DE1266518B

DE1266518B - Length or angle measuring device

Info

Publication number: DE1266518B
Application number: DE1964Z0011176
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing E H Kurt Raentsc Dr-Ing
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 1964-11-14
Filing date: 1964-11-14
Publication date: 1968-04-18

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

GOIdGOId

G01b;G08cG01b; G08c

Deutsche KL: 42 d-1/15German KL: 42 d-1/15

Nummer: 1266 518Number: 1266 518

Aktenzeichen: Z11176IX b/42 dFile number: Z11176IX b / 42 d

Anmeldetag: 14. November 1964 Filing date: November 14, 1964

Auslegetag: 18. April 1968Open date: April 18, 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.The invention relates to a length or angle measuring device, in which the measuring movement on a optical component is transmitted, which in turn defines the beam path of a light source, optical aids, Exit and collecting grid as well as photoelectric elements existing photoelectric Arrangement influenced In the known devices of this type, a raster disk is on the Receiver turned past so that it receives light pulses. It is also known the rotating disk to be coded so that an absolute measured value is obtained from the rotational position of the disk.

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.Both devices have the disadvantage that the disc must have a very large diameter, if you want to obtain finely divided measured values in a sufficiently large measuring range. This brings with the disadvantage that relatively large masses have to be moved when driving through the measuring section, which, because of the inertia of these masses, has an unfavorable effect on the measurement.

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.Although there is also a device known in which a light beam through a rotatable mirror a circular grid is moved. This training has the disadvantage that the resolution is not very high, so that it is at least in the downstream receiving means requires a great deal of effort.

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. The object of the invention is to provide a device of the type mentioned at the outset which allows to be able to subdivide even larger measuring ranges very finely without affecting the inertia of the moving Masses becomes noticeable and without difficulties in terms of resolution.

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.This object is achieved according to the invention by the interaction of the individual features that consist in that an output raster to be mapped on itself or on a fixedly arranged catchment raster is fixedly arranged and the optical component receiving the measuring movement in the imaging beam path is rotatably mounted.

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.In this design, the measuring movement is transmitted to the rotatable optical component, the very can be small because it can be placed at a point where the imaging beam has a small diameter. The inertia therefore only influences the measurement result imperceptibly.

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 WinkelmeßeinrichtungThe mapping of the initial grid onto itself or onto the catchment grid also results in that the entire grid provides information that is processed into the measured value, which has not been the case up to now Length or angle measuring device

Anmelder:Applicant:

Fa. Carl Zeiss, 7920 HeidenheimCarl Zeiss, 7920 Heidenheim

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Kurt Räntsch,Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. H. Kurt Räntsch,

7920 Heidenheim7920 Heidenheim

der Fall war, weil hier allenfalls nur ein kleines Winkelintervall ausgenutzt wurde.was the case because here at most only a small angular interval was used.

Vorteilhaft weist das drehbar gelagerte optische Bauteil bei Abbildung des Ausgangsrasters auf sich selbst eine gerade Anzahl von drehbaren Planspiegeln auf, vorzugsweise einen Winkelspiegel.The rotatably mounted optical component advantageously points to itself when imaging the output raster even an even number of rotatable plane mirrors, preferably an angle mirror.

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.If the output grid and the collecting grid are arranged separately, the rotatably mounted optical Component expediently on an odd number of mirror surfaces. A Dove prism is advantageous.

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 a further embodiment of the invention, the output raster is mapped onto the catchment raster not concentric. In this training, several photocells are arranged behind the catchment grid on, they will receive different light intensities depending on their angular offset and thus also emit phase-shifted voltages. These can be used to to perform an up and down counting or interpolations within a measuring interval to undertake.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, embodiments of the invention are shown, namely shows

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,F i g. 1 a first embodiment,

F i g. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.F i g. 2 shows a second embodiment.

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-F i g. 1 shows a length measuring device, ζ. B. in connection with a machine tool (not shown), in which a slide connected to the measuring device 1 is displaced. At the machine bed a rack 2 is provided, in which a pinion 3 of the device engages. The pinion 3 rotates Via bevel gears 4 and 5, a prism 6 in the manner of a Dove prism. In the left part of the facility is a Radial raster 7 is provided, which is illuminated by a light source 8 'via a mirror 9'. That Radial raster 7 is appropriately designed by means of two imaging lenses 8 and 9 Collection grid 10 shown. This device works as follows: If the device

809 539/165809 539/165

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.device 1 moved, then the prism 6 rotates around the optical axis of the device. This rotation causes that also the image of the radial grid 7 rotates over the catchment grid, so that behind this Raster light pulses are generated. The light pulses are counted and represent a measure of the The size of the slide shift.

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.In order to enable up and down counting, the intercepting grid 10 must deliver phase-shifted light pulses. This is achieved in that two tiltable plane-parallel plates 12 and 12 are provided in front of the collecting grid. These deflect the light beams in such a way that, if the maximum light intensity is allowed through at point A, a light intensity shifted by 90 ° is allowed to pass through at points B. In the embodiment of FIG. 1 the points B are provided twice, namely diametrically opposite, in order to achieve a higher light yield. The same training is provided for the point. The light transmitted at A and B is fed to photo cells 13, 14, 15 and 16 by means of light guide tubes 17. The photocells 13 and 16 as well as 14 and 15 are connected in parallel.

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.Fig. 2 shows an embodiment in which the radial raster 20 is mapped onto itself. That Grid 20 is provided by a light source 21 via a lens 22, an annular diaphragm 22 ', a prism 23, a lens 24, a partially transparent mirror 25 and a concave mirror 26 are illuminated. The illustration of the Grid 20 takes place via a further concave mirror 27, a lens 28, an angle mirror 29 and via the already mentioned concave mirror 27 on itself. Sections of the grating 20 are superimposed with the Grating image over the concave mirror 26, the partially transparent mirror 25, a lens 30, further lenses 31 on photocells 32, 32 ', 33, 33', 34, 34 'and other photocells 35, 35' not shown. The photocells 33 and 35 are offset from the photocells 32 and 34 by 90 °. The corner mirror 29 is rotatably mounted in the housing 36. The drive of the corner mirror 29 takes place via a compensating coupling 37. The mode of operation of this device is the same as in FIG. 1 described.

Claims

Patent claims:

1. Length or angle stretching device, in which the measuring movement is directed to an optical component is transmitted, which in turn is the beam path of a light source, optical aids, Exit and catching grids as well as light electrical Elements existing photoelectric arrangement influenced, characterized by the interaction of the individual Features that consist in having a catching grid on itself or on a fixedly arranged catchment grid output raster to be mapped is fixed and that the measuring movement recording optical component is rotatably mounted in the imaging beam path.

2. Device according to claim 1, characterized in that when mapping the grid the rotatably mounted optical component itself has an even number of rotatable plane mirrors, preferably a corner mirror.

3. Device according to claim 1, characterized in that when arranged separately from one another Starting and collecting grid, the rotatably mounted optical component is odd Has number of mirror surfaces.

4. Device according to claim 1, characterized in that when arranged separately from one another Starting and collecting grid the rotatably mounted optical component a Dove prism is.

5. Device according to claim 1, characterized in that the mapping of the output raster and the catchment grid is not concentric.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1136 834;
British Patent No. 909,916;
U.S. Patents Nos. 3,072,798, 3,096,444,
111;

"Feingerätetechnik", H. 8 (1961), pp. 355 to 364; "Technische Rundschau", No. 32, 1962, p. 3.

1 sheet of drawings