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Vorrichtung zum Messen vonVerstellwegen Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung zum Vermessen von Stellwegen durch Abtasten zweier relativ zueinander
bewegter, gleichartiger optischer Raster mittels einer die Stellwege in eine entsprechende
Anzahl von elektrischen Zählimpulsen umwandelnden fotoelektrischen Vorrichtung.
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Um Verstellwege messen und registrieren zu können, erforderlichenfalls
auch in druckfähige Zahlenfolgen zu verwandeln, ist es schon verschiedentiich vorgeschlagen
worden, die Verstellwege in Form einer entsprechenden Relativbewegung gleichartiger
optischer Raster abzutasten und die hierbei auftretenden Lichtimpulse mittels einer
foto elektrischen Vorrichtung in eine entsprechende Anzahl von elektrischen Zählimpulsen
umzuwandeln. Die Zählimpulse können sodann, dem gewünschten Zweck entsprechend,
in an sich bekannter Weise weiterverarbeitet werden.
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Bei einer bekannten Vorrichtung sind zwei rasterartige Gitter parallel
zueinander angeordnet. Ein durch beide Gitter verlaufender Lichtstrahl wird bei
einer Relativbewegung der beiden Gitter entsprechend dem zu messenden Verstellweg
durch Moirémuster moduliert. Hierbei entstehen zyklische Intensitätsschwankungen,
wobei ein kompletter Zyklus einer Gitterteilung entspricht. Durch geeignete Anordnung
von zwei Fotozellen wird der Verstellweg durch Zählung der Zyklen ermittelt. Dieser
Vorrichtung sowohl als auch anderen bekannten Vorrichtungen, bei denen ebenfalls
die durch die Verstellbewegung erzeugten Lichtimpulse lediglich an einer einzigen
Stelle erfaßt werden, haftet der wesentliche Nachteil an, daß der Feinheit der Teilung
des Rasters eine Minimalgrenze gesetzt ist, bei deren Unterschreiten die Intensität
des durch einen einzelnen Teilintervall des Rasters hindurchtretenden Lichtes wegen
der entsprechend schmalen zu beaufschlagenden Fläche der fotoelektrischen Vorrichtung
zu gering wird. Die Verwendung einer stärkeren Lichtquelle hätte jedoch in den meisten
Fällen eine zu hohe thermische Belastung des Rasters zur Folge, die zu dessen baldiger
Zerstörung führen und damit Meßfehler verursachen würde.
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Zudem wächst mit einer Verfeinerung der Rasterteilung die Gefahr,
daß die fotoelektrische Vorrichtung nicht nur von dem gerade zu zählenden Teilungsintervall
des Rasters, sondern auch von benachbarten Intervallen beaufschlagt würde, wodurch
ebenfalls eine Verfälschung der Messung entsteht.
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Es ist weiterhin bereits vorgeschlagen worden, durch die Relativbewegung
zweier Raster verschiedener Teilung Überlagerungsstreifen zu erzeugen, die als Maß
für den Verstellweg dienen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der Nachteile
bekannter Vorrichtungen die Messung auch geringer Verstellwege und die Verwendung
sehr feiner Rasterteilungen zu ermöglichen und hierbei Lichtimpule genügender Intensität
und eine fehlerfreie Erfassung derselben zu gewährleisten.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß für den einem Teilungsintervall
der Raster entsprechenden Stellweg eine Vielzahl von Lichtimpulsen erzeugt wird
und daß diese über an sich bekannte optische Mittel zu einem einzigen, der foto
elektrischen Vorrichtung zuzuführenden Lichtimpuls derart zusammengefaßt werden,
daß die Intensität desselben der Summe der Intensitäten der Vielzahl der einzelnen
Impulse entspricht. Hierdurch wird eine wesentlich bessere Lichtausbeute erreicht,
da die fotoelektrische Vorrichtung mit der Intensität einer großen Zahl von Lichtimpulsen
gleichzeitig beaufschlagt wird. Man kommt daher mit einer verhältnismäßig geringwertigen
Lichtquelle aus, so daß der Raster thermisch nicht überbeansprucht wird und dadurch
eine längere Lebensdauer erhält. Außerdem kann die fotoelektrische Vorrichtung beinahe
an beliebiger Stelle hinter dem Raster angeordnet werden. Es sind keine besonderen
Abdeckungsmittel nötig, die bisher erforderlich waren, um eine Beaufschlagung der
fotoelektrischen Vorrichtung durch dem gerade gezählten Teilungsintervall benachbarte
Intervalle zu verhindern.
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Außerdem erübrigt sich bei der Vorrichtung nach der Erfindung die
zur Ermöglichung der bisherigen Einzelabtastung erforderliche außerordentliche Präzisionsarbeit
bei der Herstellung der Lagerung der fotoelektrischen Vorrichtung.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung kann gemäß weiterer Ausgestaltung
des Erfindungsgedankens so beschaffen sein, daß ein ortsfester Raster und ein dem
Verstellweg entsprechend bewegter Raster, dessen Teilung mit der Teilung des ortsfesten
Rasters übereinstimmt, im Strahlengang einer aus einer Lichtquelle und einer foto
elektrischen Vorrichtung bebestehenden Strahlenfalle angeordnet sind. Bei einer
solchen Anordnung, bei der vorteilhafterweise ein paralleles Strahlenbündel verwendet
wird, ist es zur Vermeidung von Fehlern durch Lichtstreuung zweckmäßig, den Abstand
zwischen festem und beweglichem Raster möglichst klein zu halten. Bei einem größeren
Abstand zwischen beiden oder wenn der eine Raster größer oder kleiner bemessen sein
soll als der andere kann nach der Erfindung der eine Raster mittels einer geeigneten
Optik auf dem anderen so abgebildet werden, daß möglichst gleiche Größenverhältnisse
bestehen. Die Lichtimpulse, die bei der vom Verstellweg abhängigen Relativbewegung
der beiden Raster zueinander entstehen, fallen wieder auf eine an geeigneter Stelle
angeordnete fotoelektrische Vorrichtung, in welcher sie zur Zählung und Registrierung
in elektrische Zählimpulse verwandelt werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können sowohl vom Licht durchdrungene
Raster mit transparenten Hell- und lichtundurchlässigen Dunkelmerkmalen als auch
Raster mit das Licht reflektierenden Hell- und das Licht absorbierenden Dunkelmerkmalen
oder auch Kombinationen beider Verwendung finden.
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Um die technischen, unter Umständen nicht leicht zu verwirklichenden
beiden Raster, deren Teilungen außerordentlich genau übereinstimmen und die von
einem genau parallelen Strahlenbündel durchsetzt sein müssen, zu vermeiden, kann
gemäß weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens die Vorrichtung so beschaffen
sein, daß ein ortsfester Raster mittels einer dem Verstellweg entsprechend verstellbaren
Optik auf sich selbst so abgebildet wird, daß möglichst gleiche Größenverhältnisse
bestehen.
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Einem weiteren Merkmal der Erfindung entsprechend, wird die eine
von zwei sich längs der Verstellrichtung erstreckenden Hälften eines entsprechend
der Verstellbewegung verstellbaren Rasters mittels einer ortsfesten Reflexionsoptik
spiegelbildlich auf der anderen Hälfte so abgebildet, daß möglichst gleiche Größenverhältnisse
bestehen. Auch diese die Raster aufeinander abbildenden Vorrichtungen können sowohl
nach dem Lichtdurchdringungs- als auch nach dem Reflexionsprinzip aufgebaut sein.
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Weitere Merkmale der Erfindung sind den Patentansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung ist an Hand der Zeichnungen an Ausführungsbeispielen
erläutert.
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Abb. 1 stellt eine aus der Lichtquelle 3, der Optik 4, der Optik
5 und der fotoelektrischen Vorrichtung 6 bestehende Strahlenfalle dar. Die Optiken
4 und 5 erzeugen ein genau paralleles Strahlenbündel.
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In diesem Strahlengang befinden sich zwei mit zwei Hell-Dunkel-Merkmalen
versehene Raster, und zwar ein ortsfester Raster 1 und ein entsprechend dem Verstellweg
verstellbarer Raster 2. Die Teilungen stimmen bei beiden Rastern möglichst genau
überein. Wird der Raster 2 relativ zum Raster 1 bewegt, dann ist in zeitlicher Folge
der Lichtdurchgang durch beide abwechselnd frei und unterbrochen. Die Abb. 1
zeigt
den Augenblick, in welchem der Lichtdurchgang frei ist. Man erkennt, daß die Hälfte
des von der Optik 4 kommenden Lichtstromes die beiden Raster passiert und von der
Optik 5 auf die fotoelektrische Vorrichtung 6 geworfen wird. Einen Augenblick später
werden helle und dunkle Merkmale versetzt zueinander angeordnet sein, wodurch das
Gesamtstrahlenbündel abgesperrt wird. Es entstehen also bei der Bewegung des Rasters
2 relativ zum Raster 1 Lichtimpulse, die aus einer Vielzahl von Hellmerkmalen des
Rasters 2 kommen und die von der Optik 5 gesammelt und auf die fotoelektrische Vorrichtung
6 geworfen werden. Bei der Bewegung des Rasters 2 wechseln sich Lichtdurchtrittsaugenblicke
und Lichtsperraugenblicke ab. Die Lichtdurch trittsaugenblicke werden von der fotoelektrischen
Vorrichtung 6 in elektrische Zählimpulse verwandelt, die in einem elektronischen
Zählwerk 7 gezählt und, falls erforderlich, in beliebiger Weise weiterverarbeitet
werden können.
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Abb. 2 zeigt eine Vorrichtung nach der Erfindung, die mit nur einem
Raster arbeitet. Das von der Lichtquelle 3 stammende Licht tritt durch die Optik
4, wird von dem Spiegel 8 reflektiert und zum ersten Mal durch den Raster 1 geschickt.
Anschließend erfolgt eine weitere Reflexion des Lichtstrahles am Spiegel 9, der
so gekrümmt ist, daß der Raster auf sich selbst so abgebildet wird, daß möglichst
gleiche Größenverhältnisse zwischen beiden Rastern, d. h. zwischen Raster und Bild,
bestehen. Der Spiegel 9 ist entsprechend dem Verstellweg drehbar angeordnet.
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Bei einer bestimmten, dem jeweiligen Verstellweg entsprechenden Drehung
des Spiegels 9 wird daher die hinter dem Raster angeordnete Optik 5 mit einer zeitlichen
Folge von Lichtimpulsen beaufschlagt, deren Anzahl wiederum ein Kriterium für den
Verstellweg ist. Diese Lichtimpulse werden auf die fotoelektrische Vorrichtung 6
geworfen, die sie in elektrische Zählimpulse verwandelt und auf zuvor beschriebene
Weise einem Zählwerk zuleitet.
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Abb. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das
von der Lichtquelle 3 kommende Licht wird von der Optik 4 durch die obere Hälfte
eines bandförmigen Rasters 1 geworfen. Dieser wird entsprechend dem Verstellweg
verstellt. Anschließend passiert das Strahlenbündel die Optik 10 und wird von einem
dahinter angeordneten Spiegel 11 reflektiert, passiert zum zweiten Mal die Optik
10 und wird auf die untere Hälfte des Rasters 1 geworfen und durch geeignete Bemessung
und Lage der - erforderlichenfalls verschiebar angeordneten - Optik 10 dort abgebildet.
Statt der Optik 10 mit dahinter angeordneten Spiegel 11 kann auch eine Optik Anwendung
finden, deren rückwärtige Fläche metallisiert ist.
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Hinter der unteren Hälfte des Rasters ist wieder eine Optik 5 angeordnet,
die genau wie bei den zuvor beschriebenen Beispielen die Lichtimpulse auf die fotoelektrische
Vorrichtung 6 wirft. Die Lichtbündel der oberen und unteren Hälfte des Rasters 1
können durch eine Blende 12 gegeneinander abgeschirmt sein.
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Hierbei ist besonders zu beachten, daß sich bei einer Bewegung des
Rasters in der einen Richtung sein Bild mit derselben Geschwindigkeit in entgegengesetzter
Richtung bewegt. Die Relativverschiebung zwischen Raster und Bild ist also bei gegebenem
Verstellweg doppelt so groß wie der vom Raster zurückgelegte Weg. Daraus ergibt
sich, daß der Raster nur halb so viele Hell-Dunkel-Merkmale pro Längeneinheit
haben
muß. als man zu zählen wünscht. Soweit die Anzeigegenauigkeit nur von der Feinheit
der Teilung des Rasters abhängig ist, kann hierdurch eine Verdoppelung der Anzeigegenauigkeit
erreicht werden, worin ein weiterer Vorteil der Erfindung liegt.
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P.ATENTANSPRÜCHE 1. Vorrichtung zum Messen von Versteliwegen durch
Abtasten zweier relativ zueinander bewegter, gleichartiger optischer Raster mittels
einer die Stellwege in eine entsprechende Anzahl von elektrischen Zählimpulsen umwandelnden
fotoelektrischen Vorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß für den einem Teilungsintervall
der Raster entsprechenden Stellweg eine Vielzahl von Lichtimpulsen erzeugt wird
und daß diese über an sich bekannte optische Mittel zu einem einzigen, der fotoelektrischen
Vorrichtung zuzuführenden Lichtimpuls derart zusammengefaßt werden, daß die Intensität
desselben der Summe der Intensitäten der Vielzahl der Einzelimpulse entspricht.