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Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Abtasteinrichtung zur
genauen Bestimmung von reflektierenden, auf einer bewegbaren, durch eine Strahlungsquelle
beaufschlagten Oberfläche angeordneten Linien mit den reflektierten Strahl in zwei
Teile aufteilende und dadurch eine erste und eine zweite zeitlich unterschiedliche
Signalkomponente erzeugende Einrichtungen, mit jeweils einem für jede Signalkomponente
vorgesehenen photoelektrischen Detektor und einem den Detektoren nachgeschalteten
die beiden Signale vergleichenden und ein Ausgangssignal erzeugenden Differentialverstärker
und eine das Ausgangssignal des Defferentialverstärkers verwertende elektrische
Schaltanordnung.
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Es sind Abtastvorrichtungen bekannt, mit denen der abtastende Lichtstrahl
in zwei Teilstrahlen aufgeteilt wird, die zwei getrennte lichtempfindliche Organe
erregen, welche Signalkomponenten erzeugen, die in einer Auswertschaltun; miteinander
verglichen werden (französische Patentschrift 1213 598 und deutsche Patentschrift
1069 413). Es ist weiter ein Folgeregler zur Nachführung eines Werkzeuges
längs einer Kurvenbahn bekannt, bei dem mittels zweier Photozellen ein von der Abweichung
eines auf dem Werkzeug befestigten Tastkopfes von der Kurvenbahn Stellglieder steuernde
Regelsignale erzeugt werden (deutsche Patentschrift 1 198 911). Schließlich
ist auch schon ein photoelektrischer Stricheinfang bekannt, wobei die Abtastung
statisch durch Maßstabverschiebung und die Auswertung der Abtastung durch Differenzenmessung
der von Photozellenströmen erzeugten Signalen erfolgt (Feinwerktechnik, 71. Jahrgang
1967, Heft 4). Mit diesen bekannten Verfahren und Vorrichtungen wird ein Ausgangssignal
einer Differentialschaltung eines Hilfssystems für die Ordnung eines Werkstückes
verwendet, dessen Bewegung gesteuert werden soll. Im Gegensatz hierzu bezweckt die
Erfindung eine Einrichtung, die einen Steuerimpuls mit großer Genauigkeit erzeugt,
der dazu dient eine Werkzeugmaschine zu steuern.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß zur Erzeugung eines
einheitlichen Ausgangssignals mit einem Null-Durchgangspunkt die beiden Signalkomponenten
um 90° phasenverschoben auf den Differentialverstärker geschaltet sind und daß die
nachgeschaltete elektrische Anordnung mehrere zum Zeitpunkt des Null-Durchgangs
des Ausgangssignals ein° zur Erzeugung eines Steuerimpulses ausreichende Vorspannung
aufzeigende Steuerelemente aufweist und daß zur Unterdrückung des Steuerimpulses
bei fehlendem Ausgangssignal des Differentialverstärkers weitere Steuerelemente
vorgesehen sind.
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Mit einem Gerät nach der Erfindung wird eine Linie wahrgenommen und
ein Steuerimpuls von hoher Genauigkeit erzeugt, der verwendet werden kann, um die
Arbeitsweise einer Werkzeugmaschine zu steuern. Das Gerät nach der Erfindung ist
ebenfalls für photographische Präzisionsrepetierkameras geeignet.
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An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.
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F i g. 1 zeigt ein Blockschaltschema des erfindungsgemäßen Gerätes;
F i g. 2 zeigt eine Gruppe von Wellenformen, an denen die Betriebsweise des erfindungsgemäßen
Gerätes erläutert wird; F i g. 3 zeigt ein Schaltschema der in F i g. 1 dargestellten
Ausführungsform nach dieser Erfindung. In F i g. 1 ist eine Einrichtung dargestellt,
die Linien 1, 2, 3 abtastet, welche sich an der Objektivlinse 4 vorbeibewegen. Die
Linien können Markierungen auf einem sehr genauen Maßstab sein.
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Zweck des erfindungsgemäßen Gerätes ist es, Linien so genau wie möglich
abzutasten. Die Einrichtungen hierfür sind folgende: Eine Strahlungsquelle 5 wird
mit der Linse 6 auf einem Strahlenteiler 7 gebündelt, der den Strahl auf die Objektivlinse
4 reflektiert, welche den Strahl auf die Ebene 8 fokussiert, auf der die Linien
angeordnet sind. Wenn die Linie 2 sich an der Achse der Objektivlinse vorbeibewegt,
wird ein reflektierter Strahl empfangen, der über den Strahlenteiler 7 zurückgeleitet
wird und auf einen Prismenreflektor 10 fällt, der den Strahl in zwei Teile aufteilt.
Ein Teil, der von der Oberfläche 10 a des Prismenreflektors reflektiert wird, wird
in einen ersten photoelektrischen Detektor 11 gelenkt. Das Prisma
10 reflektiert auch einen Strahl auf seiner anderen Oberfläche
10 bin einen zweiten photoelektrischen Detektor 12. Linsen 11' und 12' sind
vorgesehen, welche die reflektierten Strahlen in die Detektoren bündeln. Die Ausgänge
der Detektoren sind mit einem Differentialverstärker 14 verbunden.
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Die Wellenform B, die in F i g. 2 dargestellt ist, stellt den Ausgang
des ersten Detektors 11 dar, wenn die Linie 2 an der Optik des Gerätes vorbeigeführt
wird, und die Wellenform C stellt den Ausgang des zweiten Detektors 12 dar.
Infolge der Relativbewegung und der Aufteilung des Strahls durch den Prismenreflektor
10 haben die Ausgänge der Photodetektoren einen zeitlichen Abstand voneinander und
sind, wie dargestellt, phasenverschoben.
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Wenn diese Wellenformen B und C auf den Differentialverstärker 14
aufgegeben werden, hat der Ausgang dieses Verstärkers die Wellenform D (s. F i g.
2), die einen sehr genauen Null-Durchgang an dem Punkt 15 hat. Die Linien
16 und 17 stellen die Aktivierungsniveaus der Rauschsperrschaltung
dar, wie noch erörtert werden wird. Nur Signale, die während der Zeit, die zwischen
den Stellen 18 und 19 der Wellenform D verstreicht, empfangen werden, werden von
der Rauschsperrschaltung durchgelassen.
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Das Signal mit der Wellenform D wird zu einem Impulsformer
20 geleitet, der eine Schmitt-Triggerschaltung sein kann, die geeignet ist,
einen Impuls am Nulldurchgangspunkt 15 der Welle D zu erzeugen.
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Das Signal mit der Wellenform D liegt ebenfalls an einer Rauschsperrschaltung
21, die einen Impulsdurchgang während der Zeit zwischen den Stellen 18 und 19 der
Welle mit der Wellenform D ermöglicht. Unerwünschte Störsignale, die zu anderen
Zeiten empfangen werden, werden dadurch unterdrückt.
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Der Steuerimpuls E am Ausgang der Triggerschaltung 20 liegt
an einem weiteren Impulsgenerator 22. Der Ausgang der Schaltung 22 liegt vorzugsweise
an einem Impulsformer 23, ebenfalls an einer Torschaltung 24 und an einem
Flip-Flop 25. Die Schaltungen 24 und 25 erzeugen Rücksetzsteuerimpulse.
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Der Ausgang der Torschaltung 24 ist ein Rücksetzimpuls, der durch
den Einschalter 27 ausgelöst wird. Das Flip-Flop 25 sperrt normalerweise jeden Ausgang
der Torschaltung 24. Wahlweise ist eine Lichtquelle 29 vorzugsweise vorgesehen,
falls der Maßstab 9 transparent ist.
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F i g. 3 zeigt ein Schaltschema des erfindungsgemäßen Gerätes, das
in F i g. 1 als Blockschaltschema dargestellt ist. In den Wellenformen, die in
F
i g. 3 dargestellt sind, ist der Null-Durchgangspunkt mit C bezeichnet. Silicium-Detektoren
11 und 12 empfangen die Signale v 11 und V12 von dem Strahlenteiler des Mikroskops.
Diese Signale sind um 90° gegeneinander phasenverschoben. Die Signale werden zu
dem Differentialverstärker 14 geleitet. Ein Potentiometer R 1 wird zum Abgleichen
der Detektorausgangsströme verwendet. Der Differentialverstärker erzeugt ein Differentialsignal
an seinem Ausgang mit einem Verstärkungsfaktor von etwa 1 und bewirkt gleichfalls
eine Impedanz-Transformation.
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Das Signal wird an den Eingang einer bekannten Schmitt-Triggerschaltung
20 gelegt, die von der Transistoren Q 1 und Q 2 gebildet wird. Der
Schwellenwert dieser Triggerschaltung wird etwa auf 0 Volt eingestellt. Das Signal
wird auch über das Potentiometer R 7 an die Transistoren Q 7 und
Q 8 gelegt, die eine Schmitt-Trigger-Rauschsperrschaltung 21 bilden.
Die Schaltungen sind so ausgelegt, daß der Transistor Q 1 nicht in den leitenden
Zustand kommt, bis der Kollektor von Q 8 negativ wird und das Torsignal G erzeugt.
Dies erfolgt, um die Erzeugung des Steuerimpulses E durch die Schaltung 20 in Abwesenheit
von aus dem Differentialverstärker kommenden Signalen mit der Wellenform D zu vermeiden.
Die Geräuschunterdrückung wird ebenfalls durch Einstellen der Schwellenwerte der
Transistoren Q 7 bis Q 8
auf einen höheren Wert als die Schwellenwerte
der Transistoren Q 1 bis Q 2 bewirkt.
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Der Ausgangstriggerimpuls E liegt an Q 4 über eine Differenzierungsschaltung
C 3 und R 16, wodurch die Wellenform X erhalten wird. Der Transistor O_ 4 ist bis
zu Sättigung vorgespannt und deshalb schaltet die positive Wellenform, die aus der
Differenzierung des Triggerimpulses E resultiert, diesen Transistor Q 4 ab und erzeugt
einen negativen Impuls Y. Die vordere Flanke dieses Impulses soll mit dem Null-Durch-P
Einstellung C ri.' -spunkt des des Eingangssignals Potentiometers zusammenfallen.
R 13 bewirkt diese Die Stellung ebenso wie die Einstellung des Nullstellpotentiometers
R 1. Der Widerstand R 27 der Schmitt-Trigger-Rauschsperrschaltung 21 wird so eingestellt,
daß Q 1 während des richtigen Teils des Zyklus leitfähig wird.
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Der Ausgang des Transistors Q 4 liegt an den Stufen
Q 5 und Q 6. Q 5 bildet die Torschaltung 24 nach F i g. 1 und ist
mit der »Rücksetz«-Ausgangsklemme J 6 über die Stufe Q 13 verbunden.
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Die Stufen Q 10 und Q 11 bilden ein übliches Flip-Flop entsprechen
dem Block 25 nach F i g. 1. Die Stufe Q 11 unterdrückt den Rücksetzausgangsimpuls,
wenn sie bis zur Sättigung vorgespannt ist. Dies erfolgt jedoch nur, wenn die »Ablese«-Impulse
an der Ausgangsklemme J 7 durch den Transistor Q 6 er-
zeugt werden,
der den Impulsformer 23 nach F i g. 1 bildet.
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Die positive Flanke der bei Q 4 auftretenden Welle -haltet den Transistor
Q 10 ab. Dadurch wird der Transistor Q 11 gesättigt, so daß die Erzeugung eines
Rücksetzimpulses verhindert wird, wenn die nächste Linie von dem photoelektrischen
Mikroskop nach dieser Erfindung abgetastet wird.
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Ein Druckknopfschalter 27 ermöglicht, wenn er geschlossen wird, einen
Rücksetzsteuerimpuls-Ausgang an der Klemme J 6, der verwendet werden kann, um einen
vorbestimmten Arbeitsvorgang einzuleiten.
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Wenn sich der Schalter 30 in der »Ablese«-Stellung befindet,
ist die Rücksetzsteuerschaltung 25 geerdet und es treten nur »Ablese«-Impulse auf.
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Die an die Erzeugung des Triggerimpulses anschließenden Steuerschaltungen
können entsprechend dem jeweiligen Verwendungszweck variiert werden.
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Die Schmitt-Triggerschaltung ist auf den S. 208 und 210 des US-Department
of the Army Technical Manual, TM 11-690, veröffentlicht 1959, beschrieben.