DD200541A1

DD200541A1 - ARRANGEMENT FOR OPTICAL SCANNING

Info

Publication number: DD200541A1
Application number: DD23230681A
Authority: DD
Inventors: Juergen Flakowski
Original assignee: Juergen Flakowski
Priority date: 1981-08-03
Filing date: 1981-08-03
Publication date: 1983-05-11

Abstract

Die Erfindung ist z.b. anwendbar in anlagen, mit denen optische Signale von Informationstraegern uneinheitlicher Laenge abgenommen und zugleich Aussagen ueber die von Linie zu Linie abweichende Laenge gewonnen, gespeichert und weiterverarbeitet werden koennen. Ziel der Erfindung ist eine Anordnung, die mit geringem Aufwand eine hohe Betriebssicherheit gewaehrleistet. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die unkompliziert aufgebaut ist, eine Richtungsaenderung des Lichtstrahles innerhalb eines grossen Winkelbereiches zulaesst und den vorgegebenen Austrittswinkel selbsttaetig ueberwacht. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass ein teildurchlaessiges Ablenkelement, bei dem der abgelenkte Teil eines Lichtbuendels eine annaehernd radiale Richtung und der durchgehende Teil eine axiale Richtung bezueglich der Einfallachse des Lichtbuendels aufweisen, um die Einfallachse drehbar gelagert ist und dass sich zur Realisierung eines umlaufenden Messstrahles fuer eine nachfolgende angeordnete Einrichtung zur optischen Messung des Drehwinkels des teildurchlaessigen Ablenkelements im Strahlengang des durchgehenden Teiles des Lichtbuendels ein rotierendes Ablenkelement befindet.The invention is z.b. Applicable in systems with which optical signals from information carriers of inconsistent length taken and at the same time obtained statements about the deviating from line to line length, stored and processed. The aim of the invention is an arrangement that ensures high reliability with little effort. The invention has for its object to provide an arrangement that is straightforward, allows a change in direction of the light beam within a large angular range and monitored the default exit angle selbsttaetig. According to the invention, the object is achieved in that a partially permeable deflection element, in which the deflected part of a light beam has an approximately radial direction and the continuous part has an axial direction with respect to the axis of incidence of the light beam, is rotatably mounted about the incident axis and that for realizing a circumferential Measuring beam for a subsequent arranged means for optically measuring the angle of rotation of the partially permeable deflection element in the beam path of the continuous part of the Lichtbuendels a rotating deflection element is located.

Description

Anordnung zum optischen AbtastenArrangement for optical scanning

Anwendungsgebiet der Erfindung Applicability of the invention

_X_J ' 5 Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum optischen Abtasten von Linien variabler Länge* Sie ist z. B. anwendbar in automatisch arbeitenden Anlagen, mit denen optische. Signale von linien- oder flächenförmigen Informationsträgern uneinheitlicher Länge abgenommen werden und zugleich Aussagen über die von Linie zu Linie abv/eichende Länge gewonnen, gespeichert und weiterverarbeitet werden können. _X _J '5 The present invention relates to an arrangement for optically scanning lines of variable length * It is z. B. applicable in automatic systems, with which optical. Signals from linear or planar information carriers of inconsistent length are taken and at the same time statements about the length to be measured from line to line can be obtained, stored and further processed.

Cjij.rakteri.stik der bekannten ^technisjjhen^ Lösun^gen Die optische Abtastung von Linien oder Zeilen wird heute in vielen Bereichen der Technik benutzt. Das schlägt sich in einer Vielfalt von Prinziplösungen nieder, die in der Patentliteratur dazu veröffentlicht worden sind. So beschreibt die DE-AS 2 250 763 (Priorität: 190 024 vom 18. 10. .1971) eine "Vorrichtung zur steuerbaren Ablenkung eines Lichtstrahles", bei der die Ablenkung des Lichtstrahl.es mit einem rotierenden Polygonspiegel erfolgt. NachCjij.rakteri.stik of known technical solutions The optical scanning of lines or lines is used today in many fields of technology. This is reflected in a variety of principle solutions that have been published in the patent literature. Thus, DE-AS 2 250 763 (priority: 190 024 of 18. 10. 1971) describes a "device for controllable deflection of a light beam", wherein the deflection of the Lichtstrahl.es takes place with a rotating polygon mirror. To

··. '·. dem-gleichen- Prinzip ;arbeit'et die^; mit der 'DE-OS- 2 443-397 -' ^: offenbarte Lösung "Verfahren und Vorrichtung zur optischen. ; Abtastung von teilweise aufgezeichneten Signa.!en", Die "Optische Abtastvorrichtung" nach DE-OS 2 436 337 (Priorität: PR 7 328.824 vom 07. .08,-1973) verwendet ansteile des rotie-. renden Polygonspiegel einen rotierenden optischen Zylinder, an dessen Umfang Konvergenzsysteme angebracht sind,··. '·. the same principle ^; with the 'DE-OS 2 443-397 -' ^: disclosed solution "Method and apparatus for the optical., Sampling of partially recorded Signa." The "optical scanning" according to DE-OS 2,436,337 (priority: PR 7 328.824 dated 07.08, -1973) uses parts of the rotie-. polygon mirror has a rotating optical cylinder, on whose circumference convergence systems are mounted,

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Alle diese Lösungen haben den. gemeinsamen !lachteil, daß der Ablenkwinkel mit den Abmessungen des rotierenden Ablenkelementes fest vorgegeben ist, so daß die abgetasteten Zeilen bei gleicher Entfernimg von der Vorrichtung notwendig auch von gleicher Länge sind. ^: All these solutions have that. common that the deflection angle with the dimensions of the rotating deflection element is fixed, so that the scanned lines are necessarily the same distance from the device even of the same length. ^:

In der AT~PS 326 195 wird eine "Einrichtung zum punktweisen Abtasten eines Objektes" beschrieben, die u» a. Kippspiegel zur Ablenkung des Lichtstrahles verwendet« Diese Einrichtung ist jedoch nicht zur Messung und Beeinflussung des Ablenkwinkels geeignet.In AT ~ PS 326 195 a "device for pointwise scanning of an object" is described, the u »a. Tilting mirror used to deflect the light beam «However, this device is not suitable for measuring and influencing the deflection angle.

Einen "Positionsmelder für optisches Abtasten" zeigt die CH-PS 598 609* Hier wird vom abgelenkten Lichtstrahl über einen Strahlteiler ein Teilstrahl gewonnen und zur Ermittlung der Position des Lichtstrahles genutzt, indem der Teilstrahl durch Hologramme in v/eitere Teilstrahlen gespalten wird. Jeder dieser weiteren Teilstrahlen wird jeweils auf einen zugeordneten Fotodetektor abgelenkt. Aus der Ansteuerung jedes einzelnen Fotodetektors, den nachgeschalteten Digitalisier-» stufen und der Decodierschaltung werden durch entsprechende Auswertung Angaben zur Position des Lichtstrahles gewonnen. Dieses Prinzip hat im wesentlichen den Nachteil, daß das Auflösungsvermögen von der Anzahl der angeordneten Fotodetektoren abhängig und damit aufgrund der räumlichen Ausdehnung dieser Detektoren begrenzt ist. Bei sehr feiner Unterteilung der Zeilenpunkte müssen deshalb zusätzliche Positionsangaben durch Interpolation ermittelt werden* Desweiteren ist der technische Aufwand sehr groß, insbesondere dann, wenn Richtungsänderungen des Lichtstrahles innerhalb eines großen Winkelbereioh.es, etwa gegen 360 Grad, durch Positionsanga-.ben-.belegt, werden sollen. '.··' ...· ·., ' . · · .A "position detector for optical scanning" shows the CH-PS 598 609 * Here, a partial beam is obtained from the deflected light beam via a beam splitter and used to determine the position of the light beam by the partial beam is split by holograms in v / eitere partial beams. Each of these further partial beams is deflected in each case to an associated photodetector. From the activation of each individual photodetector, the downstream digitizing stages and the decoding circuit, information about the position of the light beam is obtained by appropriate evaluation. This principle has essentially the disadvantage that the resolution capacity of the number of arranged photodetectors dependent and thus limited due to the spatial extent of these detectors. For very fine subdivision of the row points therefore additional position information must be determined by interpolation * Furthermore, the technical complexity is very large, especially when changes in direction of the light beam within a large Winkelbereioh.es, about 360 degrees, by Positionanga -ben-. Occupied , should be. '. ··' ... · ·., '. · ·.

Ziel der Erfindung ist eine Anordnung zum optischen Abtasten ' von Linien, die mit geringem Aufwand an Kosten und Material The aim of the invention is an arrangement for the optical scanning of lines, with little effort in terms of cost and material

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eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet und zur Rationalisierung von Meß- und Prüfprozessen geeignet ist.ensures a high degree of operational reliability and is suitable for rationalizing measuring and testing processes.

Darlegung des Wesens der Erfindung Darl egung the essence of the invention

Ausgehend vom Ziel liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum optischen Abtasten von Linien zu schaffen, die sich durch unkomplizierten Aufbau auszeichnet, eine Richtungsänderung des Lichtstrahles innerhalb eines großen Winkelbereich.es zuläßt und den vorgegebenen Ablenkwinkel selbständig überwacht und ständig korrigiert, so daß der Einstellfehler sehr klein gehalten werden kann.Based on the object of the invention, the object is to provide an arrangement for optically scanning lines, which is characterized by straightforward structure, a change in direction of the light beam within a large Winkelbereich.es permits and monitors the predetermined deflection independently and constantly corrected, so that the adjustment error can be kept very small.

J Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei Verwendung einer Ablenkeinrichtung und eines umlaufenden Meßstrahles zur optischen Winkelmessung dadurch gelöst, daß die Ablenkeinrichtung aus einem teildiirchlässigen, um die Einfallachse eines Lichtbün« dels drehbar gelagerten Ablenkelement besteht, bei dem der abgelenkte Teil des Lichtbündels eine annähernd radiale Richtung und der durchgehende Teil eine axiale'Richtung bezug- . lieh der Einfallachse aufweisen Lind die Richtungsänderung According to the invention, the object is achieved by using a deflecting device and a rotating measuring beam for optical angle measurement in that the deflecting device consists of a partially deflected deflection element rotatably mounted about the axis of incidence of a light bundle, in which the deflected part of the light bundle has an approximately radial direction the continuous part refers to an axial direction. lent the axis of incidence lind the direction change

des abgelenkten Teiles in der Radialebene synchron zur Dreh-• bewegung des teildurchlässigen Ablenkelementes erfolgt und daß sich zur Realisierung des umlaufenden Meßstrahles für die nachfolgend angeordnete Einrichtung, zur optischen Me s~ sung des Drehwinkels des teildurchlass!gen AbIenkelementes .im Strahlengang des durchgehenden Teiles des Lichtbündels ein rotierendes Ablenkelement befindet. .the deflected part takes place in the radial plane in synchronism with the rotation of the partly permeable deflecting element and that for the realization of the circulating measuring beam for the subsequently arranged device, for the optical measurement of the angle of rotation of the partially transmitting deflection element in the beam path of the continuous part of the Light beam is a rotating deflection. ,

. Zur Gewinnung von Impulsen für die Winkelmeßeinrichtung können im Bereich des umlaufenden Meßstrahles Indikatoren vor- . - -3.0· handen sein, von .denen einer als· M.eßbasis mit relativer .Ruhe • ·'. ' '. ' · zu den Ablenkelementen'angeordnet und ein weiterer mit dem' • .teildurchlässigen, drehbar gelagerten Ablenkelement fest verbunden ist« Die Ermittlung-.de s Drehwinkels des teildurchläs.-. sigen AbIenkelementes erfolgt durch Auswertung der Impulsfolge, mit Hilfe eines elektronischen Auswertesystems. Die Vorteile dieser Lösung bestehen darin, daß mit ihrer Anwendung eine Richtungsänderung des abgelenkten Teilstrahles fürs, In order to obtain pulses for the angle measuring device, indicators may be present in the area of the circulating measuring beam. - -3.0 · be of one of them as a measure of relative calm. ''. 'Is arranged to the deflecting' and another with the '•.. Part permeable, rotatably mounted deflector is firmly connected «The determination.de s rotation angle of teildurchläs.-. The low-level deflection element takes place by evaluation of the pulse sequence, with the aid of an electronic evaluation system. The advantages of this solution are that with their application, a change in direction of the deflected beam part for

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einen großen Winkerbereich mit hoher Einstellungsgenauigkeit realisierbar und aufgrund der stetigen Messung und Anzeige bzw. Verarbeitung des Meßwertes die- laufende Korrektur des Einstellwertes möglich ist. Die Anordnung ist nutzbar für die manuelle und automatische Einstellung der Ablenkeinrichtung« ,.a large range of angles can be realized with high setting accuracy and due to the continuous measurement and display or processing of the measured value, continuous correction of the setting value is possible. The arrangement can be used for manual and automatic adjustment of the deflector «,.

Ausf ühr ungsbe i^sjp i el Uh execute r ungsbe i ^ sj p i el

-10 Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert werden» In den zugehörigen Zeichnungen zeigen . . _: ,The invention will be explained below with reference to an embodiment »In the accompanying drawings show. , _: ,

Fig. 1 den Aufbau der Anordnung undFig. 1 shows the structure of the arrangement and

,· ' ' Fig· 2 eine Variante, des elektronischen Systems zur Ermittlung des¹ Austrittswinkels.· '' · Figure 2 is a variant of the electronic system ¹ for determining the exit angle.

Ein teildurchlässiges Ablenkelement 2 (vgl. 3?ig. 1), das ein Lichtbündel 1 in die Teilstrahlen 3 und 4 zerlegt, z. B, ein Teilerwürfel, ist um die Einfallachse des Lichtbündels 1 drehbar angeordnet. ... Im Strahlengang des Teilstrahlers 4 befindet sich ein rotierendes Ablenkelement 5. In der Ablenkebene des Teilstrahles sind Indikatoren 7 und 8, z. B. fotoelektrische Wandler, zur Gewinnung von Steuerimpulsen angebracht. Zur Auswertung der Steuerimpulse und zur Ermittlung des vorhandenen Austritts- : .. winkeis «X ist ein elektronisches System nach Pig.2vorhanden. Das teildurchlässige Ablenkelement 2 beeinflußt das Lichtbündel 1 so, daß dessen Teilstrahl 3.in eine annähernd radiale Richtung bezüglich der Einfallachse abgelenkt wird und derA partially transparent deflecting element 2 (see Fig. 1), which breaks a light beam 1 into the partial beams 3 and 4, z. B, a divider cube, is rotatably disposed about the incident axis of the light beam 1. ... In the beam path of the partial radiator 4 is a rotating deflection element 5. In the deflection plane of the sub-beam indicators 7 and 8, z. As photoelectric converters, attached to obtain control pulses. To evaluate the control pulses and to determine the existing exit: .. winkeis «X is an electronic system to Pig.2vorhanden. The partially transmissive deflector 2 influences the light beam 1 so that its partial beam is deflected 3.in an approximately radial direction with respect to the incident axis and the

Teilstrahl 4 die axiale Rich/tung ^;beibehält. Eine Drehbewegung Γ des teildurchlässigen Ablenkelementes'· 2 bewirkt: eine Riehtungsänderung des Teilstrahles 3 in der Radialebene. Der Teilstrahl 4 des Lichtbündels 1 trifft auf das rotierende Ablenk-' element 5 imd wird von diesem von der Drehachse 6 weg abge- . lenkt. Die Teilstrahlen 3 und 4 überstreichen nach ihrer· Ablenkung Ebenen, die parallel zueinander liegen, Die Einfalls-Partial beam 4 the axial direction ^; maintains. A rotational movement Γ of the partially transmissive deflection element * 2 causes: a Riehtungsänderung of the partial beam 3 in the radial plane. The partial beam 4 of the light beam 1 strikes the rotating deflection element 5 and is deflected away from it by the axis of rotation 6. directs. The sub-beams 3 and 4 after their deflection sweep planes which are parallel to one another.

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richtung des Lichtbündels 1 ist mit der Drehachse 6 identisch. Die in den Ablenkebenen des Teilstrahles 4 angeordneten Indikatoren 7 und 8, z, B. fotoelektrische Wandler, geben pro Umdrehung des rotierenden Ablenkelementes 5 je einen Impuls ab, der einem elektronischen System zur Ermittlung des Austrittswinkels o£ zugeführt wird. Figur 2 zeigt eine Variante dieses elektronischen Systems. Ein Generator 9 gibt frequenzstabilisierte Zählimpulse auf die Zähler 10 und 11. Trifft der abgelenkte Teilstrahl 4 auf den Indikator 7, gibt dieser einen Steuerimpuls ab, der die Zähler 10 und 11 startet. Beide Zähler registrieren jetzt die vom Generator 9 abgegebenen Zählimpulse, Trifft der abgelenkte Teilstrahl 4 im Verlaufe der Rotation des Ablenkelementes 5 auf den Indikator 8, stoppt dei von diesem abgegebene Steuerimpuls den Zähler 11. Der folgen-' de Steuerimpuls vom Indikator 7 stoppt den Zähler 10, veran-. laßt die Übergabe der Zählerstände an einen Rechner 12 sowie die Rückstellung beider Zähler 10 und 11 auf Null und startet beide Zähler 10 und 11 wieder. Der Rechner 12 ermittelt das Verhältnis der von den Zählern 10 und 11 übergebenen Zählerstände und gewinnt daraus durch Multiplikation mit 360 ° den absoluten Betrag des Austrittswinkels c( „ Das Ergebnis gelangt zur Ziffernanzeige 13« Aufgrund der Rotation des Ablenkelementes 5 und der dadurch in ständiger Folge abgegebenen Steuei impulse wird der Austrittswinkel o< fortlaufend ermittelt und angezeigt;Direction of the light beam 1 is identical to the axis of rotation 6. The arranged in the Ablenkebenen the sub-beam 4 indicators 7 and 8, z, B. photoelectric converters, each per revolution of the rotating deflector 5 from a pulse, which is supplied to an electronic system for determining the exit angle o £. FIG. 2 shows a variant of this electronic system. A generator 9 outputs frequency-stabilized counting pulses to the counters 10 and 11. If the deflected partial beam 4 hits the indicator 7, it outputs a control pulse which starts the counters 10 and 11. Both counters now register the output from the generator 9 counts, meets the deflected partial beam 4 in the course of the rotation of the deflector 5 on the indicator 8, dei issued by this control pulse stops the counter 11. The follow- 'de control pulse from the indicator 7 stops the counter 10, veran-. leave the transfer of the meter readings to a computer 12 and the reset of both counters 10 and 11 to zero and starts both counters 10 and 11 again. The calculator 12 determines the ratio of the counters 10 and 11 passed counts and wins by multiplication by 360 ° the absolute amount of the exit angle c ( "The result reaches the numeric display 13" Due to the rotation of the deflector 5 and thereby in constant succession emitted Steuei pulses, the exit angle o <continuously determined and displayed;

Es ist auch eine Variation dieser Lösung dahingehend denkbar, daß anstelle des teildurchlässigen Ablenkelementes 2 ein EIe-It is also a variation of this solution to the effect conceivable that instead of the partially transmitting baffle 2 an egg

. . ment zur vollständigen Ablenkung vorhanden ist,- daß sich auf der' Drehachse 6 anstelle des rotierenden Ablenkelementes 5 ein, , is present for complete deflection, - that is on the 'rotation axis 6 instead of the rotating deflection element 5 a

30, rotierendes .Beeinflussungselement befindet und die Indikatoren ' '. ' 7 und 8'z_e B.· als induktive oder kapazitive Geber ausgebildet sind. Die -Steuerimpulse werden dabei nicht von einem umlaufenden Meßstrahl, sondern von -dem umlaufenden Beeinflussungseier ment initiiert. . '30, the rotating control element is located and the indicators ''. '7 and 8'z _e B. are designed as inductive or capacitive encoder. The control pulses are not initiated by a circulating measuring beam but by the circulating influencing element. , '

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Claims

Claim of invention.

1. An arrangement for optically scanning lines of variable length when using a deflector and a rotating measuring beam for optical angle measurement, characterized in that the deflector consists of a partially transparent, rotatable about the axis of incidence of a light beam deflection element, wherein the deflected part of the Lichtbündeis a approximately radial direction and the continuous part having an axial direction with respect to the incident axis and the change in direction of the deflected part in the radial plane synchronously to the rotational movement of the partially transmitting baffle and that to realize the rotating measuring beam for the subsequently arranged means for optical Messimg the angle of rotation of the partially transparent Deflection element · is located in the beam path of the continuous part of the light beam a rotating deflection element «

2, arrangement according to point 1 with indicators arranged in the region of the rotating measuring beam for obtaining pulses, characterized in that one of the indicators arranged as a measuring base with relative calm to the deflection and another with the partially transmitting, rotatably mounted Abl enlc el em ent firmly, is connected and that one

electronic evaluation system for determining the rotational speed. kels of the partially transparent Abl en elc ent em ent by evaluation of the pulse sequence is present

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