JPH01316610A - 光電的角度測定装置 - Google Patents

光電的角度測定装置

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JPH01316610A
JPH01316610A JP1092029A JP9202989A JPH01316610A JP H01316610 A JPH01316610 A JP H01316610A JP 1092029 A JP1092029 A JP 1092029A JP 9202989 A JP9202989 A JP 9202989A JP H01316610 A JPH01316610 A JP H01316610A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は相互に回転可能な2つの対象物の相対位置の測
定のための光電的角度測定装置にして、その際一方の対
象物に結合した、走査目盛を備えた走査ユニットは、他
方の対象物と結合した目盛担体の角度目盛を走査しそし
て走査目盛と角度目盛の符合した目盛線は相互に平行に
経過している、前記光電的角度測定装置に関する。
(産業上の利用分野) この種のアブソリュート又はインクリメンタル角度測定
装置は特に工作機械で加工されるべき工作物に関する工
具の相対位置の測定のために使用される。
角度測定装置では回転可能な対象物と結合している回転
可能な目盛担体の角度目盛は静止の対象物に固定された
走査ユニットによって静止の対象物に対する回転可能な
対象物の相対的角度位置の測定値の生成のために走査さ
れる。
この種の角度目盛は2種の方法で形成されることができ
る。その1つは角度目盛が円形の目盛円板の表面上にそ
の周囲にラジアル目盛線の形に形成され、他の方法は角
度目盛が平行な目盛線の形で円筒状の目盛担体の表面上
に形成されるものである。
(従来の技術) ヨーロッパ特許明細書0096448には光電的角度測
定装置が記載されており、その際走査ユニットは反射光
で円形の目盛ディスクの表面上のラジアル角度目盛をそ
の周縁で走査される。走査ユニットにおいて光源からで
る光線がビームスプリフタ、コンデンサ及び光学的に結
像する要素、その焦線が目盛ディスクの回転軸線と一致
するシリンドリカルレンズ及び円錐ミラを介して目盛デ
ィスクのラジアル角度目盛上に入射しそしてラジアル角
度目盛から前記要素及び対象物によって光電的センサ装
置の平行な走査目盛上に反射される。シリンドリカルレ
ンズ及び円錐状ミラから成る光学的に結像させる要素は
このコストのかかるように構成された角度測定装置では
、平行な走査目盛上へのラジアル角度目盛の一致した結
像のために役立つ。
Fa、DR,JOtlANNES HEIDENHAI
N Gmbh  rWinkelmessgeraet
 LIDA 360 J 、Juli 1986の文献
から光電的角度測定装置が公知であり、その際鋼バンド
の形の角度目盛が円筒状の目盛担体の外面上に固定され
ておりかつ走査ユニットによって反射光で走査される。
そのような光電的走査ユニットは例えば、光源、コンデ
ンサ、ビームスプリフタ、走査目盛を備えた平らな走査
板及び光電要素を有する。光源から出る光線はコンデン
サによって平行にされ、ビームスプリッタを通った後に
平らな走査板の走査目盛を垂直に貫き、円筒状の目盛担
体の外面上の角度目盛から走査板の走査によってビーム
スプリフタ上に反射されかつビームスプリッタによる転
向後に光電要素上に入射する。平らな走査板は入射光線
の光軸に対して垂直かつ目盛担体の表面の母線に対して
平行に配設されている。目盛担体の表面の湾曲のために
中心平面内の光線のみが光軸を通りかつ目盛担体の回転
軸線を通って目盛担体の角度目盛から垂直に走査板の走
査目盛によって反射される。この中央平面の外方にこの
平面に対して平行に目盛担体の角度目盛上に入射する平
行光線はこの目盛担体の表面の湾曲のために相応した反
射角度で反射されかつそれによって最早走査板の走査目
盛を垂直には通過しない。しかし中央平面の両側への距
離の増加に伴う反射される光線の拡散の増大は光電要素
によって発生される走査信号の信号品質に不利に作用し
、その結果それから得られる両対象物の相対的な角度位
置のための得られた測定値が測定精度不良を有さないこ
とになる。
この精度不良の除去は角度目盛の湾曲度の減少(目盛担
体の曲率半径の増大)、目盛担体の表面上の角度目盛か
ら走査板の走査目盛までの間隔の減少、及び中心平面に
対して垂直な走査目盛の長さの減少によって行われるこ
とができる。しかしこれら3つの措置には限界がある。
目盛担体の曲率は使用目的によって設定されそして角度
目盛から走査目盛までの間隔は操作技術的理由から任意
には減少されない。走査目盛の長さは一定の寸法を下回
ることは許されない、そのわけはさもなければ光電要素
によって発生される走査信号の最大の振幅が測定値の完
全な形成には小さ過ぎるからである。
(発明の課題) 本発明は冒頭に記載された形式の光電的角度測定装置で
は走査ユニットを完全な測定値が得られるように構成す
ることを課題とする。
(課題の解決のための手段) 本発明の課題はに入射光のための走査ユニットは光学的
に結像可能な要素を有し、その焦点は目盛担体の回転軸
線上に位置するか又はその焦線が   ゛目盛担体の回
転軸線と一致することによって解決される。
(発明の効果) 本発明によって得られる利点は特に、その焦点又は焦線
が円筒状の目盛担体上に位置する走査ユニットに光路の
ための光学的要素を配設することによって追加の要素な
しに簡単な方法で目盛担体の円筒面上の平行な角度目盛
の湾曲による測定精度の不良が排除されることにある。
角度目盛のための目盛担体の曲率が最早できる限り大き
い値に制限されないので、提案された角度測定装置の使
用範囲が著しく拡大される。他方では円板状の目盛担体
の表面上にあってラジアル走査目盛によって走査される
ラジアル角度目盛での測定精度の不良が回避される、そ
のわけはラジアル角度目盛とラジアル走査目盛との間の
相互の輪郭差が生じないからである。
本発明の有利な構成は他の請求項からも得られる。
(実施例) 第1図には図式的に第1の光電的角度測定装置が平面図
でそして第2図には側面図が示されている。回転軸線D
1の回りに回転可能に支承された円筒状の目盛担体Tl
はその軸−1によって図示しない回転可能な対象物と結
合している0円筒状の目盛担体T1の外周面Ml上には
角度目盛−丁1がつけられており、角度目盛は目盛担体
T1の回転軸線01に対して平行に経過する反射する目
盛線R3Iと吸収する同一の幅の目盛線ASIとから成
り、これらは交互に繰り返される。
この角度目盛−T1は図示しない固定の対象物と結合さ
れた走査ユニット^lによって反射光により走査され、
走査ユニットは光源L1、集光レンズの形の光学要素S
1、スプリットミラSS1、走査目盛ATLを備えた平
らな走査板API並びに光電要素P1を有する。走査目
盛ATLは目盛担体T1の回転軸線DIに対して平行な
透明の目盛線TSIと等しい幅の不透明の目盛線[15
1とから成る。両対象物はスピンドル及び図示しない工
作機械のベツドによって形成されることができる。
光源L1から出る光線は集光レンズst、ビームスプリ
ッタSS1、及び平らな走査板APIの走査目盛ATI
を通り、目盛担体T1の角度目盛−Tlから走査目盛へ
T1を通ってビームスプリッタSSl上に反射されかつ
それからビームスプリッタSSlによる転向後に光電要
素Pl上に入射する。平らな走査板APIは光線の光軸
OAIに対して垂直かつ光軸OAlに垂直に交差する円
筒面M1の母線に対して平行に最適の走査の基準に従っ
て決定される特定された距離alに配設されている。
本発明によれば光電要素Slの焦点B1は目盛担体Tl
の回転軸線Dl上に位置するので、第1図によれば全て
の光線は目盛担体T1の回転軸線D1に関してラジアル
方向に拡散した光路において角度目盛−Tl上に入射し
かつ角度目盛WTIからそれ自体によって反射され、そ
の結果光電要素P1から発生される周期的な走査信号の
信号品質の不利な影響は最早生ぜずそして従って周期的
な走査信号から公知の方法で得られた両対数物の相対角
度位置のための測定値は測定精度不良を有さない。
円筒面M1の湾曲又は目盛担体T1の曲率半径R1は不
利な結果なしに任意にその都度の使用目的に相応して選
択されることができる。次に第5図に基づいて説明する
ように、走査板APIの走査目盛AT1の全長が目盛担
体T1の角度目盛−T1の走査のために利用されること
ができる。走査目盛ATIの格子定数はラジアル方向の
光線のために角度目盛−T1の格子定数に対してR1に
対してR1+alの比に選択される。
第3図において図式的に第2の光電的角度測定装置が平
面図でそして第4図においては側面図で示されている。
回転軸線D2のまわりに回転可能に支承された円筒状の
目盛担体T2はその軸W2によって図示しない回転可能
な対象物と結合している。円筒状の目盛担体T2の円筒
面M2上には角度目盛−T2がつけられており、角度目
盛−T2は目盛担体T2の回転軸線D2に対して平行な
反射する目盛線R52及び等しい幅の吸収する目盛線A
S2から成り、これらは交互に繰り返される。
この角度目盛−T2は図示しない固定の対象物に結合さ
れた走査ユニットA2によって反射光によって走査され
、走査ユニットは光源L2、集光レンズの形の光電要素
S2、走査目盛AT2を備えた平らな走査板AP2 、
及び光電要素P2を有し、走査ユニットA2は目盛担体
T2の回転軸LAD2に対して平行な透明の目盛線T2
と等しい幅の不透明の目盛線US2とから成り、これら
は相互に繰り返される。両対数物はスピンドル及び図示
しない工作機械のベツドによって形成されることができ
る。
光源L2から目盛担体T2の回転軸線D2に対して斜め
に出る光線は集光レンズS2及び平らな走査板AP2の
走査板AP2を通りかつ目盛担体T2の走査目盛AT2
から走査目盛AT2を通って光電要素R2上に反射され
る。平らな走査板APIは光軸OA2と交差する円筒面
M2の母線に対して平行に、最適の走査の基準に従って
決定されるような特定の距離a2に配設されている。
本発明によれば光学的要素S2は目盛担体T2の回転軸
線D2上に位置するので、第3図によれば全ての光線は
目盛担体T2の回転軸線D2に関してラジアル方向に拡
散した光路を通って角度目盛訂2上に入射しかつ角度目
盛WT2から反射され、その結果光電要素P2によって
発生される周期的信号の信号品質の不利な影響は最早生
ずることなくそれによって周期的な走査信号から公知の
方法で得られた両対数物の相対的な角度位置のための測
定値は測定精度不良を有さない。
第5図において第3図の右半分を示し、第5図の左半分
は技術水準を示す。この技術水準では光a!XL2から
出る光線はコンデンサKによって平行に向けられ、平ら
な走査板AP2の走査目盛へT2を通りかつ円筒面M2
上の角度目盛WT2から走査目盛AT2によって光電要
素R2上に反射される。円筒状の目盛担体T2の表面M
2の湾曲のために光軸OA2に対して平行な光線は光軸
O^2の両側に対して図平面内においては角度目盛−T
2上に垂直でない状態で当たりかつ従って図平面内での
相応した反射の下に走査目盛AP1上に反射される。第
5図の左半分では個所STに角度目盛−T2の反射する
目盛線RS2から反射された光線が走査目盛AT2の不
透明の目盛線US2上入射し、その結果角度目盛−T2
の反射する目盛線RS2は走査目盛AT2の不透明の目
盛線US2によって陰部を生じ、そのような陰部は第5
図の右側面には本発明による光線のために目盛担体子2
の回転軸1sD2に関してラジアル方向に経過する光線
によっては生じない。それによって技術水準とは異なり
本発明では目盛担体T2の角度目盛訂2の走査のために
走査板AP2の走査目盛AT2の全長が利用されること
ができる。円筒面M2の湾曲又は目盛担体T2の曲率半
径R2は測定精度に不利な結果を生ずることなしに任意
にその都度の使用目的に相応して選択されることができ
る。走査目盛へT2の格子定数はラジアル方向の光線の
ために角度目盛WT2の格子定数に対してR2に対して
R2+a2の比率に選択されている。
光学的要素Sは焦点Bの代わりに焦線を有する場合、図
示しない方法で本発明によれば焦線は目盛担体Tの回転
軸線りと合致する。
第6図において図式的に第3の光電的角度測定装置の側
面図が示されかつ第7図において平面図が示されている
。回転軸vAD3の回りに回転可能に支承された目盛デ
ィスクの形の目盛担体T3はその軸D3によって図示し
ない回転可能な対象物と結合している。目盛ディスクT
3の平らな表面03は周縁に角度目盛−T3を付けられ
、角度目盛WT2は目盛ディスクT3の回転軸線D3に
対してラジアル方向経過する反射する目盛線RS3と等
しい幅の不透明の目盛線AS3とから成り、これらは交
互に繰り返される。
ラジアル角度目盛−T3は図示しない固定の対象物と結
合している走査ユニフ)A3により反射により走査され
、走査ユニットは光源L3、走査口fiAT3を備えた
平らな走査板AP3及び光電要素P3を有する。走査口
@AT3は目盛ディスクT3の回転軸線D3に対してラ
ジアル方向に向いた透明の目盛線TS3と等しい幅の不
透明の目盛線υS3とから成り、これらは交互に繰り返
される0両対象物はスピンドル及び図示しない工作機械
のベツドとによって形成されることができる。
光源L3から目盛ディスクT3の表面03に対して斜め
に回転軸線D3の方向に経過する光路から出る光線は集
光レンズS3と平らな走査板AP3の走査目盛AT3と
を通過しかつ目盛ディスクT3の角度口fiWT3から
走査目盛AT3によって光電要素P3上に反射される。
平らな走査板AP3は目盛ディスクT3の平らな表面0
3に対して平行に、最適な走査の基準に従って決定され
た特定された距離において配設されている。
本発明によれば光学的に結像させる要素S3の焦点B3
は目盛ディスクT3上に位置するので、第7図によれば
全ての光線は回転軸線D3を通るラジアル平面内におい
て光軸OA3を備えた拡散光路においてかつ目盛ディス
クT3の表面03に対して垂直にラジアル角度目盛−T
3上に入射しかつラジアル角度目盛−丁3からこの平面
内で反射され、その結果ラジアル角度目盛訂3はラジア
ル走査目盛ATa上に合致して結像され、光電要素P3
によって発生される周期的走査信号の信号品質には何ら
不利な影響を与えず従って周期的走査信号から公知の方
法で得られた両対象物の相対的な角度位置のための測定
値は測定精度不良を有さない。
第8図において図式的に第4の光電的角度測定装置が側
面図でそして第9図には平面図で示されている。回転軸
104のまわりに回転可能に支承された目盛ディスクの
形の目盛担体T4はその軸線u4によって図示しない回
転可能な対象物に結合している。目盛ディスクT4の平
らな表面04上にはその周縁に角度目盛−T4が付けら
れており、角度目盛WT4は目盛ディスクT4の回転軸
線D4に対してラジアル方向に経過する反射する目盛線
AS4と等しい幅の吸収する目盛線AS4が配設されて
おり、これら交互に繰り返される。
ラジアル角度目盛wr4は図示しない固定の対象物に結
合した走査ユニット^4によって反射によって走査され
、走査ユニットは光源L4、走査目盛訂4を備えた平ら
な走査板AP4及び光電要素P4を有する。走査目盛A
T4は目盛ディスクT3の回転軸線D3に対してラジア
ル方向を向いた透明の目盛線TS4と等しい幅の不透明
の目盛線US4とから成り、これらは交互に繰り返され
る6両対象物はスピンドル及び図示しない工作機械のベ
ツドとによって形成されることができる。
光[L4から目盛ディスクT4の表面04に対して斜め
に回転軸線D4の方向に経過する光路からでる光線は集
光レンズS4と平らな走査板AP4の走査目盛AT4と
を通過しかつ目盛ディスクT4の角度目盛−丁4から走
査目盛AT4によって光電要素P4上に反射される。平
らな走査板AP4は目盛ディスクT4の平らな表面04
に対して平行に、最適な走査の基準に従って決定された
特定された距離において配設されている。
本発明によれば光学的に結像させる要素S4の焦点B4
は目盛ディスクT4上に位置するので、第9図によれば
全ての光線は回転軸線D4を通るラジアル平面内におい
て光軸OA4を備えた拡散光路においてかつ目盛ディス
クT4の表面04に対して垂直にラジアル角度目盛訂4
上に入射しかつラジアル角度目盛−T4からこの平面内
で反射され、その結果ラジアル角度目盛訂4はラジアル
走査目盛ATd上に合致して結像され光電要素P4によ
って発生される周期的走査信号の信号品質には何ら不利
な影響を与えず従って周期的走査信号から公知の方法で
得られた両対象物の相対的な角度位置のための測定値は
測定精度不良を有さない。
角度目盛−丁と走査目盛ATの符合する目盛線RS。
AS、 TS、 USは相互に平行である。
本発明は上記のインクリメンタル角度測定装置の他にア
ブソリュート角度測定装置でも実施される。同様に本発
明は反射でも透過でも更には所謂反射−透過光方法でも
行われることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は第1の光電的角度測定装置の平面図、第2図は
側面図、第3図は第2の光電的角度測定装置の平面図、
第4図は側面図、第5図は2つの光線の対向状態、第6
図は第3の光電的角度測定装置の側面図、第7図は平面
図、第8図は第4の光電的角度測定装置の側面図そして
第9図は平面図である。 図中符号 A ・・・・走査ユニット B ・・・・焦点 D ・・・・回転軸線 S ・・・・結像要素 T ・・・・目盛l旦体

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、相互に回転可能な2つの対象物の相対位置の測定の
    ための光電的角度測定装置にして、その際一方の対象物
    に結合した、走査目盛を備えた走査ユニットは、他方の
    対象物と結合した目盛担体の角度目盛を走査しそして走
    査目盛と角度目盛の符合した目盛線は相互に平行に経過
    している、前記光電的角度測定装置において、 入射光のための走査ユニット(A)は光学的に結像可能
    な要素を有し、その焦点(B)は目盛担体(T)の回転
    軸線(D)上に位置するか又はその焦線が目盛担体(T
    )の回転軸線(D)と一致することを特徴とする前記光
    電的角度測定装置。 2、角度目盛(WT1;WT2)は円筒状の目盛担体(
    T ;T2)の表面(M1;M2)上の平行な目盛線(
    RS1、AS1;RS2、AS2)から成りそして走査
    目盛(AT1、AT2)が目盛担体(T1;T2)の回
    転軸線(D1;D2)に対して平行な平らな走査板(A
    P1;AP2)上の平行な目盛線(TS1、US1;T
    S2、US2)から成る、請求項1記載の光電的角度測
    定装置。 3、角度目盛(WT3;WT4)が円板状の目盛担体(
    T3;T4)の表面(O3;O4)上のラジアル目盛線
    (RS3、AS3;RS4、AS4)から成りそして走
    査目盛(AT3;AT4)が目盛担体(T3;T4)の
    回転軸線(D3;D4)に関して平らな走査板(AP3
    ;AP4)上のラジアル目盛線(TS3、US3;TS
    4、US4)からなる、請求項1記載の光電的角度測定
    装置。 4、目盛担体(T1)の回転軸線(D1)に対して垂直
    に経過する光軸(OA1)を備えた入射光線のための走
    査ユニット(A1)が光源(L1)、光学的要素(S1
    )、ビームスプリッタ(SS1)、走査目盛(AT1)
    を備えた平らな走査板(AP1)及び少なくとも1つの
    光電要素(P1)とを有する、請求項1又は2記載の光
    電的角度測定装置。 5、目盛担体(T2〜T4)の回転軸線(D2〜D4)
    に対して斜めに向いた光軸(OA2〜OA4)を有する
    入射光線のための走査ユニット(A2〜A4)が光源(
    L2〜L4)、光学的要素(S2〜S4)、走査目盛(
    AT2〜AT4)を備えた平らな走査板(AP2〜AP
    4)及び少なくとも1つの光電要素(P2〜P4)を有
    する、請求項1から3項までのうちのいずれか一記載の
    光電的角度測定装置。 6、走査目盛(AT1;AT2)の格子定数及び角度目
    盛(WT1;WT2)の格子定数とが目盛担体(T1;
    T2)の回転軸線(D1;D2)からのその各距離(R
    1+a1、R1;R2+a2、R2)に比例する、請求
    項1記載の光電的角度測定装置。
JP1092029A 1988-04-16 1989-04-13 光電的角度測定装置 Expired - Lifetime JP2610680B2 (ja)

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JP2006030189A (ja) * 2004-07-16 2006-02-02 Dr Johannes Heidenhain Gmbh エンコーダ
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