DD260324A1 - Anordnung fuer optoelektronischen weg-spannungswandler - Google Patents

Abstract

Anordnung fuer optoelektronischen Weg-Spannungswandler, der einen erweiterten Messbereich aufweist und insbesondere solche Messgroessen erfasst, die sich auf geometrische Groessen und Bewegungen oder Schwingungen zurueckfuehren lassen, wie z. B. die der Kraft-, Laengen-, Waege-, Schwingungs-, Navigations- oder Nivelliertechnik. Erfindungsgemaess ist in einem Weg-Spannungswandler der interaktive Trennsteg 4 des positionsempfindlichen Empfaengers 3 so angeordnet, dass er in der Prozessebene einen Winkel o von 0 bis maximal 90 Grad gegenueber der/den Blendenkante(n) 5 einschliesslich und die Spaltblende 2 gegenueber dem interaktiven Trennsteg verschiebbar angeordnet ist. Die Oeffnungsgeometrie der Spaltblende ist im Bereich des Trennsteges des Empfaengers angeordnet. Es wird eine Erweiterung des Messbereichs ueber die von der technischen Ausfuehrung der Abmessung des Empfaengers hinausgehende koordinatenempfindliche Flaeche erreicht. Fig. 2

Description

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der interaktive Trennsteg des positionsempfindlichen Empfängers in der Prozeßebene einen determinierten Winkel α von 0 bis 90 Grad gegenüber der/den Blendenkante(n) einschließt. Die Spaltblende ist dabei nicht nur wie üblich vertikal, sondern vorteilhaft horizontal gegenüber dem interaktiven Trennsteg verschiebbar angeordnet.

Weiterhin ist dabei Öffnungsgeometrie der Spaltblende der Geometrie des positionsempfindlichen Empfängers so angepaßt, daß eine definierte Winkellage (von 0 bis 90 Grad) des interaktiven Trennsteges eine Differenzbildung der Fotoströme auf den segmentierten Fotoempfängerflächen noch gewährleistet und unterschiedliche Formelemente der Blendenkante(n) zuläßt.

Der maximale Meßweg des Objektes auf den x-, y-Koordinaten wird somit bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Blendengeometrie und die Lage und Form der Blendenkante(n) in Winkelstellung zum interaktiven Trennsteg bestimmt und erweitert gegenüber herkömmlichen und in ihren Größenverhältnissen vergleichbaren Anordnungen den Meßbereich wesentlich.

Vorteilhaft lassen sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung auch Meßgrößen erfassen, die über die Abmessung der koordinatenempfindlichen Fläche des Empfängers hinausgehen, indem in Abhängigkeit von der Spaltbreite und der dazugehörenden seitlichen Begrenzung die Öffnungsgeometrie der Blende Formen annehmen kann, die für Rundlaufabweichungen, Flatterbewegungen o.a. in der Prozeßebene geeignet sind bzw. daraufhinweisen.

Eion weiterer Vorteil besteht darin, daß bei einem Winkel α = 0 Grad der erfaßbare Weg in der Prozeßebene unendlich sein kann, so daß dadurch z. B. für routierende und in der Spaltabmessung begrenzte Geometrien mit parallelen, zum interaktiven Trennsteg liegenden Blendenkanten, ein getaktet arbeitendes Meßsystem möglich ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und einerZeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:

Figur 1: die Anordnung eines universellen Weg-Spannungswandlers auf optoelektronischer Basis in einer Seitenansicht, Figur 2: die erfindungsgemäße Anordnung.

In Figur 1 ist das Prinzip des an sich bekannten universellen Weg-Spannungswandlers auf optoelektronischer Basis mit der Anordnung Sender 1, Blende 2 und Empfänger 3 so dargestellt, daß der interaktive Trennsteg 4 des positionsempfindlichen Empfängers mit den Empfängerflächen A1 und A2 parallel zur Blendenkante 5 liegt und die Bewegungsrichtung χ der Blende senkrecht dazu einen analogen Spannungsverlauf bei einer Positionsänderung des Lichtflecks ergibt. Dabei wird eine Blendenöffnung benutzt. Die Spalt- bzw. Schlitzabmessung b ist kleiner als die Empfängerbreite d und kleiner als die Summe der Breiten der durch den interaktiven Trennsteg segmentierten gleichgroßen und homogen angenommenen lichtempfindlichen Empfängerflächen und soll gleichzeitig einen rechteckigen Lichtbündelquerschnitt liefern, damit der Empfänger über den gesamten Bereich linear ist. Bei einer Verschiebung der Blende senkrecht zum interaktiven Steg inx-Richtung ändern sich die von der Lichtquelle auf dem Empfänger beleuchteten Flächen und damit die abgegebenen Fotoströme. Der maximale Meßweg s in x-Richtung (Verschiebung der Blende) wird somit durch die Blendengeometrie und durch die Lage der Blendenkanten zum interaktiven Trennsteg bestimmt.

Figur 2 stellt die erfindungsgemäße Anordnung dar, wobei der interaktive Trennsteg 4 des positionsempfindlichen Empfängers 3 einen Winkel α zur Blendenkante 5 einschließt. Der Nachweis der erheblichen Meßbereichserweiterung in der Bewegungsrichtung y als Meßweg s läßt sich bei der Anwendung z. B. von Differenzfotodioden durch einen Vergleich der rechts und links des Trennsteges 4 und der durch die Winkellage α der Blendenkanten 5 begrenzten und beleuchteten Empfängerflächen A1 und A2 unter der Voraussetzung, daß

A1 = 11 undA2 = I2 mit I als Fotostrom in der Form zusammenfassen:

A1 = d -tana- (s + d/2)

Dabei ist d die Empfängerdimensionierung unds der über die Geometrie des Empfängers hinausgehende Weg, der meßbar ist.

Claims (1)

1. Anordnung für optoelektronischen Weg-Spannungswandler bei der sich eine Spaltblende im optischen Strahlengang einer Leuchtquelle (Sender) zu einem positionsempfindlichen Empfänger mit einem oder mehreren interaktiven Trennsteg(en) segmentierten Fotoempfängerflächen befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der interaktive Trennsteg (4) des positionsempfindlichen Empfängers (3) in der Prozeßebene einen determinierten Winkel α von 0 bis maximal 90 Grad gegenüber der/den Blendenkante(n) (5) einschließt und die Spaltblende (2) gegenüber dem interaktiven Trennsteg verschiebbar angeordnet ist und ihre Öffnungsgeometrie im Bereich des Trennsteges des Empfängers (3) liegt.

   Hierzu 1 Seite Zeichnungen

   Anwendungsgebiet der Erfindung

   Die Erfindung betrifft eine Anordnung für einen optoelektronischen Weg-Spannungswandler und ist geeignet, eine berührungslose Wandlung einer Relativbewegung als Längeneinheit in einen analogen Spannungsverlauf mit erweitertem Meßbereich vorzunehmen, insbesondere über die vom positionsempfindlichen optoelektronischen Empfänger festgelegte Geometrie, um große Längen, Rundlaufabweichungen, Geradheitsmessungen u.a.m. zu erfassen. Anwendungsgebiete sind weiterhin solche Meßgrößen, die sich auf die Erfassung geometrischer Größen und auf Bewegungen oder Schwingungen zurückführen lassen, wie z. B. die der Kraft-, Längen-, Wäge-, Schwingungs-, Navigations- oder Nivelliertechnik. Die Anwendung ist auch an Erzeugnissen der Werkzeugmaschinen- und Industrierobotertechnik sowie innerhalb der optoelektronischen Sensortechnik für Meß- und Überwachungsgeräte in gefährdeten Räumen bei einem minimalen elektronischen Bauelementeaufwand möglich.

   Charakteristik des bekannten Standes der Technik

   Für die als universelle Weg-Spannungswandler auf optoelektronischer Basis bekannte Anordnung Sender, Blende und positionsempfindlicher Empfänger liegt insbesondere für koordinatenempfindliche Fotodioden das Prinzip zugrunde, daß die optoelektronische Messung der Bewegung berührungslos durch die in der optischen Achse des Senders bewegliche Spalt- bzw. Schlitzblende oder durch die mit dem Sender gekoppelte Blende so erfolgt, damit ein primäres Abbildungssignal auf den koordinatenempfindlichen Empfänger infolge der Abschattung des Lichtflecks und in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung erfaßt wird. Dabei ändert sich bei einer Positionsverschiebung der Blende gegenüber dem interaktiven Trennsteg bei segmentierten Fotodioden bzw. durch die inhomogenene Beleuchtung bei nichtunterteilten Vollflächenfotodioden das Ausgangssignal abhängig von der Blendenstellung und der Blendengeometrie, d. h. der Blendenanordnung. Es sind Blendenanordnungen bekannt, die wie in der Patentschrift DD 210344 dadurch gekennzeichnet sind, daß die Blende eine Öffnung beispielsweise mit kreis- oder rhombenförmiger Geometrie oder auch mehrere Öffnungen in unterschiedlicher, beispielsweise versetzter Anordnung mit gleicher oder unterschiedlicher Öffnungsgeometrie haben kann und somit die Ausführung des Spaltes bzw. des Schlitzes oder des Doppelschlitzes eine Erweiterung des Empfindlichkeitsbereiches aber nicht des Meßbereiches darstellt.

   Auch die in der Patentschrift DD 228056 vorgestellte Blendenanordnung für einen optoelektronischen Meßwandler basiert auf den Doppelschlitz, um den Übersprecheffekt an der Differenzfotodiode, hervorgerufen durch Streulicht, Beugung und durch interne Wirkungen der Differenzfotodiode, zu vermeiden. Eine Meßbereichserweiterung kann durch die abgegrenzte Spaltgröße nicht vorgenommen werden. Gleiches gilt für die in der Patentschrift DE 2916684 angegebene Vorrichtung zur Umsetzung von mechanischen in elektrischen Schwingungen, wo neben Befestigungsvarianten die Blende schlitzförmige Öffnungen besitzt, deren Breite vorzugsweise nicht wesentlich größer als die maximal auftretende mechanische Schwingungsamplitude einer Mikrofonmembran ist.

   Ziel der Erfindung

   Das Ziel der Erfindung ist es, eine Anordnung für einen universellen optoelektronischen Weg-Spannungswandler anzugeben, die auf einfache Art und Weise eine Erweiterung des Meßbereiches ermöglicht.

   Darlegung des Wesens der Erfindung

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung für einen universellen optoelektronischen Weg-Spannungswandler anzugeben, die eine Spaltblende im optischen Strahlengang von einer Leuchtquelle (Sender) zu einem positionsempfindlichen Empfänger mit einem oder mehreren interaktiven Trennsteg(en) segmentierten Fotoempfängerfläche aufweist und die eine berührungslose Wandlung einer Relativbewegung der Spaltblende oder der mit dem Sender gekoppelten Spaltblende gegenüber dem positionsempfindlichen Empfänger als Bewegungseinheit über die von der technischen Ausführung der Abmessung des Empfängers hinausgehende koordinatenempfindliche Fläche vorsieht.