DE1673987A1

DE1673987A1 - Ablesekopf

Info

Publication number: DE1673987A1
Application number: DE1968R0048244
Authority: DE
Inventors: Dench Michael John
Original assignee: George Richards and Co Ltd
Current assignee: George Richards and Co Ltd
Priority date: 1967-03-15
Filing date: 1968-03-15
Publication date: 1971-08-05
Also published as: GB1223141A; DE1673987B2; CH488172A; FR1556770A; US3553468A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Ablesekopf zum Bestimmen der Stellung eines Gegenstandes mit Hilfe eines optischen Gitters, und sie betrifft z.B. einen Ablesekopf der in aemTatent * beschriebenen Art, bei dem die Beziehung zwischen einem Läufer, der durch den Ablesekopf auf einem Schlitten bzw· Support oder einem anderen bewegbaren Teil einer Werkzeugmaschine unterstützt wird, und einem auf der Werkzeugmaschine vorgesehenen Liniengitter dazu dient, ein elektrisches Signal zu erzeugen, mittels dessen die Werkzeugmaschine gesteuert wird·

Im allgemeinen werden bei solchen Ableseköpfen mehrere lichtempfindliche Detektoren verwendet, die jweils so angeordnet sind, daß ihnen Licht von einem anderen Teil des Gitters aus zugeführt wird, und bei einem solchen Ablesekopf sind elektrische Mittel vorgesehen, mittels deren aus den augenblicklichen AusgangsSignalen der verschiedenen Detektoren ein Stellungssignal abgeleitet wird·

»(Patentanmeldung P 14 23 794.6) 109832/0369

Bis jetzt werden Ableseköpfe verwendet, bei denen ein Abgleich mit Hilfe verstellbarer Lichtblenden erzielt wird, die den verschiedenen lichtempfindlichen Detektoren zugeordnet sind, um zu gewährleisten, daß die maximale Beleuchtungsstärke bei allen Detektoren den gleichen Wert hat.

Eine gemäß der Erfindung ausgebildete Einstelleinrichtung für die Detektoren umfaßt eine in dem Kopf angeordnete Lichtquelle, mittels deren ein Teil der empfindlichen Fläche jedes Detektors beleuchtet wird, der gegenüber demjenigen Teil versetzt ist, an welchem das durch das Gritter Modulierte Bild erscheint, wobei jedem Detektor eine Torrichtung zum Einstellen des Lichtes zugeordnet ist, das auf den versetzten Teil der empfindlichen Fläche fällt.

Bei einer bevorzugten AusfUhrungsform der Erfindung wirst die Lichtquelle durch eine reflektierende fläche gebildet, die so angeordnet ist, daß sie auf die versetzten Teile der empfindlichen Flächen der Detektoren einen streifenförmigen Lichtstrahl einer Lampe reflektiert, die auch dazu dient, das Critter zu beleuchten·

Wenn der Ablesekopf einen Läufer umfaßt, der die Öffnungen zwischen jedem empfindlichen Detektor und einem Teil des Gitters abgrenzt, könnte die reflektierende Fläche durch eine innere Fläche des Läufers gebildet werden, und man kann den Läufer gegenüber der Ebene des Critters in der »eise geneigt anordnen, daß der Lichtstreifen auf die versetzten ^xeile der verschiedenen empfindlichen Flächen fällt.

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Die einzelnen Einstellvorrichtungen umfassen zweckmäßig verstellbare Blenden zum Regeln des Lichtes, das von der Lichtquelle aus auf die versetzten I¹ eile der empfindlichen flächen fällt.

normalerweise umfaßt der Ablesekopf ein lichtdichtes Gehäuse, so daß die Einstellvorrichtungen von der Beleuchtung der Umgebung unabhängig sind. Es ist möglich, jedem Detektor eine gesonderte Einstellvorrichtung zuzuordnen, damit die einzelnen Ausgangssignale eingestellt werden können, wenn die Detektoren von dem Gitter aus voll beleuchtet werden, so daß die maximale Beleuchtung für alle Detektoren die gleiche sein kann·

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß es möglich ist, die kleinsten Lichtpegel bzw. die Dunkelpegel für die Photozellen auf den gleichen Wert einzustellen, ohne daß eine Störung bezüglich des '^eils der empfindlichen Fläche hervorgerufen wird, die durch das Gitter beleuchtet wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert·

Fig· 1 ist ein Schnitt durch einen Ablesekopf nach der Erfindung·

Fig. 2 zeigt schematisch die lichtempfindlichen Flächen der vier in dem Ablesekopf nach Fig. 1 angeordneten lichtempfindlichen Detektoren·

Fig. 3 zeigt eine mögliche Anordnung von Öffnungen, durch die das Licht auf die Detektoren fällt.

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Der Ablesekopf umfaßt gemäß Fig. 1 ein lichtdichtes Gehäuse 11, das einen Läufer 12 trägt, der sich zusammen mit dem Gehäuse oberhalb eines Gitters 13 längs der Achse des Gitters bewegen kann, die sich rechtwinklig zur Zeichenebene von Figo erstreckt.

Das Gitter 13 setzt sich aus miteinander abwechselnden dunklen Linien und Zwischenräumen zusammen, und das Licht der einzigen in dem lichtdichten Gehäuseu11 angeordneten Lampe 14 α wird durch eine Linse 15 auf die Oberfläche des Gitters fokussiert, wo das Licht reflektiert wird, um darm durch Kollimatormittel 16 auf die lichtempfindlichen Flächen von. vier insgesamt mit 17 bezeichneten lichtempfindlichen Detektoren zu fallen. Jeder Detektor ist auf einen anderen 'i'eil des Gitters 13 ausgerichtet, und diese Teile werden durch vier Paare von Offnungen 18 in dem Läufer 12 abgegrenzt, wobei jedes Paar von Offnungen zwei Linien des Gitters zugeordnet ist, und wobei die verschiedenen Öffnungen gegenüber dem Gitter phasenverschoben angeordnet sind, wie es in dem deutschen

™ Patent * beschrieben isto * (Patentanmeldung

P 14 23 794.6)

Wenn sich die beiden Schlitze, die gemäß Fig. 2 ein Paar von Öffnungen 18 bilden, oberhalb von Linien des Gitters befinden, erhält die entsprechende Photozelle 17 eine minimale Beleuchtung) stehen die Schlitze dagegen Über Zwischenräumen von Linien des Gitters, erhält die Photozelle eine maximale Beleuchtung, und es ist wichtig, daß die Ströme, die dem Minimum bzw. dem Maximum der Beleuchtung, d.h. der Dunkelheit bzw. Helligkeit entsprechen, bei den vier Detektoren untereinander abgeglichen sind.

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Gemäß der Erfindung ist der Läufer 12 gegenüber der ■ Ebene des Gitters 13 unter einem sehr kleinen Windel geneigt, so daß das Licnt der Lampe 14· von der Oberseite des Gitters so reflektiert wird, wie es bei X angedeutet wird, wobei das reflektierte Licht in !form eines in Pig. 2 insgesamt mit 19 bezeichneten Lichtstreifens oder Bandes auf die vier empfind-'lichen Flächen der Detektoren 17 fällt. Dieses Band tiberdeckt jeweils einen '-Peil der lichtempfindlichen Flächen, der gegenüber demjenigen Teil versetzt ist, innerhalb dessen die Bilder der Öffnungen 18, die durch das Gitter moduliert werden, erscheinen, wie es in !ig. 2 dargestellt und in Fig. 1 bei Y angedeutet ist. Der Neigungswinkel des Läufers 12 gegenüber der Gitterebene kann etwa 1° betragen·

Jeder Detektor 17 ist mit einer gesonderten undurchsichtigen Blende 21 versehen, die durch das benachbarte Ende einer Stellschraube 22 unterstützt wird und die Lichtmenge bestimmt bzw. regelt, die von dem beleuchteten Streifen 19 aus auf die empfindliche Fläche des Detektors fällt, so daß man die Detektoren einzeln einstellen kann, bis die Dunkelströme, die auftreten, wenn sich die Öffnungen über Linien des Gitters befinden, für alle Detektoren den gleichen Wert haben·

Die Ströme, die entstehen, wenn die Offnungen über Zwischenräumen von Linien des Gitters liegen, können für alle vier Detektoren 17 mit Hilfe elektrischer Mittel auf der Ausgangsseite der Photozellen auf den gleichen Wert eingestellt werden·

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Es liegt auf der Hand, daß jede Änderung der Helligkeit der Lampe 14 alle Minimum- und Maximum-Einstellungen der Detektoren auf die gleiche V/eise beeinflußt, so daß die in dem Ausgangssignal enthaltene Stellungsinformation von solchen Schwankungen unabhängig ist und auch dann nicht beeinflußt wird, wenn die lampe 14 durch eine andere Lampe ersetzt wird.

Ferner können die Minimalwerte eingestellt werden, ohne daß sich eine Störung bezüglich des 'üeils der empfindlichen Fläche ergibt, auf die das die Läuferöffnungen passierende Licht fällt, und infolgedessen ergibt sich für den Ablesekopf ein regelbarer Modulationsbereich zwischen Helligkeit und Dunkelheit, so daß ein höheres Auflösungsvermögen erzielt wird· Weiterhin ist es durch die Wahl einer geeigneten Anordnung des reflektierten Lichtstreifens möglich, zuzulassen, daß die Bilder des Gitters, die durch die Läuferöffnungen fallen, etwas auswandern, ohne daß die Abgleicheinstellungen beeinflußt werden·

Eine Anordnung der beiden Offnungen 18 in dem Läufer 12, die jeweils einem der Detektoren 17 zugeordnet sind, ist in Fig. 3 dargestellt.

Die beiden Öffnungen 18 sind durch einen Abstand c getrennt, der 9 Zehnteln oder 11 Zehnteln von 2a entspricht, wenn 2a den Abstand zwischen benachbarten Linien des Gitters bezeichnet. Die Breite jeder Öffnung ist zweckmäßig gleich a, d.h. sie ist gleich der halben Gitterteilung·

Die Wahl dieses Abstandes zwischen den Offnungen 1Θ

trägt dazu bei, die fünften harmonischen Komponenten im Signal

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der Detektoren 17 zu beseitigen, denn die der fünften Harmonischen entsprechenden Beiträge der beiden Offnungen sind um eine halbe Periode gegeneinander phasenverschoben« Das Ausgangssignal nähert sich daher mit größerer Genauigkeit dem Sinus der Grundfrequenz.

Die Öffnungen könnten auch eine rechteckige Form erhalten, wobei die Breite jeder Öffnung gleich einem Drittel der Gitterteilung ist, so daß die dritte Harmonische Komponente ausgelöscht wird, wobei der Abstand c zwischen den Öffnungen Zehnteln oder 11 Zehnteln von 2a entspricht, damit die fünfte harmonische Komponente ausgelöscht wird.

Die in Fig· 3 gezeigten allgemein trapezförmigen Offnungen bieten jedoch den Vorteil, daß die fünfte harmonische Komponente in der beschriebenen v/eise ausgelöscht werden kann, und ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die siebente harmonische Komponente eine Amplitude aufweist, die nur 0,8$ der Grundfrequenz entspricht·

Dieser Wert von 0,8% wird erreicht, wenn die Lücke zwischen benachbarten Gitterlinien eine rechteckige Form hat, wobei die Breite des Rechtecks gleich a ist, und wenn das Verhältnis von a zu b gleich 3:1 ist·

Alternativ würde es möglich sein, die siebente Harmonische dadurch auszulöschen, daß man zwischen den Offnungen einen Abstand vorsieht» der 13/14 oder 15/H des Abstandes zwischen benachbarten Gitterlinien entspricht) eine weitere

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Möglichkeit "besteht jedoch darin, jedem Detektor 17 zwei Paare von Öffnungen zuzuordnen, wobei der Abstand zwischen den Öffnungen jedes Paars 9/10 oder 11/10 der Gritterteilung entspricht, während die Öffnungspaare durch einen Abstand getrennt sind, der 13/14 oder 15/14 der G-itterteilung entspricht,

Patentansprüche t

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Ablesekopf, gekennzeichnet durch mehrere lichtempfindliche Detektoren (17)_f von denen jeder so angeordnet ist, daß er ein Bild empfangt, sowie durch eine in dem Ablesekopf angeordnete Lichtquelle zum Beleuchten eines Teils der empfindlichen Jflache jedes Detektors, welcher gegenüber demjenigen Teil versetzt ist, innerhalb dessen das Bild erscheint, wobei jedem Detektor eine gesonderte Vorrichtung zum Einstellen des Lichtes zugeordnet ist, das auf den versetzt angeordneten Teil der empfindlichen Fläche fällt.

2, Ablesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor so angeordnet ist, daß der jeweils das Bild eines anderen Teils eines optischen Gritters (13) empfängt.

3· Ablesekopf nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Mittel zum Ableiten eines kombinierten Ausgangssignals aus den augenblicklichen Ausgangssignalen der verschiedenen Detektoren

4. Ablesekopf nach Anspruch 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet , daß die Lichtquelle durch eine reflektierende Fläche gebildet wird, die so angeordnet ist, daß sie auf die versetzten Teile der empfindlichen Flächen der Detektoren das

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ORIGINAL INSPECTED

liciit einer Lampe reflektiert, die auch zur Beleuchtung des Gitters dient.

5 ο Ablesekopf nach Anspruch 4> gekennzeichnet durch einen läufer (12) mit Bildbegrenzungsöffnungen (18) zwischen den empfindlichen Detektoren und 'feilen des Gitters, wobei die reflektierende fläche durch eine innere fläche des Läufers gebildet wird.

6. Ablesekopf nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Läufer gegenüber der Ebene des Gitters geneigt ist.

7. Ablesekopf nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die einzelnen Einstellvorrichtungen verstellbare Blenden (21) zum Regeln des Lichtes umfassen, das von der Lichtquelle aus auf die versetzt angeordneten Teile der erwähnten Flächen fällt«,

8. Ablesekopf nach Anspruch 1 bis 7» gekennzeichnet durch ein lichtdichtes Gehäuse (11) für die Detektoren (17) und die Lichtquelle (14).

9. Ablesekopf nach Anspruch 1 bis 8» dadurch gekennzeichnet , daß jedem Detektor eine gesonderte Einstellvorrichtung zugeordnet ist, mittels deren die einzelnen Ausgangssignale eingestellt werden können, wenn die Detektoren voll beleuchtet sind.

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