DE1623768C - Fotoelektrische Einrichtung - Google Patents

Description

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Es ist eine Vielzahl von Einrichtungen bekannt, bei Es ist vorteilhaft, zum kippungsfreien Messen des

denen zum Messen von Strecken fotoelektrische Emp- Objekts in die durch die Krümmungsmittelpunkte

fänger benutzt werden, deren elektrische Ausgangs- definierte Meßebene zu legen.

signale zur Anzeige des Meßergebnisses verwendet Die Erfindung ist nachfolgend beispielsweise in werden. Die Abtastung erfolgt dabei durch Oszillation 5 Zeichnungen dargestellt und beschrieben. Es zeigt
eines Lichtstrahls oder eines Körpers kleiner Aus- F i g. 1 einen Impulsgeber mit einmaligem Signal, dehnung in einem Lichtstrahl. So ist es durch das F i g. 2 eine Einrichtung mit neuem Längenmaßdeutsche Gebrauchsmuster 1 763 176 sowie die stab,

deutsche Auslegeschrift 1 079 336 bekannt, eine Saite F i g. 3 eine Einrichtung mit Flächenmaßstab,

durch elektrische Anregung schwingen zu lassen. io Fig. 4 eine andere Einrichtung mit Flächenmaß-

Durch die USA.-Patentschrift 2 848 921 ist es be- stab,

kannt, die Abtastbewegung für den Lichtstrahl mittels F i g. 5 einen Impulsgeber mit Abbildung einer

einer schwingenden Blende zu erzeugen. In der Marke auf sich selbst.

französischen Patentschrift 1 088 334 ist eine An- Beim in F i g. 1 gezeigten Beispiel ist ein Maßstab

Ordnung beschrieben, bei der die Bewegung des 15 10 auf der seiner Teilung 11 abgewandelten Seite mit

Lichtstrahls mittels eines durch ein Magnetsystem einem Konvexspiegel 12 versehen. Dieser ist so

angetriebenen, schwingenden Spiegels erzeugt wird. dimensioniert, daß sein Krümmungsmittelpunkt mit

Die Verwendung eines rotierenden spiegelnden einem Punkt der Teilungsebene zusammenfällt. Eine

Würfels für die gleichen Zwecke ist durch die Lampe 13 beleuchtet über einen Kondensor 14, ein

schweizerische Patentschrift 317 164 bekannt. In der ac Umlenkprisma 15 den Spalt 16 einer Blende 17. Das

USA.-Patentschrift 1990 182 ist zur Erfüllung der Bild des Spaltes wird über eine Feldlinse 18 sowie ein

gleichen Aufgabe eine rotierende Scheibe beschrieben, Wollastonprisma 19 und ein Objektiv 20 auf den

Jie einen spiralförmigen Schlitz aufweist. Spiegel 12 abgebildet. Die reflektierten Lichtstrahlen

Alle genannten Einrichtungen erfordern einen durchlaufen das Objektiv 20, das Wollastonprisma 19 relativ hohen elektronischen Aufwand bei der Signal- 25 sowie die Feldlinse 18 und gelangen durch eine auswertung. Bei geringe/en Anforderungen an die Blende 21 mit nachgeschaltetem Umlenkprisma 22 Ortsauflösung sind jedoch Meßmethoden anwendbar, und Linse 23 zn einem Teiler 24. Dieser weist eine die auf der Differenz- oder Vt.hältnisbildung der polarisierende Teilerschicht auf. Er trennt die Licht-Ausgangssignale zweier fotoelektrischer Empfänger anteile nach Polarisationsrichtungen und führt sie beruhen und die einen geringeren elektronischen 30 über Feldlinsen 25, 26 getrennten fotoelektrischen Aufwand zur Auswertung der anfallenden Signale Empfängern 27, 28 zu.
benötigen. Die Ablesung der Teilung 11 erfolgt mittels einer

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, neue Einrichtung 111, die schematisch dargestellt ist und Einrichtungen zum Messen von Strecken oder Win- stetig den Ort des Teilungsträgers signalisiert,
kein mit fotoelektrischer Abtastung zu schaffen, die 35 Die Ausgangssignale α und ft der beiden fotozusätzlich zu den bekannten Effekten auch ein elektrischen Empfänger 27, 28 können einer Schalkippungsfehlerfreies Messen gestatten. tung zugeführt werden, wie sie in Fig. 1 angedeutet

Zur Lösung dieser Aufgabe eignet sich eine foto- ist. Sie besteht im wesentlichen aus einem Differenzelektrische Einrichtung, die sich dadurch auszeichnet, verstärker 29, dem eine Triggerstufe 30 nachgeschaltet daß auf einem Träger mindestens eine sphärische 40 ist. Diese Stufe gibt bei Gleichheit der Signale a Spiegelfläche vorgesehen ist, daß ein von einer Licht- und ft einen Impuls ab, der zum Steuern, Regeln oder quelle beleuchteter Markenträger mit mindestens Zählen verwendet werden kann,
einer Marke vorgesehen ist, dem ein bildverdoppeln- Zwei Ausführungsmöglichkeiten für die Anorddes, die beiden entstehenden Teilbilder mit unter- nung des Spiegels sind in den Fig. la und 1 b darschiedlicher Kennung versehenes Bauteil sowie ein in 45 gestellt. Der in F i g. 1 a dargestellte Teilungsträget die durch den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen 10a ist auf seiner Rückseite mit den Teilungsmerk-Spiegelfläche definierte Ebene abbildendes Objektiv malen 11a versehen, während sich der Spiegel 12ο und diesem ein mit an der sphärischen Spiegelfläche auf seiner Oberseite befindet. Im Gegensatz dazu bereflektiertem Licht beaufschlagter, mit mindestens findet sich beim in Fig. Ib dargestellten Beispiel die einer Referenzmarke versehener Markenträger und 50 Teilung lift auf der Oberseite des Trägers 10ft letzterem mindestens ein fotoelektrischer Empfänger während der Spiegel nur teilweise realisiert ist und nachgeschaltet sind, und daß im Strahlengang zu- sich seine Segmente 12 ft auf der Oberseite des Trä sätzlich ein die Kennung ausnutzendes Bauteil vor- gers befinden derart, daß sie bei Draufsicht zu beider gesehen ist. Seiten der Teilung liegen.

Es kann auf dem Träger als Meßverkörpefung 55 Die gezeigten Einrichtungen eignen sich dort zui

eine Vielzahl gleichartiger sphärischer Spiegelflächen Anwendung, wo in Abhängigkeit von einer Weg

vorgesehen sein, deren Abstände ihrer Kiümmungs- strecke ein Signalimpuls gegeben werden soll. Ihi

mittelpunkte in einem ganzzahligen Verhältnis zum Vorteil liegt darin, daß nicht ein einzelner engei

Produkt aus Gitterkonstante und Abbildungsmaßstab Spalt, der bekanntlich sehr leicht verschmutzen kam

stehen. Dabei können die Krümmungsmittclpunkte 60 und dann die Wirksamkeit der Einrichtung in Fragi

der sphärischen Spiegelflächen eine Gerade definieren. stellt, zur Erzeugung eines Signalimpulses benutzt ist

Diese Gerade liegt mit Vorteil in der neutralen Faser Fig. 2 zeigt eine Einrichtung, bei der eine. Lamp«

des Trägers der Maßverkörperung. 13 über einen Kondensor 14 sowie ein Umlenk

Auch können die Krümmungsmittelpunkte der prisma 15 ein Gitter 35 beleuchtet. Dieses Gitter win

sphärischen Spiegelflächen in kubischer oder hexa- 65 über ein Wollastonprisma 19 sowie über ein Ob

gonaler Anordnung in einer Ebene liegen, die durch jektiv 20 auf einen sphärischen Spiegel 36 abgebildet

zwei Bewegungsrichtungen des Trägers der Maß- Dem Wollastonprisma 19 ist eine telezentrisch

Verkörperung bestimmt ist. Blende 37 nachgeschaltet. Der Spiegel 36 befinde

•ν

ner Vielzal

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sich zusammen mit einer Vielzahl gleichartiger Die den Teiler 24 verlassenden Strahlenbündel wer-

Spiegel auf einem Träger 38. Die Form der Spiegel den über eine Feldlinse 25 bzw. 26 auf einen ^l0" "

und ihre Anordnung auf dem Träger ist derart, daß spiegel 46 bzw. 47 abgebildet, welcher zur Haupt

ihre Krümmungsmitielpunkte in gleichen Abständen achse des einfallenden Strahlenbündel leu lit geneig

auf einer Geraden liegen, die sich parallel zur Be- 5 ist und Blendenschlitze zur Trennung der Lichiantene

wegungsrichtung des Trägers erstreckt und mit der nach Koordinatenrichtung und Beugungsordnungen

neutralen Faser des Trägers zusammenfällt. Die re- aufweist. Näheres hierüber kann der deutschen a-

flektierten Lichtstrahlen durchlaufen das Objektiv tentanmeldung L54168 lXb/42d entnommen wei-

20, die Blende 37, das Wollastonprisma 19 und den. Dem Spiegel 46 sind über einen Teiler 4» sowie

treffen auf ein Gitter 35a auf. Dieses wird über ein ία zwei Feldlinsen 49, 50 zwei fotoelektrische hmp-

Prisma 22, einen Kondensor 23 sowie einen mit fänger 51, 52 nachgeschaltet. Die vom Spiegel renek-

einer polarisierenden Teilerfläche ausgestalteten Teiler tierten Lichtanteile werden über einen Teiler 53 zwei

24 mit nachgeschalteten Feldlinsen 25, 26 von zwei fotoelektrischen Empfängern 54, 55 zugeleitet, hnt-

fotoelektrischen Empfängern 27, 28 abgetastet. sprechende Bauteile sind dem Spiegel 47 zugeordnet

Der Vorteil dieser Einrichtung liegt darin, daß sie 15 und mit den Bezugsszahlen ·'-■) bis 67 versehen,

gegen Winkelfehler unempfindlich ist. Durch die An- Zur Ausschaltung von Einf üssen, weiche durcn

wendung des Wollastonprismas und nachfolgende die Umgebungstemperatur bedingt sind, hat der

physikalische Teilung der Lichtstrahlen ist eine ge- Träger 40 vorzugsweise den gleichen -\usdehnungs-

naue, den Periodenbruchteilen zugeordnete Ver- koeffizienten wie die Objekte.

hältnisbildung der Signale sichergestellt. Durch Ände- ao Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: rung der Vergrößerungen läßt sich die Einrichtung Das virtuelle Bild des Gitters 45 wird an der Vie zum Messen in Zoll oder im metrischen Meßsystem zahl der Spiegel 42 in gegeneinander versetzte 1 eilgebrauchen, bilder so aufgelöst, daß die Gitterbilder deckungs-

Abwandlungen der gezeigten Einrichtung sind gleich miteinander bei der Rückkehr eine Phasenmöglich. So kann man beispielsweise durch Ein- as modulation am Gitter 45 erleiden, die dann ausschalten einer Schiebelinse mit elastischer Aufhängung gewertet wird.

oder durch elastische Aufhängung der Gitter 35 und/ Beim in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiei

oder 35a eine Möglichkeit zum Justieren der Ein- für die Erfindung wird von einer Lampe 13 über

richtung schaffen. einen Kondensor 14 eine Blende 70 beleuchtet, die

Auch ist es möglich, an Stelle von zwei foto- 3° eine kreuzförmige Markierung aufweist, deren Balken

elektrischen Empfängern nur einen Empfänger zu unterschiedlich gefärbt sind. Diese werden über einen

verwenden. In diesem Fall ist im Strahlengang ein Teiler 71 sowie ein Wollastonprisma 19 in die bbene

Umschalter für die Polarisationsrichtungen vor- einer telezentrischen Blende 37 abgebildet. Ein Ub-

zusehen. Beispiele hierfür sind elektrooptisch Steuer- jektiv 20 bildet die Ebene der Blende 37 in den

bare Kristalle oder oszillierende doppelbrechende 35 Krümmungsmittelpunkt eines auf einem Trager 7Z

Bauteile in Verbindung mit einem Polarisator oder aufgesetzten Spiegels 73 ab, welcher in der unteren

ein rotierender Polarisator. In diesem Fall entfällt Fläche des Trägers liegt. Diese Flache trägt beispiels-

der Teiler 24. weise ein Reftexions-Phasenkreuzgitter, welches mit

Bei der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung, die sich einem getrennten, nicht dargestellten Abtastkopf zuzum Messen nach zwei Koordinatenrichtungen eignet, 40 sammenwirkt. Die reflektierten Lichtanteile gelangen sind auf einem Träger 40 die zu vermessenden Ob- über das Objektiv 20, die Blende 37, das Wollastonjekte41 gelagert. Der Träger weist auf seiner Unter- prisma 19 sowie den Teiler 71 auf eine Blende 74, seite sphärische Spiegel 42 in kubischer Anordnung die mit einem Kreuzspalt versehen ist. Nach Durchauf, deren Krümmungsrnitlelpunkte in der Oberfläche laufen einer Linse 75 werden die Lichtanteile von des T;ägers liegen. Eine Lampe 13 beleuchtet über 45 einem polarisierenden Teiler 76 nach Pokrisationseinen Kondensor 14 eine Blende 43. Diese weist richtungen aufgespalten. Die Teillichtbündel treffen eine öffnung in Form eines Kreuzes oder eines aus auf dichroitische Teiler 77, 78 auf, welche sie nach zwei zueinander senkrecht stehenden länglichen Aus- Farbanteilen aufspalten. Die so entstehenden vier sparungen gebildeten Winkels auf. Diese öffnung Lichtbündel werden über Linsen 79, 80, 81, 82 gtwird über eine Linse 44 auf ein Phasenkreuzgitter 45 50 trennten fotoelektrischen Empfängern 83 bis 86 zuabgebildet. Dieses Gitter weist eine Verzögerung geleitet. Die Auswertung der an diesen Empfängern A ... . .. „ ,· * u , τ? anfallenden elektrischen Signale erfolgt in bereits bei

von ₂ auf und ist schachbrettartig aufgebaut. Es _p. _{g Λ} ^_5ί:ηΐ._{ίε1)εηεΓ} Weise dadurch, daß die einer

wird über eine Feldlinse 18, ein Wollastonprisma 19 Koordinate zugeordneten Signale einem Differenz-

sowie ein Objektiv 20 auf Spiegel 42 abgebildet. 55 verstärker 29 zugeführt werden, dem eine Trigger-

Zwischen dem Wollastonprisma 19 und dem Objektiv stufe 30 nachgeschaltet ist.

20, welches das Gitter in die Ebene der Krümmungs- F ί g. 5 schließlich zeigt eine Einrichtung, bei. der

mittelpunkte der Spiegel 42 abbildet, ist eine tele- eine Lampe 13 über einen Kondensor 14 sowie einen

zentrische Blende 37 angeordnet. Das Wollaston- Teiler 88 die öffnung 89α einer Blende 89 beleuch-

prisma steht unter 45° gegen die Hauptrichtungen 60 tet, welche an eine Linse 90 angesetzt ist. Die durch-

des Gitters, die Markierung der Blende 43 parallel fallenden Lichtstrahlen gelangen über ein Wollaston

zu diesen. Die reflektierten Strahlen gelangen durch prisma 19 sowie ein Objektiv 20 auf einen sphan-

das Objektiv 20, die Blende 37, das Wollastonprisma sehen Spiegel 12, dessen Krümmungsmittelpunkt in

19 zurück zum Phasenkreuzgitter 45 und treffen einem Punkt der auf einem Maßstab 10 angebrndi

dieses neben der Stelle, durch welche die einfallen- 65 ten Teilung 11 zusammenfällt. Die reflektierten I.icht-

den Lichtstrahlen hindurchtreten. Die durchtreten- strahlen gelangen über das Objektiv 20, das Woi-

den Lichtstrahlen werden von einem polarisierenden lastonprisma 19, die Blende 89, die Linse 90, den

Teiler 24 nach Polarisationsrichtungen aufgespalten. Teiler 8β sowie eine Feldlinse 91 zu einem polan-

ierenden Teiler 24, der sie in ihre den Polariationsrichtungen entsprechenden Anteile aufspaltet ind getrennten Empfängern 27, 28 zuleitet. Die Auswertung der an diesen Empfängern anstehenden elekrischen Signalen erfolgt wie in Fig. 1 beschrieben.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Fotoelektrische Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Träger (10, 10a, 106, 38, 40, 72) mindestens eine sphärische ίο Spiegelfläche (12, 12a, 126, 36, 42, 73) vorgesehen ist, daß ein von einer Lichtquelle (13) beleuchteter Markenträger (17, 18, 70, 89) mit mindestens einer Marke (16. 35, 45, 89 a) vorgesehen ist, dem ein bildverdoppelndes, die bei- den entstehenden Teilbilder mit unterschiedlicher Kennung versehendes Bauteil (19) sowie ein in die durch den Krümmungsmittelpunkt der sphärischen Spiegelfläche definierte Ebene abbildendes Objektiv (20) und diesem ein mit an der sphä- ao Tischen Spiegelfläche reflektiertem licht beaufschlagter, mit mindestens einer Referenzmarke versehener Markenträger (17, 18, 45, 74, 89) und letzterem mindestens ein fotoelektrischer Empfänger (27, 28, 51, 52, 54, 55, 63, 64, 66, 67, 83 as bis 86) nachgeschaltet sind und daß im Strahlengang zusätzlich ein die Kennung ausnutzendes Bauteil (24, 76 bzw. 77, 78) vorgesehen ist.

2. Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Markenträger als Marke ein Gitter (35, 35 a, 45) trägt.

3. Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Träger als Maßverkörperung eine Vielzahl gleichartiger sphärischer Spiegelflächen (36, 42) vorgesehen ist, deren Abstände ihrer Krümmungsmittelpunkte in einem ganzzahligen Verhältnis zum Produkt aus Gitterkonstante und Abbildungsmaßstab stehen.

4. Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmungsmittelpunkte der sphärischen Spiegelflächen eine Gerade definieren.

5. Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gerade in der neutralen Faser des Trägers (38) der Maßverkörperung liegt.

6. Fotoelektriv.he Einrichtung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Kriimmungsmittelpunkte der sphärischen Spiegelflächen (42) in kubischer oder hexagonaler Anordnung in einer Ebene liegen, die durch die zwei Bewegungsrichtungen des Trägers der Maßverkörperung bestimmt ist.

7. Fotoelektrische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Markenträger als Phasengitter ausgebildet ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen