CH468622A - Fotoelektrischer Schrittgeber zur Messung von relativen Winkel- oder Linearbewegungen eines Gegenstandes unter Verwendung von Vierphasen-Signalen - Google Patents

Description

  



   Fotoelektrischer   Schrittgeber    zur Messung von relativen Winkeloder Linearbewegungen eines Gegenstandes unter Verwendung von Vierphasen-Signalen
Die Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Schrittgeber zur Messung von relativen Winkel- oder Linearbewegungen eines Gegenstandes unter Verwendung von Vierphasen-Signalen, bei dem entweder ein mit diesem Gegenstand in Verbindung stehender Amplitudenraster auf einen zweiten, spiegelnden Amplitudenraster oder ein mit diesem Gegenstand in Verbindung stehender Amplitudenraster auf sich selbst abgebildet wird, bei dem sich im abbildenden Strahlengang sowohl ein den Lichtstrahl aufspaltendes Bauteil als auch ein den Strahlengang ab- oder umlenkendes, in seiner Relativlage zum Raster steuerbares Bauteil befindet und bei dem mindestens zwei fotoelektrische Empfänger zur Gewinnung von Signalen vorhanden sind,

   welche den Ort der Mitte des an der Signalbildung beteiligten Rasterfeldes relativ zur Messachse und damit die relative Lage des Gegenstandes definieren.



   Ein Vierphasen-Drehfeld ist dazu geeignet, die Gleichlichtanteile der Lichtsignale in der Auswertung der Messwerte zu unterdrücken. Darüber hinaus lässt sich durch ein aus den Signalen gewonnenes Gleichtaktsignal das Licht der Beleuchtungsquelle so regeln, dass zeitliche Emissionsschwankungen der Lampenwände sowie durch Verschmutzung verursachte Transmissionsschwankungen am Lampenkolben und am Raster eliminiert werden.



  Gleiches gilt für ein schwankendes Balken-zu-Lückenverhältnis des Rasters.



   Der erfindungsgemässe   Schrittgeber    zeichnet sich dadurch aus, dass in den abbildenden Strahlengang als den Lichtstrahl ablenkendes Bauteil ein Teilerwürfel eingefügt ist, der am Raster reflektiertes Licht über einen polarisierenden Teiler zwei fotoelektrischen Empfängern zuleitet, deren Ausgangs signale zu den Ausgangssignalen der dem durch den Raster durchfallenden Licht ausgesetzten fotoelektrischen Empfänger in Gegenphase sind.



   Die Erfindung ist nachfolgend anhand einer Zeichnung beispielsweise erläutert.



   Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird der von einer Lampe 10 über einen Kondensor 11 beleuchtete Teil eines mit spiegelnden Marken 12 versehenen Rasters 13 über ein Objektiv 14, ein Pentaprisma 15, ein bildaufspaltendes Wollaston-Prisma 16, einen Teilerwürfel 17 sowie ein Objektiv 18 auf eine andere Stelle des gleichen Rasters abgebildet. Die beiden Objektive bilden im Massstab   1:1    ab. Der Teilerwürfel ist mit einer polarisationsfreien Teilerfläche versehen. Seine dem Wollaston-Prisma abgewandte Seite trägt eine Strahlenfalle 19, beispielsweise eine schwarze Mattlackschicht.



  Der Teilerwürfel ist auf einem zweiarmigen Hebel 20 montiert, der in einem Federgelenk 21 elastisch drehbar gelagert ist. Dieser Hebel trägt an seinem anderen Ende zwei Spulen 22, 23, die als Tauchspulen zwei ortsfest montierten permanenten Ringspalt-Magnetsystemen 24, 25 zugeordnet sind. Durch Erregung der Spulen mit elektrischem Strom lässt sich der Teilerwürfel verschwenken und damit eine Verschiebung des Rasterbildes erzeugen. Da zwei Tauchspulen vorhanden sind, kann man durch Zwischenschalten eines Verstärkers zwischen die Spulen das System in seiner mechanischen Eigenfrequenz erregen. Dem Raster ist ein polarisierender Teiler 26 nachgeschaltet, der die nach Polarisationsrichtung unterschiedlichen Bildanteile über Feldlinsen 27, 28 zwei fotoelektrischen Empfängern 29, 30 zuleitet.



   Oberhalb des Teilerwürfels 17 ist ein polarisierender Teiler 31 angeordnet, der die am Raster reflektierten Bildanteile über Feldlinsen 32, 33 zwei fotoelektrischen Empfängern 34, 35 zuführt. Die Ausgangssignale dieser Empfänger sind zu den Ausgangssignalen der Empfänger 29, 30 in Gegenphase.



   Eine leichte Verschwenkung des Teilers 17 bleibt, da für die am Raster reflektierten Strahlenbündel der Teiler lediglich wie eine schwenkbare Planparallel-Platte im Unendlich-Strahlengang wirkt, auf die Erzeugung von Gegentaktsignalen ohne Einfluss. Die Gegentaktsignalpaare der Empfänger 30, 35 bzw. 29, 34 können je einem Gegentaktverstärker 36, 37 zugeführt werden, dessen symmetrische Ausgänge in bekannter Weise den Gleichtaktanteil der Signale unterdrücken. Im Verstärker kann an einer Stelle, an der das Summensignal vorliegt, der Gleichtaktanteil entnommen und zur Regelung der Helligkeit der Lampe verwendet werden (gestrichelt angedeutet). Die Ausgangssignale der Gegentaktverstärker 36, 37 werden einem Zählrichtungsdiskriminator 38 zugeführt, dem ein Vor-Rückwärtszähler 39 zur digitalen Anzeige des jeweiligen Messergebnisses nachgeschaltet ist.



   Die Wirkungsweise des beschriebenen Schrittgebers ist folgende:
Beim Verschieben des Massstabes 13 nach rechts verschieben sich die über die optischen Glieder 14-18 in der Masstabsebene erzeugten Bilder nach links und bewegen sich so in entgegengesetzter Richtung wie der Massstab. Dadurch wird die Anzahl der Signalperioden doppelt so gross wie die Zahl der durchlaufenden Teilungsperioden. Zusätzlich ist durch das Prisma 16 erreicht, dass in der Abbildungsebene stets zwei senkrecht zueinander polarisierte Teilbilder erzeugt werden. Der der Abbildungsebene nachgeschaltete polarisierende Teiler 26 trennt den den Raster durchdringenden Lichtfluss in seine unterschiedlich polarisierten Anteile auf und führt diese den fotoelektrischen Empfängern 28, 29 zu, deren Ausgangssignale um 900 gegeneinander in der Phase verschoben sind.

   Da der Raster mit spiegelnden Markierungen belegt ist, wird je nach der Relativlage zwischen Raster und Abbildung ein mehr oder weniger grosser Anteil des auf den Raster auftreffenden Lichtes des Abbildungsstrahlenganges reflektiert. Das reflektierte Licht durchläuft den Teilerwürfel 17 und wird mittels des polarisierenden Teilers 31 in seine beiden unterschiedlich polarisierten Anteile aufgespalten, die getrennten fotoelektrischen Empfängern 34, 35 zugeleitet werden. Die Ausgangssignale dieser beiden Empfänger sind zu den Ausgangssignalen 29, 30 in Gegenphase und bilden mit diesen ein 4-Phasen-Drehfeld.



   Die durch die zusätzlichen foto elektrischen Empfänger 34, 35 gewonnene Signale werden dazu benutzt, aus den von den Empfängern 20, 30 abgegebenen Signalen die Gleichtaktanteile zu eliminieren. Zu diesem Zwecke werden jeweils zwei zueinander in Gegenphase befindliche Signale einem Gegentaktverstärker 36 bzw. 37 zugeführt, dessen Ausgangssignale über einen Zählrichtungsdiskriminator 38 einen Vor-Rückwärtszähler 39. steuern.



   Die auf der dem Wollaston-Prisma abgewandten Seite des Prismas 17 befindliche Strahlenfalle 19 hat den Zweck, aus Richtung des Wollaston-Prismas kommende Strahlungsanteile, welche die Teilerfläche des Prismas durchstossen, zu vernichten und damit zu verhindern, dass diese Anteile nach einer Reflektion an der Rückseite des Prismas und der Teilerfläche auf die Empfänger 34, 35 gelangen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Foto elektrischer Schrittgeber zur Messung von relativen Winkel- oder Linearbewegungen eines Gegenstandes unter Verwendung von Vierphasen-Signalen, bei dem entweder ein mit diesem Gegenstand in Verbindung stehender Amplitudenraster auf einen zweiten, spiegelnden Amplitudenraster oder ein mit diesem Gegenstand in Verbindung stehender Amplitudenraster auf sich selbst abgebildet wird, bei dem sich im abbildenden Strahlengang sowohl ein den Lichstrahl aufspaltendes Bauteil als auch ein den Strahlengang ab- oder umlenkendes, in seiner Relativlage zum Raster steuerbares Bauteil befindet und bei dem mindestens zwei fotoelektrische Empfänger zur Gewinnung von Signalen vorhanden sind, welche den Ort der Mitte des an der Signalbildung beteiligten Rasterfeldes relativ zur Messachse und damit die relative Lage des Gegenstandes definieren, dadurch gekennzeichnet,

   dass in den abbildenden Strahlengang als den Lichtstrahl ablenkendes Bauteil ein Teilerwürfel (17) eingefügt ist, der am Raster (13) reflektiertes Licht über einen polarisierenden Teiler (31) zwei fotoelektrischen Empfängern (34, 35) zuleitet, deren Ausgangssignale zu den Ausgangssignalen der dem durch den Raster (13) durchfallenden Licht ausgesetzten foto elektrischen Empfänger (29, 30) in Gegenphase sind.