DE1448854B1

DE1448854B1 - Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken

Info

Publication number: DE1448854B1
Application number: DE19631448854
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl-Phys Heinecke; Werner Dr Holle
Original assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Current assignee: Ernst Leitz Wetzlar GmbH
Priority date: 1963-02-23
Filing date: 1963-02-23
Publication date: 1970-01-15
Also published as: GB995076A; US3331964A; CH404967A

Description

Es ist bekannt, Marken mittels periodisch bewegter Systeme, z. B. mittels einer schwingenden oder rotierenden Blende, mittels einer schwingenden Saite, mittels eines schwingenden oder rotierenden Spiegels, mittels einer rotierenden Loch- oder Schlitzscheibe oder mittels einer schwingenden planparallelen Platte abzutasten, die dabei entstehenden Lichtsignale einem fotoelektrischen Empfänger zuzuführen und einkanalig zu verstärken. Die Information über die Lage der Marke in bezug auf eine vorgegebene Nullage ist im zeitlichen Abstand der Signale und/oder in den Signalamplituden enthalten.
Die Auswertung erfolgt durch Differenz- oder Quotientenbildung zweier aufeinanderfolgender Signale oder Signalgruppen mit Hilfe von mindestens zwei phasenempfindlich gesteuerten Gleichrichterstrecken, die hinsichtlich ihrer Eigenschaften gleich sein müssen. Auch müssen die Phasenlage des Gleichrichtersignals in bezug auf das Abtastorgan, die Amplitude und der Oberwellengehalt des Vergleichssignals konstant sein. Diese Forderungen lassen sich auch bei großem Aufwand nur annähernd erfüllen, so daß das Meßergebnis mit einem Fehleranteil behaftet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei derdie aus dem Vergleichssignal stammenden Fehleranteile vermieden sind und die sich hinsichtlich des erforderlichen Aufwandes vorteilhaft von Bekanntem unterscheidet.
Gegenstand der Erfindung ist eine Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken, beispielsweise Maßstabsstrichen, in bezug auf eine Festmarke unter Verwendung eines oszillierenden, den zur Abtastung verwendeten Lichtstrahl beeinflussenden Bauteils mit einem die Lichtabtastimpulse aufnehmenden fotoelektrischen Empfänger und einem dem Empfänger nachgeschalteten Verstärker, wobei die Information über die Markenlage im zeitlichen Abstand der durch die Abtastung erzeugten Abtastimpulse enthalten ist.
Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß die Abtastimpulse nach Verstärkung dem einen Eingang einer als Impulsdauermodulator verwendeten bistabilen Kippstufe zugeführt werden, während dem zweiten Eingang dieser Kippstufe Steuerimpulse in Abhängigkeit von der Oszillationsfrequenz eingespeist werden, und daß der Kippstufe in an sich bekannter Weise ein das Tastverhältnis ermittelndes Anzeige- bzw. Auswerteinstrument angeschlossen ist.
Dabei kann als Mittel zur Gewährleistung einer vorzeichenrichtigen Anzeige ein UND-Gatter vorgesehen sein, dem die verstärkten Abtastimpulse sowie vom die Abtastung steuernden Generator abgeleitete Kontrollsignale zugeführt werden und dessen Ausgang mit dem Eingang der bistabilen Kippstufe verbunden ist. Der Verarbeitungskanal für die Abtastimpulse kann einen Verstärker und/oder eine Impuisformerstufe sowie eine Differenzierstufe umfassen. Auch kann dem die Oszillationsfrequenz bestimmenden Generator ein Verstärker sowie eine Triggerstufe nachgeschaltet sein.
Die Vorteile der neuen Anordnung sind darin zu sehen, daß durch die Verwendung nur eines Verarbeitungskanals man in der Tolerierung der verwendeten Bauteile in weiten Grenzen unabhängig ist und daß keine Steuersignale für eine phasenempfindliche Gleichrichtung (Vergleichssignale), sondern nur Kontrollsignale notwendig sind, die sehr einfach gewonnen werden können. Darüber hinaus ist die neue Anordnung gegen Phasenverschiebungen, Änderungen des Tastverhältnisses und der Amplitude der Kontrollspannung in relativ weiten Grenzen unempfindlich.
Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise an Hand einer Zeichnung beschrieben, in der die F i g. 1 schematisch das Schaltbild der Anordnung und F i g. 2 den Signalverlauf an den einzelnen Schaltpunkten darstellen.
In Fig. 1 ist eine SchwingblendelO dargestellt, die eine der abzutastenden Marke 11 entsprechende Aussparung 12 aufweist und in ihren nach dem Sinusgesetz verlaufenden Schwingbewegungen von einem Generator 13 aus gesteuert wird. Die während des Schwingens der Blende mittels einer Lampel4 erzeugten Lichtsignale werden von einem fotoelektrischen Empfänger 15 aufgenommen und einem nachgeschalteten Verstärker 16 zugeführt. Ein Schmitt-Trigger formt die Signale in Rechteckimpulse um, aus deren Vorder- oder Rückflanken eine Differenzierstufe 18 in bekannter Weise schmale Triggerimpulse erzeugt. Der Ausgang dieser Differenzierstufe ist mit dem einen Eingang 19'einer zweiseitig abwechselnd anzusteuernden bistabilen Kippstufe 20 verbunden, an deren Ausgangsklemmen eine Rechteckspannung abgegeben wird. Diese wird einer aus einem Widerstand 21 sowie einem Kot, den sator 22 gebildeten Integrierstufe zugeführt. Der am Kondensator 22 entstehende, dem Tastverhältnis proportionale Gleichspannungs-Mittelwert der Rechteckspannung wird durch ein Anzeigeinstrument 23 gemessen.
Des weiteren ist ein UND-Gatter24 vorhanden, das mit seinem einen Eingang am Ausgang der Differenzierstufe 18 und mit seinem Ausgang am zweiten Eingang 19" der bistabilen Kippstufe 20 anliegt.
Die Ansteuerung des zweiten Eingangs des UND-Gatters erfolgt vom Generator 13 aus über einen Verstärker 25 sowie eine Triggerstufe 26.
Wie ersichtlich, durchläuft die Meßinformation bei der dargestellten Anordnung einen einzigen Verarbeitungskanal, der mit Ausnahme des Verstärkers 16 aus digitalen Baugruppen besteht. Ein herkömmlicher, aus zwei Ventilstrecken bestehender phasenempfindlicher Gleichrichter zur Feststellung der Größe und des Vorzeichens der Differenz zwischen der abgetasteten Marke und eines Nullpunktes ist vorteilhafterweise nicht vorhanden. Die Größe der Ablage der Marke vom Nullpunkt wird durch das Tastverhältnis der von der Kippstufe20 gelieferten Rechteckspannung dargestellt, das seinerseits durch eine einfache Mittelwertbildung gemessen wird. Das Vorzeichen der Ablage der Marke vom Nullpunkt ist durch die Phasenlage der Kippstufe bestimmt.
Die Funktion der Anordnung ist folgende: Beim Abtasten der Marke 11 mittels der schwingenden Blende 10 entstehen dreieckförmige Lichtimpulse, die von einem Fotomultiplier als lichtelektrische Empfänger 15 aufgenommen und in entsprechende elektrische Signale umgewandelt werden. Diese haben nach ihrer Verstärkung in der Baugruppe 16 etwa die in Fig.2 in der obersten Zeilea dargestellte Form. Die Information über die Lage der Marke 11 - zweckmäßigerweise in bezug auf die Ruhelage der Schwingblende 10 - ist dabei in den zeitlichen Abständen der Impulse enthalten. Nach der in der Baugruppe 17 durchgeführten Umformung in Rechteckimpulse (Zeile b) und anschließenden Differentiation durch die Baugruppe 18 erhält man die in Zeile c dargestellten schmalen Impulse, die zur Ansteuerung der Kippstufe 20 dienen. Diese Kippstufe (Flip-Flop), die ein Signal nach Fig.2, Zeile g, liefert, ist so ausgeführt, daß sie jeweils nur über den Eingang ansteuerbar ist, über den das letzte Kippen nicht verursacht wurde. Der Eingang 19" dieser Stufe ist mit dem Ausgang des UND-Gatters 24 verbunden. Die Ansteuerung dieses Gatters erfolgt einmal mit einem Signal nach Zeile c, zum anderen durch ein Signal nach Zeile 1 das vom die Schwingung der Blende 10 steuernden Generator, der eine Ausgangsspannung gemäß Fig. 2, Zeile d, erzeugt, gewonnen wird. Der vom Gerät 23 angezeigte Meßwert (Zeile tt) ist proportional dem Tastverhältnis der Rechteckspannung nach Zeile g.
Das UND-Gatter24 dient zur Verhinderung von Zweideutigkeiten in der Vorzeichenangabe. Es kann nämlich vorkommen, daß beim Einschalten des Geräts die Kippstufe um 1800 phasenverschoben zur Phasenlage des Abtastorgans anspringt oder daß diese Stufe durch einen wie auch immer begründeten Ausfall eines Meßimpulses eine halbe Abtastperiode länger in ihrem Schaltzustand verharrt und damit ebenfalls ein Phasensprung von 1800 eintritt. In diesen Fällen würde das Nullinstrument 23 Ausschläge zeigen, deren Vorzeichen der Abweichung der abgetasteten Marke vom Nullpunkt entgegengesetzt sind.
Die bistabile Kippstufe 20 hat zwei Eingänge 19', 19", die beide gleichzeitig mit beispielsweise positiven Zündimpulsen gemäß Zeile c der F i g. 2 beaufschlagt werden. Diese Impulse werden, wie bereits gesagt, jedoch jeweils nur an dem Eingang wirksam, der an der gerade ungezündeten Seite der Stufe anliegt.
Es sei nun angenommen, daß die Stufe 20 über ihren Eingang 19' durch den Impuls 1 in die Stellunge gekippt worden ist. Fällt nun der Impuls 2 aus, so bleibt die Stufe 20 in der Stellung 1. Sie würde beim Nichtvorhandensein des vom Generator 13 gesteuerten Kontrollkreises durch den Meßimpuls 3 über ihren Eingang in die Stellung II kippen, durch den Impuls 4 über den Eingang 19' in die Stellung I usw., so daß die Phasenlage der Spannung im Punkt 6 ; um 1800 gedreht ist. Das verhindert der Kontrollkreis. Nach einem Ausfall des MeßimDulses 2 bleibt die Kippstufe 20 in ihrer Stellung I. Der Impuls 3 kann die Stufe nicht umsteuern, da einmal die Kontrollspannung (Zeile f in F i g. 2) das Gatter 24 vor dem Eingang 19" sperrt und zum anderen die zum Eingang 19'gehörende Seite der Stufe 20 noch gezündet ist. Der Impuls 3 bleibt also ohne Wirkung.
Der Meßimpuls 4 dagegen findet das Gatter offen und die zum Eingang 19" gehörende Seite der Kippstufe 20 zündfähig vor. Die Stufe 20 kippt nun in ihre StellungII. Damit ist die ursprüngliche Schaltphase wiedergewonnen.
Bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird nur eine der Flanken der Meßimpulse zur Gewinnung des Meßergebnisses herangezogen. Nun besitzt aber die andere Flanke der Impulse den gleichen Informationsinhalt. Dieser läßt sich in Fortführung des Erfindungsgedankens dadurch nutzbar machen, daß die Differenzierstufe 1S, das UND-Gatter 24 sowie die Kippstufe 20 doppelt ausgeführt werden. Die Integrierstufe wird beiden Kippstufen dann in der Weise nachgeschaltet, daß die Summe beider Rechteckspannungen ausgewertet wird. Damit wird gegenüber der oben beschriebenen Anordnung eine g vergrößerte Meßgenauigkeit erreicht.

Claims

Patentansprüche: 1. Anordnung zur Bestimmung der Lage von Marken, beispielsweise Maßstabsstrichen, in bezug auf eine Festmarke unter Verwendung eines oszillierenden, den zur Abtastung verwendeten Lichtstrahl beeinflussenden Bauteils mit einem die Lichtabtastimpulse aufnehmenden fotoelektrischen Empfänger und einen dem Empfänger nachgeschalteten Verstärker, wobei die Information über die Markenlage im zeitlichen Abstand der durch die Abtastung erzeugten Abtastimpulse enthalten ist, da d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Abtastimpulse nach Verstärkung dem einen Eingang einer als Impulsdauermodulator verwendeten bistabilen Kippstufe (20) zugeführt werden, während dem zweiten Eingang dieser Kippstufe Steuerimpulse in Abhängigkeit von der Oszillationsfrequenz eingespeist werden, und daß der Kippstufe in an sich bekannter Weise ein das Tastverhältnis ermittelndes Anzeige- bzw. Auswerteinstrument (23) angeschlossen ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Gewährleistung einer vorzeichenrichtigen Anzeige ein UND-Gatter (24) vorgesehen ist, dem die verstärkten Abtastimpulse sowie vom die Abtastung steuernden Generator (13) abgeleitete Kontrollsignale zugeführt werden, und daß der Ausgang dieses Gatters (24) mit dem zweiten Eingang (19") der bistabilen Kippstufe (20) verbunden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarbeitungskanal für die Abtastimpulse einen Verstärker (16) und/oder eine Impulsformerstufe (17) sowie eine Differenzierstufe (18) umfaßt.

A. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Oszillationsfrequenz bestimmenden Generator (13) ein Verstärker (25) sowie eine Triggerstufe (26) nachgeschaltet sind.