DD260324A1

DD260324A1 - ARRANGEMENT FOR OPTOELECTRONIC WAY VOLTAGE TRANSFORMERS

Info

Publication number: DD260324A1
Application number: DD30256087A
Authority: DD
Inventors: Reinhard Mylius; Jan Popien; Thomas Guenther; Uwe Pursche
Original assignee: Univ Berlin Humboldt
Priority date: 1987-05-08
Filing date: 1987-05-08
Publication date: 1988-09-21

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. 2Arrangement for optoelectronic path-voltage converter, which has an extended measuring range and in particular detects such measured quantities, which can be traced back to geometric sizes and movements or oscillations, such. B. the force, length, weight, vibration, navigation or leveling technology. According to the invention, in a path-to-voltage converter, the interactive divider 4 of the position sensitive receiver 3 is arranged to be in the process plane at an angle o of 0 to a maximum of 90 degrees relative to the aperture edge (s) 5 inclusive and the slit aperture 2 opposite the interactive divider slidably arranged. The opening geometry of the slit diaphragm is arranged in the region of the separating web of the receiver. An extension of the measuring range is achieved over the coordinate-sensitive surface which goes beyond the technical design of the dimension of the receiver. 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.According to the invention, the object is achieved in that the interactive divider of the position-sensitive receiver in the process plane includes a determinate angle α of 0 to 90 degrees relative to the diaphragm edge (s). The slit is not only vertically as usual, but advantageously arranged horizontally displaceable relative to the interactive divider.

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.Furthermore, opening geometry of the slit diaphragm of the geometry of the position-sensitive receiver is adapted so that a defined angular position (from 0 to 90 degrees) of the interactive divider still ensures a difference of the photocurrents on the segmented photoreceptor surfaces and allows different form elements of the diaphragm edge (s).

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.The maximum measuring path of the object on the x, y coordinates is thus determined in the inventive arrangement by the diaphragm geometry and the position and shape of the diaphragm edge (s) in angular position to the interactive divider and extended compared to conventional and comparable in size ratios arrangements the measuring range essential.

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.With the arrangement according to the invention, it is also advantageously possible to detect measured variables which exceed the dimension of the coordinate-sensitive surface of the receiver, in that the aperture geometry of the diaphragm can take on shapes depending on the gap width and the associated lateral boundary, which can be used for concentricity deviations, flutter movements or the like. are suitable in the process level.

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.Eion further advantage is that at an angle α = 0 degrees of detectable path in the process plane can be infinite, thereby z. B. for routinely and in the gap dimension limited geometries with parallel, lying to the interactive divider edge edges, a clocked measuring system is possible.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel und einerZeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in:The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment and a drawing. The drawing shows in:

Figur 1: die Anordnung eines universellen Weg-Spannungswandlers auf optoelektronischer Basis in einer Seitenansicht, Figur 2: die erfindungsgemäße Anordnung.Figure 1: the arrangement of a universal path-voltage converter on an optoelectronic basis in a side view, Figure 2: the arrangement according to the invention.

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.In Figure 1, the principle of the known universal displacement-voltage converter on optoelectronic basis with the arrangement transmitter 1, aperture 2 and receiver 3 is shown so that the interactive divider 4 of the position-sensitive receiver with the receiver surfaces A1 and A2 is parallel to the diaphragm edge 5 and the direction of movement χ of the diaphragm perpendicular to this results in an analogue voltage profile when the position of the light spot changes. An aperture is used. The slit dimension b is smaller than the receiver width d and smaller than the sum of the widths of the identically sized and homogeneously assumed photosensitive receiver surfaces segmented by the interactive divider, and at the same time should provide a rectangular beam cross section so that the receiver is linear over the entire range. When the diaphragm is displaced perpendicularly to the interactive web inx direction, the areas illuminated by the light source on the receiver and thus the emitted photocurrents change. The maximum measuring path s in the x-direction (displacement of the diaphragm) is thus determined by the diaphragm geometry and by the position of the diaphragm edges to the interactive separating web.

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, daßFigure 2 illustrates the arrangement according to the invention, wherein the interactive divider 4 of the position-sensitive receiver 3 forms an angle α to the diaphragm edge 5. The proof of considerable range extension in the direction of movement y as the measuring path s can be in the application z. B. of differential photodiodes by comparing the right and left of the divider 4 and by the angular position α of the diaphragm edges 5 limited and illuminated receiver surfaces A1 and A2, provided that

A1 = 11 undA2 = I2 mit I als Fotostrom in der Form zusammenfassen:A1 = 11 and A2 = I2 with I as photocurrent in the form summarize:

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

Dabei ist d die Empfängerdimensionierung unds der über die Geometrie des Empfängers hinausgehende Weg, der meßbar ist. Where d is the receiver sizing and the path beyond the geometry of the receiver that is measurable.

Claims

Arrangement for optoelectronic path-voltage converter in which there is a slit in the optical beam path of a light source (transmitter) to a position-sensitive receiver with one or more interactive divider segmented photoreceptor surfaces, characterized in that the interactive divider (4) of the position-sensitive receiver (4) 3) in the process plane includes a determined angle α of 0 to a maximum of 90 degrees with respect to the diaphragm edge (s) (5) and the slit diaphragm (2) is displaceable relative to the interactive separator and its opening geometry in the region of the separating web of the receiver ( 3) is located.

For this 1 page drawings

Field of application of the invention

The invention relates to an arrangement for an optoelectronic displacement-voltage converter and is adapted to perform a non-contact conversion of a relative movement as a unit length in an analog voltage waveform with extended range, in particular on the fixed position of the optoelectronic receiver geometry to large lengths, runout, straightness measurements u.a.m. capture. Areas of application are still such measures, which can be attributed to the detection of geometric variables and movements or oscillations, such. As the force, length, weighing, vibration, navigation or leveling. The application is also possible on products of the machine tool and industrial robot technology as well as within the optoelectronic sensor technology for measuring and monitoring devices in hazardous areas with a minimum electronic component cost.

Characteristic of the known state of the art

For known as a universal path-voltage converter on an optoelectronic basis arrangement transmitter, aperture and position sensitive receiver is particularly for coordinate sensitive photodiodes, the principle that the optoelectronic measurement of the movement without contact by the movable in the optical axis of the transmitter slit or slit or the aperture coupled to the transmitter is such as to detect a primary imaging signal on the coordinate-sensitive receiver due to shadowing of the light spot and in dependence on the direction of movement. In the case of a positional shift of the diaphragm with respect to the interactive divider, in the case of segmented photodiodes or due to the inhomogeneous illumination with undivided full-area photodiodes, the output signal changes depending on the diaphragm position and the diaphragm geometry, ie. H. the aperture arrangement. There are aperture arrangements are known, which are characterized as in the patent DD 210344, characterized in that the aperture can have an opening, for example, with circular or rhombic geometry or multiple openings in different, for example, staggered arrangement with the same or different opening geometry and thus the execution of Slit or the slot or the double slot represents an extension of the sensitivity range but not the measuring range.

The aperture arrangement for an optoelectronic transducer presented in the patent DD 228056 is also based on the double slot in order to avoid the crosstalk effect on the differential photodiode caused by scattered light, diffraction and by internal effects of the differential photodiode. A measuring range extension can not be made by the delimited gap size. The same applies to the specified in the patent DE 2916684 device for the conversion of mechanical into electrical vibrations, where in addition to mounting variants, the aperture has slot-shaped openings whose width is preferably not substantially greater than the maximum occurring mechanical vibration amplitude of a microphone diaphragm.

Object of the invention

The object of the invention is to provide an arrangement for a universal optoelectronic path-voltage converter, which allows a simple way an extension of the measuring range.

Explanation of the essence of the invention

The invention has for its object to provide an arrangement for a universal optoelectronic path-voltage converter, which has a slit in the optical beam path from a light source (transmitter) to a position-sensitive receiver with one or more interactive divider (s) segmented photoreceptor surface and a non-contact Conversion of a relative movement of the slit or coupled to the transmitter slit aperture relative to the position-sensitive receiver as a movement unit on the of the technical design of the dimension of the receiver beyond coordinates-sensitive surface provides.