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Einrichtung zum Bestimmen der Lage einer einzelnen Markierung Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Bestimmen der Lange einer einzelnen Markierung,
insbesondere bei Meßteilungen, gegenüber einer beweglich angeordneten Abtastvorrichtung.
bei welcher durch periodische Abtastung auch in ruhender Lagezuordnung zwischen
der Abtastvorrichtung und der Markierung Wechselspannungssignale erzeugt werden
und die Lagegröße durch die Phasenlage der Signale bestimnit ist Es ist bekannt.
Maßstäbe an Werkzeugmaschinen u dgl durch Photozellen abzutasten und die Ausgangssignale
der Photozellen einem Zählwerk zuzuführen. das je nach der Richtung der Relativbewegung
zwischen den Photozellen und dem Maßstab vorwärts oder rückwärts zählt und eine
Anzeige liefert die die Laue der Abtastvorrichtung bezüglich der Meßteilung angibt.
Solche ziffernmäßig arbeitenden Anordnungen schalten pro Teilstrich des Maßstabes
um eine Einheit weiter, analoge Zwischenwerte köanen also nicht angegeben werden.
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Es ist ferner eine elektrishe Einrichtung zur Umwandlung von Meßwerten
in eine ziffernmäßige Anzeigc bekannt. bei der mittels eines bewegten Meßgliedes
ein Wechselstrom zum Antrieb eines eine ziffernmäßige Anzeige liefernden Zählwerkes
erzeugt wird. Der Wechselstrom wird dabei mit Hilfe von Photozellen erzeugt. die
hinter Öffnungen angeordnet sind. auf die eine sinusförmige Beleuchtungskurve eines
mit dem Meßglied verbundenen Diapositivs mittels eines Linsenszstems derart abgebildet
wird, daß die Photozellen einen Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) liefern. Das
Auflösungsvermögen dieser an sich analog arbeitenden Anordnung wird durch die Radstellhebel
des Zählwerkes auf eine Periodenlänge der Skala begrenzt (deutsche, Patentschrift
968 104).
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Es ist weiterhin bekannt. zur linearen Interpolation feiner Teilungen
Moiré-Effekte auszunutzen. Dabei wirc ein und derselbe Moiré-Streifen mit mehreren
phasenverschoben angesetzten Photozellen abgestatet. um Zwischenwerte zu erhalten.
Dies bedingt daß der Abstand benachbarter Moiré-Streifen so groß eingestellt werden
muß, daß die gewünschte Anzahl von Photozellen angeordnet werden kann.
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Die Erzeugung von Moiré-Streifen erfordert zwei gegeneinander verdrehte,
ähnliche Skalenteilungen.
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Das zuletzt erwähnte bekannte Verfahren läßt sich auf eine direkte
Abtastung der einzelnen Teilstr;che einer Meßteilung praktisch nicht anwenden, da
diese dann sehr grob sein müßte. um die Photozellen unterbringen zu können. Die
Photozellen liefern außerdeni beim Vorbeilaufen einer Markierung nur einen Impuls,
so daß eine statische Auswertung analoger Zwischenwerte nicht möglich ist (deutsche
Auslegeschrift 1 059 671).
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Es ist ferner eine Meßvorrichtung zum genauen Bestimmen der Größe
und Richtung von Bewegungen eines Gegenstandes relativ zu einem festen Bezugssystem
bekannt die eine optische Anordnung enthält. durch welche eine Anzahl von parallel
verlaufenden Moiré-Streifen auf eine entsprechende Anzahl von Photozellen abgebildet
wird. Durch entsprechende Anordnung der Photozellen bezüglich der Moiré-Streifen
wird zusätzlich eine Information bezüglich der Bewegungsrichtung gewonnen, so daß
ein sicheres Vorwärts- und Rückwärtszählen der vorbeilaufenden Streifen gewährleistet
ist (deutsche Auslegeschrift 1- 060 609).
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Es ist weiterhin bekannt Meßteilungen mit magnetisierbaren Markierungen
mittels eines Magnetkopfes abzutasten (deutsche Patentanmeldung W 10407 IXÄ2 d).
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Es ist auch schon bekannt die Relativlage zweier Bauteile durch Kapazitätsmessung
zu bestimmen. Die Kapazität wird dabei durch eine schraubenmutter förmige erste
Kondensatorplatte, die mit dem einen Bauteil verbunden ist und eine schraubenspindelförige
zweite Kondensatorplatte, die mit dem anderen Bauteil verbunden ist. gebildet. Die
Messung erfolgt dadurch daß die die eine Kondensatorplatte bildende Schraubenspindel
so lange verdreht wird. bis wieder ein einer Bezugslage entsprechender Kapazitätswert
erreicht ist. Die Verdrehung kann kann an einer Skalentrommel abgelesen werden und
liefert den gewünschten Zwischenwert des an einer Skala grob ablesbaren Meßwertes
(deutsche Patentschrift 872 643).
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Es ist schließlich noch eine Einrichtung zum Bestimmen der Relativlage
zweier Bauteile bekannt, die zwei um einen sehr kleinen Winkel gegeneinander verdrehte
Strichgitter enthält. so daß ein Moire-Muster aus annähernd senkrecht zu den Teilstrichen
der Strichgitter verlaufenden hellen und dunklen
Linien entsteht.
Das Moire-Muster wird, um analoge Zwischenwerte zu erhalten, durch mindestens vier
Photozellen abgetastet, und die Photozellen werden durch eine elektrische Einrichtung
in einer ihrer Anordnung entsprechenden Reihenfolge nacheinander abgetastet. Die
bei der Abtastung gewonnenen Signale werden additiv vereinigt. Durch eine Phasenmessung
des durch die Vereinigung erzeugten Signals können die gewünschten analogen Zwischenwerte
erhalten werden.
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Die letztgenannte bekannte Einrichtung benötigt zwei Skalen, und
das angewandte Verfahren eignet sich nicht zur Abtastung einzelner Teilstriche,
da zur Erzeugung eines Moires immer eine größere Anzahl von Teilstrichen zweier
Skalen erforderlich ist.
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Die vorliegende Erfindung baut auf der letztgenannten bekannten Einrichtung
auf und setzt sich zur Aufgabe, die oben geschilderten Nachteile zu vermeiden. Insbesondere
soll eine Einrichtung angegeben werden, die eine genaue Lagebestimmung eines einzelnen
Teilstriches ermöglicht. Für die Messung muß also nicht wie bisher ein größeres
Stück der Skala herangezogen werden. Hierdurch wird der Aufwand verringert, und
man ist keinerlei Beschränkungen bezüglich der Skala unterworfen, die auch aus weit
beabstandeten Teilstrichen bestehen oder im Grenzfall sogar nur einen einzigen Teilstrich
enthalten kann.
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Eine Einrichtung zum Bestimmen der Lage einer einzelnen Markierung,
insbesondere bei Meßteilungen, gegenüber einer beweglich angeordneten Abtastvorrichtung,
bei welcher durch periodische Abtastung auch in ruhender Lagezuordnung zwischen
der Abtastvorrichtung und der Markierung Wechselspannungssignale erzeugt werden
und die Lagegröße durch die Phasenlage der Signale bestimmt ist, ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß die Markierung durch mindestens drei Wandler der Abtastvorrichtung
abtastbar ist und daß die einzelnen Wandler in an sich bekannter Weise so angeordnet
sind, daß bei einer Relativbewegung der Abtastvorrichtung zu der Markierung um annähernd
gleiche Beträge nacheinander maximale Ausgangssignale erzeugt werden, daß ferner
durch eine Schaltvorrichtung von den Wandlern in derjenigen Reihenfolge, in welcher
diese bei einer gleichsinnigen Relativbewegung nacheinander maximale Ausgangssignale
liefern, für ganz bestimmte, wenigstens annähernd gleich groß bemessene Zeitintervalle
Ausgangssignale abnehmbar sind, welche, in zeitlicher Aufeinanderfolge einer Vorrichtung
zum Glätten des Signalkurvenverlaufes zugeführt, als geglättetes Signal die Meßwechselspannung
liefern.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist bei einer Einrichtung
zur lichtelektrischen Lagebestimmung mit wenigstens drei Photoelementen eine optische
Anordnung zum Erzeugen von mindestens zwei Bildern von ein und derselben Markierung
angeordnet, und die Photo elemente sind diesen Bildern derart zugeordnet, daß das
Bild gegenüber dem Photoelement, in der Reihenfolge der Abnahme der Ausgangssignale
gerechnet, von Photoelement zu Photoelement um einen vorbestimmten Betrag versetzt
ist.
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Diese Weiterbildung der Erfindung, -bei der von ein und derselben
Markierung mehrere Bilder erzeugt werden, die einer entsprechenden Anzahl von Photozellen
zugeordnet sind, unterscheidet sich also wesentlich von der obengenannten bekannten
Anordnung,
bei der von jedem einzelnen der mehreren Moire-Streifen jeweils auch nur
ein einziges Bild, dem eine Photozelle zugeordnet ist, erzeugt wird.
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Bezüglich der weiteren Weiterbildung der Erfindung wird auf die Unteransprüche
verwiesen.
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Die Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen in Verbindung
mit der Zeichnung näher erläutert.
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F i g. 1 und 2 zeigen eine bekannte Einrichtung zur optisch-elektrischen
Lagebestimmung von Teilstrichen einer Meßteilung und dienen zur Erläuterung der
der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien; Fig. 3 bis 5 betreffen ein erstes Ausführungsbeispiel
der Erfindung, das optisch-elektrisch arbeitet; F i g. 7 und 8 betreffen abgewandelte
Ausführungsbeispiele der Erfindung, und Fig. 9 bis 11 betreffen eine gegenüber F
i g. 5 abgewandelte Schaltungsanordnung für eine Einrichtung gemäß der Erfindung.
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In F i g. 1 bedeutet 10 eine Skalenplatte beispielsweise aus Glas,
auf welcher eine Anzahl von Teilstrichen beispielsweise durch Bedampfen mit einem
gut lichtreflektierenden Metall, beispielsweise mit Silber, angebracht ist. Diese
Skala soll von einer nicht mit dargestellten Lichtquelle beleuchtet werden, so daß
die Teilstriche das Licht reflektieren, also als leuchtende Striche anzusehen sind.
Die Skala 10 bewegt sich in der Richtung des Doppelpfeiles 11 gegenüber den übrigen
in F i g. 1 dargestellten Elementen, und es sei die Aufgabe gestellt, die jeweilige
Lage, beispielsweise des Teilstriches 12, sehr genau und mit elektrischen Mitteln
zu bestimmen. Der interessierende Teilstrich 12 wird durch eine Linse 13 mit entsprechender
Vergrößerung in eine durch die Umrandung 14 schematisch dargestellte Ebene reell
abgebildet, so daß in dieser Ebene ein vergrößertes Bild 15 des Teilstriches 12
entsteht. Bei der Bewegung der Skalt 10 im Sinne des Doppelpfeiles 11 wandert dieses
Bild 15 also in horizontaler Richtung innerhalb der Ebene 14. In der Bildebene 14
befindet sich eine mechanische Blende 16, die einen Spalt 17 enthält, welcher, wie
hier zur Vereinfachung der Betrachtungsweise angenommen werden soll, dieselben Abmessungen
besitzt wie das Bild 15. Diese Blende 16 mit ihrem Spalt 17 wird in der Richtung
des Doppelpfeiles 18 in Schwingungen versetzt, so daß eine Photozelle 19 stets dann
beginnt, Licht zu erhalten, wenn der Spalt 17 und das Bild 15 sich zu decken beginnen,
volles Licht erhält, wenn der Spalt 17 und das Bild 15 sich vollständig decken,
und daß die Belichtung der Photozelle 19 wieder abnimmt, wenn der Spalt 17 die Stellung
maximalen Lichtdurchtritts wieder zu verlassen beginnt. Wenn man bei konstanter
Schwingungsamplitude der Blende 16 den Photozellenstrom zeitlich darstellt, wie
dies in Fig.2 geschehen ist, so erhält man also den Photozellenstrom Null, wenn
das Bild 15 außerhalb des Spaltes 17 liegt, und man erhält einen ansteigenden Photozellenstrom
von demjenigen Zeitpunkt an, in welchem der Spalt 17 in das Bild 15 einzutauchen
beginnt, bis zum maximalen Photozellenstrom, wenn der Spalt 17 und das Bild 15 sich
gerade vollständig decken. Wenn der Spalt 17 das Bild 15 wieder verläßt, nimmt der
Photozellenstrom wieder ab und wird Null, wenn der Spalt 17 das Bild 15 völlig verlassen
hat. Da bei der Bewegung des Teilstriches 12, dessen Lage bestimmt werden soll,
sich auch die Lage des Bildes 15 in der Ebene 14 ändert, ist also die Phasenlage
des dreieckigen
Pholozellenimpulses gegenüber einer Bezugskurve
die aus dem Antrieb cder aus der Bewegung der Blende 16 abgeleitet wird, von der
jeweiligen Lage des Teilstriches 12 bzw. des Bildes 15 in der Bildebene 14 ngig.
Wenn man aiso die Phasen lage des Photozellenimpulses gegenüber der erwähnten Bezugskurve
mißt, so gibt diese Phase ein Maß für die Lage des Teilstriches 12, welche bestiiiim
werden soll.
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Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden. die Lage eines
Teilstriches ohne mechanische Mittel im Sinne der Blende 16 in F i g. 1 auf rein
elektrischem Wege zu bestimmen und eine entsprechende elektrische Anzeige zu liefern.
Durch die Lösung dieser Aufgabe wird nicht nur eine Befreiung von mechanischen Mitteln
erreicht, sondern auch eine weitaus höhere Genauigkeit als sie mit mechanischen
Mitteln möglich ist.
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Die Erfindung geht also aus von einer Einrichtung zur optisch-elektrischen
Lagebestimmung von Teilstrichen, bei welcher durch periodische Abtastung eines optischen
Bildes des Teilstriches ein Kurven verlauf gewonnen wird und die Lage des Teilstriches
durch eine Phasenvergleichsmessung bestimmt wird, und ist dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens drei Photoelemente vorgesehen sind, daß mindestens zwei Bilder des
Teilstriches erzeugt werden, daß ferner die Phtoelemente derart angeordnet sind,
daß das jeweilige optische Bild des Teilstriches bei unveränderter Lage des Originalteilstriches
auf je zwei in der Ordnungszahl benachbarten Photoelementen gegeneinander verschoben
ist und dabei in der Mittelstellung des Teilstriches mindestens drei Photoelemente
gleichzeitig beleuchtet werden, daß die Ausgangsströme der Photoelemente zur Lagebestimmung
nacheinander (ohne mechanische Mittel) in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahl und
gegebenenfalls auEerdem in umgekehrter Richtung rein elektrisch abgefragt werden.
daß die sich bei dieser Abfragung ergebenden Ausgangsströme der Photoelemente additiv
gemischt werden und daß dieser sich aus der Mischung ergebende Kurvenverlauf geglättet
wird.
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An Hand der F i g. 3 bis 6 sei zunächst ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung beschrieben, während die F i g. 7 bis 11 Abwandlungen dieses Ausführungsbeispiels
betreffen.
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In F i g. 3 ist mit 20 ein leuchtender Teilstrich bezeichnet, der
sich in der Richtung des Doppelpfeiles 21 bewegen möge und dessen jeweilige Lage
bestimmt werden soll. Von diesem Teilstrich 20, der in seiner Mittellage gezeichnet
ist, werden nun zunächst sieben gleich helle und gleich große vergrößerte Bilder
22 bis 28 entworfen. Diese Bilder entstehen alle in einer Ebene, welche auf der
optischen Achse der F i g. 3 senkrecht steht. Zur Erzeugung dieser Bilder 22 bis
28 dienen eine Linse 29 sowie sieben weitere Linsen 30 bis 36. Die Linse 29 ist
aus einer ursprünglich runden Linse derart herausgeschnitten, wie in Fig. 3 a angedeutet,
und jede einzelne der Linsen 30 bis 36 ist gemäß F i g. 3b ebenfalls aus einer ursprünglich
runden Linse herausgeschnitten. Alle Linsen 30 bis 36 stimmen miteinander genau
überein und sind in F i g. 3 auf eine planparallele Glasplatte 37 aufgekittet Die
@@ase @ 29 wandelt das vom Teilstrich 20 kommende Licht in parallele Lichtstrahlen
um, und jcde der Einzellinsen 30 bis 36 entwirft eines der Bilder 22 bis 28. In
F i g. 3 sind ferner sieben Photozellen 38 bis 44 dargestellt, denen noch je eine
räum-
lich feststehende Spaltblende (nicht dargestellt) zur Begrenzung der Photokathodenfläche
zugeordnet ist.
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Die Photozellen 38 bis 44 liegen alle in einer auf der optischen Achse
senkrecht stehenden Ebene, liegen in dieser Ebene jedoch nicht untereinander wie
die Bilder 22 bis 28, sondern sind in dieser Ebene gegeneinander versetzt, wie an
Hand F i g. 4 a sogleich erläutert werden soll.
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In F i g. 4 a ist die Zeichenebene die auf der optischen Achse der
F i g. 3 senkrecht stehende Ebene, in welcher die vor den Photozellen 38 bis 44
angeordneten Spaltblenden und die von den Linsen 33 bis 36 entworfenen Bilder liegen.
Diese Photozellen sind in F i g. 4 a zur Erleichterung der später folgenden Beschreibung
der Wirkungsweise mit 1 bis 7 bezeichnet und dabei jeweils durch ein aufrecht stehendes
Rechteck angedeutet, das die durch die vorerwähnten Spaltblenden begrenzten aktiven
Photoflächen bedeuten soll. Wie F i g. 4 a erkennen läßt, sind diese aktiven Photoflächen
1 bis 7 seitlich gegeneinander versetzt. Die Versetzung beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeilen der F i g. 4 a jeweils eine halbe Photokathodenbreite.
Ferner sind in F i g. 4 a auch punktiert die sieben optischen Bilder des Teilstriches
20, also die Bilder 22 bis 28, eingezeichnet. Die Lage dieser Bilder 22 bis 20 in
der Zeichenebene der F i g. 4 a entspricht der Mittelstellung des Teilstriches 20.
Die Photokathoden sind also in F i g. 4 a so angeordnet, daß das jeweilige optische
Bild des Teilstriches bei unveränderter Lage des Originalteilstriches auf je zwei
benachbarten Photoelementen gegeneinander verschoben ist.
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Wie bereits eingangs erwähnt wurde, sollen nun zur Lagebestimmung
des Teilstriches die Photoelemeute 1 bis 7 nacheinander rein elektrisch abgefragt
werden. Dies sei zunächst an Hand der F i g. 5 und 6 erläutert. In F i g. 5 a bedeutet
45 eine Taktgeber-Impulsquelle, welche die in F i g. 6, Zeile A, dargestellten Impulse
liefert. Diese Impulsreihe ist auch am Ausgang des Taktgebers 45 in üblicher Weise
dargestellt. Mit 40 ist ein sogenannter Ringzähler an sich bekannter Art bezeichnet,
der nach einander an seinen Ausgängen 1 bis 7 Impulse von einer Breite gleich dem
Abstand der Impulse in der Impulsreihe A liefert, wobei die Ausgangsimpulse des
Ringzählers 46 pausenlos aneinander anschließen.
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An diese sieben Ausgänge des Ringzählers 46 sind die sieben Photozellen
38 bis 44, d. h. im Sinne der F i g. 4 a die sieben Photokathoden angeschlossen,
die wieder mit 1 bis 7 bezeichnet sind. Über eine Sammelleitung 47 werden die Ströme
aller Photoelemente additiv miteinander gemischt. d. h. über einen gemeinsamen Widerstand
48 nach Erde geleitet.
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Die Wirkungsweise dieses Ringzählers und die Zusammensetzung seien
nun an Hand der F i g. 4 a erläutert. Es sei angenommen, daß sich der Teilstrich
20 in seiner Mittellage befindet, so daß also nur die Photoelemente 3 bis 5 Licht
erhalten während die Photoelemente 1 und 2 sowie 6 und 7 unbeleuchtet bleiben. Beim
Auftreten der Ausgangsimpulse an den Ausgängen 1 und 2 des Ringzählers 4 O fließt
also im Widerstand 48 kein Strom, während bei Einschaltung des Photoelementes 3
seitens des Ringzählers ein der Hälfte des maximal möglichen Photoelementenstroalles
entsprechender Strom fließt, weil das Bild 24 in Zeile 3 der F i g. 4 a das Photoelement
3 halb überdeckt. Bei Einschalten des Photoelementes 4 in
F i g.
5 a fließt nun der maximal mögliche Strom eines Photoelementes im Widerstand 48,
weil gemäß Zeile 4 in Fig. 4 a das Bild 25 sich mit dem Photoelement 4 vollkommen
deckt. Bei Einschaltung des Photoelementes 5 in F i g. 5 a fließt wieder der halbe
maximal mögliche Photoelementenstrom über den Widerstand 48. Wenn also der Ringzähler
46 einen Zyklus durchlaufen hat, wird der Widerstand 48 von einem Strom gemäß Zeile
11 in Fig. 4b durchflossen.
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Die Phasenlage dieses Stromverlaufes gegenüber den am Ausgang 1 des
Ringzählers auftretenden Impulsen hängt nun von der jeweiligen räumlichen Lage des
Originalteilstriches 20 ab. Hat sich dieser Originalteilstrich gegenüber der in
F i g. 3 dargestellten Mittellage und somit auch das entsprechende Bild 22 bis 28
gegenüber der in F i g. 4 a dargestellten Lage verschoben, und zwar beispielsweise
derart, wie in F i g. 4 a, Zeile 1, durch die beiden senkrechten Pfeile für die
rechte und linke Kante des Bildes 22 dargestellt ist, so entsteht bei der Abfragung
seitens des Ringzählers 46 der in F i g. 4 b, Zeile 1, dargestellte Stromverlauf
im Widerstand 48, der zwar in seiner Form mit dem in Zeilell in F i g. 4 b dargestellten
Stromverlauf übereinstimmt, jedoch in der Phase ihm gegenüber verschoben ist. Der
Bezugspunkt für die Phasenmessung ist dabei stets der am Ausgang 1 des Ringzählers
46 in Fig. 5 a auftretende Impuls.
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Wenn die optischen Bilder infolge einer räumlichen Verlagerung des
Teilstriches 20 sich auch in F i g. 4 a in Stellungen verlagern, die zwischen den
durch die senkrechten Pfeile in Zeile 1 bzw. durch die punL-tierten Linien 22 bis
28 veranschaulichten Lagen liegen, so treten je naeh Größe dieser Veriagerung die
in F i g. 4 b, Zeilen 2 bis 10, dargestellten Ströme im Widerstand 48 auf. Findet
eine Verlagerung zwischen der in F i g. 4 a dargestellten Mittellage und der in
Zeile 7 durch die beiden senkrechten Pfeile dargestellten Lage der senkrechten Bildkanten
statt, so gelten die Stromverläufe in Fig. 4b, Zeilen 12 bis 21.
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Die am Widerstand 48 auftretende Treppenkurve, die also die Gestalt
einer der Treppenkurven in Fig.4b hat, ist durch die Kurve 49 in Fig.5a und durch
die Zeile C in Fi g. 6 angedeutet. Diese Spannung wird durch einen Kondensator 50
geglättet und verläuft dann gemäß Zeile D in F i g. 6. Diese Kurve D wird in einem
Schmitt-Trigger 51 in die Kurve E umgewandelt. Die SpannungskurveE wird in einer
Stufe 52 differenziert, so daß sich die Impulse nach Kurve F ergeben, von denen
die negativen Impulse durch einen Gleichrichter 53 kurzgeschlossen werden, so daß
nur die positiven Impulse nach Kurve G übrigbleiben. Mit diesen wird ein Flip-Flop
54 gesteuert, dessen Ausgangsspannung H also eine Rechteckiturve darstellt, deren
Phasenlage zu den Impulsen am Ausgang 1 des Ringzählers 46 der jeweiligen Lage des
Teilstriches 20 entspricht.
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An den Ausgang 1 des Ringzählers 46 ist eine Differenzierstufe 55
angeschlossen, deren Ausgangsimpulse einen Flip-Flop 56 steuern, aus dessen Ausgangsimpulsen
über zwei Verstärker 57 und 58 die beiden gegenphasigen Rechteckkurven B1 und B11
hergestellt werden. 1 ii Diese beiden gegenphasigen Ausgangsspannungen der Verstärker
57 und 58 liegen an den Anoden zweier Röhren 59 und 60, deren Gitter beide die Spannung
H erhalten. In den Kathodenzuleitungen dieser beiden Röhren liegen zwei Widerstände
61 und 62, denen noch je ein Kondensator63 parallel
geschaltet sein kann. Ein Meßinstrument
64 zwischen den Kathoden der beiden Röhren 59 und 60 steht also bei der in F i g.
4 a dargestellten Lage der Bilder 22 bis 28 in einer Mittelstellung und schlägt
nach der einen bzw. der anderen Seite aus, wenn der Teilstrich 20 in der einen oder
der anderen Richtung aus seiner Mittellage auswandert. Die jeweilige Lage des Teilstriches
20 kann also an dem Instrument 64 abgelesen werden.
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Eine Abwandlung der Ausführungsform nach F i g. 1 bis 6 ist in F
i g. 7 dargestellt. In dieser Figur ist die Zeichenebene ebenfalls wieder diejenige
auf der optischen Achse der Fig.3 senkrecht stehende Ebene, in welcher die Photoelemente
liegen. Im Gegensatz zu F i g. 4 a sind aber nun die Photoelemente nicht alle untereinander
angeordnet, sondern vielmehr wie Fig. 7 zeigt, in drei Zeilen, so daß statt der
sieben Linsen 30 bis 36 in Fig. 3 im ganzen nur drei Linsen erforderlich sind. In
F i g. 7 ist in Ubereinstimmung mit Fig.4a die Lage der reellen Bilder des Teilstriches
20 wieder unter der Voraussetzung dargestellt, daß der Teilstrich 20 sich in seiner
Mittellage befinden möge. Wenn die Bilder des Teilstriches in F i g. 7 so zu den
Photoelementen liegen, wie es die Fig. 7 andeutet, so entsteht also wieder die in
Zeile 11 der F i g. 4 b dargestellte Treppenkurve, während bei in Fig. 7 nach links
ausgewanderten Bildern eine der Kurven nach Zeile 1 bis 10 in Fig. 4b entsteht und
bei in Fig.7 nach rechts ausgewanderten Bildern eine der Kurven in Zeile 12 bis
21 der Fig. 4. Die Photoelemente 1 bis 7 in F i g. 7 werden zu diesem Zweck beispielsweise
mit der Schaltung nach F i g. 5 a wieder in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahlen
abgefragt, und die Lage des Teilstriches 20 kann wieder mit der Schaltung nach F
i g. 5b gemessen werden.
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Eine andere Abwandlung in der Anordnung der Photoelemente 1 bis 7
ist in Fig. 8 dargestellt. Dort sind die Photoelemente 1 bis 7 in zwei Zeilen angeordnet,
und es brauchen daher nur noch zwei optische Bilder des Teilstriches erzeugt zu
werden. Diese beiden optischen Bilder sind in F i g. 8 über den Rechtecken, welche
die Photoelemente andeuten und wieder mit den Ordnungszahlen versehen sind, durch
zwei schraffierte Rechtecke veranschaulicht. Die Photozellen müssen in diesem Falle
sehr klein sein und eng aneinanderliegen und bestehen dann vorzugsweise aus aufgedampften,
strahlungsempfindlichen Schichten, wie z. B. Bleisulfidschichten, Halbleiterschichten
mit Sperrschicht (Photodioden) usw.
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Es sei noch bemerkt, daß man an Stelle der in Fig.3 dargestellten
Anordnung zur Erzeugung von sieben Bildern des Teilstriches 20 bzw. zur Erzeugung
der drei Bilder nach F i g. 7 bzw. zur Erzeugung der zwei Bilder nach Fig. 8 des
Teilstriches auch zahlreiche andere optische Anordnungen benutzen kann, beispielsweise
Anordnungen nach dem Vorbild der für Farbfernsehkameras bekannten Anordnungen mit
halbdurchlässigen Spiegeln zur Erzeugung dreier Farbauszüge.
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Statt der Abfragung der Photoelemente 1 bis 7 in F i g. 4 a, 7 oder
8 in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahl kann man die Abfragung auch so durchführen,
daß zunächst alle Photoelemente in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahl abgefragt
werden, sodann im umgekehrten Sinne, sodann wieder in der Reihenfolge ihrer Ordnungszahl
usw.
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Eine Schaltungsanordnung, bei welcher abwechselnd in der Reihenfolge
der Ordnungszahl und in umgekehrter Richtung abgefragt wird, ist in Fig. 9 dargestellt.
Diese unterscheidet sich von F i g. 5 a zunächst dadurch, daß ein sogenannter bidirektionaler
Ringzähler 65 verwendet wird, der mit zwei Differenzierstufen 66 und 67, einem Flip-Flop
68 und zwei Und-Stufen 69 und 70, wenn er von einem Taktgeber 71 gesteuert wird,
zunächst nacheinander an den Ausgängen 1 bis 7 Spannungsimpulse von der Breite des
Abstandes zweier Impulse des Taktgebers liefert, sodann nacheinander an den Ausgängen
6 bis 1 ebensolche Impulse liefert und anschließend an den Ausgängen 2 bis 7 wieder
ebensolche Impulse, usw. Die Ausgaugsimpulse treten also bei dem bidirektionalen
Ringzähler 65 hin- und herlaufend auf, wie es in Kurve A in F i g. 11 für die entsprechenden
Taktgeberimpulse durch Beifügung der Ziffern der betreffenden Ausgänge des Ringzählers
65 angedeutet ist. Die Photoelemente, der Ausgangswiderstand, der Bernhigungskondensator,
der Schmitt-Trigger, die Differenzierstufe, der Gleichrichter und ein Flip-Flop
sind bei der Schaltung nach F i g. 9 ebenso vorhanden wie bei der Schaltung nach
F i g. 5 a. Dementsprechend entsteht an der oberen Klemrne des allen Photoelementen
gemeinsamen Widerstandes wegen der abwechselnd verlaufenden Abfragung die Tfeppenkurve
B in F i g. 11 und nach der Glättung die Kurve C. Durch den Schmitt-Trig,ger wird
in Fig. 9 aus dieser gegläfteten Spannungskurve wieder der rechteckige Spannungsverlauf
D, welcher nach der Differenziation die in der Kurve E dargestellten l.urzen Spannungsimpulse
ergibt. Wenn man durch den Gleichrichter die negativen Impulse unterdrückt, ergibt
sich die Impulsfolge nach Kurve F. Mit diesen Impulsen wird ein Flip-Flop gesteuert,
welcher zwei gegenphasige Ausgangsspannungen G und H liefert.
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Diese letzteren Spannungen liegen an den beiden Basiselektroden zweier
Transistoren in Fig. 10, deren zusammengeschaltete Kollektorelektroden mit einer
Gleichspannung U versorgt werden. Die Emitterelektroden sind über je einen Widerstand
geerdet und außerdem über ein Meßinstrument miteinandel verbunden durch welches
also die durch die Kurve J in F i g. II veranschaulichten Rechteckimpulse hindurchfließen.
Die Phasenlage dieser Rechteckimpulse ist wieder von dem in Kurve B bzw. C dargestellten
Spannungsverlauf abhängig und gibt somit wieder ein Maß für die Lage des Teilstriches
20.
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Während also die Phasenmessung gemäß F i g. 5 a und 5 b mittels einer
phasenkonstanten Bezugskurve geschieht. ändert sich die Lage der in Kurve C dej
F i g. 11 dargestellten geglätteten Impulse bei einer Auswanderung des Teilstriches
20 derart, daß sich bei einer Versclliebung des Teilstriches 20 in der einen Richtung
die beiden ersten Impulse in Kurve C und die beiden letzten Impulse in dieser Kurve
einander annähen sich jedoch bei einer Verschiebung des Teilstriches 20 in der anderen
Richtung voneinander entlernen. Die Anzeige des Mcßinstrumentcs in F i g. J (1 gibt
also wieder ein Maß für die Lage des Teilstriches 20.
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Ei nie erfindungsgemäße Einrichtung zur optischelektrischen Bestimmung
der Lage von Teilstrichen kann beispielsweise zur Herstellung von Maßstäben verwendet
werden. Dies ist so zu verstehen, daß ein Vorlagemaßstab existiert, der zusammen
mit einer Glasplatte, auf welcher der herzustellende Maßstab
angebracht werden soll,
auf einem verschiebbaren Tisch befestigt ist. Der Vorlagemaßstab wandert von Teilstrich
zu Teilstrich an der erfindungsgemäßen Einrichtung vorbei, wobei man jeden einzelnen
Teilstrich in das Gesichtsfeld der optischen Einrichtung nach F i g. 3 bringt und
dann mittels der photoelektischen Einrichtung die genaue Lage in diesem Gesichtsfeld
bestimmt. Die Teilstriche auf dem herzustellenden Maßstab können dann sehr genau
auf Grund der in den Schaltungen nach F i g. 5b bzw. 10 gewonnenen Phasenanzeige
angebracht werden, wobei beispielsweise auch die Aufgabe gelöst werden kann, auf
Grund eines mit bekannten Fehlern behafteten Voriagemaßstabes einen neuen Maßstab
ohne solche Fehler herzustellen.
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Ferner kann man beispielsweise auch mit den Strömen, welche die Meßinstrumente
in F i g. 5b bzw. 10 durchfließen, einen Regelmechanismus steuern, welcher ein Werkzeug
einer Werkzeugmaschine in eine durch die jeweilige Lage des Teilstriches bestimmte
Stellung bringt.
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Für die im vorstehenden beschriebene optischelektrische Einrichtung
läßt sich auch ein magnetisches Analogon angeben. Die Markierungen oder Markierungsfolgen
bestehen dann entweder aus disketen Teilstrichen aus einem magnetisierbaren Material,
z. B. aufgedampftem Nickel, oder aus Bereichen verschiedenen Magnetisiesungsznstandes
in einer kontinuierlicherl, magnetisierbaren Schicht.
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Da es eines unverhältnismäßig großen Aufwandes bedürfte, in Übertragung
etwa der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung auf das magnetische Gebiet Bilder eines
magnetischen Teilstrickes herzustellen, werden vorzugsweise mehrere Teilstriche
einer einzigen oder mehrerer paralleler Skalen verwendet.
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Der Aufbau und die Wirkungsweise einer magnetisch arbeitenden Einrichtung
soll kurz in Verbindung mit F i g. 8 beschrieben werden. Die schraffierten Rechtecke
in F i g. 8 sollen dabei jetzt zwei getrennte, untereinandefliegende magnetische
Teilstriche bedeuten, die beispielsweise zwei parallel verlaufenden getrennten magnetischen
Skalen angehören.
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Die mit 1 bis 7 bezeichneten Rechtecke stellen dann magnetische Wandler
dar, die sich zur statischen Abtastung der magneüsierten Teilstriche eignen, z.
B. dünne, aufgedampfte Wismutschichten, die ihren Widerstand im magnetischen Feld
ändern oder Hall-Generatoren bekannter Bauart. Im iibrigen kann die Einrichtung
dann der optisch-elektrischen Einrichtung entsprechen, die oben in Verbindung mit
F i g. 8 beschrieben wurde.
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Natürlich lassen sich auch Anordnungen, wie sie in F i g. 4 a und
7 beselirieben wurden, ohne weiteres ins Magnetische übertragen.
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Abschließend soll nun noch erwähnt werden, daß an Stelle mehrerer
Bilder bei der optisch-elektrischen Anordnung in F i g. 3, 4 a, 7 oder 8 auch natürlich
ein einziges Bild eines entsprechend langen Teilstriches treten könnte. Wenn dieser
lange Strich jedoch nicht exakt gerade verläuft, was in der Praxis verhältnismäßig
schwer zu erreichen ist, treten unerwünschte Meßfehler auf, die bei der beschriebenen
Anordnung, die mit optischer Bildteilung arbeitet, vermieden werden.