DE69025183T2

DE69025183T2 - Digitales lineares messgerät

Info

Publication number: DE69025183T2
Application number: DE69025183T
Authority: DE
Inventors: R Stephan Crane
Original assignee: TAPERULE LLC
Current assignee: TAPERULE LLC
Priority date: 1989-06-02
Filing date: 1990-06-01
Publication date: 1996-08-29
Anticipated expiration: 2010-06-02
Also published as: CA2057884A1; CA2057884C; DE69025183D1; ES2083455T3; DK0474782T3; ATE133783T1; WO1990015302A1; EP0474782A1; JPH05501915A; US5027526A; EP0474782A4; EP0474782B1; JPH0830644B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft elektronische Maßbänder zur Längenmessung. Mehr im einzelnen betrifft die Erfindung ein elektronisches Maßband, das eine direkte digitale Anzeige der Länge erzeugt, die mit dem Maßband gemessen worden ist.
Elektronische Maßbänder sind bekannt und sind seit einer Anzahl von Jahren handelsüblich zugänglich. In vielen dieser Geräte wird die gemessene Länge bestimmt durch mechanisches oder optisches Abtasten der Länge eines Maßbandes, das von einer rotierenden Aufnahmerolle abgewickelt wird, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist. Das Maßband weist eine Einrichtung auf, die mit der rotierenden Aufnahmerolle gekoppelt ist, um eine Anzahl elektrischer Impulse zu erzeugen, welche der Länge des Maßbandes entspricht, die aus dem Gehäuse herausgezogen worden ist. Diese Impulse werden gezählt und werden zur Anzeige in eine sichtbare Form umgewandelt.
Die Zählfunktion kann in der Form einer Codiereinrichtung ausgebildet sein. Eine solche Codiereinrichtung kann an der Aufnahmerolle beispielsweise in der Form mechanischer Kontakte vorgesehen sein, welche eine Anzahl rotierender Schalter definieren, die mit der Bewegung der Aufnahmerolle ge koppelt sind.
Obwohl Meßgeräte der vorstehend beschriebenen Art relativ einfach im Aufbau sind und ein Ablesen der gemessenen Längen in genauen Intervallen ermöglichen, können solche Geräte unzuverlässig und ungenau dann sein, wenn mechanische Stoß- oder Schlageinwirkungen auftreten, die zum Verlust von Impulsen führen oder die Fehlimpulse erzeugen. Weiterhin sind diese Geräte nicht mit einer einfachen Einrichtung zur Feststellung von Meßfehlern versehen; weiterhin fehlt eine Möglichkeit zur Korrektur der abgelesenen Meßwerte.
Weiterhin ist seit langem bekannt, das Maßband selbst zur Codierung von Verstellungsdaten zu verwenden und verschiedene optische Leseeinrichtungen zum Ablesen sichtbarer Markierungen oder Anzeigen auf dem Maßband vorzusehen. Die Verwendung von Fotosensoren zum Ablesen sichtbarer Markierungen, die auf das Maßband aufgedruckt sind, schafft insoweit Probleme, als ausreichend Licht bereitgestellt werden muß. Ferner können Schwierigkeiten auftreten, die auf einer mechanischen Beschädigung der Maßbandoberfläche oder auf einer Verschmutzung durch Staub, Fett und dergleichen beruhen.
Die Veröffentlichung WO 87/05995 beschreibt ein mit einem Maßband versehenes Meßgerät, das optische Leseeinrichtungen enthält, um codierte Markierungen zu lesen, die sich auf dem Maßband befinden. Die von den optischen Leseeinrichtungen erzeugten Signale werden in einem ersten Mikroprozessor verarbeitet, um eine Anzeige der gemessenen Länge zu erzeugen. Ein zweiter Mikroprozessor ermöglicht eine Modifizierung der Art der Anzeige, um den Betrag der aus dem Gehäuse herausgezogenen Maßbandlänge anzugeben; hierbei wird von einem gespeicherten früheren Wert der herausgezogenen Maßbandlänge ausgegangen, die als neuer Ausgangspunkt für die Messungen dient.
Die Veröffentlichung GB-A-2,102,121 beschreibt ein mit einem Maßband versehenes Meßgerät, das mit Sensoren ausgerüstet ist, die Signale erzeugen, welche von einer geeigneten Schaltung in eine Anzeige einer gemessenen Länge umgewandelt werden können. Die Meßwerte und Daten können weiterhin mit Hilfe eines Rechners und einer Tastatur bearbeitet werden, die in das Meßgerätgehäuse integriert sind.
Einige bekannte elektronische Meßgeräte, die mit optischen Verfahren arbeiten, weisen zur Messung bestimmte Daten auf, die auf der Maßbandoberfläche in der Form von reflektierenden oder nicht-reflektierenden Strichcodeelementen aufgedruckt sind. Um jedoch einen solchen Grad an Genauigkeit zu gewährleisten, der üblicherweise für solche Meßgeräte ge fordert wird, und der nicht kleiner als 1,6 mm (1/16 Zoll) sein soll, müssen sowohl der Code auf dem Maßband wie die optische Leseeinrichtung hochpräzise ausgeführt sein bzw. hochpräzise Komponenten aufweisen. Der Code muß mit hoher Genauigkeit aufgedruckt sein, die üblicherweise bei der Herstellung der üblichen Maßbänder nicht gewährleistet ist. Dies wiederum macht die Herstellung solcher Meßgeräte in einem nicht gerechtfertigten Ausmaß teuer. Weiterhin erfordern die meisten bekannten Geräte eine komplexe optische Technik zum Ablesen der Maßbänder, die mit optischen Elemen ten hoher Auflösung codiert sind; dies erfordert wiederum eine exakte Anordnung und hohe Präzision beim Drucken des Codes auf dem Maßband. Deshalb sind diese Meßgeräte teuer und schwierig in der Herstellung, obwohl existierende Verfahren zur Maßband-Herstellung eingesetzt werden.
Obwohl das optische Ablesen eines codierten Maßbandes ein sehr zuverlässiges Meßverfahren in einer sauberen Umgebung darstellt, leidet dieses Verfahren doch unter Verschmutzung und mechanischer Oberflächenbeschädigung, die bereits unter üblichen Bedingungen auftreten können, beispielsweise auf einer Baustelle. Solche Verschmutzungen und mechanische Oberflächenbeschädigungen des Maßbandes machen das Meßgerät in hohem Ausmaß unzuverlässig.
Die vorliegende Erfindung geht davon aus, daß durch Kombination von zwei verschiedenen Meßeinrichtungen zum Sammeln der Meßwerte innerhalb eines einzigen Meßgerätes die Vorteile der beiden Meßeinrichtungen gewährleistet sind und daß dadurch viele Nachteile und Schwierigkeiten beseitigbar sind, die mit den bekannten Geräten verbunden sind. Die vorliegende Erfindung verwendet sowohl eine rotierende Aufnahmerolle, die als Bestandteil einer Schalteinrichtung mit mechanischen Schaltkontakten in einem elektrischen Schaltkreis elektrische Impulse erzeugt, welche der Maßbandverstellung entsprechen; weiterhin verwendet die Erfindung Infrarot-empfindliche Markierungen, die auf dem Maßband aufgedruckt sind, zusammen mit einem Fotosensor, um diese Markierungen abzulesen und damit die Verstellung des Maßbandes zu bestimmen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neues und verbessertes Meßgerät bereitzustellen, das in Form eines Maßbandes ausgebildet ist, das mit einer elektronischen Erfassung des gemessenen Abstandes arbeitet und das eine digitale Anzeige dieses Abstandes erzeugt, wobei die Nachteile der bekannten Geräte weitgehend beseitigt sind.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Maßband bereitzustellen, das sowohl maschinenlesbar ist wie mit dem menschlichen Auge abgelesen werden kann. Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Meßgerät bereitzustellen, das die Anzeige von Abständen ermöglicht, die im Verlauf aufeinanderfolgender Verstellungen des Meßelementes in zwei entgegengesetzte Richtungen auftreten.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein außerordentlich leichtes und kompaktes, in der Hand zu haltendes Maßband bereitzustellen, das einen einfachen Aufbau aufweist und das preiswert in der Herstellung ist.
Noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches und preiswertes elektronisches Maßband mit digitaler Anzeige bereitzustellen, das ein hohes Maß an Genauigkeit, eine ausgezeichnete Zuverlässigkeit und hohe Lebensdauer aufweist.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Maßband bereitzustellen, das mit einer einfachen Einrichtung zur Erfassung und Korrektur von Meßfehlern versehen ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe und Ziele wird mit der vorliegenden Erfindung ein digitales Maßband bereitgestellt, das eine Kombination aus zwei verschiedenen Meßverfahren zur Längenmessung verwendet, die teilweise redundant sind und die verwendet werden, um sich gegenseitig zu korrigieren.
Insbesondere weist das erfindungsgemäße Meßgerät einen Absolut-Meßwert-Bildner auf, der mit einem Infrarot-empfindlichen Strichcode arbeitet, der über die Länge des Maßbandes aufgedruckt ist und der mit Hilfe einer optischen Leseeinrichtung abgelesen wird, um zu ausgewählten Verstellungsintervallen absolute Meßwerte anzuzeigen. Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Meßgerät einen einfachen Inkremental- Meßwert-Bildner auf, der aus einer Vielzahl von Stegen, Rippen oder Leisten gebildet ist, die sich an der Aufnahmerolle befinden und die mit Schaltkontakten einer Schaltungsplatte zusammenarbeiten.
Wenn das auf einer Aufnahmerolle aufgewickelte Maßband aus dem Gehäuse herausgezogen wird, dann dreht sich die Aufnahmerolle als Folge der Verstellung des Maßbandes und zu jedem Zeitpunkt kommt einer der Stege an der Rolle in Kontakt mit einem Schaltkontakt an der Schaltungsplatte, wobei ein elektrischer Impuls erzeugt wird, so daß mit Hilfe des Inkremental-Meßwert-Bildners eine fortlaufend aktualisierte Anzeige von Meßwerten erzeugt wird, die zwischen den absoluten Ablesepositionen liegen, die mit Hilfe des Strichcodes geliefert werden.
Zu dem Absolut-Meßwert-Bildner gehört ein Strichcode auf dem Maßband und eine optische Leseeinrichtung. Die optische Leseeinrichtung hat den Vorteil einer genauen Erfassung der exakten Maßbandposition. Da jedoch typischerweise die Erzeugung der Strichcodes recht mühsam ist, kann mit relativ ein fachen optischen Einrichtungen der Strichcode nicht häufig genug abgelesen werden, um beispielsweise eine fortlaufende Aktualisierung der Meßwerte in Abständen von 0,8 mm (1/32 Zoll) zu ermöglichen. Für solch häufige Ablesungen und Anzeigen wäre es erforderlich, auf komplizierte Strichcodes und hochpräzise optische Einrichtungen zurückzugreifen.
Andererseits bringt ein Inkremantal-Meßwert-Bildner, der elektrische Impulse entsprechend der gemessenen Länge erzeugt, den Vorteil von Ablesungen kleiner Verstellungsintervalle wegen seines einfachen Aufbaus und Meßverfahrens. Jedoch kann ein solcher Inkremental-Meßwert-Bildner ungenau arbeiten, wenn elektrische Impulse verlorengehen oder wenn Fehlimpulse auftreten, sofern keine Möglichkeit besteht, auf eine korrekte Ablesung zurückzugreifen. Durch eine Kombination der Ergebnisse der Ausgangssignale der beiden Meßwert-Bildner in einer integrierten Schaltung können die Meßwerte des Inkremental-Meßwert-Bildners zur Aktualisierung der Meßwerte in Abständen von 0,8 mm (1/32 Zoll) verwendet werden, während der Absolut-Meßwert-Bildner dazu dient, die Meßwerte in längeren Intervallen zu überprüfen und zu korrigieren, sofern dies notwendig ist. Eine Kombination dieser beiden Verfahren realisiert die Vorteile jedes Verfahrens und erlaubt die Beseitigung der Nachteile, die dann auftreten, wenn jedes Verfahren nur für sich alleine benutzt wird.
Zusätzlich zur Bereitstellung der Impulse für eine inkrementale Anzeige steuert der Inkremental-Meßwert-Bildner auch den optischen Sensor, so daß dieser eine getaktete (strobe) Ausleuchtung des Maßbandes vornimmt, so daß die tatsächlichen Ablesungen des Strichcodes nur dann durchgeführt werden, wenn Impulse aus dem Inkremental-Meßwert-Bildner anliegen. Hierdurch kann die Lebensdauer der Batterie ganz erheblich gesteigert werden
Andererseits weisen die Strichcodeelemente zugeordnete Beträge der Impulse für jedes Element des Strichcodes auf, der gerade abgelesen wird. Deshalb ist der Zählstand der Impulse des Inkremental-Meßwert-Bildners ebenfalls wechselseitig mit der optischen Leseeinrichtung abgestimmt.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Meßeinrichtung ist 50 ausgebildet und gestaltet, daß sie leicht in ein standardisiertes Maßbandgehäuse eingesetzt werden kann. Dies liefert Einfachheit und Bequemlichkeit für den Benutzer eines üblichen, in der Hand zu haltenden Meßgerätes mit Stahlmaßbändern. Gleichzeitig liefert das erfindungsgemäße Meßgerät hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit, auch wenn es in Umgebungen benutzt wird, die typischerweise nachteilige Auswirkungen auf die Leistungsfähigkeit der bekannten Standard-Meßgeräte haben.
Das erfindungsemäße Meßgerät liefert auch die Bequemlichkeit einer digitalen Anzeige zusätzlich zu der optischen Ablesung sichtbarer Markierungen auf dem Maßband. Das erfindungsgemäße Meßgerät liefert alle diese Vorteile bei relativ niedrigen Herstellungskosten, die kompatibel sind mit den Herstellungskosten von Standard-Maßbändern, die zur Zeit handelsüblich am Markt angeboten werden.
Die elektronischen Komponenten des erfindungsgemäßen Meßgerätes können leicht an Standardgehäuse von Maßband-Meßgeräten angepaßt werden, etwa durch geringfügige Abänderung der Größe oder der Gestalt. Ein Gehäuse, das sonst für übliche mechanische Maßband-Meßgeräte benutzt wird, muß nur soweit modifiziert werden, daß eine Flüssigkkristallanzeige und ein Raum für die Batterie(en) geschaffen wird. Die Komponenten der Elektronik, der Schaltung und der Anzeige werden auf einer einzigen Schaltungsplatte befestigt, die dann in das Gehäuse eingesetzt wird.
Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Maßband wird mit einem in der Industrie üblichen, standardisierten zweifach verzahnten 5-Strichcode bedruckt. Gleichzeitig werden übliche Markierungen für eine visuelle Ablesung aufgedruckt, wobei keine höhere Auflösung erforderlich ist. Zum Zeitpunkt des Zusammenbaus erfordert die Herstellung des Meßgerätes keinerlei Kalibrierung. Der Einbau des optischen Lesekopfes zum Ablesen des Bandes erfordert keine besonderen Einstellungen zur Kompensierung der Tiefenschärfe, wie das sonst bei hochpräzisen Optikteilen erforderlich ist.
Nachstehend wird die Erfindung mehr im einzelnen anhand einer bevorzugten Ausführungsform mit Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; die letzteren zeigen:
Figur 1 in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes digitales Längen-Meßgerät;
Figur 2 eine auseinandergezogene Darstellung der Komponenten des digitalen Längen-Meßgerätes;
Figur 3 in einer perspektivischen Darstellung ein erfindungsgemäßes digitales Meßgerät, wobei Teile weggelassen sind, um einen Blick auf Komponenten zu ermöglichen, die sich innerhalb des geschlossenen Gehäuses befinden;
Figuren 4A und 4B eine schematische Darstellung des des Absolut-Meßwert-Bildners und seiner Arbeitsweise;
Figur 5 eine bevorzugte Ausführungsform eines Strichcodes, der in dem Absolut-Meßwert-Bildner des erfindungsgemäßen Meßgerätes benutzt wird;
Figur 6 eine bevorzugte Ausführungsform eines Inkremental-Meßwert-Bildners;
Figuren 7A und 7B die Arbeitsweise des Inkremental Meßwert-Bildners;
Figur 8 anhand eines Funktionsblockdiagramms die 5 Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Meßgerätes; und
Figur 9 die Signal-Wellenformen, die in verschiedenen Teilen der Signalprozessoreinheit auftreten.
Mit Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform wird nachstehend eine Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die von den Erfindern als beste Möglichkeit zur Realisierung der Erfindung angesehen wird.
Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Maßband-Meßgerätes 100, mit einem geschlossenen Gehäuse 10, das Seitenwände 2 und 4, einen Deckel 6, einen Boden 8, ein vorderes Ende 3 und ein rückwärtiges Ende 5 aufweist. Das geschlossene Gehäuse 10 weist ähnliche Gestalt und ähnliche Abmessungen auf wie ein übliches Standard-Gehäuse eines in der Hand zu haltenden Maßband-Meßgerätes. In einem unteren Abschnitt 7 des Vorderendes 3 befindet sich ein seitlicher Schlitz 9, durch welchen das herausziebare Maßband 20 aus seiner aufgewickelten Position in dem geschlossenen Gehäuse 10 heraustritt. Am Ende 11 des Maßbandes 20 befindet sich ein üblicher Metallclip 13, der verhindert, daß das Ende 11 des Maßbandes 20 in das Gehäuse 10 eintreten kann; weiterhin bildet der Metallclip 13 einen Angriffspunkt für die Finger einer Hand, um dadurch das Herausziehen des Maßbandes 20 aus dem Gehäuse 10 zu erleichtern.
Der Deckel 6 des Gehäuses 10 ist mit einer Anzahl Regelknöpfen versehen, die allgemein als 14 gekennzeichnet sind und mit deren Hilfe verschiedene Steuer- oder Regelfunktionen einstellbar sind. Naturgemäß können unterschiedliche Anordnungen dieser Regelknöpfe vorgesehen sein, was auch vom Ausmaß der Komplexität eines bestimmten Produktes abhängt, beispielsweise auch davon, ob Rechnerfunktionen an dem Meßgerät vorgesehen sind. Benachbart zu den Regelknöpfen 14 befindet sich eine digitale LCD-Anzeige 23 bekannter Art, um die gemessene Länge anzuzeigen. Die Anzeige 23 ist eine übliche Anzeigevorrichtung mit sieben Segmenten, wobei Anzeigen in Fuß, Zoll und Bruchteilen eines Zolls bis zu 1/32 eines Zolls möglich sein sollen. An der Vorderseite des Gehäuses 10 befindet sich eine Halteeinrichtung 16, etwa in der Form einer einen Gürtel umfassenden Klammer, welche das Tragen des Meßgerätes erleichtert.
Wie das besser aus Figur 2 ersichtlich ist, befindet sich innerhalb des Gehäuses 10 ein üblicher Maßband-Mechanismus mit einem Maßband 20, das auf eine Aufnahmerolle 22 aufgewickelt ist, die mit Hilfe einer Feder rückstellbar ist, wobei das Maßband 20 durch den Schlitz 9 im Gehäuse 10 herausgeführt ist. Das Maßband 20 kann aus Stahl bestehen oder aus einem geeigneten nicht-metallischen Material, das eine ausreichende Festigkeit und Biegsamkeit aufweist, und das mit den üblichen sichtbaren Markierungen bzw. Indices bedruckt ist. Das Gehäuse 10 besteht aus verschiedenen Gehäuseteilen, die leicht auseinandernehmbar und zusammensetzbar sind. Wenigstens die Seitenteile 2 und 4 sind lösbar miteinander verbunden und bilden dann einen Rahmen, an dem sich der Deckel, der Boden, die Vorderseite und die Rückseite befinden; zum Verbinden dienen eine Anzahl Befestigungsmittel 17, wie das am besten aus Figur 2 ersichtlich ist. Innerhalb des Gehäuses 10 befindet sich eine einstückige gedruckte Schaltungsplatte 40, an welcher die elektronischen und optischen Elemente befestigt sind und an welcher die eigentliche Schaltung ausgebildet ist. Am oberen Abschnitt der einstückigen gedruckten Schaltungsplatte 40 befindet sich eine LCD-Anzeige 23 und die Regelknöpfe 14, sowie die Schaltelemente 52, welche einen Bestandteil des Inkremental-Meßwert-Bildners 50 bilden.
Zur Versorgung des Meßgerätes mit Strom und Spannung dient eine Batterie 18, die innerhalb des Gehäuses 10 untergebracht ist.
Das digitale Maßband-Meßgerät 100 weist zwei getrennte Einrichtungen zur Bestimmung einer gemessenen Länge oder eines gemessenen Abstandes auf. Die erste Einrichtung ist ein Inkremental-Meßwert-Bildner 50, der mit der Aufnahmerolle 22 zusammenwirkt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht dieser Inkremental-Meßwert-Bildner 50 aus zwei Teilen. Der erste Teil ist definiert durch eine Vielzahl Stege 51, die in zwei konzentrischen Spuren 24, 26 an der Aufnahmerolle 22 angeformt sind; jeder Steg 51 ist radial auf den Mittelpunkt der Aufnahmerolle 22 hin ausgerichtet; zwischen zwei benach barten Stegen 51 innerhalb einer Spur 24 oder 26 besteht ein Abstand von 6 Grad; die Stege in einer Spur sind um 1,5 Grad versetzt angeordnet gegenüber den Stegen 51 in der anderen Spur (vgl. Figuren 6 und 7A).
Wenn sich die Aufnahmerolle 22 dreht, verursacht durch das Abziehen des Maßbandes 20 entsprechend der zu messenden Länge, dann kommen die Stege 51 in Kontakt mit Schaltelementen 52, die an der integrierten Schaltungsplatte 40 ausgebildet sind. Jedesmal, wenn der Schaltkreis durch einen der Stege 51 geschlossen ist, wird ein elektrischer Impuls erzeugt und dem Signalprozessor 70 zugeführt; dort werden diese Impulse zur Inkremental-Messung aktualisiert. Die Stege 51 sind in einem solchen Abstand zueinander angeordnet, daß je ein elektrischer Impuls in Intervallen von je 1/64 Zoll erzeugt wird.
Wenn der Signalprozessor 70 zwei elektrische Impulse aus der gleichen Drehrichtung des Maßbandes 20 aufsummiert, dann wird die Anzeige 23 um 1/32 Zoll aktualisiert. Wie das aus Figur 6 ersichtlich ist, weist eine bevorzugte Ausführungsform des Inkremental-Meßwert-Bildners 50 vier Schaltkontakte 52 an der Schaltungsplatte 40 auf, welche geschlossen werden, durch Kontakt mit den Stegen 51, die an der Aufnahmerolle 22 angeformt sind.
Die Anwendung von einer Anzahl Schalter 52 ist gewählt worden, um die Anzahl der Impulse auch bei kleinen Verstellintervallen zu erhöhen, ohne daß die Stege 51 zu nahe nebeneinander angeordnet werden müssen. Dadurch wird weiterhin verhindert, daß die Winkel der Stege 51 zu steil werden, und es wird eine einfache Möglichkeit zur Erfassung der Richtung der Maßbandbewegung durch den Signalprozessor geschaffen, entsprechend der Aufeinanderfolge der empfangenen Impulse. Wenn sich die Rolle 22 dreht, dann bezeichnet die Aufeinanderfolge von Anfangsimpuls und Endimpuls an die decodierenden Elektronikkomponenten in dem Signalprozessor 70 die Richtung der Bewegung des Maßbandes 10. Deshalb bezieht sich die Information über die Phase und die Impulszählung auf Inkremente von 0,8 mm (1/32 Zoll) längs des Maßbandes 10.
Naturgemäß kann für den Inkremental-Meßwert-Bilder 50 auch eine andere Struktur vorgesehen werden, beispielsweise in Form einer Anzahl von Piezoelementen, die an der Aufnahmerolle vorgesehen sind, und die Impulse erzeugen, entsprechend ihrer Ablenkung an Einrichtungen, die beispielsweise an der Schaltungsplatte angebracht sind.
Die zweite Meßeinrichtung ist ein Absolut-Meßwert-Bildner 30, der eine Aktualisierung der Meßwerte in geeigneten Intervallen liefert, beispielsweise in Intervallen von 7,6 cm (3 Zoll).
Zu dem Absolut-Meßwert-Bildner 30 gehört ein reflektierender, IR-empfindlicher Strichcode 29, der über die gesamte Länge auf dem Maßband 20 aufgedruckt ist sowie eine optische Detektoranordnung 31 zum Lesen des gedruckten Code, wenn das Maßband 20 zu Meßzwecken verstellt wird.
Wie das am besten aus den Figuren 1 bis 3 ersichtlich ist, weist das Maßband 20 zusätzlich übliche mit dem menschlichen Auge ablesbare oder Markierungen 25 auf, die längs beider Ränder auf einer Oberfläche des Maßbandes 20 aufgedruckt sind.
Zu dem schematisch in den Figuren 4A und 4B dargestellten Absolut-Meßwert-Bildner 30 gehört eine optische Anordnung 31, die innerhalb des Gehäuses 10 an einer Stelle benachbart zum Ausgabeschlitz 9 angeordnet ist, durch welchen das Maßband 20 aus dem Gehäuse 10 herausgezogen werden kann. Zum Ablesen des Strichcode 29 auf dem Maßband 20 weist die optische Anordnung 31 zwei optische Elemente 33, 35 auf, die in einem einzigen optischen Kopf integriert sind; hierbei handelt es sich um einen LED-Emitter 33 zur Beleuchtung des Maßbandes 20 und um einen Fotodetektor 35 zur Aufnahme des Lichtes, das an dem Maßband 20 reflektiert worden ist. Das erfaßte Licht wird daraufhin in ein elektrisches Signal umgewandelt, 50 daß die Bewegung des Maßbandes 20 gemessen werden kann durch optische Erfassung der aufeinanderfolgenden Strichcode-Markierungen längs des Maßbandes 20 zur Bestimmung der abzumessenden Länge. Der in Figur 6 dargestellte bekannte übliche Strichcode besteht aus IR-reflektierenden und absorbierenden Elementen (hell und dunkel) und ist daher auf einem dunklen Stahlband nicht sichtbar, das lediglich die mit dem unbewaffneten Auge sichtbaren Markierungen 25 zeigt.
Nachstehend wird die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Meßgerätes mit Bezugnahme auf das Blockdiagramm in den Figuren 8 und 9 beschrieben.
Wenn das Maßband 20 aus dem Gehäuse 10 herausgezogen wird, dann werden mit Hilfe des Inkremental-Meßwert-Bildners 50 elektrische Signale erzeugt, die der Signalprozessoreinheit 70 zugeführt werden. Zu der Signalprozessoreinheit 70 gehört ein Impulsfilter und Codeumsetzer 71, der mit einem Persistenz-Algorhythmus arbeitet, der es ermöglicht, daß das System nur solche Signale annimmt, die wenigstens für eine bestimmte Zeitspanne bestehen; hierdurch können fehlerhafte Signal abgewiesen werden.
Nachdem das Analogsignal durch die Tätigkeit des Filters und des Codeumsetzers 71 gereinigt worden ist, wird es in Digitalsignale umgewandelt, die in den Auf/Ab-Zähler 72 eingekoppelt werden. Auf der Basis dieser Signale kann sowohl die Richtung der Bewegung des Maßbandes 20 wie das Ausmaß der inkrementellen Bewegungsschritte in Einheiten von 1/64 Zoll bestimmt werden. Das Ausgangssignal des Impulsfilters 71 wird auch dem Impulsgenerator 73 an der Seite des LED-Emitters 33 zugeführt. Der Impulsgenerator 73 treibt die programmierbare Lichtquelle 74 und den Pulstreiber 75, um den LED-Emitter 33 zu betätigen, damit dieser den Strichcode 29 auf dem Maßband 20 ausleuchtet. Als Ergebnis kann der optische Detektor 35 jedesmal dann, wenn von dem Inkremental- Meßwert-Bildner 50 ein Impuls erzeugt wird, die Strichcode elemente auf dem Maßband 20 erfassen.
Das Ausgangssignal des Auf/Ab-Zählers 72 wird auch einem Strichbreiten-Sammlerzähler 77 an der Detektorseite der optischen Anordnung 31 zugeführt. Der Strichbreiten-Sammlerzähler 77 reagiert auf das Ausgangssignal des programmierbaren Komparators und auch auf den Status des Auf/Ab- Zählers 72.
Wie das aus Figur 9 ersichtlich ist, erzeugt der Fotodetektor im Verlauf des Strichcodeablesens Signale mit hoher Amplitude, welche den Lichtelementen an den Strichcodesegmenten entsprechen, und ferner Signale mit niedriger Amplitude, die unterhalb eines vorgebbaren und programmierbaren Schwellenwert des programmierbaren Komparators 79 liegen. Ein vorgegebener Zählstand von Impulsen, die von dem Strichbreiten-Sammlerzähler 77 aus dem Auf/Ab-Zähler 72 erhalten werden, entspricht der Breite eines einzelnen Strichcodeelemente. Ein Wechsel im Zustand der vom Fotodetektor empfangenen Signale von hoch nach niedrig setzt den Zählstand der Impulse zurück, die durch den Strichbreiten- Sammlerzähler 77 von dem Auf/Ab-Zähler 72 empfangen werden. Der Zustand (Status bzw. Zählstand) des Zählers 77 wird auf den Regler 80 übertragen.
Um eine hohe Datendichte zu erzielen, ist jede Strichcode- Datengruppe, die ihrerseits einen redundanten Vierzifferncode aufweist, getrennt von der nächsten Strichcode-Datengruppe durch eine Ruhezone, ein 2-Aus-5-Startkennzeichen und ein 2-Aus-5-Stoppkennzeichen. Ein gültiges Format besteht aus einer Ruhezonenerkennung, gefolgt von einem gültigen Startkennzeichen oder Stoppkennzeichen, was von der Richtung der Maßbandfortbewegung abhängt, gefolgt von einem oder mehreren gültigen Zifferkennzeichnen, wobei jedes Zifferkennzeichen enthält zwei breite Striche und drei schmale Striche, denen ein Stoppkennzeichen oder Startkennzeichen folgt. Der Code ist insoweit verschachtelt oder verschränkt, als die Elemente eines Zifferkennzeichens aus zwei breiten und drei schmalen dunklen Elementen bestehen, während die Elemente des nächstfolgenden Zifferkennzeichens ebenfalls aus zwei breiten und drei schmalen Elementen bestehen, wobei es sich hier jedoch um leuchtende bzw. reflektierende Elemente handelt.
Es sind großzügige Toleranzen für die Strichbreitenunterscheidung erforderlich, 50 daß Falschablesungen infolge von Schmutz auf dem Maßband oder dem üblichen Maßbandverschleiß nicht auftreten. Die Dichte der Ausgangssignale am Inkremental-Meßwert-Bildner wird 50 eingestellt, daß ein wenigstens zwei Impule umfassendes Sicherheitsband ein Strichcodeformat von dem nächsten Strichcodeformat trennt. Zum Beispiel können die Ruhezonen (hell) eine Breite von 13 bis 15 Impulsen haben; die breiten Striche (hell oder dunkel) können eine Breite von 8 bis 10 Impulsen haben, und die schmalen Striche (hell oder dunkel) können eine Breite von 3 bis 5 Impulsen haben.
Der Inkremental-Meßwert-Bildner 50 erzeugt für jeden Strichcode maximal 15 Lichtblitze für breite Striche und maximal 5 Lichtblitze für schmale Striche. Dies gewährleistet, daß jedes individuelle Segment des Codes lesbar ist. Die Erzeugung der Lichtblitze erfolgt durch das Ausgangssignal des Inkremental-Meßwert-Bildners 50, die natürlich nicht kontinuierlich sind. Der tatsächliche Grund für die Erzeugung von Lichtblitzen besteht darin, die verwertbare Lebensdauer der Batterie zu steigern, 50 daß das Meßgerät für mehrere Monate ohne Batterieaustausch betrieben werden kann.
Die in den erfindungsgemäßen Meßgeräten verwendeten preiswerten Fotodetektoren weisen naturgemäß gewisse Schwächen dahingehend auf, daß die Qualität in großem Umfang schwankt und daß erhebliche Schwankungen hinsichtlich der Empfindlichkeit auftreten konnen; dies beruht nicht nur auf der Tatsache, daß es sich hier um preiswerte Produkte einer Massenproduktion handelt, sondern auch darauf, daß über die Länge des Gebrauchs Verschlechterungen auftreten und/oder daß die Batterie nachläßt, 50 daß nur schwache Ausgangssignale der Fotodetektoren auftreten.
Um trotzdem eine maximale Wahrscheinlichkeit hinsichtlich einer korrekten Ablesung der Strichcodeelemente zu erzielen, weist das erfindungsgemäße Meßgerät sowohl eine programmier bare Stromquelle auf der LED-Emitterseite wie eine variabel programmierbare Schwellenspannung am Komparator 79 auf der Detektorseite auf. Die programmierbare Stromquelle 74 wird mit der Maßgabe programmiert, um die Stromzufuhr zu den LED- Elementen zu optimieren, um damit die Lichtmenge zu kontrol lieren, mit welcher der Strichcode 29 ausgeleuchtet wird. Die variabel programmierbare Schwellenspannung am Komparator 79 optimiert die Ausgangsignale an der Detektorseite, so daß der Übergang von dunklen zu hellen Segmenten des Strichcodes sicher erfaßt wird.
Der Regler-IC 80, der mit dem Signalprozessor 70 verknüpft ist, handhanbt grundsätzliche Funktionen, wie etwa die Regelung der LCD-Anzeige 23, des Speichers und weitere Funktionen. Der Regler 80 empfängt Aktualisierungssignale aus dem Inkremental-Meßwert-Bildner 50 zur Steuerung der Meßwertanzeige in Schritten von 0,8 mm (1/32 Zoll) und aus dem Strichbreiten-Sammlerzähler 77 in Intervallen von je 7,6 cm (3 Zoll), welche zu jedem Zeitpunkt den Inkremental-Zähler erneut in Betrieb setzen. Der Regler 80 steuert auch die programmierbare Stromquelle 74 und den Schwellenwert des programmierbaren Komparators 79. Zusätzlich kann der Regler 80 so programmiert sein, daß er das System abschaltet, nachdem das Meßgerät eine vorgegebene Zeitspanne lang nicht benutzt worden ist; auch diese Maßnahme dient der Erhöhung der verwertbaren Batterie lebensdauer.
Das grundsätzliche Verfahren zur Bestimmung einer Verstellung des Maßbandes in dem erfindungsgemäßen Meßgerät ist der Inkremental-Meßwert-Bildner und dessen Software. Tatsächlich könnte dieser Inkremental-Meßwert-Bildner unter idealen Arbeitsbedingungen auch alleine arbeiten, ohne Aktualisierung durch den Absolut-Meßwert-Bildner. Jeder Impuls, der aus der Tätigkeit der Schalter und Stege herrührt, und der dem Signalprozessor zugeführt worden ist, entspricht der Verstellung des Maßbandes in einer gegebenen Richtung, die gleich ist dem Abstand zwischen einem einzelnen Steg an der Aufnahmerolle und dem nächsten Steg in der benachbarten Spur. Die Signalprozessoreinheit bestimmt auch die Richtung der Maßbandverstellung, da bei den empfangenen Impulsen zwischen den Spuren und deren Aufeinanderfolge unterschieden wird.
Jedoch wäre im praktischen Gebrauch ein solcher Inkremental- Meßwert-Bildner nicht fehlerfrei und es wäre unm-glich, Meßfehler zu korrigieren, nachdem sie einmal aufgetreten sind.
Am erfindungsgemäßen Meßgerät sind mögliche Fehler des Inkremental-Meßwert-Bildners nicht kumulativ, weil der Absolut-Meßwert-Bildner in ausgewählten Intervallen, die in der bevorzugten Ausführungsform jeweils 7,6 cm (3 Zoll) umfassen, absolute Ablesungen vornimmt.
Deshalb wird nach einer Verstellung von jeweils 7,6 cm (3 Zoll) eine Strichcodeablesung durchgeführt, und die Signalprozessoreinheit veranlaßt eine Anzeige der exakten Maßbandlänge. Daraufhin beginnt der Inkremental-Meßwert-Bildner erneut mit der Aktualisierung der Längenmessung in Schritten von jeweils 0,8 mm (1/32 Zoll) bis zur nächsten Aktualisierung eines Absolut-Wertes. Dieses duale Verfahren zur Sammlung und Anzeige der Meßwerte ermöglicht eine hohe Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Maßband-Meßgerätes.
Für Fachleute ist ersichtlich, daß Abänderungen und Modifizierungen der beschriebenen Ausführungsformen möglich sind, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen, wie er in den Patentansprüchen definiert ist.

Claims

1. Digitales Längen-Meßgerät, mit

- einem Gehäuse (10),

- einer Rolle (22), die in dem Gehäuse (10) angeord net ist,

- einem Maßband (20), das auf die Rolle (22) aufgewickelt ist, wobei das Gehäuse (10) eine Öffnung (9) aufweist, durch welche das Maßband (20) heraus ziehbar ist, wobei die Rolle (22) gedreht wird,

- einer Meßeinrichtung, die verarbeitbare elektrische Signale erzeugt, welche der aus dem Gehäuse (10) herausgezogenen Länge des Maßbandes (20) entsprechen,

- einer Datenverarbeitungseinrichtung (Prozessor, 70) zur Verarbeitung der elektrischen Signale,

- einer Anzeigeeinrichtung (23), die von dem Prozessor (70) angesteuert wird, um Informationen darzustellen, welche der aus dem Gehäuse (10) herausgezogenen linearen Länge des Maßbandes (20) entspre chen,

dadurch gekennzeichnet, daß

die Meßeinrichtung aufweist:

- einen Inkremental-Meßwert-Bildner (50), der mit der Rolle (22) gekoppelt ist und der inkrementale Meßwerte erzeugt, wenn das Maßband (20) aus dem Gehäuse (10) herausgezogen wird; und

- einen Absolut-Meßwert-Bildner (30), der mit dem Maßband (20) zusammenwirkt, um absolute Meßwerte zu erzeugen, wenn das Maßband (20) aus dem Gehäuse (10) herausgezogen wird;

wobei die Anzeigeeinrichtung (23) in der Weise von dem Prozessor (70) angesteuert wird, um lineare Längenangaben anzuzeigen, die beruhen auf den absoluten Meßwerten, die von dem Absolut-Meßwert-Bildner (30) geliefert werden entsprechend vorgegebenen Abschnitten der linearen Länge des herausgezogenen Maßbandes (20); und

wobei diese Anzeigeeinrichtung (23) weiterhin anzeigt lineare Längenangaben, die beruhen auf den inkrementalen Meßwerten zwischen den angezeigten absoluten Meßwerten.

2. Digitales Längen-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der Absolut-Meßwert-Bildner (30) aufweist:

- Codierungsmittel (29), die auf dem Maßband (20) codiert sind und die auf eine optische Beleuchtung ansprechen;

- eine Lichtquelle (33) für die optische Beleuchtung; und

- einen optischen Detektor (35);

wobei die Lichtquelle (33) gesteuert wird durch eine Abfolge von Signalen, die von dem Inkremental-Meßwert-Bildner (50) geliefert werden; und

wobei die absoluten Meßwerte erzeugt werden als Reaktion auf die Signale aus dem Inkremental-Meßwert-Bildner (50).

3. Digitales Längen-Meßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

die vorgegebenen Abschnitte jeweils 7,6 cm (3 Zoll) lang sind; und

die inkrementalen Meßwerte angezeigt werden in Größen von je 0,8 mm (1/32 Zoll) zwischen den angezeigten absoluten Längenangaben.

4. Digitales Längen-Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Anzeige absoluter Meßwerte eine neue Folge der Anzeige von inkrementalen Meßwerten in Gang setzt.

15. Digitales Längen-Meßgerät (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (70) kombiniert den letzten angezeigten absoluten Meßwert mit den, seit dem letzten absoluten Meßwert erzeugten inkrementalen Meßwerten, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.

6. Verfahren zur Längenmessung

mit einem digitalen Längen-Meßgerät, das aufweist ein Maßband (20), das auf eine Rolle (22) aufgewickelt ist, die innerhalb eines Gehäuses (10) angeordnet ist, wobei daß Maßband (20) durch eine Öffnung (9) im Gehäuse (10) herausziehbar ist, wobei die Rolle (22) gedreht wird, gekennzeichnet durch nachstehende Verfahrensschritte:

- mit Hilfe eines Inkremental-Meßwert-Bildners (50) werden inkrementale Meßwerte erzeugt, wenn das Maßband (20) aus dem Gehäuse (10) herausgezogen wird;

- mit Hilfe eines Absolut-Meßwert-Bildners (30) werden absolute Meßwerte erzeugt, wenn das Maßband (20) aus dem Gehäuse (10) herausgezogen wird;

- die inkrementalen Meßwerte und die absoluten Meßwerte werden einer Datenverarbeitungseinrichtung (Prozessor, 70) zugeführt, die sowohl auf inkrementale Meßwerte wie auf absolute Meßwerte an spricht, und die mit der Maßgabe, daß nach jeder Eingabe eines neuen absoluten Meßwertes die Zählung der inkrementalen Meßwerte erneut in Gang gesetzt wird, ein Ausgangssignal erzeugt wird, das der aus dem Gehäuse (10) herausgezogenen linearen Lange des Maßbandes (20) entspricht; und

- mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung (23), die auf die Ausgangssignale des Prozessors (70) anspricht, werden lineare Längenangaben angezeigt, welche der aus dem Gehäuse (10) herausgezogenen linearen Länge des Maßbandes (20) entsprechen.

17. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung der absoluten Meßwerte gesteuert wird durch den Inkremental-Meßwert-Bildner (30).

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß

die absoluten Meßwerte angezeigt werden in Abschnitten von jeweils 7,6 cm (3 Zoll) der herausgezogenen linearen Länge des Maßbandes (20); und

die inkrementalen Meßwerte angezeigt werden in Größen von je 0,8 mm (1/32 Zoll) der herausgezogenen linearen Länge des Maßbandes (20).

9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Prozessor (20) kombiniert den letzten angezeigten absoluten Meßwert mit den, seit dem letzten absoluten Meßwert erzeugten inkrementalen Meßwerten, um ein Ausgangs signal zu erzeugen.