CH716534A2

CH716534A2 - Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts und Steuerverfahren.

Info

Publication number: CH716534A2
Application number: CH00973/20A
Authority: CH
Inventors: Wang Beiyi
Original assignee: Guangdong Polytechnic
Priority date: 2019-08-22
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-02-26
Also published as: CH716534B1; CN110456712A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts , sowie ein entsprechendes Steuerverfahren. Bei dem Steuersystem ist ein Halbleiter-Laser mit einem PSD-Sensor verbunden, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Messverstärkungsschaltung verbunden ist, wobei ein Ausgang der Messverstärkungsschaltung mit einem A/D-Umwandlungsanschluss eines Ein-Chip-Computermoduls verbunden ist, wobei ein P1-Ausgang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Eingang eines LED-Anzeigemoduls verbunden und ein P2-Eingang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Ausgang eines Tastenmoduls verbunden ist, wobei das Ein-Chip-Computermodul über ein Kommunikationsschnittstellenmodul mit einem PC in bidirektionaler Verbindung steht. An dem Tastenmodul sind eine Taste „Fehler anzeigen“, eine Taste „Messung starten“, eine Taste „Messung beenden“, eine Taste „Einstellung“ und eine Taste „Rücksetzen“ vorgesehen. Mit der Einrichtung wird ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts verwirklicht. Mit dem Verfahren wird ein Steuerverfahren eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts verwirklicht.

Description

Beschreibung

Technisches Gebiet

[0001] Die vorliegende Erfindung gehört zu dem Gebiet der Signalverarbeitung und betrifft insbesondere ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts und ein Steuerverfahren dafür.

Stand der Technik

[0002] Die Koaxialität bezieht sich auf den Ausmaß der Abweichung einer Ist-Achse einer gemessenen Oberfläche voneiner Referenzachse. Bei praktischer Arbeit muss häufig die Koaxialität gemessen werden und bei einigen wichtigen Teilen wird die Eigenschaften eines Produkts unmittelbar durch seine Koaxialität beeinflusst. Gegebenenfalls kann bei einer schlechten Koaxialität eine zusammengebaute Maschine nicht normal arbeiten. Laut einer Bericht von Monsanto, einem Unternehmen in der Chemieindustrie in Texas, USA, werden 60% der schwingungsbedingten Unfälle durch eine exzentrische mechanische Welle verursacht, weshalb auf die Messung der Koaxialität großer Wert gelegt werden muss. Mit der Entwicklung der präzise Prüfung und der präzise Bearbeitungstechnologie wird der Koaxialitäts-Messtechnologie mit hoher Genauigkeit große Aufmerksamkeit im Inland und Ausland geschenkt und darauf wird großer Wert gelegt. Die Koaxialitätsmessung mit hoher Genauigkeit stellt ein gemeinsame technische Herausforderung der mechanischen Industrie dar, die die Herstellungs- und Montagegenauigkeit großer Anlagen sowie deren Betriebszustand und Lebensdauer beeinflusstund die wirtschaftliche Entwicklung Chinas eingeschränkt.

[0003] Zurzeit steht auf dem inländischen und dem ausländischen Markt kein zuverlässiges Messgerät mit hoher Genauigkeit zur Verfügung, wobei der technische Schlüsselpunkt und die Schwierigkeit in der Einrichtung einer Messungs-Referenzlinie mit einer großen Spannweite liegen. Zur Koaxialitätsmessung werden in der Regel drei Verfahren verwendet, nämlich das Stahldraht-Verfahren, das Laserkollimator-Verfahren und das Mikrofluchtfernrohr-Verfahren. Dabei weist dasStahldraht-Verfahren eine geringe Genauigkeit auf. Im Falle des Mikrofluchtfernrohr-Verfahrens wird bei einer großen Messentfernung neben unklarer Bildgebung und großem manuellem Beobachtungsfehler eine kontinuierliche Fokussierung für verschiedene Messentfernung benötigt, was zu einer winzigen Änderung der optische Achse des Instruments, also der Kollimationsreferenz, führt. Ein Spalt, der zur Ermöglichung einer Fokussierbewegung benötigt wird, führt dazu, dass die Linsen verschiedene Mittelpunktabweichungen aufweisen. Während eines Messvorgangs führt zudem eine Berührung des Instruments bei manueller Fokussierung ebenfalls zu einer, zufälligen Änderung der optischen Achse, wodurch die Genauigkeit des Instruments beschränkt wird. Zum Erhöhen der Genauigkeit wurden Maßnahmen zum Stabilisieren des Lichtstrahls vorgeschlagen.

[0004] Aufgrund der hohen Helligkeit und der guten Ausrichtung des Lasers findet die Laserkollimationstechnik bereits Anwendung bei der Messung der Koaxialität. Die Koaxialitätsmessung anhand des Laserkollimationsverfahrens zeichnet sich durch schnelle Messung, gute praktische Anwendbarkeit und Tragbarkeit aus, und daher weist ein derartiges Instrument breite Anwendungsaussichten auf.

[0005] Aufgrund schneller Ansprechgeschwindigkeit, hoher Auflösung, der Möglichkeit zur kontinuierlichen Prüfung, einfacher Peripherieschaltung und niedriger Kosten wird ein neuartiger positionsempfindlicher Detektor (PSD) im In- undAusland bereits für praktische Anwendung geforscht. Jedoch steht im Stand der Technik noch kein komplettes Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts zur Verfügung.

Offenbarung der Erfindung

[0006] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Überwinden der vorstehenden Nachteile im Stand der Technik ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts und ein Steuerverfahren dafür bereitzustellen, wobei mitder Einrichtung durch die Verbindungen zwischen einem Halbleiter-Laser, einem PSD-Sensor, einem Messverstärkungsmodul, einem Ein-Chip-Computermodul, einem LED-Anzeigemodul, einem Tastenmodul, einem Kommunikationsschnittstellenmodul und einem PC ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts verwirklicht wird. Mit dem Verfahrenwird ein Steuerverfahren eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts verwirklicht.

[0007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch:

Erste technische Lösung

Ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts umfasst einen Halbleiter-Laser, einen PSD-Sensor, ein Messverstärkungsmodul, ein Ein-Chip-Mikrocomputermodul, ein LED-Anzeigemodul, ein Tastenmodul, ein Kommunikationsschnittstellenmodul und einen PC, wobei der Halbleiter-Laser mit dem PSD-Sensor verbunden ist, dessenAusgang mit einem Eingang einer Messverstärkungsschaltung verbunden ist, wobei ein Ausgang der Messverstärkungsschaltung mit einem A/D-Umwandlungsanschluss des Ein-Chip-Computermoduls verbunden ist, wobei einP1-Ausgang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Eingang des LED-Anzeigemoduls verbunden, wobei ein P2Eingang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Ausgang des Tastenmoduls verbunden ist, wobei das Ein-ChipComputermodul über das Kommunikationsschnittstellenmodul mit dem PC in bidirektionaler Verbindung steht;

und wobei an dem Tastenmodul eine Taste „Fehler anzeigen", eine Taste „Messung starten", eine Taste „Messung beenden", eine Taste „Einstellung" und eine Taste „Rücksetzen" vorgesehen sind.

[0008] Ferner ist vorgesehen, dass das Messverstärkungsmodul eine PSD-Sensormessschaltung und eine PSD-Signalverarbeitungsschaltung umfasst; die PSD-Sensormessschaltung einen Anschluss PI, einen Widerstandskasten UR, einenKondensator C1, eine primäre Operationsverstärkerschaltung, einen Widerstand R3, einen Widerstand R5, einen Widerstand R6, einen Widerstand R8, eine sekundäre Operationsverstärkerschaltung, einen Widerstand R10, eine Diode D und einen Anschluss P2 umfasst; Pin 2 des Anschlusses P1 jeweils mit Pin 4 des Anschlusses PI, einem Ende des Widerstandskastens UR, einem Ende des Kondensators C1 und einem Erdungsdraht verbunden und das andere Ende des Kondensators 01 jeweils mit Pin 3 des Anschlusses P1 und einem verstellbaren Ende des Widerstandskastens UR verbunden ist; das andere Ende des Widerstandskastens UR mit einer +5V-Stromversorgung verbunden ist, wobei Pin1 und Pin 5 des Anschlusses PI mit zwei Eingangspins der ersten primären Operationsverstärkerschaltung verbunden sind, wobei ein Ausgangspin der primären Operationsverstärkerschaltung jeweils durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R3 und dem Widerstand R6 an einen Eingangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung angeschlossen ist, während der andere Ausgangspin der primären Operationsverstärkerschaltung durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R5 und dem Widerstand R8 an einen Eingangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung angeschlossen ist, wobei ein Ausgangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R10 jeweils an die Diode D und Pin 1 des Anschlusses P2 angeschlossen ist, wobei die Diode D mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei das andere Ausgang der sekundären Operationsverstärkerschaltung mit Pin 4 des Anschlusses P2 verbunden ist, und wobei Pin 2 und Pin 3 des Anschlusses P2 mit dem Erdungsdraht verbunden sind; die primäre Operationsverstärkerschaltung einen Verstärker des Modells TL061 umfasst;

und die sekundäre Operationsverstärkerschaltung einen Verstärker des Modells OP07 umfasst.

[0009] Ferner ist vorgesehen, dass die primäre Operationsverstärkerschaltung einen Kondensator O2, einen Widerstand R1, einen Widerstandskasten UR1, einen Verstärker A1, einen Kondensator 03, einen Widerstand R2, einen Widerstandskasten UR2 und einen Verstärker A2 umfasst; der Kondensator 02, der Widerstand R1 und der Verstärker A1 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A1 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 aneiner Seite des Verstärkers A1 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR1 an Pin 5 des Verstärkers A1 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind, der Kondensator 03,der Widerstand R2 und der Verstärker A2 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des VerstärkersA2 mit dem - Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A2 durch eine Reihenschaltung mitdem Widerstandskasten UR2 an Pin 5 des Verstärkers A2 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite an -12Vbzw. +12V angeschlossen sind.

[0010] Ferner ist vorgesehen, dass die sekundäre Operationsverstärkerschaltung einen Widerstand R4, einen Widerstandskasten UR3, einen Verstärker A3, einen Widerstand R7, einen Widerstandskasten UR4, einen Verstärker A4 und einen Widerstand R9 umfasst; der Widerstand R4 und der Verstärker A3 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A3 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A3 durcheine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR3 an Pin 8 des Verstärkers A3 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite des Verstärkers A3 an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind, wobei der Widerstand R7 und derVerstärker A4 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A4 durch eine Reihenschaltungmit dem Widerstand R9 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A4 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR4 an Pin 8 des Verstärkers A4 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite des Verstärkers A4 an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind.

[0011] Ferner ist vorgesehen, dass die PSD-Signalverarbeitungsschaltung UR, einen Kondensator 03, 101, IC2, einenKondensator 01, einen Widerstand Rf1, einen Kondensator 02, einen Widerstand Rf2, einen Widerstand R1, einen Widerstand R2, einen Widerstand R3, einen Widerstand R4, einen Widerstand R5, einen Widerstand R6, einen Widerstand R7, IC3, IC4, IC5, IC6, einen Widerstand R8 und einen Widerstand R9 umfasst; Pin 1 von UR jeweils mit einem MinusEingang von 101 und einem Ende des Widerstands Rf 1 verbunden ist, wobei der Kondensator 01 und der Widerstand Rf 1 zueinander parallel geschaltet sind, wobei der Widerstand Rf 1 am anderen Ende jeweils mit einem Ende des Widerstands R1, einem Ausgang von 101 und einem Ende des Widerstands R4 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R1 jeweils mit einem Ende des Widerstands R5, einem Minus-Eingang von IC3 und einem Ende des Widerstands R2 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R5 jeweils mit einem Ausgang von IC3 und einem Ende des Widerstands R8 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R8 jeweils mit einem Ende des Widerstands R9 und einem Minus-Eingang von IC5 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R9 jeweils miteinem Ausgang von IC5 und mit IC6 verbunden ist, wobei IC6 jeweils mit einem Ende des Widerstands R6 und einem Ausgang von IC4 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R6 jeweils mit einem Ende des Widerstands R3 und einem Minus-Eingang von IC4 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R3 jeweils mit dem anderen Ende des Widerstands R2, einem Ende des Widerstands Rf2 und einem Ausgang von IC2 verbunden ist, wobei der Kondensator 02 und der Widerstand Rf2 zueinander parallel geschaltet sind, wobei das andere Ende des Widerstands Rf2 mit UR und einem Minus-Eingang von IC2 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R4 jeweils miteinem Plus-Eingang von IC4 und mit dem Widerstand R7 verbunden ist, wobei der Widerstand R7 mit dem Erdungsdrahtverbunden ist, wobei Plus-Eingänge von 101, IC2, IC3 und IC5 jeweils mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin

3 von UR jeweils mit dem Kondensator C3 und einer +10-Stromversorgung verbunden ist, und wobei der KondensatorC3 mit dem Erdungsdraht verbunden ist.

[0012] Ferner ist vorgesehen, dass das LED-Anzeigemodul einen Dekodier-Antriebschip U2, einen Dekodier-AntriebschipU3, eine Nixie-Röhre DS1, eine Nixie-Röhre DS2, eine Nixie-Röhre DS3, eine Nixie-Röhre DS4, eine Nixie-Röhre DS5 undeine Nixie-Röhre DS6 umfasst; der Dekodier-Antriebschip U2 jeweils mit der Nixie-Röhre DS1, der Nixie-Röhre DS2, derNixie-Röhre DS3, der Nixie-Röhre DS4, der Nixie-Röhre DS5 und der Nixie-Röhre DS6 verbunden und der Dekodier-Antriebschip U3 jeweils mit der Nixie-Röhre DS1, der Nixie-Röhre DS2, der Nixie-Röhre DS3, der Nixie-Röhre DS4, derNixie-Röhre DS5 und der Nixie-Röhre DS6 verbunden ist.

[0013] Ferner ist vorgesehen, dass das Tastenmodul einen Tastenschalter SO, einen Tastenschalter S1, einen Tastenschalter S2, einen Tastenschalter S3, einen Tastenschalter S4, einen Widerstand R30, einen Widerstand R31, einen Widerstand R32, einen Widerstand R33 und einen Widerstand R34 umfasst; der Tastenschalter SO mit dem Widerstand R30, der Tastenschalter S1 mit dem Widerstand R31, der Tastenschalter S2 mit dem Widerstand R32, der Tastenschalter S3 mit dem Widerstand R33 und der Tastenschalter S4 mit dem Widerstand R34 in Reihe geschaltet ist, wobei der Tastenschalter SO, der Tastenschalter S1, der Tastenschalter S2, der Tastenschalter S3 und der Tastenschalter S4 jeweils mit dem Erdungsdraht verbunden sind, und wobei der Widerstand R30, der Widerstand R31, der Widerstand R32, der Widerstand R33 und der Widerstand R34 jeweils mit VCC verbunden sind.

Zweite technische Lösung

[0014] Ein Steuerverfahren, das auf der Grundlage des Steuersystems eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach der ersten technischen Lösung verwirklicht wird, umfasst die folgenden Schritte:

Schritt a: Einstellen der Höhe des Halbleiter-Lasers vor einer Messung mittels des Messgeräts, sodass ein Laserstrahlauf den Mittelpunkt einer optischen Zielscheibe auftrifft, wobei das LED-Anzeigemodul den Wert 0 anzeigt;

Schritt b: Starten eines Programms und Anzeigen eines Positionssignals eines Anschlags auf dem LED-Anzeigemodul;

Schritt c: Drücken der Start-Taste an dem Tastenmodul, Drücken der Messung-Taste nach Loslassen der Start-Taste,um die Messung der ersten Daten durchzuführen, und Loslassen der Messung-Taste, um einen Abweichungswert aufdem LED-Anzeigemodul zu zeigen;

Schritt d: Verschieben der optischen Zielscheibe bis zu einer zweiten Messposition, Drücken der Start-Taste undDrücken der Messung-Taste, um die Messung zweiter Daten durchzuführen; und

Schritt e: Fortschreiten der Messung wie oben beschrieben bis zum Messen der letzten Daten, Halten der BeendenTaste gedrückt, Drücken der Start-Taste, Drücken der Messung-Taste nach Loslassen der Start-Taste, wobei die Messung der letzten Daten durchgeführt wird und alle Daten über das Kommunikationsschnittstellenmodul an den PC zur Bewertung des Koaxialitätsfehlers übermittelt werden, und Loslassen der Messung-Taste und der Beenden-Taste, umdie Messung zu beenden.

[0015] Ferner ist vorgesehen, dass durch Drücken einer Kommunikation-Taste die Kommunikation erfolgt, um die gemessene und verarbeitete Daten an den PC zur Verarbeitung zu übermitteln.

[0016] Ferner ist vorgesehen, dass nach einem Messvorgang die Start-Taste gedrückt wird, um den Ausgangszustandwiederherzustellen und einen nächsten Messvorgang vom Anfang an durchzuführen.

[0017] Gegenüber dem Stand der Technik zeichnet sich die vorliegende Erfindung durch die folgenden vorteilhaften Auswirkungen aus:

Der vorliegenden Erfindung stellt ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts und ein Steuerverfahren dafürbereit, wobei mit der Einrichtung durch die Verbindungen zwischen einem Halbleiter-Laser, einem PSD-Sensor, einemMessverstärkungsmodul, einem Ein-Chip-Computermodul, einem LED-Anzeigemodul, einem Tastenmodul, einemKommunikationsschnittstellenmodul und einem PC ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts verwirklichtwird, das sich vorteilhaft durch hohe Messgenauigkeit, hohe Auflösung, hohe Prüfungseffizienz und niedrige Herstellungskosten auszeichnet, womit ein neuartiges Mittel und ein Messgerät zur Koaxialitätsmessung mit hoher Genauigkeit bereitgestellt werden. Mit dem Verfahren wird ein Steuerverfahren eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts verwirklicht.

Kurzbeschreibung der Figuren

[0018]

Figur 1 zeigt ein strukturelles Blockdiagramm der vorliegenden Erfindung,

Figur 2 zeigt einen Schaltplan der Messschaltung eines PSD-Sensors,

Figur 3 zeigt einen Schaltplan einer PSD-Signalverarbeitungsschaltung,

Figur 4 zeigt einen Schaltplan einer Verbindungsschaltung eines Ein-Chip-Computermoduls (Figur 4a zeigt einenSchaltplan einer Verbindungsschaltung der oberen Hälfte des Ein-Chip-Computermoduls und Figur 4b zeigt einenSchaltplan einer Verbindungsschaltung der unteren Hälfte des Ein-Chip-Computermoduls),

Figur 5 zeigt einen Schaltplan eines Kommunikationsschnittstellenmoduls,

Figur 6 zeigt eine Darstellung eines Stromversorgungsmoduls,

Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Hauptprogramms des Ein-Chip-Computers,

Figur 8 zeigt ein Ablaufdiagramm eines A/D-Umwandlungs-Unterprogramms, und

Figur 9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Anzeige-Unterprogramms.

Konkrete Ausführungsformen

[0019] Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen auf die vorliegende Erfindung näher eingegangen.

Erste konkrete Ausführungsform

[0020] Wie sich aus Figur 1 ergibt, umfasst ein Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts einen Halbleiter-Laser,einen PSD-Sensor, ein Messverstärkungsmodul, ein Ein-Chip-Mikrocomputermodul, ein LED-Anzeigemodul, ein Tastenmodul, ein Kommunikationsschnittstellenmodul und einen PC. Der Halbleiter-Laser ist mit dem PSD-Sensor verbunden,dessen Ausgang mit einem Eingang einer Messverstärkungsschaltung verbunden ist, wobei ein Ausgang der Messverstärkungsschaltung mit einem A/D-Umwandlungsanschluss des Ein-Chip-Computermoduls verbunden ist, wobei ein P1Ausgang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Eingang des LED-Anzeigemoduls verbunden, wobei ein P2-Eingangdes Ein-Chip-Computermoduls mit einem Ausgang des Tastenmoduls verbunden ist, wobei das Ein-Chip-Computermodulüber das Kommunikationsschnittstellenmodul mit dem PC in bidirektionaler Verbindung steht.

[0021] An dem Tastenmodul sind eine Taste „Fehler anzeigen", eine Taste „Messung starten", eine Taste „Messung beenden", eine Taste „Einstellung" und eine Taste „Rücksetzen" vorgesehen.

[0022] Arbeitsprinzip: Über das Tastenmodul wird ein Befehl an das Ein-Chip-Computermodul gesendet, das anhand desBefehls eine Verarbeitung durchführt. Bei einem Messungsstartbefehl wird unter Verwendung des Halbleiter-Lasers alsdirekte Lichtquelle ein optisches Signal durch Erfassen einer Änderung der Position der Lichtquelle mittels des PSD-Sensors in ein elektrisches Signal umgewandelt und mittels des Messverstärkungsmoduls erfolgen eine Verstärkung und eine Addition- und Subtraktion-Operationsverarbeitung. Das Signal wird an einen A/D-Umwandlungsmodulanschluss desEin-Chip-Computermoduls zur A/D-Umwandlung und zur Speicherung übermittelt und über das LED-Anzeigemodul angezeigt. Die Daten werden zur Datenanalyse an den PC übermittelt.

[0023] Konkret ist das Modell des dargestellten Halbleiter-Lasers DH670-0.9-3. Somit werden kleine geometrische Abmessung, komfortable Montage und hohe Stabilität erzielt.

[0024] Konkret handelt es sich bei dem PSD-Sensor um einen positionsempfindlichen Detektor. Als Empfangselement fürphotoelektrische Zielscheibe bei der vorliegenden Ausführungsform weist er die folgenden Vorteile auf:

1. Hohe Ansprechgeschwindigkeit: Die Ansprechgeschwindigkeit der photoelektrischen Umwandlung von PSD verhält sich umgekehrt proportional zu dem Produkt des Ausgangswiderstands und der Sperrschichtkapazität und liegt bei ungefähr wenigen ps. Gegenüber üblichen Photodioden ist die Ansprechgeschwindigkeit niedriger. Da er nicht abtastend arbeitet, weist er gegenüber abtastenden lichtempfindlichen Bauteilen wie CCD eine erheblich höhere Ansprecngeschwindigkeit auf.

2. Hohe Auflösung: Die Auflösung eines CCD-Bauteils hängt von dem Pixelabstand ab und liegt in der Regel bei mehrals zehn Mikrometern. Bei PSD-Bauteilen hängt die Auflösung aufgrund der kontinuierlichen empfindlichen Fläche vondem Geräusch einer externen Prüfungsschaltung und einem durch ein einfallendes Licht erzeugten Photostrom ab und beträgt in der Regel wenige Zehntel Mikrometer.

3. Möglichkeit zur gleichzeitigen Erfassung der Position und der Lichtstärke: Da die Lichtstärke im Zusammenhang mit dem gesamten optisch erzeugten Strom steht, kann durch Vorsehen einer zusätzlichen Leitung ein von einer Signalelektrode ausgegebener Strom aufsummiert werden, um einen Gesamtstrom zu erhalten, sodass die Lichtstärke des einfallenden Lichts dementsprechend ermittelt werden kann.

4. Der Positionsausgang ist unabhängig von der Stärke und der Größe des Lichtpunkts und steht nur im Zusammenhang mit der Position des Schwerpunkts des Lichts, sodass bei Anwendung von PSD kein anspruchsvolles und kompliziertes optisches Sammelsystem benötigt wird und die Größe des Lichtflecks keinen Einfluss auf die Nichtlinearität von PSD ausübt. Erst bei Ungleichmäßigkeit des Innenbereichs von PSD und bei einem Lichtfleck mit einem großen Durchmesser wird eine hohe Nichtlinearität verursacht.

5. Breiter Spektrum-Ansprechbereieh: Der Ansprechbereich liegt von 330 bis 1100 nm.

6. Einfache Peripherieschaltung, komfortable Signalerfassung und niedrigerer Preis gegenüber photoelektrischen Array-Bauteilen.

[0025] Konkret umfasst das Messverstärkungsmodul eine PSD-Sensormessschaltung und eine PSD-Signalverarbeitungsschaltung. Wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, umfasst die PSD-Sensormessschaltung einen Anschluss PI, einenWiderstandskasten UR, einen Kondensator CI, eine primäre Operationsverstärkerschaltung, einen Widerstand R3, einen Widerstand R5, einen Widerstand R6, einen Widerstand R8, eine sekundäre Operationsverstärkerschaltung, einen Widerstand R10, eine Diode D und einen Anschluss P2. Pin 2 des Anschlusses P1 ist jeweils mit Pin 4 des Anschlusses P1, einem Ende des Widerstandskastens UR, einem Ende des Kondensators C1 und einem Erdungsdraht verbunden und das andere Ende des Kondensators C1 ist jeweils mit Pin 3 des Anschlusses P1 und einem verstellbaren Ende des Widerstandskastens UR verbunden, das andere Ende des Widerstandskastens UR mit einer +5V-Stromversorgungverbunden ist, wobei Pin 1 und Pin 5 des Anschlusses P1 mit zwei Eingangspins der ersten primären Operationsverstärkerschaltung verbunden sind, wobei ein Ausgangspin der primären Operationsverstärkerschaltung jeweils durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R3 und dem Widerstand R6 an einen Eingangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung angeschlossen ist, während der andere Ausgangspin der primären Operationsverstärkerschaltung durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R5 und dem Widerstand R8 an einen Eingangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung angeschlossen ist, wobei ein Ausgangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R10 jeweils an die Diode D und Pin 1 des Anschlusses P2 angeschlossen ist, wobei die Diode D mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei das andere Ausgang der sekundären Operationsverstärkerschaltung mit Pin 4 des Anschlusses P2 verbunden ist, und wobei Pin 2 und Pin 3 des Anschlusses P2 mit dem Erdungsdraht verbunden sind;

[0026] Die primäre Operationsverstärkerschaltung umfasst einen Verstärker des Modells TL061.

[0027] Die sekundäre Operationsverstärkerschaltung umfasst einen Verstärker des Modells OP07.

[0028] Zwei aus dem PSD-Sensor stammende Stromsignale weisen eine sehr geringe Signalstärke auf und liegen impA-Bereich. Eine vorgeschaltete Verstärker-I/V-Umwandlungsschaltung muss daher geringes Rauschen und hohes Signal-Geräusch-Verhältnis des Ausgangs aufweisen, um nutzbares Signal verstärken und extrahieren zu können. Bei einerRauschquelle der I/V-Umwandlung handelt es sich um thermisches Rauschen an einem Rückkoppelwiderstand und äquivalentes Eingangsrauschen des Verstärkers. Durch Erhöhen des Rückkoppelwiderstands, beispielsweise auf 1M, kann Rauschen niedriger Frequenz verringert werden. Bei einer zweiten Rauschquelle der I/V-Umwandlung handelt es sichum einen Eingangs-Leckstrom des Operationsverstärkers. Zum Verringern des Operationsverstärkungs-Leckstroms wirdein J-FET-Operationsverstärker verwendet. Daher wird als vorgelagerter Verstärker, also die primäre Operationsverstärkerschaltung, ein Feldeffekttransistor-Operationsverstärker mit hoher Eingangsimpedanz und niedrigem Eingangsstrom,beispielsweise LF356, TL071, usw., eingesetzt.

[0029] Als sekundärer Operationsverstärker wird ein Operationsverstärker OP07 mit hoher Genauigkeit verwendet, um Störung zu beseitigen und das Signal-Geräusch-Verhältnis und die Messgenauigkeit zu erhöhen. Zum Erhöhen der Auflösung des Instruments werden die zwei Signale, die durch den vorgelagerten Verstärker verstärkt werden, addiert bzw. subtrahiert und nach Verstärkung verschiedenen Ausmaßes dem Ein-Chip-Computer zur Datenerfassung zugeführt. DieMessschaltung des PSD-Sensors zeichnet sich durch stabiles Signal, gute Linearität, sehr geringe Nullpunktverschiebungund thermische Drift sowie hohe Erfassungsgenauigkeit aus und kann somit die Verwendungsanforderung erfüllen.

[0030] Wie sich aus Figur 2 ergibt, umfasst die primäre Operationsverstärkerschaltung konkret einen Kondensator O2, einen Widerstand R1, einen Widerstandskasten UR1, einen Verstärker A1, einen Kondensator 03, einen Widerstand R2, einen Widerstandskasten UR2 und einen Verstärker A2. der Kondensator 02, der Widerstand R1 und der Verstärker A1 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A1 mit dem Erdungsdraht verbundenist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A1 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR1 an Pin 5 des Verstärkers A1 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind,Der Kondensator C3, der Widerstand R2 und der Verstärker A2 sind zueinander parallel geschaltet, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A2 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A2 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR2 an Pin 5 des Verstärkers A2 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite an -12V bzw. +12V angeschlossen sind.

[0031] Wie aus Figur 2 zu entnehmen ist, umfasst die sekundäre Operationsverstärkerschaltung konkret einen Widerstand R4, einen Widerstandskasten URS, einen Verstärker AS, einen Widerstand R7, einen Widerstandskasten UR4, einen Verstärker A4 und einen Widerstand R9. Der Widerstand R4 und der Verstärker AS sind zueinander parallel geschaltet,

wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A3 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des VerstärkersA3 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR3 an Pin 8 des Verstärkers A3 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite des Verstärkers A3 an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind, wobei der Widerstand R7 und derVerstärker A4 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A4 durch eine Reihenschaltungmit dem Widerstand R9 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A4 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR4 an Pin 8 des Verstärkers A4 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite des Verstärkers A4 an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind.

[0032] Wie aus Figur 3 zu entnehmen ist, umfasst die PSD-Signalverarbeitungsschaltung konkret einen Verstärker IC1,einen Verstärker IC2, einen Verstärker IC3, einen Verstärker IC4, einen Verstärker IC5, einen Verstärker IC6, einen Kondensator CI, einen Widerstand Rfl, einen Kondensator C2, einen Widerstand Rf2, einen Widerstand R1, einen Widerstand R2, einen Widerstand R3, einen Widerstand R4, einen Widerstand R5, einen Widerstand R6, einen Widerstand R7, einen Widerstand R8 und einen Widerstand R9. Der Kondensator C1 und der Widerstand Rfl sind zueinander parallel geschaltet. Ein Minus-Eingang des Verstärkers IC1 ist mit einem Ende des Widerstands Rfl verbunden, welcher WiderstandRfl am anderen Ende jeweils mit einem Ende des Widerstands R1, einem Ausgang des Verstärkers IC1 und einem Ende des Widerstands R4 verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands R1 ist jeweils mit einem Ende des Widerstands R5, einem Minus-Eingang des Verstärkers IC3 und einem Ende des Widerstands R2 verbunden. Das andere Ende desWiderstands R5 ist jeweils mit einem Ausgang von IC3 und einem Ende des Widerstands R8 verbunden. Das andere Ende des Widerstands R8 ist jeweils mit einem Ende des Widerstands R9 und einem Minus-Eingang von IC5 verbunden. Dasandere Ende des Widerstands R9 ist jeweils mit einem Ausgang von IC5 und mit IC6 verbunden. Der Kondensator C2 und der Widerstand Rf2 sind zueinander parallel geschaltet. Ein Minus-Eingang von IC2 ist mit einem Ende des WiderstandsRf2 verbunden, welcher Widerstand Rf2 am anderen Ende jeweils mit einem Ausgang von IC2, dem anderen Ende von R2 und einem Ende von R3 verbunden ist. Das andere Ende von R3 ist jeweils mit einem Ende von R6 und einem MinusEingang von IC4 verbunden. Das andere Ende von R6 ist jeweils mit einem Ausgang von IC4 und mit IC6 verbunden. Ein Plus-Eingang von IC4 ist jeweils mit dem anderen Ende von R4 und einem Ende von R7 verbunden. Das andere Ende vonR7, ein Plus-Eingang von IC1, ein Plus-Eingang von IC2, ein Plus-Eingang von IC3 und ein Plus-Eingang von IC5 sindErdungsdraht verbunden.

[0033] Die Verstärker IC1 bis IC6 dienen jeweils zur Photostrom-Spannung-Umwandlung sowie als Addierer, Subtrahierer und Dividierer und werden bei Einsatzszenarien, bei denen eine hohe Verarbeitungsgeschwindigkeit und echtzeitige Steuerung erfordert werden, verwendet.

[0034] Ein Dividierer stellt eine Anwendungsmöglichkeit eines Multiplikators dar und dabei werden u.a. die Modelle integrierter linear variabler Transkonduktantz-4-Quadranten-Multiplikator MC1595L, Multiplikator der zweiten Generation mitAusgangsstrom-Verstärker, wie z.B. MC1594L/MC1494L, Multiplikator der zweiten Generation mit AusgangsspannungVerstärker, wie z.B. AD530, AD532, BB4203, BB4205, usw., und leistungsstarker integrierter analoger Multiplikator, bei dem Gegenkopplung verwendet wird, wie z.B. AD534, AD634, BB4213, BB4214 usw., verwendet.

[0035] Konkret umfasst das Ein-Chip-Computermodul einen Ein-Chip-Computer des Modells MSP430F149. Wie sich ausFigur 4 ergibt, ist jeder der Pins des Anschlusses PI und des Anschlusses P2 von MSP430F149 mit Interrupt-Funktionausgestattet, sodass eine Matrixtastatur einfach verwirklicht werden kann. Gleichzeitig sind die Funktion und die Ausgangsrichtung jedes der Pins einzeln festlegbar und durch Vorsehen weniger zusätzlicher Funktionschips können u.a. ein DA-Umwandlung und eine LCD-Anzeige ermöglicht werden.

[0036] P1.4 bis PI .7 des Ein-Chip-Computers dienen als optionale Anschlussleitung für das LED-Anzeigemodul und derübrige Anschluss P1 dient als LED-Anzeigeschaltungs-Schnittstelle, womit die Sensorkanalnummer und das Messergebnis auf einer sechsstelligen Nixie-Röhre angezeigt werden können.

[0037] Das Tastenmodul ist an den Anschluss P2 angeschlossen. Die Tastenschaltung besteht aus fünf Funktionstasten, nämlich einer Taste „Fehler anzeigen", einer Taste „Messung starten", einer Taste „Messung beenden", einer Taste „Einstellung" und einer Taste „Rücksetzen".

[0038] Dabei dienen P3.3 und P3.4 als zweiter Funktionsanschluss zur seriellen Kommunikation und zur Verbindung mit dem Anschluss RS232C des PCs. Der Anschluss P4 ist an einen Eingangsanschluss einer Adressdekodierschaltung angeschlossen, stellt ein Steuersignal für das Umschalten eines elektronischen Schalters eines 100-Kanals bereit,speist ein Spannungssignal eines Sensors an einem zugeordneten Kanal in einen A/D-Anschluss des Ein-Chip-ComputersMSP430 ein, führt eine A/D-Umwandlung unter Verwendung eines 12-Bit-A/D-Moduls innerhalb des Ein-Chip-Computersdurch, packt die Messdaten und Speichert diese in einen Datenpuffer-Cache in dem Ein-Chip-Computer. Wenn der EinChip-Computer einen Datenübermittlungsbefehl von einer PC-Software empfängt, werden die zugeordneten Sensordatenüber die RS232-Kommunikationsschnittstellenschaltung an den PC zur Datenanalyse gesendet.

[0039] Wie aus Figur 4b zu entnehmen ist, umfasst das LED-Anzeigemodul konkret einen Dekodier-Antriebschip U2 desModells 74LS145, einen Dekodier-Antriebschip U3 des Modells 74LS249, eine Nixie-Röhre DS1, eine Nixie-Röhre DS2,eine Nixie-Röhre DS3, eine Nixie-Röhre DS4, eine Nixie-Röhre DS5 und eine Nixie-Röhre DS6. Die letzten vier Stellender Nixie-Röhre geben ein Zeichen und einen dreistelligen Abweichungswert an, während die ersten zwei Stellen eine Arbeitsplatznummer und eine Wiederholungsanzahl angeben. Dabei ist der Dekodier-Antriebschip U2 jeweils mit der NixieRöhre DS1, der Nixie-Röhre DS2, der Nixie-Röhre DS3, der Nixie-Röhre DS4, der Nixie-Röhre DS5 und der Nixie-Röhre

DS6 verbunden und der Dekodier-Antriebschip U3 jeweils mit der Nixie-Röhre DS1, der Nixie-Röhre DS2, der Nixie-RöhreDS3, der Nixie-Röhre DS4, der Nixie-Röhre DS5 und der Nixie-Röhre DS6 verbunden.

[0040] Das LED-Anzeigemodul umfasst ferner ein 8D-Latch. Das LED-Anzeigemodul weist die Besonderheit auf, dass imGegensatz zu anderen Schaltungen, bei denen zwei 377-Latches zum Latchen eines Segmentcodes und eines Stellencodes einer anzuzeigenden Ziffer verwendet werden, ein einziges 377-Latch zum Latchen eines vierstelligen Segmentcodesund eines vierstelligen Stellencodes einer anzuzeigenden Ziffer eingesetzt wird. 74LS249 wandelt eine eingegebene vierstellige binäre Zahl von 0 bis 9 in eine Sieben-Segment-Zifferform um und gibt diese aus. 74LS145 ist ein 4-10-Dekodiererund dabei können vier Eingangsleitungen wahlweise mit zehn Ausgangsleitungen verbunden werden. Hier werden sechs Ausgangsleitungen zum Anzeigen der Arbeitsnummer und eines Arbeitsplatz-Abweichungswerts der entsprechenden Position verwendet. Zum Anzeigen kann allein durch Ausführen eines Befehls die Zifferform angezeigt und die Zifferstelle gesteuert werden. Zum Erleichtern der . Beobachtung und der Aufzeichnung wird eine Dezimalzahl angezeigt. Mit einer derartigen Schaltung wird die Konstruktion der Hardwareschaltung und der Anzeigesoftware vereinfacht.

[0041] In Figur 4 sind die Segment-Auswahlleitungen aller Stellen dementsprechend parallel geschaltet und werden durcheine Sieben-Segment-LED gesteuert, womit das Multiplexing der Segment-Auswahlleitung verwirklicht wird, während eine gemeinsame Anode der einzelnen Stelle durch 74LS145 gesteuert wird, womit eine zeitbedingte Zuschaltung der einzelnen Stelle verwirklicht wird, wobei also das Anzeigen abtastend erfolgt. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird nur die Stellen-Auswahlleitung einer bestimmten Stelle zugeschaltet und an der Segment-Auswahlleitung ein Zifferformcode desanzuzeigenden Zeichens ausgegeben, während die anderen Stellen nicht aufleuchten. Aufgrund der Augenträgheit der menschlichen Augen kann jedoch bei zyklischem Anzeigen die optische Täuschung, dass mehrere Stellen gleichzeitig aufleuchten, erzeugt werden, soweit das Intervall zwischen Anzeigen der einzelnen Stellen ausreichend kurz ist. Somit wird die Aufgabe zum Anzeigen mehrstelliger Daten erfüllt. Das Intervall zwischen Anzeigen verschiedener Stellen der LED kann durch zeitgesteuerten Interrupt gesteuert werden. Ein zu kurzes Intervall wird nicht erlaubt, da zwischen Zuschalten und Aufleuchten einer LED eine bestimmte Verzögerung vorliegt, sodass dann eine zu kurze Zuschaltdauer verursacht und die Sieben-Segment-LED zu schwaches Licht emittiert, das für menschliche Augen nicht klar sichtbar ist. Das Intervallkann auch nicht zu lang sein, da eine Einschränkung durch die kritische Blickfrequenz vorliegt und ein längeres Intervall zu einer längeren MCU-Belegung führt, sodass zum dynamischen Anzeigen eigentlich auf Kosten der MCU-Zeit die Anzahlan Elementen und der Energieverbrauch verringert werden.

[0042] Wie aus Figur 4a zu entnehmen ist, umfasst das Tastenmodul konkret einen Tastenschalter SO, einen Tastenschalter S1, einen Tastenschalter S2, einen Tastenschalter S3, einen Tastenschalter S4, einen Widerstand R30, einen Widerstand R31, einen Widerstand R32, einen Widerstand R33 und einen Widerstand R34. Dabei ist der Tastenschalter SO mit dem Widerstand R30, der Tastenschalter S1 mit dem Widerstand R31, der Tastenschalter S2 mit dem Widerstand R32, der Tastenschalter S3 mit dem Widerstand R33 und der Tastenschalter S4 mit dem Widerstand R34 in Reihe geschaltet. Der Tastenschalter SO, der Tastenschalter S1, der Tastenschalter S2, der Tastenschalter S3 und der Tastenschalter S4 sind jeweils mit dem Erdungsdraht verbunden. Der Widerstand R30, der Widerstand R31, der Widerstand R32, der Widerstand R33 und der Widerstand R34 sind jeweils mit VCC verbunden.

[0043] Das Tastenmodul zeichnet sich durch flexible Konfiguration und einfachen Aufbau einer unabhängigen Tastenschaltung aus und wird bei einer ausreichenden Anzahl an I/O-Anschlüssen verwendet. Hierbei wird eine einzelne Tastenschaltung durch fünf Drähte des Anschlusses P2 gebildet. Mit den Tasten wird Folgendes gesteuert: Fehler anzeigen, Messung starten, Messung beenden, Einstellung und Rücksetzen. Die Tasten sind LOWaktiv.

[0044] Konkret wird durch einen seriellen Anschluss von MSP430F149ein TTL-Pegel ein- und ausgegeben. Eine derartigeSchaltung zeichnet sich vorteilhafterweise durch hohe Geschwindigkeit, geringen Energieverbrauch und niedrigen Preis aus. Mit einem EIA-Pegel kann der PC bei einer Umgebung mit großem Störrauschen zuverlässig arbeiten. Daher müssender PC und der Ein-Chip-Computer über einen Pegelwandler kommunizieren. Dazu wird in der Regel ein PegelwandlerMC1488 und MC1489 verwendet, wodurch eine±12V-Stromversorgung benötigt wird. Dabei bestehen zudem Nachteilewie unzureichende Betriebsstabilität und Anfälligkeit des integrierten Pakets für Verbrennen. Integrierte TSC232-Chips, dieauf dem Markt erhältlich sind, werden durch eine +5V-Stromversorgung mit Strom versorgt und darin sind zwei Gruppenvon Pegelumwandlungsschaltungen vorgesehen. Die erste Gruppe dient zur Umwandlung von +5 V auf +10 V, während die zweite Gruppe zur Umwandlung von -10 V auf+10 V dient, was sich für eine Umwandlung zwischen dem EIA-Pegel unddem TTL-Pegel eignet. Die Peripherieschaltung ist einfach ausgebildet und keine zusätzliche ±12V-Stromversorgung wirdbenötigt. Der Arbeitsstrom liegt nur bei 5 mA. Wie sich aus Figur 5 ergibt, bildet der Chip eine Kommunikationsschnittstelle zwischen dem PC und dem Ein-Chip-Computer, nämlich ein Kommunikationsschnittstellenmodul. Nach Ausgeben einer+5V-Stromversorgung durch 16 Pins kann an 2 Pins und 6 Pins eine Spannung von +10 V und -10 V anliegen.

[0045] Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Stromversorgungsmodul, das den Ein-Chip-Computer und eine PSDMessschaltung mit Strom versorgt und deren Stabilität die Stabilität des Ein-Chip-Computers und der einzelnen Chips, diedie PSD-Messschaltung bilden, unmittelbar beeinflusst. Es stellt somit die Quelle des Chiprauschens dar. Daher stellt dasBereitstellen einer Stromversorgung hoher Qualität einen Schlüsselpunkt zum Erzielen eines stabilen und zuverlässigen Betriebs des Chips und einer Messung hoher Genauigkeit dar.

[0046] Das Stromversorgungsmodul umfasst einen Wechselspannung-LC-Anpassungsteil, einen Transformator, einenGleichrichterabschnitt, eine Filterschaltung und eine Spannungsstabilisierungsschaltung.

[0047] Wie aus Figur 6 zu entnehmen ist, umfasst das Stromversorgungsmodul konkret einen Transformator T1, eine Brückengleichrichterschaltung B1, eine Brückengleichrichterschaltung B2, einen Elektrolytkondensator C1, einen Elektrolytkondensator C2, einen Elektrolytkondensator C3, einen Kondensator 04, einen Kondensator 05, einen Kondensator 06, einen Spannungsstabilisierungschip W1, einen Spannungsstabilisierungschip W2, einen Spannungsstabilisierungschip W3, einen Kondensator 07, einen Kondensator 08, einen Kondensator 09 und einen Anschluss P3. Pin 1 des Anschlusses P3 ist jeweils mit einem Ende des Kondensators 07 und Pin 3 des Spannungsstabilisierungschips W1 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 07 ist jeweils mit Pin 2 des Anschlusses P3, dem Erdungsdraht, Pin 2 des Spannungsstabilisierungschips W1, einem Ende des Kondensators 04, einem Ende des Elektrolytkondensators 01 und der Brückengleichrichterschaltung B2 verbunden. Pin 1 des Spannungsstabilisierungschips W1 ist jeweils mit dem anderen Ende des Kondensators 04, dem anderen Ende des Elektrolytkondensators 01 und der Brückengleichrichterschaltung B2 verbunden, welche Brückengleichrichterschaltung B2 mit dem Transformator T1 verbunden ist. Pin 3 des Anschlusses P3 ist jeweils mit einem Ende des Kondensators 08 und Pin 3 des Spannungsstabilisierungschips W2 verbunden. Das andere Ende des Kondensators 08 ist jeweils mit Pin 4 und Pin 5 des Anschlusses P3 sowie einem Ende des Kondensators 09, Pin 2 des Spannungsstabilisierungschips W2, Pin 2 des Spannungsstabilisierungschips W3, einem Ende des Kondensators 05, einem Ende des Kondensators 06, einem Ende des Elektrolytkondensators 02, einem Ende des Elektrolytkondensators 03, dem Erdungsdraht und dem Transformator verbunden. Das andere Ende des Kondensators 09 ist jeweils mit Pin 6 des Anschlusses P3 und Pin 3 des Spannungsstabilisierungschips W3 verbunden. Pin 1 des Spannungsstabilisierungschips W2 ist jeweils mit dem anderen Ende des Kondensators 05, dem anderen Ende des Elektrolytkondensators 02 und der Brückengleichrichterschaltung B1 verbunden. Pin 1 des Spannungsstabilisierungschips W3 ist mit dem anderen Ende des Kondensators 06, dem anderen Ende des Elektrolytkondensators 03 und der Brückengleichrichterschaltung B1 verbunden, welche Brückengleichrichterschaltung B1 mit dem Transformator T1 verbunden ist.

[0048] Das Arbeitsprinzip lautet wie folgt: Ein Wechselstrom mit eine Spannung von 220 V und einer Frequenz von 50 Hz aus einem Stromnetz durchfließt zunächst den Wechselspannung-LC-Anpassungsteil, der durch Kondensatoren und Induktoren als Energiespeicherelemente gebildet wird. Da Energiespeicherelemente zur Energieanpassung dienen können, wird bei abnehmender elektrischer Energie die Energie freigesetzt und bei zunehmender Energie die Energie gespeichert. Mit dem Wechselspannung-LC-Anpassungsteil, der anhand eines derartigen Merkmals gebildet wird, kann der Wechselspannungsanteil erheblich verringert werden. Dann wird die Wechselspannung mit einem Effektivwert von 220 V mittels des Transformators in eine Arbeitsspannung mit einem Effektivwert von 15 V bzw. 8 V umgewandelt. Über die Brückengleichrichterschaltung wird der Wechselstrom anhand der unidirektionalen elektrischen Leitfähigkeit einer Diode in einen unidirektionalen Gleichstrom umgewandelt. Eine derartige Gleichspannung weist jedoch eine große Amplitudenänderung auf. Mittels der Filterschaltung wird der Wechselspannungsanteil herausgefiltert, während der Gleichspannungsanteil weitestgehend beibehalten wird. Somit wird eine glatte Gleichspannung erhalten. Der Spannungswert unterliegt jedoch immer noch dem Einfluss durch die Schwankung der Netzspannung und die Laständerung, weshalb eine Spannungsstabilisierungsschaltung zum Schutz der Ausgangsspannung vor externem Einfluss benötigt wird. Bei der Schaltung wird ein integrierter Spannungsstabilisator der Serie W7800 zur Spannungsstabilisierung verwendet. Da die Schaltung eine Stromversorgung hoher Qualität bereitstellen soll, sind gegenüber üblichen Schaltungen zusätzlich zwei Abschnitte vorgesehen.

[0049] Bei einem der zusätzlich vorgesehenen Abschnitte handelt es sich um den vorgeschalteten LC-WechselspannungAnpassungsteil, womit die Schwankung der Wechselspannung vor Durchfließen des Transformators wesentlich verringert wird.

[0050] Bei dem anderen der zusätzlich vorgesehenen Abschnitte handelt es sich um einen DC-DC-Trennwandler, womiteine einzige Spannung in mehrere Spannungsausgänge, die die Schaltung benötigt, umgewandelt werden kann, was zu vereinfachter Schaltungsauslegung beiträgt. Des Weiteren kann durch Trennen die Störung zwischen der Stromversorgungskreis und dem Erdungsdraht beseitigt werden, womit eine komplizierte Verdrahtung vereinfacht wird. Für den DCDC-Trennwandler wird das Modell 12D12-150 verwendet und dabei wird eine Spannung von +12 eingegeben und eineSpannung von ±12 V und ein Strom von 150 mA ausgegeben.

[0051] Der bei der Schaltung verwendete integrierte Spannungsstabilisator der Serie W7800 zeichnet sich durch hohe Genauigkeit, kleine Abmessung, komfortable Verwendung, feste oder einstellbare Ausgangsspannung, erweiterbaren Ausgangsstrom und zahlreiche Schutzfunktionen aus.

[0052] Aufgrund der Unterstützung der vorstehenden Abschnitte kann die Schaltung eine Stromversorgung hoher Stabilität bereitstellen, womit das Verwirklichen der Funktionen der einzelnen Schaltungen, die die Hardware des KoaxialitätsMessgeräts bilden, und deren Chips sichergestellt wird. Des Weiteren wird eine Beeinträchtigung der Genauigkeit der einzelnen Schaltungen, die die Hardware des Koaxialitäts-Messgeräts bilden, und deren Chips durch die Stabilität derStromversorgung und somit eine dadurch verursachte Beeinträchtigung des Messergebnisses ausgeschlossen.

Zweite konkrete Ausführungsform

[0053] Ein Steuerverfahren, das auf der Grundlage des Steuersystems eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach der ersten konkreten Ausführungsform verwirklicht wird, umfasst die folgenden Schritte:

Claims

Schritt a: Einstellen der Höhe des Halbleiter-Lasers vor einer Messung mittels des Messgeräts, sodass ein Laserstrahlauf den Mittelpunkt einer optischen Zielscheibe auftrifft, wobei das LED-Anzeigemodul den Wert 0 anzeigt; Schritt b: Starten eines Programms und Anzeigen eines Positionssignals eines Anschlags auf dem LED-Anzeigemodul; Schritt c: Drücken der Start-Taste an dem Tastenmodul, Drücken der Messung-Taste nach Loslassen der Start-Taste,um die Messung der ersten Daten durchzuführen, und Loslassen der Messung-Taste, um einen Abweichungswert aufdem LED-Anzeigemodul zu zeigen; Schritt d: Verschieben der optischen Zielscheibe bis zu einer zweiten Messposition, Drücken der Start-Taste undDrücken der Messung-Taste, um die Messung zweiter Daten durchzuführen; und Schritt e: Fortschreiten der Messung wie oben beschrieben bis zum Messen der letzten Daten, Halten der BeendenTaste gedrückt, Drücken der Start-Taste, Drücken der Messung-Taste nach Loslassen der Start-Taste, wobei die Messung der letzten Daten durchgeführt wird und alle Daten über das Kommunikationsschnittstellenmodul an den PC zur Bewertung des Koaxialitätsfehlers übermittelt werden, und Loslassen der Messung-Taste und der Beenden-Taste, umdie Messung zu beenden. [0054] Konkret erfolgt die Kommunikation durch Drücken einer Kommunikation-Taste, um gemessene und verarbeiteteDaten an den PC zur Verarbeitung zu übermitteln. [0055] Konkret wird nach einem Messvorgang die Start-Taste gedrückt, um den Ausgangszustand wiederherzustellen undeinen nächsten Messvorgang erneut durchzuführen. [0056] Figur 7 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Hauptprogramms des Ein-Chip-Computers. Ein Ausgangssignal zweierSignalelektroden des PSD-Sensors wird durch das Operationsverstärkermodul verstärkt und addiert bzw. subtrahiert,womit ein Ergebnis, das sich linear zu der Lichtpunkposition von PSD verhält. Das zugehörige Ablaufdiagramm ist aus Figur 8 zu entnehmen, die ein Ablaufdiagramm eines A/D-Umwandlungs-Unterprogramms zeigt. Das Anzeige-Unterprogrammdient zum Umwandeln eines binären Ergebnisses in ein dezimales Ergebnis, das an das LED-Anzeigemodul übermitteltwird, um die Position des Lichtpunkts von PSD, nämlich die Koaxialitätsabweichung, anzuzeigen. Ein Ablaufdiagramm des Anzeige-Unterprogramms ist aus Figur 9 zu entnehmen. Patentansprüche

1. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem einen Halbleiter-Laser, einen PSD-Sensor, ein Messverstärkungsmodul, ein Ein-Chip-Mikrocomputermodul, ein LED-Anzeigemodul, ein Tastenmodul, ein Kommunikationsschnittstellenmodul und einen PC umfasst, wobei der Halbleiter-Laser mitdem PSD-Sensor verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Eingang einer Messverstärkungsschaltung verbundenist, wobei ein Ausgang der Messverstärkungsschaltung mit einem A/D-Umwandlungsanschluss des Ein-Chip-Computermoduls verbunden ist, wobei ein P1-Ausgang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Eingang des LED-Anzeigemoduls verbunden, wobei ein P2-Eingang des Ein-Chip-Computermoduls mit einem Ausgang des Tastenmoduls verbunden ist, wobei das Ein-Chip-Computermodul über das Kommunikationsschnittstellenmodul mit dem PCin bidirektionaler Verbindung steht;

2. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messverstärkungsmodul eine PSD-Sensormessschaltung und eine PSD-Signalverarbeitungsschaltung umfasst; die PSD-Sensormessschaltung einen Anschluss PI, einen Widerstandskasten UR, einen Kondensator C1, eine primäre Operationsverstärkerschaltung, einen Widerstand R3, einen Widerstand R5, einen Widerstand R6, einen Widerstand R8, eine sekundäre Operationsverstärkerschaltung, einen Widerstand R10, eine Diode D und einen Anschluss P2 umfasst; Pin 2 des Anschlusses P1 jeweils mit Pin 4 des Anschlusses P1, einem Ende des Widerstandskastens UR, einem Ende des Kondensators C1 und einem Erdungsdraht verbunden und das andere Ende des Kondensators C1 jeweils mit Pin 3 des Anschlusses PI und einem verstellbaren Ende des Widerstandskastens UR verbunden ist; das andere Ende des Widerstandskastens UR mit einer +5V-Stromversorgung verbunden ist, wobei Pin 1 und Pin 5 des Anschlusses PI mit zwei Eingangspins der primären Operationsverstärkerschaltung verbunden sind, wobei ein Ausgangspin der primären Operationsverstärkerschaltung jeweils durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R3 und dem Widerstand R6 an einen Eingangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung angeschlossen ist, wobei der andere Ausgangspin der primären Operationsverstärkerschaltung durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R5 und dem Widerstand R8 an einen Eingangspin der sekundären Operationsverstärkerschaltung angeschlossen ist, wobei ein Ausgangspin der sekundären Operationsvertärkerschaltung durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstand R10 jeweils an die Diode D und Pin 1 des Anschlusses P2 angeschlossen ist, wobei die Diode D mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei das andere Ausgang der sekundären Operationsverstärkerschaltung mit Pin 4 des Anschlusses P2 verbunden ist, und wobei Pin 2 und Pin 3 des Anschlusses P2 mit dem Erdungsdraht verbunden sind;

die primäre Operationsverstärkerschaltung einen Verstärker des Modells TL061 umfasst;

3. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Operationsverstärkerschaltung einen Kondensator 02, einen Widerstand RI, einen Widerstandskasten UR1, einen Verstärker A1, einen Kondensator 03, einen Widerstand R2, einen Widerstandskasten UR2 und einen Verstärker A2 umfasst; der Kondensator 02, der Widerstand R1 und der Verstärker A1 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A1 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des VerstärkersA1 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR1 an Pin 5 des Verstärkers A1 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind; der Kondensator 03, der WiderstandR2 und der Verstärker A2 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A2 mit demErdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A2 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR2 an Pin 5 des Verstärkers A2 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite an -12Vbzw. +12V angeschlossen sind.

4. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäreOperationsverstärkerschaltung einen Widerstand R4, einen Widerstandskasten URS, einen Verstärker A3, einen Widerstand R7, einen Widerstandskasten UR4, einen Verstärker A4 und einen Widerstand R9 umfasst; der Widerstand R4 und der Verstärker A3 zueinander parallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A3 mit demErdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A3 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR3 an Pin 8 des Verstärkers A3 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite des Verstärkers A3 an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind, wobei der Widerstand R7 und der Verstärker A4 zueinanderparallel geschaltet sind, wobei ein Plus-Eingang des Verstärkers A4 durch eine Reihenschaltung mit dem WiderstandR9 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Pin 1 an einer Seite des Verstärkers A4 durch eine Reihenschaltung mit dem Widerstandskasten UR4 an Pin 8 des Verstärkers A4 angeschlossen ist und zwei Pins an der anderen Seite des Verstärkers A4 an -12 V bzw. +12 V angeschlossen sind.

5. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die PSD-Signalverarbeitungsschaltung UR, einen Kondensator 03, 101, IC2, einen Kondensator 01, einen Widerstand Rf 1, einen Kondensator 02, einen Widerstand Rf2, einen Widerstand R1, einen Widerstand R2, einen Widerstand R3, einen Widerstand R4, einen Widerstand R5, einen Widerstand R6, einen Widerstand R7, IC3, IC4, IC5, IC6, einen Widerstand R8 und einen Widerstand R9 umfasst; Pin 1 von UR jeweils mit einem Minus-Eingang von 101 und einem Ende desWiderstands Rf 1 verbunden ist, wobei der Kondensator 01 und der Widerstand Rf 1 zueinander parallel geschaltet sind, wobei der Widerstand Rf 1 am anderen Ende jeweils mit einem Ende des Widerstands R1, einem Ausgang von 101 und einem Ende des Widerstands R4 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R1 jeweils mit einem Ende des Widerstands R5, einem Minus-Eingang von IC3 und einem Ende des Widerstands R2 verbunden ist,wobei das andere Ende des Widerstands R5 jeweils mit einem Ausgang von IC3 und einem Ende des Widerstands R8 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R8 jeweils mit einem Ende des Widerstands R9 und einem Minus-Eingang von IC5 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R9 jeweils mit einem Ausgangvon IC5 und mit IC6 verbunden ist, wobei IC6 jeweils mit einem Ende des Widerstands R6 und einem Ausgang von IC4 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R6 jeweils mit einem Ende des Widerstands R3 und einem Minus-Eingang von IC4 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R3 jeweils mit dem anderenEnde des Widerstands R2, einem Ende des Widerstands Rf2 und einem Ausgang von IC2 verbunden ist, wobei der Kondensator 02 und der Widerstand Rf2 zueinander parallel geschaltet sind, wobei das andere Ende des Widerstands Rf2 mit UR und einem Minus-Eingang von IC2 verbunden ist, wobei das andere Ende des Widerstands R4 jeweilsmit einem Plus-Eingang von IC4 und mit dem Widerstand R7 verbunden ist, wobei der Widerstand R7 mit dem Erdungsdraht verbunden ist, wobei Plus-Eingänge von 101, IC2, IC3 und IC5 jeweils mit dem Erdungsdraht verbundenist, wobei Pin 3 von UR jeweils mit dem Kondensator 03 und einer +10-Stromversorgung verbunden ist, und wobeider Kondensator 03 mit dem Erdungsdraht verbunden ist.

6. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das LED-Anzeigemodul einen Dekodier-Antriebschip U2, einen Dekodier-Antriebschip U3, eine Nixie-Röhre DS1, eine Nixie-RöhreDS2, eine Nixie-Röhre DS3, eine Nixie-Röhre DS4, eine Nixie-Röhre DS5 und eine Nixie-Röhre DS6 umfasst; derDekodier-Antriebschip U2 jeweils mit der Nixie-Röhre DS1, der Nixie-Röhre DS2, der Nixie-Röhre DS3, der NixieRöhre DS4, der Nixie-Röhre DS5 und der Nixie-Röhre DS6 verbunden und der Dekodier-Antriebschip U3 jeweils mitder Nixie-Röhre DS1, der Nixie-Röhre DS2, der Nixie-Röhre DS3, der Nixie-Röhre DS4, der Nixie-Röhre DS5 undder Nixie-Röhre DS6 verbunden ist.

7. Steuersystem eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tastenmoduleinen Tastenschalter SO, einen Tastenschalter S1, einen Tastenschalter S2, einen Tastenschalter S3, einen Tastenschalter S4, einen Widerstand R30, einen Widerstand R31, einen Widerstand R32, einen Widerstand R33 und einen Widerstand R34 umfasst; der Tastenschalter SO mit dem Widerstand R30, der Tastenschalter S1 mit dem Widerstand R31, der Tastenschalter S2 mit dem Widerstand R32, der Tastenschalter S3 mit dem Widerstand R33 und der Tastenschalter S4 mit dem Widerstand R34 in Reihe geschaltet ist, wobei der Tastenschalter SO, der Tastenschalter S1, der Tastenschalter S2, der Tastenschalter S3 und der Tastenschalter S4 jeweils mit dem Erdungsdraht verbunden sind,

und wobei der Widerstand R30, der Widerstand R31, der Widerstand R32, der Widerstand R33 und der Widerstand R34 jeweils mit VCC verbunden sind.

8. Steuerverfahren, das auf der Grundlage eines Steuersystems eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch1 verwirklicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

Schritt c: Drücken der Start-Taste an dem Tastenmodul, Drücken der Messung-Taste nach Loslassen der Start-Taste,um die Messung der ersten Daten durchzuführen, und Loslassen der Messung-Taste, um einen Abweichungswertauf dem LED-Anzeigemodul zu zeigen;

Schritt e: Fortschreiten der Messung wie oben beschrieben bis zum Messen der letzten Daten, Halten der Beenden-Taste gedrückt, Drücken der Start-Taste, Drücken der Messung-Taste nach Loslassen der Start-Taste, wobei dieMessung der letzten Daten durchgeführt wird und alle Daten über das Kommunikationsschnittstellenmodul an den PC zur Bewertung des Koaxialitätsfehlers übermittelt werden, und Loslassen der Messung-Taste und der Beenden-Taste,um die Messung zu beenden.

9. Steuerverfahren eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch Drückeneiner Kommunikation-Taste die Kommunikation erfolgt, um die gemessene und verarbeitete Daten an den PC zurVerarbeitung zu übermitteln.

10. Steuerverfahren eines Laser-Koaxialitätsmessgeräts nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach einemMessvorgang die Start-Taste gedrückt wird, um den Ausgangszustand wiederherzustellen und einen nächsten Messvorgang vom Anfang an durchzuführen.