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DD221828A1 - DEVICE FOR THE PHOTOELECTRIC TESTING OF DIVISIONS - Google Patents

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DD221828A1
DD221828A1 DD25442183A DD25442183A DD221828A1 DD 221828 A1 DD221828 A1 DD 221828A1 DD 25442183 A DD25442183 A DD 25442183A DD 25442183 A DD25442183 A DD 25442183A DD 221828 A1 DD221828 A1 DD 221828A1
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DD
German Democratic Republic
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scanning
receiver
radiator
circuit board
division
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Application number
DD25442183A
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German (de)
Inventor
Richard Schneider
Volkmar Fischer
Original Assignee
Zeiss Jena Veb Carl
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
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    • G01D5/34707Scales; Discs, e.g. fixation, fabrication, compensation
    • G01D5/34715Scale reading or illumination devices

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen im Auflicht, insbesondere fuer numerische Weg- und Winkelmesssysteme, mit dem Ziel, bei geringem Leistungsverbrauch den technischen Aufwand zu verringern. Aufgabe ist es vor allem, den von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstrom umfassend zur Signalerzeugung auszunutzen und eine kleine Baugroesse zu erreichen, sowie eine freie Wahl der Groesse, der Anzahl und der Lage der Abtaststellen zu ermoeglichen. Erfindungsgemaess ist ein relativ zur abzutastenden Teilung verschiebbares Abtastsystem vorgesehen, welches vorzugsweise mehrere optisch voneinander getrennte, unabhaengige Abtastkanaele umfasst, von denen jeder aus einem Strahler, einer Abbildungsoptik und einem Empfaenger besteht und wobei Strahler und Empfaenger auf einer Leiterplatte angeordnet sind. Zur optischen Trennung der Abtastkanaele sind Rohrblenden vorgesehen. Jedem Abtastkanal ist eine Abtastplatte zugeordnet. Strahler und Empfaenger eines jeden Abtastkanals sind Halbleiterbauelemente und in Richtung der Rasterelemente der abzutastenden Teilung auf der Leiterplatte angeordnet. Fig. 1The invention relates to a device for photoelectric scanning of pitches in reflected light, in particular for numerical displacement and angle measuring systems, with the aim of reducing the technical complexity with low power consumption. The main task is to make full use of the luminous flux emanating from the light source for signal generation and to achieve a small construction size, as well as to enable a free choice of the size, the number and the position of the scanning points. According to the invention, a scanning system, which is displaceable relative to the graduation to be scanned, is provided, which preferably comprises a plurality of optically separated, independent scanning channels, each of which consists of a radiator, an imaging optics and a receiver, and wherein the radiator and the receiver are arranged on a printed circuit board. For optical separation of the Abtastkanaele pipe apertures are provided. Each scanning channel is assigned a scanning plate. Emitters and receivers of each scan channel are semiconductor devices and arranged in the direction of the raster elements of the scanned division on the circuit board. Fig. 1

Description

Titel der Erfindung: ι Title of Invention: ι

Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen im AuflichtDevice for the photoelectric scanning of pitches in incident light

Anwendungsgebiet der Erfindung?Field of application of the invention

t 5 Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen im Auflicht, insbesondere für numerische Weg- und Winkelmeßsysteme. t 5 The invention relates to a device for the photoelectric scanning of divisions in incident light, in particular for numerical distance and angle measuring systems.

Charakteristik der bekannten technischen LSsungen: Bekannte Einrichtungen (DD-PS 139 897) zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen besitzen eine zentrale Lichtquelle, die direkt oder unter Zwischenschaltung eines Kondesorsystems eine mit einer Rasterteilung versehene Abtastplatte und die abzutastende Teilung einer Maßverkörperung beleuchtet, wobei Lichtquelle und Abtastplatte relativ zur Teilung der Maßverkörperung verschiebbar sind. Die durch die Relativbewegung von Abtastplatte und Teilung hervorgerufenen Helligkeitsschwankungen des Lichtes werden von fotoelektrischen Abtastelementen in elektrische Signale umgewandelt und zur Ermittlung von Meßwerten welterverarbeitet. Dabei werden vielfach zur Erzeugung von phasenverschobenen, elektrischen Signalen die Abtastelemente um Teile der Rasterkonstante der Teilung versetzt angeordnet. Characteristic of the known technical solutions: Known devices (DD-PS 139 897) for photoelectric scanning of graduations have a central light source which illuminates directly or with the interposition of a Kondesorsystems provided with a grid division scanning plate and the scanned division of a material measure, wherein light source and scanning are displaceable relative to the division of the material measure. The brightness fluctuations of the light caused by the relative movement of the scanning plate and the graduation are converted into electrical signals by photoelectric scanning elements and are processed world-wide to determine measured values. In many cases, the scanning elements are arranged offset by parts of the raster constant of the pitch for generating phase-shifted electrical signals.

Aus WP G 01 D/240 332/5 und WP G 01 D/250 438/7 geht hervor, daß zur Beleuchtung der Teilung auf Chips angeordnete Leuchtdioden angewendet werden.From WP G 01 D / 240 332/5 and WP G 01 D / 250 438/7 shows that arranged to illuminate the division of light emitting diodes arranged on chips.

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0 7 ηπ IQ5 3*1 BH.. ·'0 7 ηπ IQ5 3 * 1 BH .. · '

Aus der DE-AS 2510 273 1st eine fotoelektrische Auflichtmeßeinrichtung mit einem als Reflexionsgitter ausgebildet ten Maßstab bekannt. Die Abtastbaueinheit, die dieses Gitter abtastet, enthält in einem Gehäuse eine Lampe, einen Kondensor, einen Umlenkspiegel, eine mit einer Rasterteilung versehene Abtastplatte und mehrere in der Terschieberichtung der Abtastbaueinheit hintereinander angeordnete fotoelektrische Abtastelemente·From DE-AS 2510 273 a photoelectric Auflichtmeßeinrichtung with a trained as a reflection grating th scale is known. The scanning unit which scans this grid contains in a housing a lamp, a condenser, a deflecting mirror, a scanning plate provided with a grid division and a plurality of photoelectric scanning elements arranged one behind the other in the terschieber direction of the scanning unit.

Diese bekannten Lösungen mit einer zentralen Lichtquelle für alle Abtastelemente besitzen den Nachteil, daß das ausgeleuchtete Feld begrenzt ist und damit die mögliche Größe der Abtaststellen durch die Anzahl der Abtastkanäle best immt wird· Die räumliche Ausdehnung des Beleuchtungsund Abtastsystems ist vergleichsweise groß und technisch aufwendig. Eine vollständige Ausnutzung des im Leuchtfeld vorhandenen Licht stromes wird nicht erreicht, da , die Summe der Flächen der Abtastkanäle kleiner als die beleuchtete Fläche ist«These known solutions with a central light source for all scanning elements have the disadvantage that the illuminated field is limited and thus the possible size of the scanning is determined by the number of scanning channels best · The spatial extent of the illumination and scanning system is relatively large and technically complex. A complete utilization of the existing in the light field light stream is not achieved because the sum of the surfaces of the scanning channels is smaller than the illuminated area «

Ziel der Erfindung;Aim of the invention;

Es ist Ziel der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und den technischen Aufwand bei geringem Leistungsverbrauch zu senken·It is an object of the invention to eliminate the disadvantages of the prior art and to reduce the technical complexity with low power consumption.

\ '/.. . ' ·'.. - ' . . . '..Darlegung des Wesens der Erfindung:\ '/ ... '·' .. - '. , , Explanation of the nature of the invention :

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen im Auflicht zu schaffen, die bei umfassender Ausnutzung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstromes zur Signalerzeugung eine kleine Bäugröße besitzt und eine freie Wähl der Größe, Anzahl und Lage der Abtaststellen ermöglicht.The invention has for its object to provide a device for photoelectric scanning of pitches in incident light, which has a small size Bium size with full utilization of the light source emanating from the light source signal generation and allows a free choice of size, number and location of the sampling.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen im Auflicht, umfassend eine Lichtquelle, eine mit Rasterteilungen versehene Abtastplatte und fotoelektrische Abtastelemente, wobei Lichtquelle, Abtastplatte und die Abtastelemente relativ zur Teilung verschiebbar sind,dadurch gelöst, daß ein Abtastsystem vorgesehen ist, welches vorzugsweiseAccording to the invention, this object is achieved in a device for the photoelectric scanning of pitches in reflected light, comprising a light source, provided with a grid divisions scan and photoelectric sensing elements, the light source, scanning and the scanning elements are relatively displaced to the division, achieved in that a scanning system is provided which preferably

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;. ' " ' . ; - 3 - . . . .. ;. .; mehrere optisch voneinander getrennte, unabhängige Abtastkanäle umfaßt, wobei jeder Abtastkanal aus einem Strahler,einer Abbildungsoptik und einem Empfänger besteht und Strahler und Empfänger auf einer Leiterplatte angeordnet sind.;. '' ''; - 3 - ..., ..., ..., ...; ...; ...; ...; ...; ...; ...;) comprises a plurality of optically separated, independent scanning channels, each scanning channel consists of a radiator, an imaging optics and a receiver and radiator and receiver are arranged on a printed circuit board.

Dabei sind zur optischen Trennung der Abtastkanäle Rohrblenden vorgesehen· Vorteilhafterweise sind Strahler und Empfänger Halbleiterbauelemente, und es ist jedem Abtastkanal eine Teilung einer Abtastplatte zugeordnet·Tube diaphragms are provided for the optical separation of the scanning channels. Advantageously, the radiator and the receiver are semiconductor components, and a graduation of a scanning plate is assigned to each scanning channel.

Es ist weiter vorteilhaft, daß Strahler und Empfänger eines jeden Abtastkanals in Richtung der Rasterelemente der abzutastenden Teilung auf der Leiterplatte angeordnet sind.It is also advantageous that the radiator and receiver of each scanning channel are arranged in the direction of the raster elements of the graduation to be scanned on the circuit board.

· ' ν · ' ' Durch die Erfindung wird der Aufbau von Miniatur-Weg und -Winkelmeßsystemen mit geringem Leistungsbedarf bei geringem technischen Aufwand ermöglicht, welche im Auflicht die Teilung der Maßverkörperung abtasten. Insbesondere durch die kleinevBaugröße kann die Anzahl und die Lage der Abtaststellen im Meßsystem weitestgehend frei gewählt werden. Bei geringer Leistungsaufnahme ist eine nahezu vollständige Ausnutzung des vom Strahler erzeugten Lichtstromes bei geringer thermischer Belastung des gesamten Meßsystems erzielbar.The invention enables the construction of miniature displacement and angle measuring systems with low power requirement with little technical effort, which scan the division of the material measure in reflected light. In particular, by the small v size, the number and location of sampling in the measuring system can be largely freely selected. With low power consumption, almost complete utilization of the luminous flux generated by the radiator can be achieved with little thermal stress on the entire measuring system.

Ausführungsbeispiel:Embodiment:

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. ν In der Zeichnung zeigenThe invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. ν show in the drawing

Figur 1 ein Abtastsystem mit einem Abtästkanal Figur 2 eine aus vier Abtastkanälen zusammengesetztes Abtastsystem mit einer Längentellung undFIG. 1 shows a scanning system with a scanning channel; FIG. 2 shows a scanning system composed of four scanning channels with a longitudinal position and FIG

Figur 3 die Anordnung von vier versetzten Abtastkanälen bei einer KreisteilungFigure 3 shows the arrangement of four offset scanning channels in a circle graduation

Die Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Teilungen 1 von Maßverkörperungen 2 im Auflicht besitzt ein Abtastsystem, welches vorzugsweise mehrere optischThe device for the photoelectric scanning of graduations 1 of measuring graduations 2 in reflected light has a scanning system, which preferably several optical

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voneinander getrennte,unabhängige . Abtastkanäle umfaßt»separate, independent. Scanning channels includes »

Gemäß Figur 1 besteht ein solcher Abtastkanal aus einem lichtaussendenden Strahler 3 , einer Abbildungsoptik Λ und einem fot©elektrisches Empfänger 5 ,wobei Strahler 3 und Empfänger 5 vorteilhaft Halbleiterbauelemente sind und auf einer gemeinsamen Leiterplatte 6 angeordnet sind. Zur optischen Trennung mehrerer Abtastkanäle ist einem jeden Abtastkanal eine Rohrbleade 7 zugeordnet, die zwischen Leiterplatte 6 und einer der Abbildungsoptik 4 nachgeordnetef>, mit einer Teilung 8 versehenen Abtastplatte 9 vorgesehen ist« Das Abtastsystem ist zusammen mit der Abtastplatte 9 relativ zur Maßverkörperung 2 verschiebbar oder umgekehrt. Strahler 3 und Empfänger 5 eines jeden Abtastkanals sind in Richtung der Rasterelemente (Teilungsstriche) der abzutastenden Teilung 1 auf der Leiterplatte 6 angeordnet.According to FIG. 1, such a scanning channel consists of a light-emitting emitter 3, an imaging optic Λ and a phot ¬ electric receiver 5, wherein emitter 3 and receiver 5 are advantageously semiconductor components and are arranged on a common printed circuit board 6. For optical separation of several scan channels each scan channel is associated with a tube Blade 7, which is provided between PCB 6 and one of the imaging optics 4, provided with a graduation 8 scanning 9. "The scanning is displaced together with the scanning 9 relative to the material measure 2 or vice versa. Emitter 3 and receiver 5 of each scanning channel are arranged in the direction of the raster elements (graduation lines) of the graduation to be scanned 1 on the printed circuit board 6.

Der Strahler 3 wird in an sich bekannter Weise mittels der Abbildungsoptik 4 » z· B. einer Plankonvexlinse, durch die Abtastplatte 9 mit einem nichtreflektierenden Transmissionsraster nach Unendlich abgebildet, Ifach Reflexion an den reflektierenden Teilung 1 der Maßverkörperung 2 wird der Strahler 3 moduliert durch die Relativbewegung zwischen Maßverkörperung 2 und Abtastplatte 9 auf den Empfänger 5 abgebildet, welcher ein periodisches elektrisches Signal zur Weiterverarbeitung liefert·The emitter 3 is imaged in a manner known per se by means of the imaging optics 4, for example a plano-convex lens, through the scanning plate 9 with a non-reflecting transmission grating to infinity, Ifach reflection to the reflective graduation 1 of the material measure 2, the emitter 3 is modulated by the Relative movement between the measuring scale 2 and the scanning 9 imaged on the receiver 5, which provides a periodic electrical signal for further processing ·

Durch die Anordnung mehrerer optisch getrennter Abtast-' λ kanäle 10; 11; 12; 13 gemäß Figur 2, die in Längser-Streckung der Maßverkörperung 2 hintereinanderllegen, ist es .möglich, je nach Anzahl und Lage der Abtastkanäle phasenversetzte elektrische Signale und gegebenenfalls Referenzmarken au bilden und eine Interpolation zu ermöglichen. Dabei können die Signale der einzelnen Abtastkanäle 10; 11; 12; 13 , z. B. durch EinstellungDue to the arrangement of a plurality of optically separated scanning λ channels 10; 11; 12; 13 according to FIG. 2, which lie one behind the other in longitudinal extension of the material measure 2, it is possible, depending on the number and position of the scanning channels, to form out-of-phase electrical signals and optionally reference marks and to enable interpolation. In this case, the signals of the individual scan channels 10; 11; 12; 13, z. B. by adjustment

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des Strahlerstromes, des Arbeitswlderetandes der Empfänger oder durch Vignettierung des Strahlenganges einzelner Abtastkanäle normiert werden·of the radiator current, of the working edge of the receiver or by vignetting the beam path of individual scanning channels.

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Figur 3, zeigt die Anordnung von vier um 90 am Umfeng versetzten Abtas'tkanälen 14; 15; 1"6; 17 zur Abtastung der Teilung· 18 eines Teilkreises 19 zwecks Messung von Winkeln· Prinzipiell sind diese Abtastkanäle so aufgebaut, wie bei der in Figur 1 dargestellten Form«Figure 3 shows the arrangement of four offset by 90 Umfeng Abtas'tkanälen 14; 15; 1 "6; 17 for scanning the pitch · 18 of a pitch circle 19 for the purpose of measuring angles · In principle, these scanning channels are constructed as in the form shown in FIG.

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Claims (5)

Erf indungsanapruchInvention ap plication 1· Einrichtung zur fotoelektrischen Abtastung voa Teilungen im Auflicht, umfassend eine Lichtquelle, eine mit Raaterteilungen versehene AbtasVplatte und fotoelektrische Abtastelemente, wobei Lichtquelle, Abtastplatte und die Abtastelemente relativ zur Teilung verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtastsystem vorgesehen ist, welches vorzugsweise mehrere optisch voneinander getrennte, unabhängige Abtastkanäle umfaßt, wobei jeder Abtastkanal aus einem Strahler, einer Abbildungsoptik und einem Empfänger besteht und Strahler und Empfänger auf einer Leiterplatte angeordnet sind« A device for the photoelectric scanning of pitches in incident light, comprising a light source, a graduated AbtasVplatte and photoelectric sensing elements, the light source, scanning and the scanning elements are displaceable relative to the division, characterized in that a scanning system is provided, which preferably a plurality of optical each scanning channel consists of a radiator, an imaging optics and a receiver and radiator and receiver are arranged on a printed circuit board « 2. Einrichtung nach Punkt !,dadurch gekennzeichnet, daß zur optischen Trennung der Abtastkanäle Rohrblenden vorgesehen sind. 2. Device according to item!, Characterized in that pipe apertures are provided for the optical separation of the scanning channels. 3· Einrichtung nach Punkt 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß Strahler und Empfänger Halbleiterbauelemente sind,3 device according to item 1 and 2, characterized in that the emitter and the receiver are semiconductor components, 4. Einrichtung.nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Abtastkanal eine Teilung einer Abtastplatte zugeordnet ist.4. Device.nach point 1 to 3, characterized in that each scanning channel is associated with a division of a scanning. 5.Einrichtung nach Punkt 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Strahler und Empfänger eines jeden Abtastkanals in Richtung der Rasterelemente der abzutastenden Teilung auf der Leiterplatte angeordnet sind«5.Einrichtung according to item 1 to 3, characterized in that radiator and receiver of each scanning channel are arranged in the direction of the raster elements of the scanned division on the circuit board « Hierzu 1 Seile ZeichnungenFor this purpose 1 ropes drawings WG/Grü/PchGrü / Pch WG / 43184318 λ μ- Ίλ μ- Ί
DD25442183A 1983-09-01 1983-09-01 DEVICE FOR THE PHOTOELECTRIC TESTING OF DIVISIONS DD221828A1 (en)

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