DE10059040A1 - Optisches Sensorsystem - Google Patents
Optisches SensorsystemInfo
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/04—Measuring microscopes
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Abstract
Es wird ein optisches Sensorsystem beschrieben, bei dem der Strahl einer Beleuchtungsquelle durch einen Abbildungsmaßstab geschickt wird, dann auf einen Empfangssensor trifft und ausgewertet wird. DOLLAR A Die Beleuchtungsquelle und der Empfangssensor sind auf einer Seite des Abbildungsmaßstabs angeordnet. Der seitlich vom Abbildungsmaßstab verlaufende Strahl der Beleuchtungsquelle wird auf der gegenseite des Abbildungsmaßstabs mittels spiegelnder Fläche in einen durch den Abbildungsmaßstab verlaufenden und zum Empfangssensor gerichteten Empfangsstrahl umgelenkt.
Description
Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsystem mit dem Merkmalen des Oberbeg
riffs des Anspruchs 1. Hiermit werden Relativbewegungen zwischen Maßstab und
Lichtquelle/Sensor ausgewertet.
Für Winkel- und Weg Messsysteme ist es üblich die "Durchlichtversion" als optische
Anordnung zu wählen, bei der die Beleuchtungsquelle dem Empfangssensor gege
nübersteht und sich dazwischen der Abbildungsmaßstab befindet.
Will man jedoch z. B. aus baulichen Gründen die Beleuchtungsquelle auf der glei
chen Seite wie den Empfangssensor anbringen, so muß man gemäß dem Stand der
Technik bei Präzisionsmesssystemen nur sehr schwer und teuer zur realisierende
Methoden nach dem Reflexprinzip anwenden. Hiervon geht die Erfindung aus.
So sind z. B. halbdurchlässige Spiegelsysteme bekannt, die es erlauben, die Be
leuchtung in den Empfangsstrahlenggang einzublenden, um so über die Reflexion
den Empfangsstrahl zu erhalten. Es geht aber in der Praxis viel mehr Licht verloren,
als der theoretisch berechnete Verlust von ¾ der Beleuchtungsstärke. Dies ist in der
industriell eingesetzten Sensorik unerwünscht, da man mit den LED-Strahlquellen
ohnehin stets nur eine geringe Strahlungsleistung aufbringen kann, sich Strom spa
rende Schaltungen wünscht und bei erhöhten Temperaturen große Probleme bei
dem LED-Einsatz bekommt. (Lichtausbeute, Verlustleistung, Alterung und Lebens
dauer).
Eine zweite Methode der Reflexion, die mittels difraktiver Oberflächen den seitlich
unter ca. 45° einfallenden Beleuchtungsstrahl in einer Beugungsordnung so ablenkt,
daß der reflektierte Strahl mit der Empfangsebene zusammenfällt, ist ebenfalls wenig
praktikabel. Abgesehen von den ganz speziell ausgeführten und teuren Oberflächen
strukturen des Maßstabs beträgt die Effizienz der Strahlquelle auch nur ca. 25%, so
daß diese Methode in den industriellen Anwendungen schwierig zu handhaben und
unwirtschaftlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein optisches Sensorsystem zu schaffen,
bei dem Beleuchtungsquelle und Empfangssensor auf einer Seite des Abbildungs
maßstabs angeordnet sind und das eine deutlich bessere Lichtausbeute liefert.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Bei der Erfindung wird der seitlich vom Empfangsstrahl und vom Maßstab verlaufen
de Beleuchtungsstrahl unter dem Maßstab mit Ablenkspiegeln so gelenkt, daß der
Maßstab im Durchlicht abgebildet wird. Damit erreicht man auf einfache Weise eine
vorteilhafte Anordnung der Empfangsoptik und der Beleuchtungseinrichtung auf einer
Seite des Maßstabs und erhält eine nur sehr geringe Abschwächung der Beleuch
tungsstärke. Ganz besonders vorteilhaft ist diese Anordnung bei Absolutmaßstäben
mit sogenanntem Linearcode, deren Codierung im Maßstabsverlauf zu einer sehr
schmalen Maßstabsspur führt.
Die Strahlablenkungseinheit weist vorzugsweise zwei "spiegelnde Flächen" zur Er
zeugung eines etwa parallelen Strahlengangs des Beleuchtungs- und des
Meßstrahls auf, die zweckmäßigerweise beide um 45° zu diesen Strahlen geneigt
sind. Die "spiegelnden Flächen" können sehr kostengünstig und praxisgerecht durch
ein Prisma und durch Ausnutzung der Totalreflexion von Glas/Kunststoff zu Luft rea
lisiert werden.
Dies ergibt sich aus:
sin εg = n'/n:
εg = Grenzwinkel der Totalreflexion
n' = 1 Brechungsindex (Glas zu Luft)
n = Brechungsindex (z. B. Glas, Kunststoff)
sin εg = n'/n:
εg = Grenzwinkel der Totalreflexion
n' = 1 Brechungsindex (Glas zu Luft)
n = Brechungsindex (z. B. Glas, Kunststoff)
εg = arc*sin*(n'/n) = arc*/sin*(1/1,5) 0 arc*sin*0,66
εg ≅ 41°,
das heißt der unter 45° einfallende Strahl wird total reflektiert und die Grenzflächen wirken wie Spiegel.
das heißt der unter 45° einfallende Strahl wird total reflektiert und die Grenzflächen wirken wie Spiegel.
Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1a und 1b eine Seitenansicht, bzw. Aufsicht auf einen Aus
schnitt des erfindungsgemäßen Systems
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel
Fig. 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel mit Trennung des Sensors
vom Maßstab
In Fig. 1a ist ein in Richtung der Pfeile 2 bewegbarer Abbildungssmaßstab mit 1 be
zeichnet. Dem Maßstab 1 gegenüber befindet sich ein Optikmodul 4, das den an
kommenden Strahl zum Sensor lenkt und elektronisch auswertet. Eine Auswerte
elektronik ist mit 7 bezeichnet.
Besser ist die Anordnung gemäß der Erfindung aus der Aufsicht der Fig. 1b erkenn
bar. Man erkennt, daß eine LED-Beleuchtung 5 seitlich neben dem Maßstab 1 ange
ordnet ist. Der von der Beleuchtungsquelle 5 ausgehende Strahl wird von dem
Strahlablenksystem 3 in Form von zwei Spiegeln zwei Mal abgelenkt und über einen
Telezentrierspiegel 6 auf den optischen Sensor gelenkt, der Teil des Optikmoduls 4
ist.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der Maßstabträger 20
geschnitten ist und die Blickrichtung in Richtung der Maßstabsspur 1 verläuft. Auch
hier ist der LED-Strahlerzeuger 25 seitlich neben der Maßstabsspur 21 angeordnet.
Ein mit dem Maßstabträger 20 verbundenes, hier trapezförmiges Prisma 23 mit zwei
um 45° gegenüber der Richtung des Strahls 28 gezeigten Flächen stellt hier das Ab
lenksystem dar. Wegen der Totalreflexion des Strahls an diesen Flächen stellen die
se Flächen Ablenkspiegel dar, die den Strahl 28 in einen Empfangsstrahl 29 umwan
deln, der dem Optikmodul 24 zugeführt und dort mit dem angebrachten optischen
Sensor elektronisch ausgewertet wird.
In Fig. 3 ist der Optikmodul 34 mit der Beleuchtungsquelle 35 und der Auswerteelekt
ronik 37 mit dem optischen Sensor weiter entfernt von dem Maßstab 31 vorgesehen.
Der Abstand wird durch eine Beleuchtungsfaser 38 für den Beleuchtungsstrahl und
einen Bildleiter 39 für den, durch den Maßstab gefundenen Rückstrahl überbrückt.
Der Abstand kann z. B. bis zu 200 mm und darüber betragen. An den Enden der Fa
ser 38, bzw. den Bildleitern 39 ist zweckmäßiger Weise ein Koppelglied 40, bzw. eine
Anpaßoptik 41 vorgesehen. Auch hier ist ein Ablenkprisma 33 jenseits des Maßstabs
31 vorgesehen.
Der mögliche Aufbau der Anpaßoptik 41 geht aus Fig. 4 hervor. Der Beleuchtungs
strahl der Beleuchtungsfaser 38 wird hierin zum Parallelstrahl aufgeweitet. Der auf
geweitete Strahl wird nach zweimaliger Ablenkung am Prisma 33 durch den Maß
stabträger 30 mit dem Maßstab 31 in den Bildleiter 39 eingekoppelt und weitergelei
tet.
Diese Ausbildung mit der Trennung des Messsystems von der Auswertung wird man
bei begrenzten Einbaubedingungen am Messort, aber auch zur Vermeidung, der am
Messort herrschenden hohen Temperaturen für den Optikmodul und die empfindliche
Elektronik anwenden.
Die Erfindung kann bei verschiedenen Ausbildungsformen Anwendung finden. So ist
es möglich, nur den Maßstabträger mit der Maßstabsspur zu bewegen und den Op
tikmodul samt Elektronik, aber auch die Strahlablenkeinheit, z. B. das Prisma festste
hen zu lassen. Es ist jedoch auch möglich die Strahlablenkung mit dem Maßstabträ
ger zu verbinden. Dann muß die Strahlablenkungseinheit, also z. B. das Prisma, je
doch über den gesamten Abbildungsbereich vorgesehen werden (also z. B. langes
Prisma).
Man kann jedoch den Maßstabträger mit der Maßstabspur auch fest stehen lassen
und den Optikmodul bewegen. Auch hier muß entweder die Ablenkeinheit mitbewegt
werden oder "lang" über den gesamten abzubildenden Bereich ausgebildet werden.
Claims (5)
1. Optisches Sensorsystem, bei dem der Strahl einer Beleuchtungsquelle (5; 25;
35) durch einen Abbildungsmaßstab (1; 21; 31) geschickt wird, dann auf einen
Empfangssensor (4; 24; 34) trifft und bei Relativbewegungen des Abbildungs
maßstabs zum Empfangssensor als Winkel oder Wegstrecke ausgewertet wird,
und bei dem die Beleuchtungsquelle (5; 25; 35) und der Empfangssensor (4;
24; 34) auf der gleichen Seite des Abbildungsmaßstabs (1; 21; 31) angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß auf der von der Beleuchtungsquelle (5; 25;
35) und dem Empfangssensor (4; 24; 34) abgewandten Seite des Abbildungs
maßstabs (1; 21; 31) ein Ablenksystem (3; 23; 33) mit wenigstens zwei spie
gelnden Flächen vorgesehen ist, das den seitlich vom Abbildungsmaßstab (1;
21; 31) verlaufenden Strahl (28; 38) der Beleuchtungsquelle (5; 25; 35) in einen
durch den Abbildungsmaßstab (1; 21; 31) verlaufenden und zum Empfangs
sensor (4; 24; 34) gerichteten Empfangsstrahl (29; 39) umlenkt.
2. Optisches Sensorsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ablenksystem ein Prisma (23) ist, dessen beide schräge Seitenflächen durch
Nutzung der Totalreflexion als Spiegel dienen.
3. Optisches Sensorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Abbildungsmaßstab (1; 21; 31) und der Empfangssensor (2; 24; 34) im
Abstand zueinander angeordnet sind und daß dazwischen ein optisches Über
tragungssystem (38; 39; 40; 41) angeordnet ist.
4. Optisches Sensorsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das
Übertragungssystem (38 bis 41) Lichtleitfasern (38) und/oder Bildleiter (39)
beinhaltet.
5. Optisches Sensorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß fester Zuordnung des Ablenksystems (3; 23; 33) zum Träger (20,
30) des Abbildungsmaßstabs (1; 21; 31) das Ablenksystem entlang des ge
samten Abbildungsbereich des Abbildungsmaßstabs ausgebildet ist.
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
DE20022744U DE20022744U1 (de) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Optisches Sensorsystem |
DE2000159040 DE10059040A1 (de) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Optisches Sensorsystem |
AT18532001A AT412585B (de) | 2000-11-28 | 2001-11-27 | Optisches sensorsystem |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000159040 DE10059040A1 (de) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Optisches Sensorsystem |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10059040A1 true DE10059040A1 (de) | 2002-07-11 |
Family
ID=7664965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000159040 Withdrawn DE10059040A1 (de) | 2000-11-28 | 2000-11-28 | Optisches Sensorsystem |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT412585B (de) |
DE (1) | DE10059040A1 (de) |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE3609211A1 (de) * | 1986-03-19 | 1987-09-24 | Rudolf Epple | Optischer winkelgeber |
DE19835980A1 (de) * | 1998-08-08 | 2000-02-10 | Kostal Leopold Gmbh & Co Kg | Optoelektronischer Lenkwinkelsensor |
DE29915998U1 (de) * | 1999-09-13 | 2000-02-03 | Leopold Kostal GmbH & Co KG, 58507 Lüdenscheid | Optoelektronischer Lenkwinkelsensor |
DE19960789A1 (de) * | 1999-12-15 | 2001-06-28 | Valeo Schalter & Sensoren Gmbh | Lenkwinkelsensor |
-
2000
- 2000-11-28 DE DE2000159040 patent/DE10059040A1/de not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-11-27 AT AT18532001A patent/AT412585B/de not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
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ATA18532001A (de) | 2004-09-15 |
AT412585B (de) | 2005-04-25 |
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