DE1235605B - Messeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile - Google Patents
Messeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer TeileInfo
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Description
DEUTSCHES WTW^ PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT G02b
DeutscheKl.: 42 d-2/10
Nummer: 1235 605
Aktenzeichen: T 22156IX b/42 d
1235 605 Anmeldetag: 22.Mai 1962
Auslegetag: 2. März 1967
Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung
zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, von denen eines ein Skalenraster und das andere eine
optische Ablesevorrichtung trägt, nach dem Zweiphasenprinzip unter Ausnutzung der durch das Zusammenwirken
von Skala und Ablesevorrichtung erzielten Lichtintensitätsmodulation und einer mittels
der Ablese vorrichtung bewirkten Trennung der modulierten Lichtstrahlen und deren Intensitätsdifferenzbildung.
Es sind Meßeinrichtungen bekannt, die zwei oder mehr photoelektrische Meßgeräte aufweisen, welche
so angeordnet sind, daß sie auf verschiedene Phasenstreifen der Skala ansprechen. Bei bekannten Verfahren
werden die Mehrphasensignale, welche den verschiedenen Phasenstreifen der Skala entsprechen,
in Analog- oder Digitalwerte von Bruchteilen eines Abstandes der Relativstellungen oder -bewegungen
der Skala und der Ablesevorrichtung umgewandelt. Bei einer bekannten Anordnung zur Ablesung derartiger
Skalen weist die Ablesevorrichtung ein optisches Gitter auf, welches einem Beugungsgitter ähnlich
ist, z. B. ein aus Stäben und Schlitzen bestehendes Gitter. Die Gitterkonstante ist gleich dem Abstand
der Skalenteilstriche, und die Linien oder Stäbe liegen in einer Ebene, die parallel zu der der Skala
und nahe bei dieser liegt. Die Linien sind jedoch bezüglich der Teilstriche der Skala geneigt, so daß
ein »Moire«-Muster hervorgerufen wird. Die photoelektrischen Meßgeräte sind mehrfach empfindlich
für die verschiedenen Teile dieses »Moire«-Musters.
Bei einer weiteren bekannten Anordnung weist die Ablesevorrichtung mehrere gesonderte Gitter auf,
von denen jedes eine Gitterkonstante hat, die gleich dem Abstand der Teilstriche der Skala ist. Sie haben
jedoch entlang der Skala einen Abstand voneinander, der gleich einer größeren Zahl von Teilstrichabständen
plus oder minus einer räumlichen Phasendifferenz von weniger als 360° ist. Eine entsprechende
Anzahl von photoelektrischen Meßgeräten sprechen mehrfach auf das die verschiedenen Gitter
durchlaufende Licht an.
Diese bekannten Anordnungen haben einmal den Nachteil, daß die Beugungsgitter einen Teil des einfallenden
Lichtes behindern; außerdem wird, da die mehrfachen photoelektrischen Meßgeräte auf Licht
aus verschiedenen Teilen der Skala ansprechen, ein Fehler in oder auf der Skala, z.B. an bestimmten
Stellen vorhandener Schmutz, zu einer Zeit nur ein Meßgerät beeinträchtigen und so einen Ablesefehler
hervorrufen. In ähnlicher Weise kann auch eine Meßeinrichtung zur genauen optischen
Bestimmung der Verschiebung zweier relativ
zueinander bewegbarer Teile
Bestimmung der Verschiebung zweier relativ
zueinander bewegbarer Teile
Anmelder:
British Aircraft Corporation (Operating) Ltd.,
Stevenage, Hertfordshire (Großbritannien)
Stevenage, Hertfordshire (Großbritannien)
Vertreter:
Dr. W. Müller-Bore, Dipl.-Ing. H. Gralfs
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
München 22, Robert-Koch-Str. 1
und Dr. G. Manitz, Patentanwälte,
München 22, Robert-Koch-Str. 1
Als Erfinder benannt:
David George Brake,
Langley, Buckinghamshire;
Derek John Ball,
David George Brake,
Langley, Buckinghamshire;
Derek John Ball,
Maidenhead, Berkshire (Großbritannien)
Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Mai 1961 (18 632)
ungleiche Ausleuchtung der Skala einen Ablesefehler bewirken.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, eine Meßeinrichtung der eingangs genannten Gattung zu
schaffen, bei der die erwähnten Nachteile vermieden werden und die bei relativ einfachem und kostensparendem
Aufbau es gestattet, den gesamten Bereich der Ablesevorrichtung wirksamer auszunutzen
und für viele verschiedene Anwendungen geeignet ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Meßeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der
Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile, von denen eines den Skalenraster und das
andere eine optische Ablesevorrichtung trägt, nach dem Zweiphasenprinzip unter Ausnutzung der durch
das Zusammenwirken von Skala und Ablesevorrichtung erzielten Lichtintensitätsmodulation und einer
mittels der Ablesevorrichtung bewirkten Trennung der modulierten Lichtstrahlen und deren Intensitätsdifferenzbildung
erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Ablesevorrichtung in an sich bekannter Weise
aus planparallelen lichtdurchlässigen Plättchen besteht, daß die Plättchen in Gruppen mit jeweils verschiedener
optischer Achse angeordnet sind, daß jedes Plättchen eine zur Skala gerichtete lichtdurch-
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lässige ebene Randfiäche und mindestens eine weitere lichtdurchlässige ebene Randfläche zum jeweils
zugeordneten lichtempfindlichen Empfänger hin aufweist, daß der gegenseitige Abstand der Plättchen
einer Gruppe einem ganzzahligen Vielfachen einer Skalenperiode entspricht und daß zwischen den Plättchen
einer Gruppe Plättchen einer oder mehrerer anderer Gruppen angeordnet sind.
Durch diese erfindungsgemäße Ausbildung wird erreicht, daß das auf die lichtempfindlichen Empfänger
gelenkte Licht im wesentlichen von allen Bereichen der zu beobachtenden Skala stammt; dieses
trifft für beide Strahlengänge zu, so daß bei einer Verunreinigung eines Teiles der Skala beide Lichtwege
in der gleichen Weise beeinflußt werden und somit die Photozellen gemeinsam mehr oder weniger
Licht erhalten. Auf diese Weise werden die Einflüsse von Unregelmäßigkeiten oder Verunreinigungen
der Skala ausgeschaltet.
Im Vergleich zu den bekannten Systemen mit Beugungsgittern oder Stab-Schlitz-Gittern, bei denen
nur die Hälfte des Bereichs des Empfängers bzw. der Meßeinrichtung wirksam ist, ermöglicht es die
Erfindung in vorteilhafter Weise, daß der gesamte Bereich aktiv ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen trapezförmig
prismatisch ausgebildeter Plättchen, die beide eine gemeinsame, der Skala zugewandte große
Grundfläche und durch Seitenvertauschung zwei gegeneinander versetzt angeordnete kleine Grundflächen
aufweisen.
Bei einer anderen Ausführungsform besteht die Ablesevorrichtung aus zwei Gruppen dreieckförmig
prismatisch ausgebildeter Plättchen, die so einander zugeordnet sind, daß jeweils eine der Kathetenflächen
beider Gruppen eine der Skala zugewandte lichtdurchlässige Fläche ist und daß die Hypotenusenflächen
beider Gruppen senkrecht aufeinander verlaufen.
Eine Ausführungsform, bei der die Skala nicht durchsichtig ist, ist so ausgebildet, daß die Ablesevorrichtung
aus zwei Gruppen vieleckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen besteht, die so einander
zugeordnet sind, daß beide Gruppen eine gemeinsame der Skala zugewandte lichtdurchlässige
Fläche und eine zweite gemeinsame lichtdurchlässige Fläche aufweisen und daß die beiden Gruppen je
eine dritte lichtdurchlässige, gegeneinander versetzt angeordnete Fläche aufweisen, die so angeordnet
sind, daß ein durch die gemeinsame lichtdurchlässige Fläche eintretendes Lichtbündel durch die der Skala
zugewandten Fläche tritt, von der Skala auf Grund der Winkelbeziehung reflektiert und entsprechend
der Aufteilung zu den gegeneinander versetzten, jeweils einer Gruppe zugeordneten lichtdurchlässigen
Flächen verläuft.
Weiterhin kann vorgesehen sein, daß mindestens eine Seite jedes Plättchens mit einem undurchsichtigen,
reflektierenden Überzug aus einem Material versehen ist, dessen Brechungsindex wesentlich
verschieden von dem des Plättchenmaterials ist, und daß jedes Plättchen so geformt ist, daß nicht lichtdurchlässig
vorgesehene Begrenzungsflächen des Plättchens das Licht, welches durch eine lichtdurchlässige
Fläche eintritt, zur dem lichtempfindlichen Empfänger zugewandten Fläche reflektieren. Außerdem
können nicht lichtdurchlässige Abstandsstücke
zwischen einigen oder allen nebeneinanderliegenden Plättchen vorgesehen sein.
Eine weitere Ausführungsform ist so ausgebildet, daß die aneinanderliegenden Flächen der Plättchen
senkrecht zur Längserstreckung der Skala angeordnet sind. Dabei kann vorgesehen sein, daß die Ausdehnung
der zur Skala gerichteten lichtdurchlässigen Fläche und der Abstand zur nächsten lichtdurchlässigen
Fläche gleich der Hälfte eines Skalenxo teiles ist.
Die Skalen derartiger Meßeinrichtungen können lichtreflektierend oder lichtdurchlässig sein. Sie sind
gewöhnlich sehr fein durch im wesentlichen im einheitlichen Abstand angeordnete, nichtreflektierende
oder relativ undurchlässige Linien oder Streifen unterteilt. Die Skalen sind häufig geradlinig. Die
Erfindung wird der Einfachheit halber in Verbindung mit derartigen geradlinigen Skalen beschrieben.
Selbstverständlich ist die Erfindung auch auf kreisförmige oder spiralförmige Skalen anwendbar, welche
sich in einem oder mehreren Umläufen über eine Ebene oder zylindrische Oberfläche erstrecken. In
* diesen Fällen sind die der Skala zugeordneten Ableseelemente in einer Fläche angeordnet, die ähnlieh
der ist, welche die Skala enthält. Durch Betrachtung der linearen Abwicklung derartiger gekrümmter
Skalen wird die Anwendung der Erfindung auf sie offensichtlich.
Der Einfachheit halber wird in der folgenden Be-Schreibung der Abstand der Skalenstriche einer
Skala mit 360° räumlicher Phasendifferenz angenommen. Angaben über Phase, Phasenstreifen und
Phasendifferenz sind in diesem Sinne zu verstehen. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der
Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 die Stirnansicht der wesentlichen Teile
einer Zweiphasen-Meßeinrichtung und einer durchsichtigen Skala,
F i g. 2 eine Seitenansicht der Meßeinrichtung und der Skala nach Fig. 1,
F i g. 3 eine gedrehte Draufsicht eines Teiles der Fläche der der Skala zugeordneten AbIesevorrichtung
nach F i g. 1 in vergrößertem Maßstab,
F i g. 4 eine Ansicht einer weiteren Ausiuhrungsform der Zweiphasen-Meßeinrichtung nach den
F i g. 1 und 2,
F i g. 5 den Querschnitt einer Zweiphasen-Meßeinrichtung zur Verwendung mit einer lichtundurchlässigen
reflektierenden Skala,
F i g. 6 den Querschnitt einer weiteren Anordnung zur Verwendung mit einer lichtundurchlässigen reflektierenden Skala,
F i g. 6 den Querschnitt einer weiteren Anordnung zur Verwendung mit einer lichtundurchlässigen reflektierenden Skala,
Fig. 7 eine nur die Plättchen zeigende Teilseitenansicht einer weiteren Zweiphasen-Meßeinrichtung
zur Verwendung mit einer durchsichtigen Skala,
F i g. 8 eine Stirnansicht einer Ausführungsform einer Zweiphasen-Meßeinrichtung für eine lichtundurchlässige reflektierende Skala,
Fig. 9 eine Stirnansicht einer Abwandlung der Einrichtung nach F i g. 8,
Fig. 10 eine Seitenansicht eines Teiles der in F i g. 9 dargestellten Abwandlung und
Fig. IIa, IIb und lic Aufstellungen, welche die Beziehung zwischen der Zahl der verschiedenen
Phasen der Ablesevorrichtung, der Länge des Wirkungsbereiches der Ablesevorrichtung, der Länge
der einzelnen ersten Randflächen (oder der Dicke der Plättchen) und der Länge oder Dicke irgendwelcher
5 6
Zwischenplättchen veranschaulichen, wobei die Lan- äußeren Lichtübertragungskanäle weisen in diesem
gen in Werten des Skalenteilstrichabstandes an- Fall kleine Luftspalte zwischen den Randflächen 20 b
gegeben und entsprechende Seitenansichten der und 21 b und Mittel 26 und 27 zur Feststellung einer
Skaleneinteilungen und Plättchen schematisch dar- Lichtintensität auf. Die Mittel 26 und 27 brauchen
gestellt sind. 5 nur aus visuell beobachtbaren durchscheinenden
Nach den F i g. 1 und 2 arbeitet die dargestellte Schirmen zu bestehen; vorzugsweise sind sie jedoch
Zweiphasen-Meßeinrichtung mit einer ebenen, licht- fotoempfindliche Einrichtungen, wie mit Galvanodurchlässigen Skala 22 zusammen, welche licht- metern verbundene fotoelektrische Zellen,
undurchlässige Teilstriche 23 trägt. Die Teilstriche Die Lichtstrahlen verlaufen gebündelt oder nicht
haben einen einheitlichen Abstand und sind durch io gebündelt in der durch die Pfeile angedeuteten Weise
durchscheinende oder durchsichtige Streifen 24 von- in der Vorrichtung. Das Licht wird von einer geeinander
getrennt. Die Skala 22 kann an einem be- eigneten Lichtquelle auf die Skala 22 geworfen und
weglichen Teil einer Maschine, z. B. einem Werk- tritt durch die durchsichtigen Streifen zwischen den
zeugmaschinenschlitten oder Drehsupport, befestigt undurchsichtigen Teilstrichen 23 der Skala hindurch,
sein, damit sie relativ zu einer an einem festen Teil 15 Der Hauptteil des einfallenden Lichtes tritt durch
der Maschine angebrachten Ablesevorrichtung 25 die ersten Randflächen 20 a und 21a der beiden
eine translatorische Bewegung ausführen kann. Die Plättchengruppen hindurch auf die zweiten Rand-Ablesevorrichtung
25 besteht aus zwei Gruppen von flächen 20 έ und 21 b. Die Intensität der so zu den
je sieben Plättchen 20 bzw. 21. Jedes dieser Plätt- betreffenden Randflächen gelangenden Lichtstrahlen
chen besteht aus einem durchsichtigen Material, wie 20 ist in Abhängigkeit von der Lage der jeweiligen
z. B. Glas, oder vorzugsweise einem relativ elastischen Randflächen 20 α und 21a relativ zu den Teilstrichen
thermoplastischen oder thermostatoplastischen durch- 23 moduliert. Wenn die Randflächen 20 α der Plättsichtigen
Kunstharz. Die Dicke jedes der Plättchen chengruppe 20 sich einheitlich relativ zu der Skala
20 und 21 ist halb so groß wie der Teilstrichabstand, um einen Teilstrichabstand oder um 360° bezüglich
oder sie beträgt mit anderen Worten 180°, bezogen 25 der Skala bewegen, ändert sich die Intensität der
auf die räumliche Periode der Teilstriche 23. Die aus der Randfläche 20 b tretenden Lichtstrahlen von
Plättchen der beiden Gruppen sind abwechselnd einem Maximum über ein Minimum zu einem
nebeneinander angeordnet und berühren einander; Maximum. In gleicher Weise ändert sich die Intensie
sind jedoch optisch voneinander isoliert, was z. B. sität der aus den Randflächen 21 & tretenden Lichtdurch
lichtundurchlässige und vorzugsweise licht- 30 strahlen, jedoch mit einer räumlichen Phasenreflektierende
Überzüge auf den Seitenflächen ge- Versetzung (bezogen auf die Skala) von 180°. Die
schehen kann, z. B. durch dünne Metallschichten durch das Mittel 26 festgestellte Lichtintensität führt
aus Silber od. dgl. oder durch durchsichtige Über- daher für jede Relatiwerschiebung der Ablesezüge
aus einem Material mit einem von dem vorrichtung 25 und der Skala 22 um einen vollen
des Plättchenmaterials beträchtlich verschiedenen 35 Teilstrichabstand, d. h. um eine räumliche Phase von
Brechungsindex. 0 bis 360° einen vollständigen Wechselzyklus von
Wie aus F i g. 1 hervorgeht, haben die Plättchen einem Maximum zu einem Minimum und zurück zu
20 und 21 Trapezform; sie sind vorzugsweise bezüg- einem Maximum aus. Entsprechend nimmt die von
lieh ihrer Form und Abmessungen identisch. Die dem Mittel 27 festgestellte Lichtintensität im Ver-Plättchen
21 sind bezüglich der Plättchen 20 um- 40 lauf einer Relatiwerschiebung von 180 bis 540° von
gekehrt.Die Plättchen 20 besitzen je eine erste ebene einem Maximum zu einem Minimum ab und nimmt
lichtdurchlässige Randfläche 20 a und eine zweite wieder zu einem Maximum zu. Durch Abzählen der
lichtdurchlässige Randfläche 20 δ. In gleicher Weise Anzahl von Zunahme- und Abnahmezyklen des auf
besitzen die Plättchen 21 erste und zweite lichtdurch- jedes der Mittel 26 und 27 fallenden Lichtes kann
lässige Randflächen 21a bzw. 216. Der Rest des 45 die Gesamtanzahl von Teilstrichabständen, um welche
Randes, die Seiten 20 c und 21c der Plättchen, sind sich die Skala 22 und die Ablesevorrichtung 25 relaeben
und bezüglich der Normalen der ersten Rand- tiv zueinander bewegt haben, gemessen werden; soflächen
20 a bzw. 21a geneigt, so daß in die Rand- mit ist eine erste Annäherung an den Betrag der
flächen 20 a und 21a im wesentlichen normal zu Relativbewegung gegeben. Durch Messung der Diffeihnen
eintretendes Licht von der Skala 22 innen 50 renzen von auf die Mittel 26 und 27 fallenden Lichttotalreflektiert
wird, um teilweise auf die zweiten Intensitäten kann eine wesentlich genauere Messung
Randflächen 20 b und 21b und teilweise auf die des Betrages der Relativbewegung der Ableseflachen Seiten 20d und lld zu fallen. Die beiden vorrichtung 25 und der Skala 22 erhalten werden.
Seiten 20d und 21a" sind derart bezüglich der Nor- Bei der schematisch in Fig. 4 dargestellten Anmalen
der ersten Randflächen 20 a und 21a geneigt, 55 Ordnung haben die Plättchen die Form eines geringclaß
das innen an den Seiten 20 c und 21c reflelc- fügig abgestumpften rechtwinkligen dreieckförmigen
tierte und auf sie (die Seiten 20 a* und 21a*) auf- Prismas. Die Ablesevorrichtung besteht wieder aus
treffende Licht zu den zweiten Randflächen 20 b und zwei Gruppen von Plättchen 28 und 29, die abwech-Ilb
innen totalreflektiert wird. Die Seiten 20c, 20df, selnd und zueinander seitenverkehrt angeordnet sind.
lic und 21 d können so ausgebildet sein, daß sie 60 In jedem Plättchen besteht die zweite Randfläche
äas Licht innen reflektieren, aber auch mit licht- 28 & oder 29 & aus einem ebenen Randbereich, der
indurchlässigen und vorzugsweise lichtreflektieren- senkrecht auf der ebenen ersten Randfläche 30 steht.
:en Überzügen versehen sein. Diese Überzüge kön- Der Hauptteil des übrigen Randes ist eine ebene
ien auch zusätzlich zu der reflektierenden Aus- Oberfläche 28 c oder 29 c, welche um 45° gegenüber
Mldung der Seiten angebracht werden. Wie in den 65 der ersten bzw. zweiten Randfläche geneigt ist.
F i g. 1 und 2 dargestellt ist, sind den zweiten Rand- Bei dieser Anordnung sind die Mittel 31 und 32
dachen 20 b und 21 b jeweils getrennte äußere Licht- zur Feststellung einer Lichtintensität auf gegenüberibertragungskanäle
zugeordnet. Diese getrennten liegenden Seiten der Ablesevorrichtung angeordnet,
um das Licht von der ersten Plättchengruppe 28 bzw. von der zweiten Plättchengruppe 29 zu empfangen.
Im übrigen ist die Anordnung nach der F i g. 4 den in den F i g. 1, 2 und 3 beschriebenen
ähnlich.
Aus einer nicht dargestellten Lichtquelle stammendes gebündeltes Licht tritt durch die Skala 33
hindurch in die ersten Randflächen 30 der beiden Plättchengruppen. Das eingetretene Licht wird innen
an den ebenen Randflächen 28 c und 29 c totalreflektiert und fällt durch die zweiten Randflächen 28 &
und 29 b hindurch auf die Mittel 31 und 32.
Bei der in Fig.5 dargestellten Anordnung wird eine lichtundurchlässige reflektierende Skala 34 verwendet.
In diesem Fall nehmen die Plättchen die Form von einspringenden fünfeckigen Prismen an,
damit eine dritte Randfläche zur Beleuchtung der Skala 34 geschaffen wird und damit die Mittel 35
und 36 zur Messung einer Lichtintensität in zweckmäßiger Weise getrennt werden. In diesem Fall sind
die Plättchen 37 und 38 nicht identisch.
Jedes der Plättchen 37 und 38 besitzt eine erste Randfiache 39, eine sich von der Randfläche unter
einem ziemlich kleinen Winkel bezüglich der Normalen wegerstreckende Randseite 40 und eine dritte
Randfläche 41, deren Normale einen kleinen Winkel mit der Normalen der Randflache 39 einschließt.
Bezüglich dieser Maße sind die Plättchen 37 und 38 der beiden Gruppen identisch. Die Plättchen 37
haben jedoch einen ebenen Randseitenbereich 42, welcher an dem seitlichen Ende der dritten Randfläche
41 einen einspringenden Winkel bildet. Der Seitenbereich 42 schließt einen solchen Winkel mit
der ersten Randfläche 39 und der Skala 34 ein, daß das durch die dritte Randfläche 41 eingetretenes und
von einem Teil der Skala 34 reflektiertes und schließlich auf den Bereich 42 auffalendes Licht innen total
auf die zweite Randfläche 35 reflektiert wird, die außerdem direkt von anderen Teilen der Skala 34
durch die erste Randfläche 39 reflektiertes Licht empfängt, was in F i g. 5 durch Pfeile angedeutet ist.
Entsprechend hat jedes Plättchen 38 einen ebenen Randseitenbereich 43, der einen solchen Winkel mit
der ersten Randflache 39 einschließt, daß das auf einen Teil der Skala 34 von der dritten Randfläche
41 aus einfallende, von der Skala reflektierte und auf den Bereich 43 fallende Licht innen total auf die
zweite Randfläche 38 a reflektiert wird. Auf den anderen Teil der Skala 34 von der Randfläche 41 her
fallendes Licht wird direkt zu der zweiten Randfläche 38 a reflektiert.
Bei der in F i g. 6 schematisch dargestellten Anordnung, bei der eine lichtundurchlässige reflektierende
Skala 44 verwendet wird, hat jedes Plättchen wieder drei Randflächen; die zweiten Randflächen
45 a der von den Plättchen 45 gebildeten einen Gruppe sind jedoch bezüglich der zweiten
Randflächen 46 a der von den Plättchen 46 gebildeten anderen Gruppe geneigt, so daß das aus den
Plättchen der beiden Gruppen austretende Licht an den Randflächen 45 a und 46 a in verschiedener
Weise gebrochen wird, um in getrennte Mittel 66 und 67 zur Feststellung der Lichtintensität einzutreten.
In dem in F i g. 6 veranschaulichten Fall dient eine Kondensorlinse 48 dazu, das Licht von allen
zweiten Randflächen 45 a und 46 a zu sammeln und auf die Mittel 66 bzw. 67 zur Lichtintensitätsbestim-
mung zu richten. Die Lichtwege sind in F i g. 5 wieder durch Pfeile dargestellt.
In F i g. 7 ist eine weitere Möglichkeit der Trennung des Lichtes aus den zweiten Randflächen der
beiden Plättchengruppen einer Zweiphasen-Ablesevorrichtung veranschaulicht. In diesem Fall sind die
zweiten Randflächen der Plättchen eben. Die Randflächen 49 & der Plättchen 49 der einen Phase sind
bezüglich der Mittelebenen der Plättchen in einem
ίο Sinne geneigt, während die Randflächen 50 b der
Plättchen 50 bezüglich der Mittelebenen der Plättchen im entgegengesetzten Sinne geneigt sind, so daß
das aus den beiden Plättchengruppen austretende Licht in entgegengesetzten Richtungen auf getrennte
äußere Wege gelenkt wird.
Bei der in den F i g. 9 und 10 schematisch dargestellten Anordnung sind die Plättchen ziemlich
ähnlich denen in F i g. 5 geformt. In diesen Fällen ist jedoch jedes Plättchen mit einer Verlängerung 51
ao der gleichen Stärke wie das Plättchen selbst versehen. Diese Verlängerungen 51 sind vorzugsweise ein Teil
der Plättchen und dienen als »Lichtleiter«, die das Licht durch innere Totalreflexion an ihren Berandungen
führen. Somit wird die Übertragung des Lichtes
a5 von einem zum anderen Ende gewährleistet. Die zweiten Randflächen der Plättchen befinden sich
also tatsächlich an dem freien Ende der Verlängerungen. Die Verlängerungen 51 jeder Plättchengruppe
sind sehr dünn und bestehen vorzugsweise aus elastischem Material. Sie können also leicht gebogen
und gruppenweise zu Bündeln zusammengefaßt werden. Das der einen Gruppe oder Phase
entsprechende Bündel wirkt mit einem Mittel 52 zur Bestimmung der Lichtintensität, das der anderen
Gruppe entsprechende Bündel mit einem weiteren Mittel 53 zur Bestimmung der Lichtintensität zusammen
(Fig. 9 und 10). Alternativ kann nach F i g. 8 eine einfache Mattscheibe oder ein ähnlicher
durchscheiender Schirm 65 mit allen Plättchenbündein zusammenarbeiten.
Alle in Verbindung mit den Fig. 1 bis 10 beschriebenen Anordnungen sind Zweiphasenanordnungen.
Durch Verwendung mehrerer Gruppen von abwechselnd aufeinandergelegten Plättchen können
jedoch zahlreiche Anordnungen mit anderen Phasenzahlen und verschiedenen Phasenfolgen verwirklicht
werden. Die Fig. IIa, IIb und lic enthalten Aufstellungen, welche eine Anzahl derartiger möglicher
Anordnungen wiedergeben.
In der Spalte η der Fig. 11a, IIb und lic ist die Phasenzahl angegeben, d. h., die Anzahl verwendeter
Plättchengruppen. Die Spalte R gibt die minimale Länge des Plättchenstapels der Ablesevorrichtung in
Werten des Teilstrichabstandes P der Teilstriche der Skala an. Diese minimale Länge des Plättchenstapels
kann natürlich um irgendein ganzzahliges Vielfaches gesteigert werden. Die Spalte / gibt die Länge der
ersten Randflächen oder die Stärke der Plättchen in Werten des Abstandes P der Skalenteilstriche wieder.
In einigen Fällen ist es erwünscht, daß lichtundurchlässige Zwischenplättchen oder solche, die
kein Licht übertragen, zwischen benachbarte Plättchen gelegt werden. Die Spalte S gibt die Länge oder
Stärke derartiger Zwischenplättchen wieder. Die rechte Spalte veranschaulicht schematisch die Anordnung
der Plättchen, Zwischenplättchen und der Skala. Die Phasen der betreffenden Gruppen von
Plättchen sind mit den Zahlen 2, 3 usw. bezeichnet.
Claims (9)
1. Meßeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander
bewegbarer Teile, von denen eines ein Skalenraster und das andere eine optische Ablesevorrichtung
trägt, nach dem Zweiphasenprinzip unter Ausnutzung der durch das Zusammenwirken von Skala und Ablesevorrichtung
erzielten Lichtintensitätsmodulation und einer mittels der Ablesevorrichtung bewirkten
Trennung der modulierten Lichtstrahlen und deren Intensitätsdifferenzbildung, dadurch
gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung in an sich bekannter Weise aus planparallelen lichtdurchlässigen Plättchen (20, 21)
besteht, daß die Plättchen in Gruppen (20 und 21) mit jeweils verschiedener optischer Achse
angeordnet sind, daß jedes Plättchen eine zur Skala (22, 33, 34, 44) gerichtete lichtdurchlässige
ebene Randfläche (20 a, 21«, 30, 39) und mindestens eine weitere lichtdurchlässige ebene
Randfläche (206, 216, 286, 296, 37α, 38α, 45a, 46a) zum jeweils zugeordneten lichtempfindliehen
Empfänger hin aufweist, daß der gegenseitige Abstand der Plättchen einer Gruppe einem
ganzzahligen Vielfachen einer Skalenperiode entspricht und daß zwischen den Plättchen einer
Gruppe Plättchen einer oder mehrerer anderer Gruppen angeordnet sind.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung aus
zwei Gruppen trapezförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen (20, 21) besteht, die beide eine
gemeinsame, der Skala (22) zugewandte große Grundfläche (20 a, 21a) und durch Seitenvertauschung
zwei gegeneinander versetzt angeordnete kleine Grundflächen (206,216) bilden.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung aus
605
zwei Gruppen gleicher, dreieckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen (28, 29) besteht, die so
einander zugeordnet sind, daß jeweils eine der Kathetenflächen beider Gruppen eine der Skala
(33) zugewandte üchtdurchlässige Fläche (30) ist und daß die Hypotenusenflächen (28 c, 29 c) beider
Gruppen senkrecht aufeinander verlaufen.
4. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablesevorrichtung aus
zwei Gruppen vieleckförmig prismatisch ausgebildeter Plättchen (37, 38) besteht, die so einander
zugeordnet sind, daß beide Gruppen eine gemeinsame der Skala (34) zugewandte lichtdurchlässige
Fläche (39) und eine zweite gemeinsame lichtdurchlässige Fläche (41) bilden und daß die beiden Gruppen je eine dritte lichdurchlässige,
gegeneinander versetzt angeordnete Fläche (37 a, 38 a) aufweisen, die so angeordnet
sind, daß ein durch die gemeinsame lichtdurchlässige Fläche (41) eintretendes Lichtbündel
durch die der Skala (34) zugewandte Fläche (39) tritt, von der Skala (34) auf Grund der
Winkelbeziehung reflektiert und entsprechend der Aufteilung zu den gegeneinander versetzten,
jeweils einer Gruppe zugeordneten lichtdurchlässigen Flächen (37 a, 38 a) verläuft.
5. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens
eine Seite jedes Plättchens mit einem undurchsichtigen, reflektierenden Überzug aus einem
Material versehen ist, dessen Brechungsindex wesentlich verschieden von dem des Plättchenmaterials
ist.
6. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Plättchen
so geformt ist, daß nicht lichtdurchlässig vorgesehene Begrenzungsflächen des Plättchens
das Licht, welches durch eine lichtdurchlässige Fläche eintritt, zur dem lichtempfindlichen Empfänger
zugewandten Fläche reflektieren.
7. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß nicht lichtdurchlässige
Abstandsstücke zwischen einigen oder allen nebeneinanderliegenden Plättchen vorgesehen sind.
8. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinanderliegenden
Flächen der Plättchen senkrecht zur Längserstreckung der Skala angeordnet sind.
9. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnung
der zur Skala gerichteten lichtdurchlässigen Fläche und der Abstand zur nächsten lichtdurchlässigen
Fläche gleich der Hälfte eines Skalenteiles ist.
In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 662 681, 1136 834; deutsche Patentanmeldung M5291IX/42d (bekanntgemacht am 26.2.1953);
britische Patentschriften Nr. 558501, 782 831.
Deutsche Patentschriften Nr. 662 681, 1136 834; deutsche Patentanmeldung M5291IX/42d (bekanntgemacht am 26.2.1953);
britische Patentschriften Nr. 558501, 782 831.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
709 517/226 2.67 © Bundesdruckerei Berlin
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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GB18632/61A GB946339A (en) | 1961-05-23 | 1961-05-23 | Improvements in or relating to measuring apparatus |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE1235605B true DE1235605B (de) | 1967-03-02 |
Family
ID=10115787
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DET22156A Pending DE1235605B (de) | 1961-05-23 | 1962-05-22 | Messeinrichtung zur genauen optischen Bestimmung der Verschiebung zweier relativ zueinander bewegbarer Teile |
Country Status (3)
Country | Link |
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DE (1) | DE1235605B (de) |
GB (1) | GB946339A (de) |
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