DE1265435B - Verfahren zur Festlegung der Orte von Messmarken - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOId

Deutsche KL: 42 d-2/05

Nummer: 1265 435

Aktenzeichen: L 47859IX b/42 d

Anmeldetag: 20. Mai 1964

Auslegetag: 4. April 1968

Aus Fertigungsgründen ist es bekanntlich nicht möglich, völlig symmetrische Meßmarken zu erstellen. Daraus resultiert, daß die Meßunsicherheit nicht ohne Definition der Strichmitte beliebig klein gemacht werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu sehaffen, mit dem die Lage von Meßmarken gemäß einer Definition, die möglichst wenig Bestimmungsstücke erfordert, genau bestimmt werden kann. Hierzu bietet sich die bekannte »foto- ίο metrische Mitte« an, wie sie beispielsweise in der schweizerischen Patentschrift 372471 beschrieben ist. Diese Mittenangabe hat den Vorteil, daß fotoelektrische und visuelle Meßergebnisse miteinander korrespondieren, weil für den Fall, daß die Apertur und die Vergrößerung so klein sind, daß für das Auge oder die fotoelektrische Einrichtung die Breite des Strichbildes entsprechend dem Abbildungsmaßstab klein gegen den Durchmesser eines einem Markenpunkt zugeordneten Bildscheibchens ist, das Maximum des symmetrisch verschmierten Markenbildes mit der fotometrischen Mitte des Markenbildes zusammenfällt.

Es ist bereits eine fotometrische Vorrichtung zum Ausrichten beispielsweise eines Zielfernrohres auf ein selbstleuchtendes oder angestrahltes Objekt nach zwei Koordinaten bekannt, bei der gleichzeitig zwei Vergleiche je zweier einander zugeordneter, getrennt vorliegender Lichtströme durchgeführt werden und bei der die Lichtströme durch periodische Belichtung eines gemeinsamen fotoelektrischen Empfängers in analog elektrische Signale umgeformt werden. Mit dieser Vorrichtung wird eine geometrisch-optische Teilung des Objektbildes vollführt. Der zeitliche Verlauf der bei der wechselweisen Beaufschlagung des Empfängers entstehenden Signale ist durch die geometrische Form der lichtumschaltenden Teile bedingt. Die Auswertung verläuft über einen Amplitudenvergleich der beiden Teillichtströme. Weicht die Lage des zu messenden Objektes von der Nullage ab, so wird das Spektrum der Signalfrequenzen so beeinflußt, daß alle ungeradzahligen Harmonischen um den gleichen Faktor in der Amplitude verändert werden. Nachteilig bei dieser fotometrischen Vorrichtung ist der Aufwand, der hinsichtlich optischer Schalter, Strahlen trennender sowie Strahlen beeinflussender optischer Bauteile getrieben werden muß.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Festlegung der Orte von Meßmarken mittels direkter fotoelektrischer Abtastung, das sich dadurch auszeichnet, daß die fotoelektrische Abtastung der Meßmarken periodisch oszillierend und einen stets Verfahren zur Festlegung der Orte
von Meßmarken

Anmelder:

Ernst Leitz G. m. b. H., 6330 Wetzlar

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Fromund Hock, 6330 Wetzlar

gleichen Abtastweg gewährleistend vorgenommen wird, und daß die Abtastsignale entsprechend der physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Meßmarke eine Abtastsignalfolge in ständigem Wechsel von gleich- und gegenläufigen Abbildern der Meßmarke darstellen und daß aus dem Frequenzspektrum dieser Abtastsignalfolge eine ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis aufweisende ungerade Harmonische ausgesiebt, verstärkt und anschließend mit einer aus der Schwingbewegung abgeleiteten gleichen Harmonischen phasenempfindlich gleichgerichtet wird und das daraus resultierende Signal ein Maß für die Relativlage der Markenmitte in bezug auf den Schwingungsnullpunkt ist.

Zur Messung in mehreren Abtastrichtungen kann eine entsprechende Anzahl von sich nach Oszillationsbewegung und Oszillationsfrequenz unterscheidenden Abtastsystemen verwendet werden, die keine zur Messung benutzten ungeraden Harmonischen gemeinsam haben.

Gemäß dem neuen Verfahren findet also keine Bildzerlegung statt, sondern das elektrische Ausgangssignal des verwendeten fotoelektrischen Empfängers stellt ein Abbild der Lichtverteilung über die Marke dar, und zwar so, daß in der zeitlichen Folge stets abwechselnd eine Umkehrung der der Zeitkoordinate zugeordneten Ortskoordinate eintritt. Auf dieser Ortskoordinatenumkehr beruht beim neuen Verfahren das Verschwinden der ungeraden Harmonischen.

Die besonderen Vorteile des neuen Verfahrens liegen darin, daß es sich mit Hilfe einfachster Mittel, z. B. einer einfachen schwingenden Blende, durchführen läßt.

Das neue Verfahren ist nachfolgend an Hand von Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Signal, wie es bei der fotoelektrischen Abtastung einer Marke anfällt,

F i g. 2 die Definition der fotometrischen Mitte,

809 537/264

F i g. 3 die Fourierkomponenten einer Abtast-Wpulsfolge.

Werden eine Blende und eine Meßmarke relativ zueinander hin und her bewegt, so ergibt sich bekanntlich am fotoelektrischen Empfänger ein Signal, wie es beispielsweise in F i g. 1 dargestellt ist. Wie ersichtlich, ist hierbei der Schwingungsnullpunkt mit der Lage der Meßmarke nicht identisch, da Z₁ =(= i₂ ist. Bei bisher bekannten Auswerteverfahren wird nun mit Hilfe eines Triggerpotentials I₇ eine Rechteckverformung der Abtastimpulse vorgenommen, und man erhält die Impulse i_v i₂, i_s... Wie weiter ersichtlich, wandern die Mitten dieser Impulse in Abhängigkeit von der Höhe des Triggerniveaus längs der Linienm_v m₂, m_%... Daraus resultiert, daß eine eindeutige Angabe über die Lage der Meßmarke nur unter gleichzeitiger Angabe des verwendeten Triggerniveaus möglich wäre. Da aber ein Maßstab bekanntlich eine Vielzahl zum Teil erheblich in Form und fotometrischen Eigenschaften voneinander abweichender Meßmarken aufweist, bleibt auch bei Anwendung eines definierten Triggerniveaus der Abstand der Marken zueinander Undefiniert.

Diesem Übelstand kann man nun dadurch abhelfen, daß man die fotometrische Mitte einer Meßmarke als ihre Mitte zur Ortsbestimmung heranzieht (vgl. Fig. 2). Wie sich gezeigt hat, liefert eine Abtastimpulsfolge nach Fig. 1 bei ihrer Zerlegung in ihre Fourierkomponenten Amplituden der Harmonischen, die von der Relativlage zwischen Schwingungsnullpunkt und Strichmarke (wie in F i g. 3 bis zur vierten Harmonischen dargestellt) abhängen.

Wie man sieht, bestimmen die Nulldurchgänge der ungeradzahligen Harmonischen eine definierte Stelle innerhalb der Marke, und es findet bei diesen Nulldurchgängen der Signalamplituden jeweils ein Phasenumschlag von 180° statt, durch den das Vorzeichen der Ablage vom Nulldurchgangsort bestimmt ist. Die Auswertung der Abtastsignale erfolgt für jede Abtastrichtung bzw. dieser zugeordneten Abtastfrequenz in bekannter Weise mittels eines Selektivverstärkers, der ein schmales Frequenzband um die gewünschte Harmonische aussiebt. Die rein sinusförmigen Ausgangssignale dieses Verstärkers werden einem phasenempfindlichen Gleichrichter zugeführt, der durch ein Referenzsignal vorzugsweise rechteckiger Form und annähernd gleicher Frequenz gesteuert wird.

Das Referenzsignal wird aus dem die Abtastbewegung steuernden oder erzeugenden Generator phasenstarr abgeleitet. Falls dieser Generator die gewünschte, der Signalfrequenz gleiche Frequenz nicht direkt erzeugt, kann man ein vom Generator abgeleitetes Signal so verzerren, daß im Oberwellenspektrum die gewünschte Frequenz auftritt, die dann ausgesiebt wird.

Zum Ausgleich von Phasenverschiebungen im Selektiwerstärker und Generatorverzerrer wird in bekannter Weise entweder in den Signalzug oder den Referenzzug ein Phasenschieber eingefügt, der die Phasenlagen in den beiden Zügen entweder gleich- oder gegenphasig macht.

Die ausgesiebte Referenzoberwelle wird nach einer Rechteckverformung zur Steuerung des phasenempfindlichen Gleichrichters verwendet. Bei Nulldurchgang des Meßsignals liefert der phasenempfindliche Gleichrichter bekanntlich kein Ausgangssignal, so daß diese Stelle der Marke sehr genau und reproduzierbar bestimmt ist.

Hierbei ist zu beachten, daß auch dieses Verfahren in seiner Grenzleistung durch das Rauschen von Licht, Empfänger, Verstärker usw. beschränkt ist. Doch zeigt es sich, daß bei diesem Verfahren eine besonders gute Rauschunterdrückung dadurch möglich ist, daß man diejenige ungerade Harmonische zur Messung heranziehen kann, die das günstigste Signal-Rausch-Verhältnis hat. Eine Verbesserung des Rauschabstandes erreicht man durch ein entsprechendes Verhältnis zwischen der Strichmarkenbreite und der Blendenbreite.

Das Verfahren läßt sich mit Vorteil auch bei einer Abtastung nach mehreren Koordinaten verwenden. In diesem Fall können die den Koordinaten zugeordneten Informationen über die Meßmarkenlage durch eine geeignete Wahl der untereinander verschiedenen Abtastfrequenzen voneinander unterschieden werden, obwohl sie alle den gleichen fotoelektrischen Wandler durchlaufen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Festlegung der Orte von Meßmarken mittels direkter fotoelektrischer Abtastung, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektrische Abtastung der Meßmarken, periodisch oszillierend und einen stets gleichen Abtastweg gewährleistend, vorgenommen wird und daß die Abtastsignale entsprechend der physikalischen Eigenschaften der jeweiligen Meßmarke eine Abtastsignalfolge in ständigem Wechsel von gleich- und gegenläufigen Abbildern der Meßmarke darstellen und daß aus dem Frequenzspektrum dieser Abtastsignalfolge eine ein günstiges Signal-Rausch-Verhältnis aufweisende ungerade Hannonische ausgesiebt, verstärkt und anschließend mit einer aus der Schwingbewegung abgeleiteten gleichen Harmonischen phasenempfindlich gleichgerichtet wird und das daraus resultierende Signal ein Maß für die Relativlage der Markenmitte in bezug auf den Schwingungsnullpunkt ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung in mehreren Abtastrichtungen eine entsprechende Anzahl von sich nach Oszillationsbewegung und Oszillationsfrequenz unterscheidenden Abtastsystemen verwendet wird, die keine zur Messung benutzten ungeraden Harmonischen gemeinsam haben.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1792 220.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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