DE1266518B - Laengen- oder Winkelmesseinrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOId

G01b;G08c

Deutsche KL: 42 d-1/15

Nummer: 1266 518

Aktenzeichen: Z11176IX b/42 d

Anmeldetag: 14. November 1964

Auslegetag: 18. April 1968

Die Erfindung betrifft eine Längen- oder Winkelmeßeinrichtung, bei der die Meßbewegung auf ein optisches Bauteil übertragen wird, das seinerseits den Strahlengang einer aus Lichtquelle, optischen Hilfsmitteln, Ausgangs- und Auffanggitter sowie lichtelektrischen Elementen bestehenden lichtelektrischen Anordnung beeinflußt Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art wird eine Rasterscheibe an dem Empfänger vorbeigedreht, so daß dieser Lichtimpulse empfängt. Es ist auch bekannt, die drehbare Scheibe zu kodieren, so daß aus der Drehstellung der Scheibe heraus ein absoluter Meßwert erhalten wird.

Beide Einrichtungen haben den Nachteil, daß die Scheibe einen sehr großen Durchmesser haben muß, wenn man in einem genügend großen Meßbereich fein unterteilte Meßwerte erhalten will. Dies bringt den Nachteil mit sich, daß beim Durchfahren der Meßstrecke relativ große Massen zu bewegen sind, was wegen der Trägheit dieser Massen die Messung ungünstig beeinflußt.

Es ist zwar auch eine Einrichtung bekannt, bei der ein Lichtstrahl durch einen drehbaren Spiegel über ein kreisförmiges Raster bewegt wird. Diese Ausbildung hat den Nachteil, daß das Auflösungsvermögen nicht sehr groß ist, so daß es zumindest in den nachgeschalteten Empfängermitteln eines großen Aufwandes bedarf.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, welche es gestattet, auch größere Meßbereiche sehr fein unterteilen zu können, ohne daß die Trägheit der bewegten Massen sich bemerkbar macht und ohne daß sich Schwierigkeiten hinsichtlich der Auflösung ergeben.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch das Zusammenwirken der einzelnen Merkmale gelöst, die darin bestehen, daß ein auf sich selbst oder auf ein fest angeordnetes Auffangraster abzubildendes Ausgangsraster fest angeordnet ist und das die Meßbewegung aufnehmende optische Bauteil im Abbildungsstrahlengang drehbar gelagert ist.

Bei dieser Ausbildung wird die Meßbewegung auf das drehbare optische Bauteil übertragen, das sehr klein sein kann, da es an einer Stelle angeordnet werden kann, an der das abbildende Strahlenbündel einen geringen Durchmesser aufweist. Die Massenträgheit beeinflußt deshalb das Meßergebnis nur noch unmerkbar.

Durch die Abbildung des Ausgangsrasters auf sich selbst oder auf das Auffangraster ergibt sich ferner, daß das gesamte Raster Informationen liefert, die zum Meßwert verarbeitet werden, was bisher nicht Längen- oder Winkelmeßeinrichtung

Anmelder:

Fa. Carl Zeiss, 7920 Heidenheim

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Kurt Räntsch,

7920 Heidenheim

der Fall war, weil hier allenfalls nur ein kleines Winkelintervall ausgenutzt wurde.

Vorteilhaft weist das drehbar gelagerte optische Bauteil bei Abbildung des Ausgangsrasters auf sich selbst eine gerade Anzahl von drehbaren Planspiegeln auf, vorzugsweise einen Winkelspiegel.

Bei getrennt angeordneten Ausgangsraster und Auffangraster weist das drehbar gelagerte optische Bauteil zweckmäßig eine ungerade Anzahl von Spiegelflächen auf. Es ist vorteilhaft ein Dove-Prisma.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abbildung des Ausgangsrasters auf das Auffangraster nicht konzentrisch. Ordnet man bei dieser Ausbildung hinter dem Auffangraster mehrere Fotozellen an, dann empfangen diese in Abhängigkeit von ihrem Winkelversatz unterschiedliche Lichtintensitäten und geben damit auch phasenverschobene Spannungen ab. Diese können dazu benutzt werden, eine Vorwärts- und Rückwärtszählung durchzuführen oder innerhalb eines Meßintervalls Interpolationen vorzunehmen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.

F i g. 1 zeigt ein Längenmeßgerät, ζ. B. in Verbindung mit einer Werkzeugmaschine (nicht dargestellt), bei der ein Schlitten verschoben wird, der mit der Meßeinrichtung 1 verbunden ist. Am Maschinenbett ist eine Zahnstange 2 vorgesehen, in die ein Ritzel 3 der Einrichtung greift. Das Ritzel 3 dreht über Kegelräder 4 und 5 ein Prisma 6 nach Art eines Dove-Prismas. Im linken Teil der Einrichtung ist ein Radialraster 7 vorgesehen, das durch eine Lichtquelle 8' über einen Spiegel 9' beleuchtet wird. Das Radialraster 7 wird mittels zweier Abbildungsobjektive 8 und 9 auf ein entsprechend ausgebildetes Auffangraster 10 abgebildet. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Wird die Einrich-

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tung 1 verschoben, dann dreht sich das Prisma 6 um die optische Achse des Gerätes. Diese Drehung bewirkt, daß sich auch das Bild des Radialrasters 7 über das Auffangraster dreht, so daß hinter diesem Raster Lichtimpulse erzeugt werden. Die Lichtimpulse werden gezählt und stellen ein Maß für die Größe der Schlittenverschiebung dar.

Um eine Vorwärts- und Rückwärtszählung zu ermöglichen, muß das Auffangraster 10 phasenverschobene Lichtimpulse liefern. Dies wird dadurch erreicht, daß vor dem Auffangraster zwei kippbare planparallele Plattenil und 12 vorgesehen sind. Diese lenken die Lichtstrahlen so ab, daß, wenn im Punkt A maximale Lichtintensität durchgelassen wird, an den Stellen B eine um 90° phasenverschobene Lichtintensität durchgelassen wird. Im Ausführungsbeispiel der F i g. 1 sind die Stellen B doppelt vorgesehen, und zwar diametral liegend, um eine höhere Lichtausbeute zu erzielen. Dieselbe Ausbildung ist für den Punkte vorgesehen. Das bei A und B durchgelassene Licht wird mittels Lichtleitröhren 17 Fotozellen 13,14,15 und 16 zugeführt. Die Fotozellen 13 und 16 sowie 14 und 15 sind parallel geschaltet.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Radialraster 20 auf sich selbst abgebildet wird. Das Raster 20 wird von einer Lichtquelle 21 über eine Linse 22, eine ringförmige Blende 22', ein Prisma 23, eine Linse 24, einen teildurchlässigen Spiegel 25 und einen Hohlspiegel 26 beleuchtet. Die Abbildung des Rasters 20 erfolgt über einen weiteren Hohlspiegel 27, eine Linse 28, einen Winkelspiegel 29 sowie über den bereits genannten Hohlspiegel 27 auf sich selbst. Ausschnitte des Gitters 20 werden mit dem überlagerten Gitterbild über den Hohlspiegel 26, den teildurchlässigen Spiegel 25, eine Linse 30, weitere Linsen 31 auf Fotozellen 32, 32', 33, 33', 34, 34' und weitere nicht dargestellte Fotozellen 35, 35' abgebildet. Die Fotozellen 33 und 35 sind um 90° gegen die Fotozellen 32 und 34 versetzt. Der Winkelspiegel 29 ist im Gehäuse 36 drehbar gelagert. Der Antrieb des Winkelspiegel 29 erfolgt über eine Ausgleichskupplung 37. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist dieselbe wie unter F i g. 1 beschrieben.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Längen- oder Winkehneßeinrichtung, bei der die Meßbewegung auf ein optisches Bauteil übertragen wird, das seinerseits den Strahlengang einer aus Lichtquelle, optischen Hilfsmitteln, Ausgangs- und Auffanggitter sowie lichtelek;-trischen Elementen bestehenden lichtelektrischen Anordnung beeinflußt, gekennzeichnet durch das Zusammenwirken der einzelnen Merkmale, die darin bestehen, daß ein auf sich selbst oder auf ein fest angeordnetes Auffangraster abzubildendes Ausgangsraster fest angeordnet ist und daß das die Meßbewegung aufnehmende optische Bauteil im Abbildungsstrahlengang drehbar gelagert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abbildung des Rasters auf sich selbst das drehbar gelagerte optische Bauteil eine gerade Anzahl drehbarer Planspiegel, vorzugsweise einen Winkelspiegel, aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei getrennt voneinander angeordneten Ausgangs- und Auffangraster das drehbar gelagerte optische Bauteil eine ungerade Anzahl Spiegelflächen aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei getrennt voneinander angeordnetem Ausgangs- und Auffangraster das drehbar gelagerte optische Bauteil ein Dove-Prisma ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildung des Ausgangsrasters und das Auffangraster nicht konzentrisch sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1136 834;
britische Patentschrift Nr. 909 916;
USA.-Patentschriften Nr. 3 072 798, 3 096 444,
111;

»Feingerätetechnik«, H. 8 (1961), S. 355 bis 364; »Technische Rundschau«, Nr. 32,1962, S. 3.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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