltet sind erfindungsgeiuäß dadurch, daß die lichtelektrische Abtasteinheit zur Kompensation von Amplitudenfehlern aus zwei weiteren EmpfangeranOrdnungen mit einzelnen Bnpfängerelementen, bzw. Gruppen von Elementen besteht, daß die Elemente jeder Empfangeranordnungj deren Lage zum Maßstab einander entsprechen, zu jeweils einem Block zusammengeschart et sind, wobei die Reihenfolge der Einzelelemente, bzw. Gruppen in, den vier Binpfängeranordnungen unterschiedlich ist· Die Gruppen können in der lichtelektrischen Abtasteinheitj zeilen- oder matrixförmig angeordnet sein und es können zur Vermeidung von Übersprecherscheinungen die Abstände zwischen den Gruppen ganzzahlige Vielfache der Rasterkon-r stante des Maßstabes darstellen,,

Vorteilhafterweise werden die Gruppen jedes Blockes zu einer gemeinsamen Mittellinie weitgehend symmetrisch zugeordnet.

Die Möglichkeit der direkten Messung von Koordinaten bei einer verschiebung ineiner Ebene ist erfindungsgemäß dadurch garantiert, daß zwei lichtelektrische Abtasteinheiten derart miteinander verbunden sind, daß ihre Mittellinien senkrecht aufeinander stehen,.

Die elektronische Auswerteeinheit enthält erfingungsgemäß zur Abtrennung der Oberwellen von einem Meßsignal am Ausgang eines Modulators ein Filter und zur Gewinnung der Meßgröße zwei Zählketten. Weiterhin ist ein Ringzähler mit dem Modulator und zur Gewinnung eines Referenzsignals mit den Zählketten vorgesehen·

Durch elektrische Verbindung der einzelnen Elemente eines Blockes werden dann bei der erfindungsgemäßen Abtasteinheit

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aus den Einzeisigaalen summensignale erhalten, bei denen zusätzlich zur weitestgehencien Eliminierung von Phasenfehlern auöh Unterschiede in der Amplitude weitgehend ausgeglichen werden«

Zur Erreichung eines höheren Signalpegels und zur Mittelung statistischer Lagefe.b-4.er der Elemente des Rastermaßstabes können erf indungemäJ^ 'statt eines zu einem Block gehörenden lünpfängerelementes eine Gruppe von η eben ein and er lieg en den elektrisch verbundenen Bnpfangerelement en angeordnet werden» Die erfind ungs ge mäße Abtasteinheit besteht dann aus einzelnen Blöcke von Gruppen elektrisch verbundener streif enförmiger Dnpfangerelemente ι die innerhalb einer Gruppe mit der gleichen Wiederholperiode angeordnet sind wie die einzelnen Elemente des Maßstabes. Die lanpfän^erelemente jeder Gruppe eines Blockes haoen dabei gleiche phasenmäßige Zuordnung zu den Elementen des MaßstaDes· Die Empfängere lernen te von Gruppen unterachieJlicher Blöcke sind entsprechend der geforderten Phasenlagen der Signale der einzelnen Blöcke untereinander versetzt angeordnet» soll beispielsweise die erfindungsgemäße Abtasteinheit η Signale mit aquidistanten Phasendifferenzen A ψ liefern, so müssen die Bnpfänöerelemente der Gruppen des i-ten Blockes gegenüber den (i + 1)-ten Blockes eine Versetzung von g./n aufweisen, um dann bei relativer Verschiebung von Maßstab und Abtasteinheit als Funktion vom Ort χ die η Signale mit den Phasenlagen

mit i = 1 ... η zu erhalten, wobei g die Rasterkonstante des Maßstabes ist.

Die Anordnung der einzelnen Bnpfängerelemente in Gruppen hat gegenüber bekannten Lösungen,wo benachbarte Bapfängerelemente zu verschiedenen Blöcken gehören, den Vorteil, daß beispielsweise bei gegenseitiger Beeinflussung der Elemente bzw. Übersprechen von Signalen auf benachbarte Bmpfängerelemente keine gegenseitige Verfälschung der signale auftreten kann, dabei der Anordnung in Gruppen alle Elemente innerhalb einer Gruppe Signale gleicher Phasenposition

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bilden · Befind ungsgexnäß ist es deshalb zur Erhöhung des inkrementalen Auflösungsvermögens möglich, daß die w&äerholperiode der Ejnpfängerelemente bei der erfindungsgemäßen AO-tasteinheit zur Abtastung von Maßstäben entsprechender Easterkonstanten g beliebig klein gemacht werden kann, soweit das die Herstellungstechnologie für Maßstab und Abtasteinheit : erlaubt und zum anderen die Informationsübertragung von Maßstab auf die Empfängeranordnucg noch zu realisieren ist. Tritt beispielsweise zwischen benachbarten Gruppen, die zu verschiedenen Blöcken gehören, eine gegenseitige Beeinflussung dieser Gruppen dzw. ein Übersprechen deren signale auf, dann können, um dies zu'verhindern, erfindungsgemäß die einzelnen Gruppen auseinander gerückt werden. Die Ab stands vergrößerung muß dabei einem ganzzahligen Vielfachen von g entsprecbep.

Bei Einsatz zweier erfindungsgemäßer Abtasteinheiten, die so nebeneinander oder bezüglich der Gruppen ineinander verschachtelt angeordnet sind, daß deren jeweilige Mittellinien senkrecht aufeinander stehen, ist es möglich, mit der entstandenen Abtaäteinheit die Messung der Verschiebung eines Körpers auf einer übene zu realisieren. Voraussetzung dazu ist, daß der Körper fest mit einem flächenhaft ausgedehnten Kreuzraster verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Anordnung zur Abtastung von Linear-, Kadial- und Kreuzrastern gibt wegen ihrer Eigenschaften bezüglich der inneren Peelerreinigung der Signale gegenüber bekannten AbtasteiDheiten die Möglichkeit, relativ große Abweichungen des auf der Abtasteinheit erscheinenden Bildes des Maßstabes zuzulassen. Das bietet bei Meßsystemen, bei denen der Maßstab über ein optisches Abbildungssystem auf die Abtasteinheit projiziert wird, den Vorteil, daß die Notwendigkeit entfällt, die Bildgröße mit sehr hoher Genauigkeit einzustellen. Zum anderen bietet aber diese Tatsache bei Abtastung des Maßstabes auf den Bnpfanger über Schattenwurfprojektion die Möglichkeit, statt der bekannten Beleuchtungseinheit mit Kondensor eine Beleuchtungseinheit zu verwenden, die außer der Lichtquelle keine weiteren Bauteile enthält.

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Das schattenwurfbild des Maßstabes erscheint dann durch die von der Lichtquelle ausgehende divergente Strahlung in vergrößertem Maßstab. Um diese Bildvergrößerung in Grenzen zu halten, ist. es möglich, die BnpfängeranOrdnung sehr nahe hinter dem Maßstab anzuordnen· Das ist aoer wegen der sich daraus erg eo enden geringen jja standst oleranzen unvorteilhaft. Leshalo wird erfindungsgemäß die Abtasteinheit in der widerholperiode der Eoapfängerelemente dem Bild des Maßstabes in einer solchen Entfernung vom Maßstab angepaßt, wo dieses noch einen ausreichenden Kontrast zeigt. Dadurch wird es mit eiper solchen Abtasteinheit möglich, das Bild des Maßstabes nahezu in gleicher Entfernung abzutasten wie oei Urzeugung des Schattenwurfbildes durch paralleles Licht, Der der Abtasteinheit zugrunde liegende geometrische Aufbau bleibt nicht auf lichtelektrische Abtastung beschränkt, es ist z.B. auch für magnetische/ induktive, kapazitive Abtastung anwendbar_p Im Ausführungsbeispiel wird jedoch allein auf das lichtelektrische Prinzip eingegangen.

Ausführungsbeispiel ' . !'Γ

Die Erfindung soll anhand folgender in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert werden: . \

Bs zeigen:

Fig. 1 Eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen photoelektrischen Abtasteinheit zur Bestimmung der linearen Verschiebung eines Körpers,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen phot ©elektrischen. Abtastanordnung zur Bestimmung der Verschiebung eines Körpers auf einer Flache,

Fig. 2 zwei verschiedene Äusführungsformen eines gekreuzten Rast ermaß st ab es, der mit dem Körper starr verbunden ist, dessen Verschiebung auf einer Biene nach der Erfindung bestimmt werden soll,

Fig. 4 eiJDe Einrichtung nach der Erfindung zur Messung der Verschiebung auf einer Fläche,

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Fig, 5 Θ3.0 Blockschaltbild der erf indutgs gemäß en elektronischen Auswerteeißheit der EmpfängeranOrdnung

Iq Pig» 1 iat beispielsweise eine EmpfängeranOrdnung 1 dargestellt, die oei relativer Verschiebung aüm Maßstab'vi^r Signale I^ - I^ geben soll, die in ihren Ortsfunktionen eine gegenseitige Phasenverschiebung von 90° haben sollen. Die Signale werden von den auf der Empfängeran Ordnung erfindungsgemäß verteilten Gruppen I - IV von Bnpfangerelementen gebildet, wobei Gruppen gleicher Bezeichnung elektrisch miteinander verbunden sind. Die Bnpfängerelemente sind streifenförmig ausgebildet und liegen parallel zur Mittellinie Sie sind durch nichtempfindliche Streifen der gleichen Brei-· te getrennt und innerhalb einer Gruppe elektrisch verbunden. Die Wiederholperiode der ]ünp fang er elemente innerhalb der Gruppen ist gleich der Wiederholperiode der Hasterelementje des am Ort der Abtasteinheit vorliegenden Maßstabbildes. Die Gruppen von Bnpfängerelementen mit gleicher Bezeichnung haben zum Maßstabbild die gleiche Phasenbeziehung. Zwischen in richtiger Reihenfolge liegenden Gruppen sind Versetzungen von 1/4 eines Raster element ea des Maßstabbildes eingebaut. Diese Versetzungen können erfindungsgemäß um eine ganzzahlige Anzahl von Rastexelementen des Maßstabbildes vergrößert werden, um ein photoelektrisches Übersprechen der Signale verschiedener Gruppen zu vermeiden.

In einem Amvendungsoeispiel betrug die Größe eines Rasterelementes des Maßstabes 50 pm. Die Versetzungen zwischen den einzelnen Gruppen wurden um je ein Raaterelement vergrößert.

Die Größe der Sapfängeranordnung betrug ca. 4x4 mm · Jede Gruppe enthielt 15 Bapfangerelemente.

In einem anderen Anwendungsbeispiel betrug die Größe eines Rast er elements des Maßstabes 5 μπι. Hier wurden die Versetzungen' zwischen den einzelnen Gruppen um je 10 Rasterelemente vergrößert.

In jig. 2 ist eine Abtasteinheit 3 dargestellt, die erfindungs gemäß aus zwei der in pig. Igezeigten Abt ast einheit en zusammengesetzt ist. Damit kann in Verbindung mit einem in Pig« 3 dargestellten Maßstabraster 4 bzw. 5 die Verschiebung

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eines Körpers auf einer Fläche in zwei Koordinaten direkt bestimmt werden·

Bei dieser Abtasteinheit stehen die Snpfängerelemente der Gruppen I - IV und I - IV senkrecht aufeinander.

Die ABwendungsoeispiele für die EmpfängeranOrdnung 1 gelten auch für die Empfän^eranOrdnung 3·

In Fig. 4- ist beispielsweise eine einrichtung zur Messung der Verschiebung eines Körpers auf einer Fläche dargestellt· Bas von einer Halbleiter-Lichtquelle 6 ausgehende Licht projiziert im Schattenwurf das Maßstabraster 4 bzw. 5 ^al*f die BnpfängeranOrdnung 3.

Der Abstand von der Lichtquelle 6 bis zum Maßstabraster beträgt beispielsweise 10 mm. Der Abstand zwischen Maßstabraster und Oberfläche der Empfängeranordnung beträgt etwa 200 μπι bei einem Maßstab mit einer Rasterkonstanten von 50 um. Die Größe der Wiederholperiode der Abtasteinheit beträgt 51 μια·

In Fig. 5 ist das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen elektronischen Auswerteeinheit dargestellt. Die von einem {Taktgenerator 8 gelieferten Impulse steuern einen Ringzähler 9 an· Nach jedem Umlauf gibt der Ringzähler ein Referenzsignal 13 ab. Die vom Ringzähler in zeitlicher Aufeinanderfolge gelieferten Impulse werden von den Signalen der Abtasteinheit 1? in einem Vierfachmodulator 11 moduliert und addiert. Das so entstandene zeitfrequente Signal hat bezüglich seiner Grundwelle die Frequenz

f ~ f - ^v ""⁰S V/ob ei f_Q die Umlauf frequenz des Ringzählers ist und v. die relative Verschiebegeschwindigkeit zwischen Maßstab 7 und impf anger an Ordnung 1. Da Λξ positiv und negativ gerichtet sein kann, umfaßt das zeitfrequente Sigüal entsprechend der Verschiebegeschwindigkeit eine bestimmte Bandbreite· Durch ein der Bandbreite angepaßtes Filter 12 werden aus dem zeitfrequenten Signal mit der Grundwelle der Frequenz f die Oberwellen herausgefiltert. Die Anwendung des Filters gewährleistet gegenüber*¹*bekannten Lösungen, daß das entstandene Signal in seiner Phase eine strenge Proportionalität zum Verschiebeweg zeigt und demzufolge noch eine hohe

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Genauigkeit bei entsprechend großer Unterteilung des Verschieb eweges gewährleistet» Am Ausgang des Filters wird dieses Signal digitalisiert. Bas so entstandene Meßsignal 14 und das Referenzsignal 13 werden je einer Zählkette zugeführt» Der Zähliahalt der Kette muß größer sein als die maximale Anzahl der Gitterleitungen auf dem Maßstab. Die Zeitdifferenz zwischen dem Übertragen entspricht der Größe der relativen Verschiebung zwischen Maßstab und Bapfängeranordnung. Biese Zeitdifferenz kann mit einem Zeitzähler 15 bestimmt v/erden. Bie Größe der Unterteilung (Interpolation) einer Teilung des Maßstabes ist abhängig vom Zähltakt, der auch vom !Taktgenerator 8 abgeleitet werden kann. (In dem Anwendungsbeispiel betrug der Interpolationsfaktor 500).

Zur schnellen Auswertung des Meßergebnisses wird die Phase zwischen den Signalen 12 und 14 gemessen und die aktuelle Differenz zwischen den beiden Zählerketten 10 geoildet.

Gegenüber bekannten Verfahren ist es bei dieser Lösung nicht erforderlich, dem Ringzähler Rucksteil impulse zuzuführen, die nach Teilung aus den Taktimpuls en erhalten werden, sondern die Signale 13 werden direkt dem Ringzähler entnommen, Bas verringert den Schaltungsaufwand und erhöht die Zuverlässigkeit· Gegenüber bekannten Verfahren ermöglicht diese Methode der Meßwertgewinnung eine hohe Unterteilung (Interpolation) eines Rasterelements des Maßstabes bei geringem achaItungstechnischem Aufwand.

Claims

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i&rfindungsansprueh

1« Einrichtung sum ^ies^en von Verschiebungen und Drehungen eines Körpers mittels einer lichtelektrischen Abtasteinheit und einer elektronischen Auswerteeinheit₉ wobei die lichtelektrische Abtasteinheit aus einem optischen, dem Körper fest zugeordneten Kastermaßstab und einer Empfängeranordnung besteht, die aus Empfängerelementen zur Gewinnung teilweise unterschiedlicher , hinsichtlich der geometrischen Position zum Maßstab phasenverschobener Signale so aufgebaut ist, daß die zu einer Phasenlage des Meßsignals gehörenden Ecip fange re le ment e in jeweils zwei Gruppen zusammengefaßt und die Gruppen so angeordnet sind, daß zur größtmöglichen iüliminierung von Phasenfehlern die zu einer Phasenlage gehörenden Gruppen weitestgehend symmetrisch zu einer den Gruppen aller Phasenlagen gemeinsamen kittellinie der Empfängeranordnung, welche bei linearen Rastern parallel zu.den Rasterelementen des Maßstabes, bei iladialrastern in radialer Richtung verläuft, angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Empfängerelementen zusätzlich zu der erreichten Eliminierung der Phasenfehler zur Vermeidung von Amplitudenunterschieden zwischen den Signalen verschiedener Phasenlage so:; angeordnet werden, daß die Gruppen für jede Phasenlage möglichst ähnliche geometrische Entfernungen von der Liittellinie aufweisen¹, was insbesondere durch Hinzufügen weiterer Gruppen für jede Phasenlage erreicht wird.
2. Einrichtung neich Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen von Empfängerelementen,, bestehend aus je einem oder mehreren Empfängerelementen, in der lichtelektrischen Abtasteinheit zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind»
3. Einrichtung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von ÜberSprecherscheinungen die Abstände zwischen den Gruppen um ganzzahlige Vielfache der Raster-

konstante des Maßstabes vergrößert werden können.

Einrichtung zum Messen von Verschiebungen in zwei Dimensionen nach Punkt 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei lichtelektrische Abtasteinheiten vorgesehen sind, deren Mittellinien senkrecht aufeinander stehen.

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5» Sinrichtung nach Punkt I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Ausv/erteeinheit zur Abtrennung der Oberwellen von einem keßsignal am Ausgang eines Modulators ein filter enthält.

6* Einrichtung nach Punkt 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung der Meßgrößen zwei Zählketten vorgesehen

sind.
7. Einrichtung na^ch Punkt 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ringzähler mit dem Modulator und zur Gewinnung eines xieferenzsignals mit den Zählketten verbunden ist.

Hierzu.2......Seiten Zeichnungen