Discussion:
Funktionsprinzip eines digitalen Messschiebers
(zu alt für eine Antwort)
Tobias Meyer
2005-04-12 09:14:47 UTC
Permalink
Hallo!

Ich frage mich (und euch ;-) ), wie ein digitaler Messschieber
funktioniert.
Bis jetzt dachte ich eigentlich, dass in der Fläche, auf der bei einem
manuellen die Skala ist, winzige Striche sind, die gezählt werden.
Nun aber habe ich mir einen gekauft, der direkt beim Anschalten anzeigt, an
welcher Position er ist - er muss also die absolute Position bestimmen
können.
Als Funktionsprinzip steht in der Anleitung nur "Kapazitiv", sonst nichts.
Wieß jemand von euch, wie so ein Gerät genau funktioniert?

Danke,
Tobi
Peter Niessen
2005-04-12 10:06:33 UTC
Permalink
Post by Tobias Meyer
Hallo!
Ich frage mich (und euch ;-) ), wie ein digitaler Messschieber
funktioniert.
Bis jetzt dachte ich eigentlich, dass in der Fläche, auf der bei einem
manuellen die Skala ist, winzige Striche sind, die gezählt werden.
Nun aber habe ich mir einen gekauft, der direkt beim Anschalten anzeigt, an
welcher Position er ist - er muss also die absolute Position bestimmen
können.
Als Funktionsprinzip steht in der Anleitung nur "Kapazitiv", sonst nichts.
Wieß jemand von euch, wie so ein Gerät genau funktioniert?
Es gibt verschiedene Varianten aber das Prinzip geht so:
In dem Kunststoffstreifen auf dem die Skala gedruckt ist befinden sich,
ähnlich wie bei Barcodes auf Etiketten, Markierungen aus Metall oder direkt
aus magnetischem Material. Der im Messschieber eingebaute Lesekopf baut ein
elekrisches Feld auf, und liest damit seine absolute Position auf der Skala
aus. Ob man nun das kapazitive Verhalten oder das magnetische Verhalten der
Markierungen variert ist eigentlich egal. Beide Varianten werden in solchen
Messstreifen realisiert. Hochpräzise Masstäbe benutzen Markierungen auf
einem Glasstab oder Metallband die mit einer Optik ausgelesen werden. Aber
das ist für Messschieber deutlich zu teuer und die Verschmutzung der Skalen
wäre ein Problem.

Mit freundlichen Grüßen
Peter Nießen
--
_,,,,,,_ "Warum fallen hier eigentlich ____
\| o|o|/ __ immer tragende Schiffsteile |o|o |
X| _|_|X H von der Decke?" X|_|_ |X
|__|_| MIST |_|__|
Tobias Meyer
2005-04-12 10:18:16 UTC
Permalink
Post by Peter Niessen
In dem Kunststoffstreifen auf dem die Skala gedruckt ist befinden sich,
ähnlich wie bei Barcodes auf Etiketten, Markierungen aus Metall oder direkt
aus magnetischem Material. Der im Messschieber eingebaute Lesekopf baut ein
elekrisches Feld auf, und liest damit seine absolute Position auf der Skala
aus.
Und dann ist tatsächlich eine Markierung pro 1/100mm, oder was die
jeweilige Auflösung ist, da drin? Das ist dann ja sehr fein.
Post by Peter Niessen
Ob man nun das kapazitive Verhalten oder das magnetische Verhalten der
Markierungen variert ist eigentlich egal. Beide Varianten werden in solchen
Messstreifen realisiert.
Aha. Die Magnetischen werden vermutlich einfacher gestört, oder?
Post by Peter Niessen
Hochpräzise Masstäbe benutzen Markierungen auf
einem Glasstab oder Metallband die mit einer Optik ausgelesen werden. Aber
das ist für Messschieber deutlich zu teuer und die Verschmutzung der Skalen
wäre ein Problem.
Und sie zerbrechen vermutlich auch leicht, oder?

Danke für deine Erklärung!
Jetzt muss ich nur noch rausbekommen, wie man die RS232-Schnittstelle
nutzen kann.

Tobi
Peter Niessen
2005-04-12 10:50:53 UTC
Permalink
Post by Tobias Meyer
Post by Peter Niessen
In dem Kunststoffstreifen auf dem die Skala gedruckt ist befinden sich,
ähnlich wie bei Barcodes auf Etiketten, Markierungen aus Metall oder direkt
aus magnetischem Material. Der im Messschieber eingebaute Lesekopf baut ein
elekrisches Feld auf, und liest damit seine absolute Position auf der Skala
aus.
Und dann ist tatsächlich eine Markierung pro 1/100mm, oder was die
jeweilige Auflösung ist, da drin? Das ist dann ja sehr fein.
Nein das braucht nicht zu sein ist eine reine Preisfrage. Denke mal an das
Prinzip eines Nonius. Aber so rein klassisch konnte man auch vor 50 Jahren
Markierungen mit Abständen im 1/1000 Bereich realisieren. 1/100 Teilungen
wären also heute bestimmt kein Problem. Studer baut zum Beispiel eine
Schleifmaschine wo das Messsystem 1 Nanometer auflösen kann und garantiert
Positioniergenauikeiten von ca 10 Nanometer.
Post by Tobias Meyer
Post by Peter Niessen
Ob man nun das kapazitive Verhalten oder das magnetische Verhalten der
Markierungen variert ist eigentlich egal. Beide Varianten werden in solchen
Messstreifen realisiert.
Aha. Die Magnetischen werden vermutlich einfacher gestört, oder?
Ja die unterschiedlichen Feldstärken werden gemessen und das geht sehr
genau. Denke mal an Leseköpfe einer Festplatte.
Post by Tobias Meyer
Post by Peter Niessen
Hochpräzise Masstäbe benutzen Markierungen auf
einem Glasstab oder Metallband die mit einer Optik ausgelesen werden. Aber
das ist für Messschieber deutlich zu teuer und die Verschmutzung der Skalen
wäre ein Problem.
Und sie zerbrechen vermutlich auch leicht, oder?
Wenn der Glasstab nur 1/10 oder 1/100 mm dick ist und dann noch mit
Kunststoff beschichtet wird, bricht der nicht so ohne weiteres. Glas ist
stabiler als man denkt.
Post by Tobias Meyer
Danke für deine Erklärung!
Jetzt muss ich nur noch rausbekommen, wie man die RS232-Schnittstelle
nutzen kann.
Bei den guten Herstellern Mahr, Mytotoyo etc. steht die komplette Kodierung
der Schnittstelle mit technischen Daten auf dem Beipackzettel. Das sollte
also kein Problem sein.

Mit freundlichen Grüßen
Peter Nießen
--
_|\_
Post by Tobias Meyer
<__=_O Cunning Pike SideWays?
Roland Damm
2005-04-12 17:17:23 UTC
Permalink
Moin,
Post by Peter Niessen
Post by Tobias Meyer
Und dann ist tatsächlich eine Markierung pro 1/100mm, oder was
die jeweilige Auflösung ist, da drin? Das ist dann ja sehr fein.
Nein das braucht nicht zu sein ist eine reine Preisfrage.
Feine Markierungen sind eine feine Sache, wenn man sie ablesen kann.
Wie soll das hier denn induktiv passieren?
Post by Peter Niessen
Denke
mal an das Prinzip eines Nonius.
Eben, auch der nutzt einem nichts, wenn man nicht scharf sehen kann.
Nicht umsonst sind Glasmaßstäbe mit Hell/dunbkel-Codierter Position
sehr schön scharf abgebildet und mit hohem Kontrast versehen. 100
Markierungen /mm nutzen einem nichts, wenn die Leseeinheit 10
Steifen breit ist.
Post by Peter Niessen
Studer baut zum Beispiel eine Schleifmaschine wo das
Messsystem 1 Nanometer auflösen kann und garantiert
Positioniergenauikeiten von ca 10 Nanometer.
Aber sicher nicht für den Preis eines Meßschiebers.
Post by Peter Niessen
Post by Tobias Meyer
Post by Peter Niessen
Ob man nun das kapazitive Verhalten oder das magnetische
Verhalten der Markierungen variert ist eigentlich egal. Beide
Varianten werden in solchen Messstreifen realisiert.
Aha. Die Magnetischen werden vermutlich einfacher gestört, oder?
Ja die unterschiedlichen Feldstärken werden gemessen und das geht
sehr genau. Denke mal an Leseköpfe einer Festplatte.
Die Antwort passt nicht zur Frage. Aber egal, gerade die
magnetischen Ableseverfahren sind manchmal sehr robust,
Raddrehsensoren für ABS funktionieren z.B. so. Denen macht ein
bischen Dreck auch nichts aus. Aber die müssen keine 1/100stel
Millimeter auflösen.
Post by Peter Niessen
Post by Tobias Meyer
Danke für deine Erklärung!
Jetzt muss ich nur noch rausbekommen, wie man die
RS232-Schnittstelle nutzen kann.
Hast du es mal ganz dumm mit telnet versucht:-)? Ich meine heute ist
doch schon jede Waschmaschine in der Lage, 'nen Webserver zu
befeuern...

Ach ja, zum Meßprinzip: Wenn da behauptet wird, es würde kapazitiv
gemessen, dann glaube ich nicht, daß da kapazitiv ein Binärcode
ausgelesen wird. Schließlich bräuchte es für sagen wir 20cm
Verfahrweg dann 200000 Stellungen also 18Bit. Die 18 Bit müssen
nebeneinander liegen. Eine Menge Kabelei... Kann man machen, ist
aber IMO recht teuer und bezüglich kapazitiver Auslesung eher nicht
machbar.

Meine Vermutung ist die, daß da irgendwie vielleicht mit ein paar
Bit Binärcode die Position auf Millimeter oder ungenauer ermittelt
wird und dann der Rest an Genauigkeit über ein analoges Verfahren
ermittelt wird. Man kann da viele schöne Trickse aufbauen. Also auf
der Schine ist ein Metallstreifen mit variierender Breite und am
Lesekopf sind mehrere Gegenplatten von denen die Kapazität zu dem
Metallstreifen gemessen wird. Diese hängt dann von der Breite der
Überlappung der beiden Kondensatorplatten ab und diese widerum von
der Breite der einen und daher von der Position. Wenn man die
Formgebung des Streifens variierender Breite günstig wählt und
obendrein noch mehrere verschieden angeordnete
Gegenkondensatorplatten im Lesekopf hat, ausmißt und alle Messungen
in Relations stellt, dann kann man eventuell schon noch auf ein
genaues Ergebnis kommen. Wichtig dabei ist, daß daß Meßergebnis
recht robust gegenüber Abstandsänderungen Kopf-Schiene ist. Das
kann man durch Differenzmessungen im weitesten Sinne erreichen.

CU Rollo
Peter Niessen
2005-04-12 18:51:56 UTC
Permalink
Post by Roland Damm
Moin,
Post by Peter Niessen
Post by Tobias Meyer
Und dann ist tatsächlich eine Markierung pro 1/100mm, oder was
die jeweilige Auflösung ist, da drin? Das ist dann ja sehr fein.
Nein das braucht nicht zu sein ist eine reine Preisfrage.
Feine Markierungen sind eine feine Sache, wenn man sie ablesen kann.
Wie soll das hier denn induktiv passieren?
Hüstel 1/100 ist für moderne Technik geradezu grob. das kann ein
induktiver/kapazitiver Sensor ohne Probleme.
Post by Roland Damm
Post by Peter Niessen
Denke
mal an das Prinzip eines Nonius.
Eben, auch der nutzt einem nichts, wenn man nicht scharf sehen kann.
Eben darum! Messe mal nur 10 Striche gleichzeitig. Aus der Interferenz der
Messwerte bekommst Du locker genaue Zwischenwerte.
Und so wird das auch gemacht. Kein Massstab besitzt Markierungen mit Delta
1/1000. Das wäre nicht bezahlbar.
So als Stichwort auch Moair-Muster (Streifen)
Oder auch Planplatten. Da ist mit blossem Auge (per Interferenz) 1/10000mm
sichtbar. Und diesen Trick kannte schon der olle Zeiss.
Um es mal ganz deutlich zu sagen:
Klassische Messtechnik vor 50 Jahren konnte (zb. Lehrenbau) Längen auf
1/10000mm messen! Ohne den elektronischen Schnickschnack!
Post by Roland Damm
Nicht umsonst sind Glasmaßstäbe mit Hell/dunbkel-Codierter Position
sehr schön scharf abgebildet und mit hohem Kontrast versehen. 100
Markierungen /mm nutzen einem nichts, wenn die Leseeinheit 10
Steifen breit ist.
Eben doch! Der Nonius wird aber durch Interferenz gebildet.
Post by Roland Damm
Post by Peter Niessen
Studer baut zum Beispiel eine Schleifmaschine wo das
Messsystem 1 Nanometer auflösen kann und garantiert
Positioniergenauikeiten von ca 10 Nanometer.
Aber sicher nicht für den Preis eines Meßschiebers.
Das nicht gerade. Die komplette Schleife liegt so bei 300000-500000
Euronen, je nach Ausstattung. Wer das Messsystem baut weiss ich nicht,
vermutlich Haidenhain.
Post by Roland Damm
Post by Peter Niessen
Post by Tobias Meyer
Post by Peter Niessen
Ob man nun das kapazitive Verhalten oder das magnetische
Verhalten der Markierungen variert ist eigentlich egal. Beide
Varianten werden in solchen Messstreifen realisiert.
Aha. Die Magnetischen werden vermutlich einfacher gestört, oder?
Ja die unterschiedlichen Feldstärken werden gemessen und das geht
sehr genau. Denke mal an Leseköpfe einer Festplatte.
Die Antwort passt nicht zur Frage. Aber egal, gerade die
magnetischen Ableseverfahren sind manchmal sehr robust,
Raddrehsensoren für ABS funktionieren z.B. so. Denen macht ein
bischen Dreck auch nichts aus. Aber die müssen keine 1/100stel
Millimeter auflösen.
Mytotoyo bietet dieses System für Auflösungen von 1/1000 als Standard bis
zu Messlängen von 6 Metern an! Noch Fragen?
Post by Roland Damm
Post by Peter Niessen
Post by Tobias Meyer
Danke für deine Erklärung!
Jetzt muss ich nur noch rausbekommen, wie man die
RS232-Schnittstelle nutzen kann.
Hast du es mal ganz dumm mit telnet versucht:-)? Ich meine heute ist
doch schon jede Waschmaschine in der Lage, 'nen Webserver zu
befeuern...
Ach ja, zum Meßprinzip: Wenn da behauptet wird, es würde kapazitiv
gemessen, dann glaube ich nicht, daß da kapazitiv ein Binärcode
ausgelesen wird. Schließlich bräuchte es für sagen wir 20cm
Verfahrweg dann 200000 Stellungen also 18Bit. Die 18 Bit müssen
nebeneinander liegen. Eine Menge Kabelei... Kann man machen, ist
aber IMO recht teuer und bezüglich kapazitiver Auslesung eher nicht
machbar.
Nein soviel Aufwand braucht es nicht. Es wird ein 8 Bit Code übertragen und
das reicht locker. Der Stecker hat schlappe 4 Datenleitungen. Ausserdem:
Pro 10mm (oder auch weniger) eine Absolutmarke reicht und senkt das
Kodierungsproblem erheblich.
Post by Roland Damm
Meine Vermutung ist die, daß da irgendwie vielleicht mit ein paar
Bit Binärcode die Position auf Millimeter oder ungenauer ermittelt
wird und dann der Rest an Genauigkeit über ein analoges Verfahren
ermittelt wird.
Ja so ungefähr, so ganz genau verrät das ja keiner :-((
Post by Roland Damm
Man kann da viele schöne Trickse aufbauen. Also auf
der Schine ist ein Metallstreifen mit variierender Breite und am
Das wird auch gemacht in dem der zickzackförmige Streifen nicht überall den
gleichen Abstand hat.
Post by Roland Damm
Lesekopf sind mehrere Gegenplatten von denen die Kapazität zu dem
Metallstreifen gemessen wird. Diese hängt dann von der Breite der
Überlappung der beiden Kondensatorplatten ab und diese widerum von
der Breite der einen und daher von der Position. Wenn man die
Formgebung des Streifens variierender Breite günstig wählt und
obendrein noch mehrere verschieden angeordnete
Gegenkondensatorplatten im Lesekopf hat, ausmißt und alle Messungen
in Relations stellt, dann kann man eventuell schon noch auf ein
genaues Ergebnis kommen. Wichtig dabei ist, daß daß Meßergebnis
recht robust gegenüber Abstandsänderungen Kopf-Schiene ist. Das
kann man durch Differenzmessungen im weitesten Sinne erreichen.
Und das schafft man auch.

Mit freundlichen Grüßen
Peter Nießen
--
~~~~ ____
|-@-@| "Sie haben mich erkannt." |o|o |
X| _D_|X X|_|_ |X
|__|_| MIST |_|__|
Roland Damm
2005-04-13 22:39:19 UTC
Permalink
Moin,
Post by Peter Niessen
Post by Roland Damm
Feine Markierungen sind eine feine Sache, wenn man sie ablesen
kann. Wie soll das hier denn induktiv passieren?
Hüstel 1/100 ist für moderne Technik geradezu grob. das kann ein
induktiver/kapazitiver Sensor ohne Probleme.
Wie? Die Frage meine ich ernst, auf der Schiene sind Markierungen,
darüber ist eine Beschichtung (Lack). Dann muß ein Spalt sein der
Verschmutzung zulässt. Dann wieder Lack, Gehäuse,... und dann
kommen Kondensatorplatten oder Spulen, die messen sollen, ob sie
sich über einer Markierung befinden oder zwischen Zweien. E- und
Magnetfelder kann man aber nicht bündeln. Die Streuen nun mal. Wenn
man also messen will, ob man zwischen zwei Markierungen oder genau
auf einer sitzt, dann muß man mit der Spule/ der Kondensatorplatte
auf rund Markierungsabstand an die Markierungen heran. Und
1/100stel mm ist mit Lücke für Dreck, Lack, nochmal Lack, Gehäuse
schnell aufgebraucht.
Also wie funktioniert das?
Post by Peter Niessen
Eben darum! Messe mal nur 10 Striche gleichzeitig. Aus der
Interferenz der Messwerte bekommst Du locker genaue Zwischenwerte.
Und so wird das auch gemacht. Kein Massstab besitzt Markierungen
mit Delta 1/1000. Das wäre nicht bezahlbar.
Nun gut. Wie mißt man damit absolute Längen (keine differentielle
Wegstreckenmessung)? Und wie liest man da dann etwas kapazitiv aus?
Post by Peter Niessen
So als Stichwort auch Moair-Muster (Streifen)
Moire hieß der gute.
Post by Peter Niessen
Oder auch Planplatten. Da ist mit blossem Auge (per Interferenz)
1/10000mm sichtbar. Und diesen Trick kannte schon der olle Zeiss.
Mit Hilfe von Licht und dessen Wellenlänge. Mit dem Tastsinn des
Daumens wird dir das nicht gelingen. Und die Streuung eines Feldes
in einem Luftspalt ist nun mal da und nicht wegzumogeln.
Post by Peter Niessen
Post by Roland Damm
Nicht umsonst sind Glasmaßstäbe mit Hell/dunbkel-Codierter
Position sehr schön scharf abgebildet und mit hohem Kontrast
versehen. 100 Markierungen /mm nutzen einem nichts, wenn die
Leseeinheit 10 Steifen breit ist.
Eben doch! Der Nonius wird aber durch Interferenz gebildet.
Gut, das ist richtig. Nur wie funktioniert das wenn angeblich
kapazitiv gemessen werden soll?
Post by Peter Niessen
Post by Roland Damm
Die Antwort passt nicht zur Frage. Aber egal, gerade die
magnetischen Ableseverfahren sind manchmal sehr robust,
Raddrehsensoren für ABS funktionieren z.B. so. Denen macht ein
bischen Dreck auch nichts aus. Aber die müssen keine 1/100stel
Millimeter auflösen.
Mytotoyo bietet dieses System für Auflösungen von 1/1000 als
Standard bis zu Messlängen von 6 Metern an! Noch Fragen?
Und wie funktioniert das? Wie sind die Rahmenbedingungen? Kann man
das Teil auch mal in die Hosentasche (wenn sie 6m lang währe)
stecken, dann wieder das Schmierfett abwischen und es mißt
immernoch?
Post by Peter Niessen
Nein soviel Aufwand braucht es nicht. Es wird ein 8 Bit Code
übertragen und das reicht locker. Der Stecker hat schlappe 4
Datenleitungen. Ausserdem: Pro 10mm (oder auch weniger) eine
Absolutmarke reicht und senkt das Kodierungsproblem erheblich.
Würde ich auch so sagen, nur war IMO hier irgendwo die Rede davon,
daß das fragliche Ding absolut messen kann.

CU Rollo
Tobias Meyer
2005-04-14 09:01:44 UTC
Permalink
Post by Roland Damm
Würde ich auch so sagen, nur war IMO hier irgendwo die Rede davon,
daß das fragliche Ding absolut messen kann.
Ja, er zeigt die Position sofort an, wenn man ihn einschaltet.
Aber er lässt sich auch nullen, wenn er ausgeschaltet ist -> Vermutlich
schaltet man nur das Display an und aus, der Rest läuft ständig.

Tobi
Uwe Hercksen
2005-04-14 10:53:52 UTC
Permalink
Post by Tobias Meyer
Ja, er zeigt die Position sofort an, wenn man ihn einschaltet.
Aber er lässt sich auch nullen, wenn er ausgeschaltet ist -> Vermutlich
schaltet man nur das Display an und aus, der Rest läuft ständig.
Hallo,

na dann probier doch mal was passiert wenn man die Batterie rausnimmt
(für etwa 15 bis 30 Minuten)
Hat der Messchieber danach die Nullstellung vergessen und zeigt was
unsinniges an? Dann wird wohl nicht absolut gemessen sondern
inkrementell, der Zähler in der Elektronik muss ständig die letzte
Position speichern.

Bye

Tobias Meyer
2005-04-13 10:32:54 UTC
Permalink
Post by Peter Niessen
Bei den guten Herstellern Mahr, Mytotoyo etc. steht die komplette Kodierung
der Schnittstelle mit technischen Daten auf dem Beipackzettel. Das sollte
also kein Problem sein.
Der ist aber leider weder von Mitutoyo noch von Mahr, sondern eher NoName.
Eigentlich wollte ich den auch nur an die Z-Achse meiner Fräsmaschine
anbauen, aber irgendwie ist das doch schön bequem, verglichen mit dem
Ablesen eines Nonius.

Tobi
Peter Niessen
2005-04-13 11:45:43 UTC
Permalink
Post by Tobias Meyer
Post by Peter Niessen
Bei den guten Herstellern Mahr, Mytotoyo etc. steht die komplette Kodierung
der Schnittstelle mit technischen Daten auf dem Beipackzettel. Das sollte
also kein Problem sein.
Der ist aber leider weder von Mitutoyo noch von Mahr, sondern eher NoName.
Eigentlich wollte ich den auch nur an die Z-Achse meiner Fräsmaschine
anbauen, aber irgendwie ist das doch schön bequem, verglichen mit dem
Ablesen eines Nonius.
Da würde ich aber mal dringend in die Kataloge der Hersteller schauen.
Solche Messschieber werden für diesen Zweck einbaufertig angeboten. Das ist
erheblich stressfreier als da selber zu basteln. Und kein Vergleich zum
Preis eines Glasmasstabes der mindestens 1000 Euronen kostet.
Zum Beispiel:
http://www.mahr.com/index.php?NodeID=2996&SessionID=t9yvqnl8Q8NBpzzakCjybjFg2sjha0&SourceID=2136&LayerMenuID=3#CID424

Mit freundlichen Grüßen
Peter Nießen
--
(__(,= ____
| @ @| "Same MIST as every year!" |o|o |
X| _|_|X X|_|_ |X
[##V#] |_|__|
Tobias Meyer
2005-04-14 09:04:54 UTC
Permalink
Post by Peter Niessen
Solche Messschieber werden für diesen Zweck einbaufertig angeboten. Das ist
erheblich stressfreier als da selber zu basteln. Und kein Vergleich zum
Preis eines Glasmasstabes der mindestens 1000 Euronen kostet.
Schon richtig, aber auch erheblich teurer.
Der Messschieber muss ja nicht sehr genau sein, 1/10mm schafft meiner
locker. Und der hat knapp 14€ gekostet.

Tobi
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