DD250368A1 - Anordnung einer sensorzeile relativ zur rasterspur eines rastermassstabs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung einer Sensorzeile bezueglich der Rasterspur eines Rastermassstabs. Ein Messwertwandler enthaelt in einer Basiszeile n Sensorelemente, die innerhalb einer Teilungsperiode die Rasterspur ablesen, absolute Positionsmesswerte erfassen und ein Phasenwertsignal ausgeben. Ziel der Erfindung ist, das Verhaeltnis von Messgenauigkeit zu Aufwand zu verbessern. Es wird die Aufgabe geloest, bei Anwendung eines ohne Referenzspur auskommenden Abtastverfahrens und senkrecht zur Rasterspur angebrachter Rasterstriche die zur Rasterspur geneigt angeordnete Basiszeile mit einer vom Neigungswinkel abhaengigen Zeilenlaenge erstrecken beziehungsweise mit einem von der Zeilenlaenge abhaengigen Neigungswinkel ausrichten zu koennen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass bei einer als geeignet ausgewiesenen Abtastung das Anfangssensorelement und das Endsensorelement der Basiszeile innerhalb der Rasterspur gelegen sind und die Basiszeile in Richtung der Rasterspur ueber die einfache oder mehrfache Anzahl voller Teilungsperioden ausgedehnt ist. Die Erfindung ist fuer Positionsmessungen mit Rastermassstab anwendbar. Figur

Description

Diese bekannte Lösung besitzt die Nachteile, daß neben der eigentlichen Lesespur eine Referenzspur erforderlich istunddaßdie Sensorzeile einen Bereich abtastet, der über die Rasterspur sowie die Referenzspu.r hinausreicht. Die Sensorzeile muß deshalb eine entsprechend größere Zeilenlänge besitzen. Das Abtastsignal unterliegt keiner Phasenmodulation, so daß eine einfache Auswerteschaltung, wie sie für die Phasenmodulation möglich ist, nicht eingesetzt werden kann.

Ziel der Erfindung

Als Ziel der Erfindung soll erreicht werden, das Verhältnis von Meßgenauigkeit zu Aufwand zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Ursache der in der Charakteristik der bekannten technischen Lösungen beschriebenen Mangel besteht einerseits in der Aneinanderreihung der Basiszeilen sowie den Grenzen für eine Erhöhung der Anzahl der Sensorelemente und andererseits bei geneigter Sensorzeilenrichtung gegenüber den Rasterstrichen im Abtastprinzip mit zusätzlicher Referenzspur. Um diese Ursache zu beseitigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung einer Sensorzeile relativ zur Rasterspur eines Rastermaßstabs gemäß dem Oberbegriff des Erfindungsanspruchs so auszuführen, daß bei Anwendung eines ohne Referenzspur auskommenden Abtastverfahrens die zur Rasterspur geneigt angeordnete Basiszeile mit einer vom Neigungswinkel abhängigen Zeilenlänge erstreckbar beziehungsweise mit einem von der Zeilenlänge abhängigen Neigungswinkel ausrichtbar ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Anwendung einer periodisch umlaufenden Abtastung, bei der eine in der Basiszeile umlaufende Gruppe einander benachbarter aktivierter Sensorelemente aus wenigstens einem Sensorelement und höchstens n/2 Sensorelementen zusammengesetzt sowie über höchstens eine halbe Teilungsperiode erstreckt ist und bei der die Basiszeile in Zeilenriehtung länger als eine volle Teilungsperiode ausgeführt ist, das Angangssensorelement und das Endsensorelement der Basiszeile, deren Zeilenriehtung abweichend von der Rasterspur vorgesehen ist, innerhalb der Rasterspur gelegen sind und die Basiszeile in Richtung der Rasterspur über die einfache oder mehrfache Anzahl vollerTeilungsperioden ausgedehnt ist.

Diese variable und einfache Anordnung der Sensorzeile weist den Vorteil auf, daß Sensorelemente beliebiger Art in frei wählbarer Anzahl eingesetzt werden können und mit nur geringen Abmessungsgenauigkeiten versehen zu sein brauchen. Innerhalb der vorgegebenen Grenze kann die Sensorzeile eine beliebige Zeilenlänge aufweisen. Die Zeilenbreite soll gleich oder kleiner als eine halbe Teilungsperiode sein.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich daraus, daß eine Teilungsperiode von einer erhöhten Anzahl von Sensorelementen erfaßt wird, so daß bei der Auswertung des phasenmodulierten Abtastsignals wesentlich mehr interpolierte Zwischenrasterpunkte je Teilungsperiode erzielt werden können.

Durch die verlängerten Strichrasterkanten, die von der Sensorzeile bei der Abtastung erfaßt werden, verringern sich Verschmutzungseinflüsse auf die Meßgenauigkeit. Der Wartungsaufwand für Säuberung sinkt. Darüber hinaus wird die Meßgenauigkeit auch zufolge herstellungsbedingter lokaler Ungenauigkeiten im Strichkantenverlauf weniger beeinträchtigt. Die Zuverlässigkeit der Abtastung steigt.

Eine zusätzlich abzutastende Referenzspur ist trotz geneigter Sensorzeile nicht erforderlich. Seitliche Verschiebungen der Sensorzeile innerhalb der Rasterspur haben keine negative Auswirkung auf das Meßergebnis.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Figur zeigt einen Ausschnitt der Paarung eines Rastermaßstabs und einer zugeordneten Sensorzeile. Ein Rastermaßstab 1 ist mit Rasterstrichen versehen. Von Rasterstrich zu Rasterstrich erstreckt sich eine Teilungsperiode 2, die im Fall einer Durchlichtabtastung aus einem · lichtundurchlässigen Steg 3 und aus einem lichtdurchlässigen Schlitz 4 besteht. Die Aneinanderreihung der Rasterstriche über mehrere Teilungsperioden 2 hinweg ergibt eine Rasterspur.

Eine Sensorzeile ist einschließlich eines Anfangssensorelementes 5 und eines Endsensorelements 6 aus beispielsweise achtzehn Sensorelementen zusammengesetzt und bezüglich der in einer parallelen Abtastebene befindlichen Rasterstriche schräg angeordnet. Die Rasterstriche erstrecken sich senkrecht zur Rasterspur. Die Sensorzeile bleibt innerhalb der Rasterspur, das heißt sie ragt nicht über deren seitliche Begrenzung hinaus. Die schräge Anordnung der Sensorzeile ist derart festgelegt, daß . dieselbe sich in Richtung der Rasterspur über eine volle Teilungsperiode 2 erstreckt. Dargestellt ist eine solche Relativlage von Sensorzeile und Rastermaßstab 1, in der die in Richtung der Rasterspur am weitesten ausladende Hochkante 7 des Anfangssensorelements 5 und die hierzu diagonal gelegene Hochkante 8 des Endsensorelements 6 mit dem Anfang beziehungsweise dem Ende der Teilungsperiode 2 übereinstimmen.

Die Sensorzeile bildet in der dargestellten Relativlage zugleich eine Basiszeile 9, die mit einer an sich beliebigen Anzahl von Sensorelementen den aktuellen absoluten Positionsmeßwert in der aktuellen Teilungsperiode 2 erfaßt.

Die Basiszeile 9 kann in abgeänderter Weise auch so geneigt sein, daß sie mehrere volle Teilungsperioden 2 überdeckt. Im Fall zweier voller Teilungsperioden 2 würde die Hochkante 8 zur Stelle 10 verlagert, wenn die Position der Hochkante 7 beibehalten wird. Jede andere Neigung der Basiszeile 9, bei der dieselbe weniger oder mehr als eine volle Teilungsperiode überdeckt, führt zu Genauigkeitseinbußen für den erfaßten aktuellen absoluten Positionsmeßwert in den aktuellen Teilungsperioden 2. Die optimale Neigung der Basiszeile 9 ist deshalb von deren Abmessungen und von der Größe der Teilungsperiode 2 abhängig.

Die Anordnung bedarf eines geeigneten Abtastverfahrens. Bei diesem Abtastverfahren ist in der Basiszeile 9 eine Gruppe einander benachbarter Sensorelemente enthalten, die zugleich aktiviert werden. Diese Gruppe kann aus nur einem Sensorelement bestehen und weist höchstens die Hälfte der in der Basiszeile 9 insgesamt vorhandenen Sensorelemente auf. Die Basiszeile 9 muß langer sein als eine volle Teilungsperiode 2.

Claims (1)

1. Anordnung einer Sensorzeile relativ zur Rasterspur eines Rastermaßstabs, dessen Rasterstriche senkrecht zur Rasterspur ausgerichtet sind, zum Erfassen absoluter Positionsmeßwerte innerhalb einer Teilungsperiode der Rasterspur durch einen Meßwertwandler, der ein Phasenwertsignal ausgibt und in einer Basiszelle η die Rasterspur abtastende Sensorelemente enthält, unter Verwendung einer von der Rasterspur abweichenden Richtung der Sensorzeile, gekennzeichnet dadurch, daß unter Anwendung einer periodisch umlaufenden Abtastung, bei der eine in der Basiszeile (9) umlaufende Gruppe einander benachbarter aktivierter Sensorelemente aus wenigstens einem Sensorelement und höchstens n/2 Sensorelementen zusammengesetzt sowie über höchstens eine halbe Teilungsperiode (2) erstreckt ist und bei der die Basiszelle (9) in Zeilenrichtung langer als eine volle Teilungsperiode (2) ausgeführt ist, das Anfangssensorelement (6) und das Endsensorelement (7) der Basiszeile (9), deren Zeilenrichtung abweichend von der Rasterspur vorgesehen ist, innerhalb der Rasterspur gelegen sind und die Basiszeile (9) in Richtung der Rasterspur über die einfache oder mehrfache Anzahl voller Teilungsperioden (2) ausgedehnt ist.

   Hierzu 1 Seite Zeichnung

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung bezieht sich auf die Anordnung einer Sensorzeile relativ zur Rasterspur eines Rastermaßstabs, dessen Rasterstriche senkrecht zur Rasterspur ausgerichtet sind, zum Erfassen absoluter Positionsmeßwerte innerhalb einer Teilungsperiode der Rasterspur durch einen Meßwertumwandler. Dieser Meßwertwandler gibt ein Phasenwertsignal aus und enthält in einer Basiszeile η die Rasterspur abtastende Sensorelemente. Die Erfindung verwendet eine Anordnung, bei der die Richtung der Sensorzeile von der Rasterspur abweicht. Die Sensoren können nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, beispielsweise induktiv, kapazitiv oder optisch.

   Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

   Ein bekanntes handelsübliches fotoelektrisches Linearmeßsystem für Positionsmessungen insbesondere an Werkzeugmaschinen enthält als wesentliche Baugruppen einen Maßstab, der mit einer maßverkörpernden Rasterspur versehen ist, sowie einen Meßwertwandler in Gestalt einer Sensorzeile. Als Bestandteil der Sensorzeile erfaßt eine Basiszeile ein Maßstabstück von der Größe einer Teilungsperiode der Rasterspur. Die Basiszeile umfaßt in einer nahezu lückenlosen Aneinanderreihung η Sensorelemente. Der in einer Teilungsperiode der Rasterspur erfaßte Positionsmeßwert wird η ein Phasenwertsignal gewandelt.

   Die Rasterstriche verlaufen senkrecht zu.r Rasterspur und damit senkrecht zur Längsrichtung des Maßstabs. Die Längsrichtung der Sensorzeile stimmt mit der Richtung der Rasterspur überein.

   Aus unterschiedlichen Gründen treten bei dieser Anordnung Meßungenauigkeiten auf. So kann der Maßstab mit fertigungsbedingten Teilungsfehlern behaftet sein. Größere Maßstabslängen lassen sich nur durch aneinandergereihte Maßstabsstücke verwirklichen, wobei die Stoßstellen als Fehlerquellen für Teilungsfehler gelten. Es können Verschmutzungen der Rasterstriche auftreten. Weitgehend kompensiert werden die unerwünschten Einflüsse durch die Abtastung eines größeren Abschnitts der Rasterspur mittels Anwendung mehrerer aneinandergereihter und schaltungsmäßig parallel betriebener Basiszeilen, die als gesamte Sensorzeile mehrere Teilungsperioden der Rasterspur abtasten, sowie durch eine Mittelwertbildung aus den erfaßten Positionsmeßwerten in den Basiszeilen während des gleichen Zeitabschnitts. Hierbei darf die Sensorzeile von ihrer parallelen Ausrichtung in bezug auf den Maßstab nicht abweichen. Die Mittelwertbildung ist mit einem gewissen Zusatzaufwand verbunden. Die Sensorelemente müssen eine bestimmte Abmessungsgenauigkeit besitzen, damit die einzelne Basiszeile und die zusammengesetzte Sensorzeile bei gegebenem Abtastverfahren die erforderliche Abmessungsbedingung bezüglich des Maßstabs einhalten. Dabei wird die erzielbare Wegauflösung ganz wesentlich von der Anzahl der Sensorelemente je Basiszeile bestimmt. Einer Erhöhung der Anzahl der Sensorelemente sind jedoch bereits herstellungsbedingte, aber auch aufwandsbedingte und vom Abtastprinzip durch Beugungseffekte bedingte Grenzen gesetzt. Nachteiligerweise lassen sich für eine einzige Basiszeile keine Verbesserungen erzielen, obwohl diese eine Basiszeile zur eindeutigen Erfassung und Wandlung des Positionsmeßwertes bereits ausreicht.

   Aus EP O 042178 ist es auch bereits bekannt, die Rasterstriche mit einem Neigungswinkel ungleich 90° zur Rasterspur des Maßstabs auszuführen. Eine ergänzende, zusätzlich vorhandene Referenzspur verläuft in Längsrichtung des Maßstabs. Die Sensorzeile ist senkrecht zur Längsrichtung des Maßstabs angeordnet, überschneidet die Rasterspur sowie die Referenzspur und bezieht abhängig vom aktuellen Positionsmeßwert eine oder zwei Rasterstriche in die Abstastung ein. Das Anfangssensorelement und das Endsensorelement der Sensorzeile befinden sich außerhalb der hier als Fei η lesespur dienenden Rasterspur und außerhalb der Referenzspur. Das verwendete Abtastverfahren und die Anordnung der Sensorzeile bezüglich des Maßstabs sowie bezüglich dessen Ausbildung bedingen sich gegenseitig.