DE1138558B - Einrichtung zum Messen von Lageaenderungen durch objektives Abzaehlen der Teilungsmarken einer gegenueber mehreren Ablesestellen bewegten Teilung - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Messen von Lageänderungen durch objektives Abzählen der Teilungsmarken einer gegenüber mehreren Ablesestellen bewegten Teilung Es sind Einrichtungen zur Ermittlung der Lage eines Maßstabes bekannt, bei denen die Bestimmung der Maßstabslage auf das Abzählen der Anzahl der in dem Meßintervall der Teilung liegenden Unterteilungsmarkierungen zurückgeführt wird. Hierzu dienen zumeist foto elektrische Zähleinrichtungen, die relativ gegen den Maßstab beweglich sind.
• Im Zuge der technischen Entwicklung ist man nun allgemein bestrebt, die Ablesung einer Teilung objektiv, d. h. also automatisch durchzuführen. Bei Zielverfolgungsinstrumenten nach Art eines Kinotheodoliten beispielsweise besteht das Bedürfnis, die Höhen- und Seitenwinkelwerte der Instrumentenlage in einer Form zu dokumentieren, die die Entnahme dieser Werte vom Registrierstreifen od. dgl. ohne die Mithilfe des menschlichen Beobachters gestattet. Die oben angedeutete Möglichkeit, die Bestimmung der Einstellung der Kreisteilung auf das Abzählen der Anzahl der Teilungsmarken, die zwischen einer Bezugsstellung der Teilung und ihrer Meßlage liegen, zurückzuführen, bietet nun gerade die Möglichkeit, die Höhen- und Seitenwinkelwerte beispielsweise in digital kodifizierter Form objektiv erfaßbar zu registrieren. Benutzt man nicht von vornherein Teilungen, die bereits in kodifizierter Form vorliegen, so ist man zunächst gezwungen, die Anzahl der Teilungsmarken zu ermitteln. In Anbetracht der angestrebten Meßgenauigkeit ist es also nicht zu umgehen, daß eine möglichst große Anzahl von Teilungsmarkierungen auf dem Maßstab angebracht wird, und zwar sollen möglichst so viel Marken auf dem Maßstab angebracht werden, daß das kleinste Unterteilungsintervall der Teilung immer noch kleiner als die angestrebte Meßgenauigkeit ist.
• Die Herstellung solcher Teilungen stößt nun auf nicht unerhebliche Schwierigkeiten, und es sind deshalb auch bereits Vorschläge bekanntgeworden, die darauf hinzielen, mit einem relativ grob unterteilten Maßstab feinere Messungen durchzuführen.
• Es handelt sich hierbei um fotoelektrisch wirksame Einrichtungen, bei denen dem grob unterteilten Maßstab ein feiner unterteiltes Gitter zugeordnet ist, das, in einem Abstand zur Teilung angeordnet, die grobe Maßstabsteilung noch einmal unterteilt.
• Jede Teilungsmarkierung des abzulesenden Maßstabes passiert also nacheinander die Spalte des feiner unterteilten Gitters und löst somit einen Koinzidenzimpuls aus, der einem Zählwerk zugeführt wird. Solche Einrichtungen haben nun einen recht beschränkten Anwendungsbereich. Beispielsweise sind magnetische Maßstäbe auf diesem Wege nicht weiter zu unterteilen; denn es ist nicht möglich, eine der Anzahl der Gitterstriche entsprechende Anzahl von magnetischen Abtastvorrichtungen innerhalb eines Teilungsintervalls des Maßstabes unterzubringen; und außerdem ist man bei der Verwendung eines Gitters nicht frei von unkontrollierbaren Exzentrizitätsfehlern der Einrichtung.
• Andere bekannte Einrichtungen benutzen daher mehrere parallel liegende und gegeneinander versetzte Teilungen, denen jeweils eine Abtastvorrichtung zugeordnet ist. Eine solche Anordnung ist aufwendig, da sie mehrere Teilungen benötigt.
• Außerdem muß der Abstand zwischen den verschiedenen Teilungen aus den obenerwähnten Gründen relativ groß sein, wodurch Fehler beispielsweise infolge unterschiedlicher Wärmeausstrahlung - entstehen können und der Raumbedarf groß wird. Es ist daher schon der Vorschlag gemacht worden, eine Teilung mit mehreren phasenverschobenen Abtastvorrichtungen zu benutzen. Diesem Gedanken folgend, gibt die vorliegende Erfindung einen Weg an, der eine verfeinerte Messung gestattet und dabei erlaubt, mit nur einer Teilung auszukommen.
• Es wird daher eine Einrichtung zum Messen von Lageänderungen durch objektives Abzählen der Teilungsmarken einer gegenüber mehreren Ablesestellen bewegten Teilung mit elektrisch, magnetisch oder optisch-elektrisch arbeitenden Abtastvorrichtungen als Mittel zum Erzeugen von elektrischen, einer Zählvorrichtung zuzuführenden Impulsen, bei welcher die einzelnen Abtastvorrichtungen zur Unterteilung der abzutastenden Teilung gegeneinander phasenverschoben angeordnet sind, insbesondere zum Abzählen der Teilungsmarkierungen einer Kreisteilung mit vorzugsweise als magnetischeMarken ausgebildeten, durch magnetisch wirksame Mittel abtastbaren Teilungsmarkierungen vorgeschlagen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Abtastvorrichtungen an dem Maßstab um mehr als eine volle Teilungsintervallbreite gegeneinander versetzt angeordnet sind, und daß die Einzelelemente der durch die Vorrichtungen erzeugten Impulsfolgen, in zeitlicher Folge geordnet, in einem dem rationalen Bruchteil des kleinsten Teilungsintervalls entsprechendem Abstand aufeinanderfolgen.
• Der Erfindungsvorschlag ist an Hand eines einfachen Ausführungsbeispiels erläutert. Als solches ist eine Vorrichtung mit optisch-elektrisch wirksamen Abtastvorrichtungen gewählt, doch gilt sinngemäß dasselbe auch für andere - etwa magnetisch wirksame - Abtastvorrichtungen. In Fig. 1 ist schematisch ein Teilkreis 1 dargestellt, der mit seiner Fassung 2 fest auf der Achse 3 angeordnet ist. Die Achse 3 sei beispielsweise mit der horizontal gelegenen Achse eines Kinotheodoliten identisch.
• Der Teilkreis 1 macht - also alle Höhenwinkelbewegungen dieses Gerätes mit und wird dabei gegen die Abtastvorrichtungen 4, 5, 6 und 7 relativ verstellt. Die Abtastvorrichtungen sind über die hohle Achse 8 ortsfest mit dem Kinotheodoliten verbunden. Beim Vorbeigang der Teilungsmarklerungen der Kreisteilung 1 an den Abtastvorrichtungen 4, 5, 6 und 7 wird an jeder Vorrichtung jeweils ein elektrischer Zählimpuls ausgelöst. Nimmt man an, daß der Teilkreis 1 - wie heute üblich - aus Glas gefertigt ist und die Teilungsmarkierungen dunkel auf hellem Grund erscheinen, so können diese unter Verwendung einer lichtelektrischen Abtastvorrichtung erfaßt werden. Fig. 2 stellt eine der Abtastvorrichtungen4 bis 7 im Schnitt dar. In dem an der Welle 8 befestigten Rahmen 9 ist eine Lichtquelle 10 angeordnet, die über ein nicht dargestelltes optisches System eine Teilungsmarkierung der Kreisteilung und ihre engere Umgebung gleichmäßig ausleuchtet.
• Bei 11 ist ein lichtempfindliches Element, bei spielsweise eine Fotodiode od. dgl., angebracht, welches, hinter einem Spalt angeordnet, beim Vorbeigang einer Teilungsmarkierung der Kreisteilung 1 einen elektrischen Impuls erzeugt.
• Die Abtastvorrichtungen 4, 5, 6 und- 7 sind nun derart gegeneinander versetzt an der Teilung 1 angeordnet, daß die durch sie erzeugten Impulse zeitlich untereinander nicht koinzidieren und diese die Intervalle der beispielsweise von der Abtastvorrichtung7 gelieferten Impulse, zeitlich gesehen, weiter unterteilen. Hierzu sind die Abtastvorrichtungen um mehr als mindestens eine Teilungsintervallbreite gegeneinander versetzt. So ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Vorrichtung 4 um den Winkel gegen die Vorrichtung 7 versetzt, wobei n eine beliebige ganze Zahl und j S die Breite eines Teilungsintervalls der grob unterteilten Teilungl bezeichnen. 5 ist gegen 4 um gegen 5 versetzt angeordnet, wobei m und r wieder ganze Zahlen bezeichnen. Es ist also bei der erfindungsgemäßen Anordnung mehrerer Abtastvorrichtungen an der Kreisteilung 1 möglich, die grobe Teilung noch einmal weiter zu unterteilen, wobei also hier nur noch ein Viertel der notwendigen Teilungsmarkierungen auf dem Maßstab aufgebracht werden müssen.
• Die Wahl des ganzzahligen Vielfachen von d S - also der Zahlen n, m und r - ist beliebig, auch können durch Hinzunahme weiterer Abtastvorrichtungen die Teilungsintervalle noch weiter unterteilt werden. Dabei muß allerdings die Bedingung erfüllt bleiben, daß die Einzelelemente der von sämtlichen Abtastvorrichtungen erzeugten Impulsfolgen zeitlich aufeinanderfolgend geordnet einen Abstand haben, der einem rationalen Bruchteil des kleinsten Unterteilungsintervalls des abgetasteten groben Maßstabes entspricht. Benutzt man also statt vier Abtastvorrichtungen fünf, so müssen diese jetzt um die Winkel setzt sein; allgemein muß die Anzahl der Abtastvorrichtungen im Bruch in der Klammer als Nenner auftreten.
• Für den Fall von Fig. 1, bei der insgesamt vier Abtastvorrichtungen verwendet werden, sind in Fig. 3 die durch die Vorrichtungen4, 5, 6 und 7 erzeugten Impulse in einem Impulszeitdiagramm wiedergegeben. Dabei ist zusätzlich vorausgesetzt, daß der Teilkreis 1 (s. Fig. 1) gleichförmig bewegt ist. Bei I sind die beispielsweise durch die Vorrichtung 7, bei II die durch 4, bei III die durch 5 und bei IV die durch 6 erzeugten Impulse dargestellt, die zeitlich gegeneinander versetzt auftreten. Zeitlich aufeinanderfolgende Impulse bedeuten dann jeweils den Abstand 4 a S, d. h., jeder registrierte Impuls zeigt eine Verstellung des Teilkreises 1 um 1 d S an, und diese Anzeige ist unabhängig davon, ob die Drehung des Teilkreises 1 gleichförmig oder ungleichförmig erfolgt.
• Fig. 4 deutet eine Möglichkeit zur Zählung der von den einzelnen Abtastvorrichtungen 7, 4, 5 und 6 gelieferten Zählimpulse an, die auf einer Sammelleitung 20 zusammengeführt einem einzigen Zählwerk 21 zugeführt werden. Zum Zweck der Teilkreiskontrolle kann es andererseits nützlich sein, jeder Abtastvorrichtung ein eigenes Zählwerk zuzuordnen und die Impulse jeder Abtastvorrichtung einzeln zu zählen. Das kann auch dann von Vorteil sein, wenn die Zählfrequenzen zu groß werden und die Impulse nicht mehr von einem einzigen Zählwerk schnell genug registriert werden können. Eine andere Möglichkeit, diese letztgenannte Schwierigkeit zu umgehen, besteht darin, die Zählimpulse vor ihrer Zählung elektronisch derart umzuformen, daß ihre Impulsbreite reduziert wird. Mit einer solchen Maßnahme kann das Auflösungsvermögen der Zählvorrichtungen zusätzlich erhöht werden. Schließlich ist die Einrichtung bei Verwendung einer geeigneten Anordnung derselben als objektiv messender Nonius zu verwenden. Dazu könnte etwa gewählt werden.
• Es ist einzusehen, daß der Erfindungsvorschlag nicht an die im Ausführungsbeispiel dargestellten Mittel gebunden ist. Vielmehr ist er sinngemäß abgewandelt auch auf lineare Maßstäbe anwendbar, wo er gleiche Vorteile mit sich bringt. Auch ist der Erfindungsgedanke nicht an die Verwendung bestimmter Zähleinrichtungen gebunden. Es kommt weiterhin nicht darauf an, ob die Teilung gegen die Zählvorrichtung oder die Zählvorrichtung gegen die Teilung beweglich ist oder ob die Abtastvorrichtungen gegen die Teilungen ständig oder nur entsprechend der zu messenden Verschiebung beweglich sind.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zum Messen von Lageänderungen durch objektives Abzählen der Teilungsmarken einer gegenüber mehreren Ablesestellen bewegten Teilung mit elektrisch, magnetisch oder optisch-elektrisch arbeitenden Abtastvorrichtungen als Mittel zum Erzeugen von elektrischen, einer Zählvorrichtung zuzuführenden Impulsen, bei welcher die einzelnen Abtastvorrichtungen zur Unterteilung der abzutastenden Teilung gegeneinander phasenverschoben angeordnet sind, insbesondere zum Abzählen der Teilungsmarkierungen einer Kreisteilung mit vorzugsweise als magnetische Marken ausgebildeten, durch magnetisch wirksame Mittel abtastbaren Teilungsmarkierungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen an dem Maßstab (1) um mehr als eine volle Teilungsintervallbreite gegeneinander versetzt angeordnet sind und daß die Einzelelemente der durch die Vorrichtungen erzeugten Impulsfolgen, in zeitlicher Folge geordnet, in einem dem rationalen Bruchteil des kleinsten Teilungsintervalls entsprechenden Abstand aufeinanderfolgen.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Abtastvorrichtungen (4 bis 7) erzeugten Impulse einem gemeinsamen Zählwerk (21) zugeführt werden.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Abtastvorrichtung (4, 5, 6 und 7) ein gesondertes Zählwerk zugeordnet ist.
4. 4. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zählimpuls vor seiner Zählung zur Reduktion seiner Impulsbreite eine Impulsumformerstufe passiert.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastvorrichtungen nach Art eines Nonius am Maßstab angeordnet sind.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 844 076, 890 420, 961 661.