DE1273210B

DE1273210B - Vorrichtung zur lichtelektrischen Bestimmung der relativen Lage zweier Teile

Info

Publication number: DE1273210B
Application number: DEN23630A
Authority: DE
Inventors: Scato Albarda
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1962-08-24
Filing date: 1963-08-20
Publication date: 1968-07-18

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

GOId

Deutsche Kl.: 42 d-1/15

Nummer: 1273 210

Aktenzeichen: P 12 73 210.4-52 (N 23630)

Anmeldetag: 20. August 1963

Auslegetag: 18. Juli 1968

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur lichtelektrischen Bestimmung der relativen Lage zweier Teile unter Verwendung eines durch einen Lichtspalt bestimmten Lichtstrahles einer Lichtquelle, der in Abhängigkeit von der gegenseitigen Verschiebung beider Teile zwei lichtempfindliche Elemente aussteuert.

Für die Lagenbestimmung bei Werkzeugmaschinen ist es bekannt, ein feststehendes Raster und ein Raster, das der Bewegung eines beweglichen Teiles, dessen Lage bestimmt werden soll, folgt, zu verwenden, mit deren Hilfe ein Lichtsignal erzeugt wird, das in einem lichtempfindlichen Element ein elektrisches Signal erzeugt, von dem die Verschiebung des beweglichen Teiles abgeleitet werden kann. Dies erfolgt durch eine Impulszählung, bei der die Impulse bei einer Verschiebung in einer Richtung negativ gezählt werden.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß, wenn infolge ungenügender Deutlichkeit des Signals ein Impuls überschlagen wird oder ein unerwünschter Impuls eintrifft, ein Fehler in der Ablesung entsteht, der Ungenauigkeiten in der Bearbeitung herbeiführen kann.

Deshalb ist es erforderlich, einen oder mehrere feste Bezugspunkte zur Verfügung zu haben, bei deren Durchgang ein deutlich wahrnehmbares Signal gegeben wird und die den bestimmten Lagen der gegeneinander beweglichen Teile entsprechen. Hierbei können in den Teilen oder in mit diesen verbundenen Gliedern hergestellte Lichtspalte Anwendung finden, durch die, wenn sie zusammenfallen, Licht auf ein lichtempfindliches Element fällt. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß die Spalte leicht verschmiert werden, wodurch kein oder ein falsches Bezugssignal erzeugt wird.

Auch ist es bekannt, zur Erzeugung eines die Lagezuordnung zweier gegeneinander bewegbarer Teile bestimmenden impulsartigen Meßsignals eine aus zwei Fotozellen bestehende Abtastvorrichtung vorzusehen.

Diese bekannte Anordnung arbeitet jedoch nur bei verhältnismäßig großen Abmessungen eines Rasters richtig, da sonst eine Diffraktion auftritt.

Die Erfindung schafft eine Vorrichtung, die unter allen Umständen, auch ungeachtet einer etwaigen Verunreinigung, das richtige Signal erzeugt, und sie ist dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Teil eine lichtelektrische Abtasteinrichtung und dem zweiten Teil eine den Abtastlichtstrahl reflektierende Anordnung fest zugeordnet ist, daß die Abtasteinrichtung aus einem prismatischen durchsichtigen Körper beVorrichtung zur lichtelektrischen Bestimmung der relativen Lage zweier Teile

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. H. Scholz, Patentanwalt,

2000 Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:

Scato Albarda, Eindhoven (Niederlande)

Beanspruchte Priorität:

Niederlande vom 24. August 1962 (282 499)

steht, dessen Seitenflächen außen verspiegelt sind und dessen zwei parallel verlaufenden, ebenen Flächen die Eintritts- und Austrittflächen der Lichtstrahlen darstellen, daß die Austrittsfläche zugleich ein die Lichtstrahlenausdehnung bestimmender Lichtspalt ist und daß den verspiegelten Außenflächen des prismatischen Körpers diametral zwei lichtelektrische Elemente zugeordnet sind, daß die reflektierende Anordnung aus einem lichtdurchlässigen Körper mit verspiegelter, hinterer Innenfläche besteht, an dessen parallel zur Autrittsfläche des prismatischen Körpers der Abtasteinrichtung verlaufende Fläche ein dem Lichtspalt entsprechender Spalt und auf beiden Seiten in geringem Abstand von demselben jeweils ein weiterer, die Lichtbeaufschlagung der entsprechenden lichtempfindlichen Elemente ermöglichender Spalt geringerer Ausdehnung vorgesehen ist.

An Hand der Zeichnung wird die Erfindung näher beschrieben. Darin zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Spaltanordnung für die Unterseite des in Fi g. 1 gezeigten Blockes D,

F i g. 3 das Prinzipschaltbild des elektrischen Teiles der Vorrichtung und

F i g. 4 den Verlauf der Ströme in den lichtempfindlichen Elementen.

In F i g. 1 ist das bewegliche Teil mit R₁ und das feststehende Teil mit R₂ bezeichnet. Eine Lampe L wirft durch einen Kondensator C Licht durch ein

809 570/250

Prisma P. Dieses Prisma hat verspiegelte Seitenflächen, während die obere Kante abgeflacht und nicht verspiegelt ist. Auf diese Weise wirkt die Oberseite als ein hell beleuchteter Spalt. Die aus diesem Spalt austretende Strahlung geht durch einen Block D aus durchsichtigem Material hindurch, dessen Vorder- und Hinterseiten parallel zueinander verlaufen. Die bisher erwähnten Elemente gehören zum feststehenden Teil. Der aus dem Block D austretende Strahl fällt auf eine plankonvexe Linse S, deren konvexe Hinterseite verspiegelt ist und die einen Bestandteil des beweglichen Teiles bildet. Die flache Seite verläuft parallel zur flachen Seite des Blockes D.

Die Abmessungen und Abstände sind so gewählt, daß der Spalt mittels des Spiegels nahezu auf sich selber abgebildet wird, wenn sich die Teile D und S einander genau gegenüber befinden, in welcher Lage das Bezugssignal gegeben werden muß. Es ist jedoch dafür gesorgt, daß der Krümmungsmittelpunkt etwas verschoben ist, so daß das Bild um ein geringes innerhalb des Prismas fällt und folglich etwas vergrößert ist. Infolgedessen fällt etwas Licht zur linken und rechten Seite auf die spiegelnde Seitenfläche des Prismas und auf die neben diesen angeordneten lichtempfindlichen Elemente A und B. Der Strahlengang ist durch Pfeile angegeben.

F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung für die lichtempfindlichen Elemente. Sie bilden zusammen mit zwei gleichen Widerständen eine Brücke, über deren einer Diagonale eine Gleichspannungsquelle und über deren anderer Diagonale ein Milliamperemeter/_fl liegt. Der von der Brücke aufgenommene Gasstrom wird mit einem Milliamperemeter J₆ gemessen.

Es dürfte einleuchten, daß, wenn die lichtempfindlichen Elemente untereinander gleich sind und gleich stark beleuchtet werden, der Nullpunktanzeiger I_b keinen Ausschlag zeigt. In diesem Zustand befindet sich das spiegelnde Elements dem BlockB genau gegenüber. Sobald der Spiegel zusammen mit dem beweglichen Teil etwas verschoben wird, verschiebt sich das Bild des Spaltes mit der doppelten Geschwindigkeit, und eine der Photozellen wird stärker beleuchtet als die andere, wodurch der Nullpunktanzeiger ausschlägt.

F i g. 4 zeigt den Verlauf des die lichtempfindlichen Elemente durchfließenden Stromes in Abhängigkeit von der Zeit, wenn der Spiegel verschoben wird. Aus den austretenden Strömen läßt sich das Bezugssignal herleiten.

Um zu verhüten, daß das lichtempfindliche Element übermäßig stark beleuchtet wird, um ein stärker ausgeprägtes Signal zu erhalten, ist auf der Unterseite des BlockesD das in Fig. 2 hergestellte System von Spalten, angebracht. Der breite mittlere Spalt entspricht der abgeflachten Oberkante des Prismas. Durch die äußeren Spalte fällt das Licht für die Photozellen. Die zwischen den Spalten liegenden undurchsichtigen Teile decken die Seiten des Prismas ab, wodurch unerwünschte Wirkungen vermieden werden, die auftreten könnten, wenn die Begrenzungslinien nicht völlig gerade sein würden. Die äußeren Spalte werden nicht breiter ausgebildet als erforderlich ist, um einen ausreichenden Ausschlag des Nullpunktanzeigers zu ermöglichen.

Wenn sich der Spiegel nach links bewegt, empfängt das Element A mehr und das Element B weniger Licht. Der maximale Ausschlag des Anzeigers I₀ ergibt sich, wenn der linke schmale Spalt vom Bild des mittleren Spaltes bedeckt wird. Dieser Zustand wird aufrechterhalten, während der Spiegel einen Abstand gleich der Hälfte der Breite des mittleren Spaltes zurücklegt. Danach werden die beiden lichtempfindlichen Elemente nicht mehr beleuchtet, und der Nullpunktanzeiger zeigt einen gewissen Ausschlag, der von der Differenz zwischen den Dunkelströmen der Elemente abhängt. Dann wird der Bereich überschritten. Die Summe der Dunkelströme, die vom Anzeiger I_b angezeigt wird, ist sehr viel geringer als der Strom im Anzeigebereich.

Bei der Verwendung der geschilderten Vorrichtung bei Werkzeugmaschinen mit einer Zählvorrichtang für die Lagenbestimmung in der vorstehend beschriebenen Weise kann der Bezugsimpuls Anwendung finden, um den Zähler auf einen bestimmten Wert einzustellen.

Während bei bekannten optisch-elektrischen Vorrichtungen zum Erkennen bestimmter Punkte die Spalte oder Striche auf der Scheidefläche zwischen dem feststehenden und beweglichen Teil liegen und somit selber verschmiert werden können, ist dies bei der Vorrichtung nach der Erfindung nicht der Fall.

Bei den bekannten Ausführungsformen wird ein scharfes Bild des (verschmierten) Spaltes oder Striches auf dem Anzeigeteil entworfen, so daß bei einseitiger Verunreinigung eine Verschiebung der detektierten Stellen auftritt. Bei der Ausführungsform nach der Erfindung wird die Scheidefläche zwischen festem und beweglichem Teil in eine Ebene in der unmittelbaren Nähe des Spiegels verlegt. Eine Verschmierung hat nunmehr zur Folge, daß das Spaltbild zwar verwischt, aber nicht verschoben wird.

Auch bei einer Verunreinigung der Scheidefläche wird das Merkzeichen an der richtigen Stelle detektiert, wenigstens solange die Photozellenbrücke imstande ist, die Gleichheit des auf beide Zellen auffallenden Lichtes mit genügender Schärfe festzustellen.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur lichtelektrischen Bestimmung der relativen Lage zweier Teile unter Verwendung eines durch einen Lichtspalt bestimmten Lichtstrahles einer Lichtquelle, die in Abhängigkeit von der gegenseitigen Verschiebung beider Teile zwei lichtempfindliche Elemente aussteuert, dadurch gekennzeichnet, daß dem ersten Teil (A₂) eine lichtelektrische Abtasteinrichtung und dem zweiten Teil (R₁) eine den Abtastlichtstrahl reflektierende Anordnung fest zugeordnet ist, daß die Abtasteinrichtung aus einem

prismatischen, durchsichtigen Körper (D) besteht, dessen Seitenflächen außen verspiegelt sind und dessen zwei parallel verlaufenden, ebenen Flächen die Eintritts- und Austrittsflächen der Lichtstrahlen darstellen, daß die Austrittsfläche zugleich ein die Lichtstrahlenausdehnung bestimmender Lichtspalt ist und daß den verspiegelten Außenflächen des prismatischen Körpers (D) diametral zwei lichtelektrische Elemente (A, B) zugeordnet sind, daß die reflektierende Anord-

nung aus einem lichtdurchlässigen Körper (S) mit verspiegelter, hinterer Innenfläche besteht, an dessen parallel zur Austrittsfläche des prismatischen Körpers (D) der Abtasteinrichtung ver-

laufende Fläche ein dem Lichtspalt entsprechender Spalt und auf beiden Seiten in geringem Abstand von demselben jeweils ein weiterer, die Lichtbeaufschlagung der entsprechenden lichtempfindlichen Elemente (A, B) ermöglichender Spalt geringerer Ausdehnung vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Auslegeschrift Nr. 1147 763; französische Patentschrift Nr. 1322 669; französische Zusatzpatentschrift Nr. 77 221

satz zur französischen Patentschrift Nr. 1 213 598).

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 570/250 7.68 © Bundesdruckerei Berlin