CH428243A - Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines beweglichen Teiles in bezug auf ein feststehendes Teil - Google Patents

Description

  



  Vorrichtung zum Bestimmen der Lage eines beweglichen Teiles in bezug auf ein feststehendes Teil
Die   Erfindung bezieht sich,    auf eine   Vorrichtung zum      Bestimmen    der Lage eines beweglichen Teiles in bezu aufein feststehendes Teil, bei der   the beiden Teile      mechanisch mit    Rastern   ver-bunden sind, a-uf dle durch    ein optisches system ein Lichtbündel geworfen wird, und mit einem Detektor zum   Bestimm-en-der Intensit-ats-      änder-ungen    der hindruchgelassenen oder zurückgeworfeenStrahln. bei einer Verschiebung der Raster in be  zug laufeinander verbunden sinld.    solche Vorrichtungen finden u.. a. bei der Lagenbestimmung an Werkzeugmaschinen Verwendung.

   Die rester können Absorptionsraster mit wechselwise lichtduchlässigen und lichtngdurchlässigen Linien und einer Verwchiebeungsrichtung senkrecht zu den Linien   sei, n. Dïe    sich ei der Verschibeung ergebenden Licht änderungen werden vorzugsweise in einem als Detektor Dienenden lichtempfndlichen Element in ein elektrisches Signal umgewandelt, das ein Analgn zur Licht  änderung Ibildet. Meist    ist die vorrichtung derartig, dass druch beide Raster ein   Bündol    etwa paralleler Lichtstrahlen hindurchgeht, das nach dem Druchlaufen der rester auf dieses lichtenspfindliche Element   fallt.

   Wird    das bewegliche Rester in bezug auf das feststehende Raster   verschobeD, so ergeben    sich   elann    am   lichtomp-      find1ichen E1ement Uchthöchstwerte,    wenn   die Offnun-    gen in den beiden Restern in Richtung der Bündel zusammenfllen, und Lichtumindestwerte, wenn das bewg  liche    Raster in   bezug    auf   disse    Lage um   veine halé      R+asterteilung vorschoben ist.   



   An Stelle zweier derartiger Absorptionsraster kann ein   Absorptionsrasber    in   Kombinlation mit    einem Spiegelraster Verwendung finden, wobei das vom   Absorp-    tionsraster hindurchgelassen licht nach Reflexion am Spiegelraster wieder druch des.   Absorptionsraster hin-      d, urchgeht unid    z. B. von einem halbdurchlässigen Spiegel, druc en das hingehende B2ndel hindurchfällt,   zum lichtempfindlichen    Element geführt wird.



     Wenn, wie üblich, de Breite    der   Spalte. gleich dler      Br, eite    der zwischenliegenen eile der Raster gewählt   wird, ist    es infolrge derendlichen Abmessungen der Lichtquelle und der Tatsache, dass zwischen den Rastern stets ein   ibestimmber Mindestabstanld    eingehalten   werden    muss, nicht möglich, den auf das erwähnte   lichtempfindliche    Element   auffallenden Lichtstrom. auf    den Nullwert herabzusetzen.



   Die Erfindung bezweckt, eine derartige Vorrichtung zu schaffen, bei der sich   eine moglich exakte Lagenbe-      stimmullg ergibt.   



     Die Lrfindung besteht Idlarin,,    dass   die Breite    der   Off-    nungen des   einen    Rasters Kleiner als   die der Zwischen ;    räume zwischen den Öffnungen im anderen Raster ist.



   Die Erfindung wird nachstehend anhand der   Zeich,      nunglbeispilelsweise näher erläutert.   



   Fig. 1 zeigt schematscich eine Ausführungsform einer Vorricyhtung nach der Erfindung. In der Figur bezeich  nret L eine    Lichtquelle, z. B. eine spalförmige Öffnung   mit eider    Breite 2c,   die. senkrecht zur Zeichenebene      sbeht. Die laus    der   QuelLe trebenlden    Lichtstrahlen   fa. zen    auf ein Kollimatorsystem C   und derch dieses auf    die Raser   RL    und Rv die einen   Abstamd Id voneinander    haben. Diese Raster sind Absorptionsraster, deren erstes z. B. in   bezug auf, das zweite parallel    zur Zeichenebene verschiebbar ist und die mit   den, Teilen verbunden Sind,    deren realtive Verschiebung ermittelt werden soll.

   Es sei angenommen, dass die Rester spaltförig sind, wobei   fdie Richtung    der Spalte   gleichf. alls senkrecht    zur Zeichenbene steht. Die Breite der Spalte des verschiebba  ren    Rasters ist durch GL und diejenige der Zwischenräume durch DL angegeben. Für das feststehende Raster sind die entsprechend Grössen druch Gv und   Dv    angegeben. Bei der dargestellten lage der Raster werden, wie in der Zeichnung dargestelt ist, sämtliche aus dem Kollimatorsystem tretenden lichtstrahlen abgefangen. Hinter dem feststehenden Raster befindet sich ein Objektiv O, das die hindurchtretenden lichtstrahlen so bündeln soll, dass an der Stele des lichtempfindlichen Elementes P   ein Bild dler Lichtquelle erzeugt wird.   



  Dieses lichtempfindliche Element hat vorzugsweise einen solchen Flächeninhalt, dass   sämtliche hindurch. ge-    lassenen Lichtstrahlen   aufgefangen werden.    



   Das lichtempfindiche Element kann eine Photodioe oder ein Photowiderstand sein und lässt einen   veränd, erlichen    Strom druch, der auch durch einen Reihenwiderstand fliesst. An diesem Widerstand ergibt sich   das Ausgangssignal.    Der   Wert    des Ausgangssignales wird nach oben   durch dien Höchstwiert    der Gleichspannung über der Reihenschaltung   und    nach unten durch   d : en    Dunkelstrom des Elementes bestimmt. Es ist gewünscht, dass der Lichtumndestwert möclichst klein ist, weil sonst die ausgeangsspannung beim Lichtumindestwert grösser sein würde, als dem Dunkelstrom entspricht.



   Die   Bestimmung der Verschiebung jergibt sich    durch   eme elektnsche Schaltunigsordnung, boi    der ein Vergleich zwischen dem erhaltenen Signal und einem Be  zugssignal antgewendet wird.    Diese   Schaltungsordnunlg    kann der Eingang eines elektronischen Zählers sein, wobei somit die lage eines maschinenteiles druch eine   ZhMung der Lichtschwank-ungon bestimmt wird, die      lbeim Durchlaufen einm bes-timmten    Abstandes auftre  tex, oser    aber ein unmittelbarer elektronischer Anzeiger,   bei dlem    nicht eine Rasterbahn und eine Photozelle Verweendung finden, sondern viele codierten   Rasterbiah-    nen und viele Photozellen zusammenarbeiten (Binä  kode, Gr, ay-Kode,

   usw.).   



   Mit Rücksicht auf die Instabilität der elektronischen Teile ist es erwünscht, dass die Schwankungen der Dif  fenenzspannung möglichst    gross   sine.    Ist aber   Idie, mini-    male Signalpannung zu gross, so   kann di, e Differenz    zwischen dieser Spannung und   dler Bezugsspannung zu    klein werden, um eine richtuge Steuerung der elektronischen Apparatur zuermöglichen.



   Es hat sich herausgestellt, dass, wenn in beiden Rastern die Breite der Öfnungen etwa gleich derenigen der zwischenliegenden Teile gewählt wird, bei   der übii-    chen Abmessung der Lichtuqelle und dem erfoderlichen gegenseitigen Abstand zwischen den Rastern nicht immer ein brauchbares Signal entstht. dies ist nur   danìn.   



     . möglich, wennf,    der Lichtumindestwert möglichst klein ist,   id.    h., wenn in der lage des Lichtmindestwertes gar kein Licht hindruchgelassen wird. aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass   in diesem FaX e    die Zwischenräme des festen Rasters breiter als die Spalte des beweglichen Rasters. sein müssen. Mit Rücksicht auf die unvermeidlichen Ungenauigkeiten in   den Rastern ist    es in den   meisten Fälien    erforderlich, dass der Unterschied verhältnsmässig gross ist.

   Es dürfte einleuchte, dass inforlgedessen auch der lichthöchstwert kleiner wird, aber dies lässt sich dadruch ausgelichen, dass ein lichtstärkere Kondensor und lichtstärkers objectiv und/oder eine Lichtquele grössere Helligkeit Verwendung   finden und/oder    ein   grösserer    Teil der Rester benützt wird. Auch kann ein   lichtempfin, dilich, es Element    mit   hoherer Empfindlichkeit    Verwendung finden.



   In Fig. 2   sind die    Raster und der   Verliauf    der Lichtstrahlen abermals dargestellt, wählrend Fig. 2b die lichtverteilung über die Breite des feststehenden Restaers graphisch darstellt. Fig. 2d   zoigtdic Lichtdnde-      rang    bei   Bewegung    der   Raster    in bezug aufeinander.



   Wenn H   die Helhgkoit-ist,    mit   der das bewegliche      Raster Ibeleuchtet    wird, so gilt für eine spaltförmige Lichtquelle : H = h   c/f,    wobei h   eine Konstante unld    f die Brennweite des Kollimatorsystems ist. Die Lichtquelle L ist im Brennpunkt angeordnet.



   Aus   Fiig.    2a   und,    der graphischen Darstellung 2b   lässt    sich leicht   ab1eiben, Idass    a = 2cd/f, t = GL - 2cd/f, V = S - GL -2cd/f.



   Hieraus erfolgt für die Breite der Zwischenräume   dles zweiten Rasbers    :    Dv=t+2a=GL+ f    und für die Breite der Spalte des zweiten Rasters :
Gv = S-DV = V. wenn diese Werte eingehalten werden, fällt in der Lage des Mindestwertes des hindurchgelassenen Lichtes gar kein Licht   auf iciie Zelle    P.



   Man könnte anstreben, dabei die Abmessungen weiter so zu wählen, dass in der lage der Höchstmenge an hidurchgelassenem Licht diescs licht tatsächlich cinen absoluten Höchstwert erreicht.   I. m allgemeinen wird    jedoch die Breite der Zwischenräurme erelich grösser gewählt, als durch de vorstehende Beziehung angegeben ist, weil druc id eVerwendung der bereits   erwähuten    Mittel ein ausrcichend grosser Lichtstrom erhlten wrid.



  Die Spalten in eierm der Raster können so   flein    ausge  bil, d, et werden,    dass der hindurchfallende maximale Lichtstrom gerade fäig ist, das photo-elektrische Element mit einiger Reserve auszusteuern.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUC Vorrichtung zum besimmen der Lage eine beweg lichen Teiles in Bezug auf ein feststehendes Teil, bei der die beiden Teile mechlanisch mit Rastern, auf die druch ein optisches System ein Lichtbündel geworfen wird, und mit einem Detektor zm Bestimmen eder Initensitäts- änderungen der drchgelassenen oder zurückgeworfenen Strahlen bei Verschiebung der Raster in bezng aufeinan, der ver-bunden sind, dadurch gakennzeichnet, dass die Breite der Öffnungen (GL, Gv) des einen Asters (RL, RV) kleibet ist als die der Zwischenräume (Dv, DL) zwischen den Öffnungen (GV, GL) im ande ren Rasber (0Rv, RL)

   UNTERANSPRUCH Vorrichtung nach Pabentanspruchn dadurch, gekenni- zeichnet, dass die Breite der Zwischenräume eines Rasters wesentlich grösser ist als GL + 2cd/f, wobei GL die Breite der Öffnunge des anderen Rasters, c dise Breite der Lichtquelle in der Verschlie- bungsrichtung, d der Abstand zwischen den Rastern und f die brennweite des optischen Systems ist.