DE19629488C2

DE19629488C2 - Vorrichtung zum Gewinnen von oberwellenfreien Signalen

Info

Publication number: DE19629488C2
Application number: DE1996129488
Authority: DE
Inventors: Edgar Lablack; Herbert Leiser; Uwe Sawitzki
Original assignee: Huebner Elektromaschinen GmbH
Current assignee: Baumer Huebner GmbH
Priority date: 1996-07-12
Filing date: 1996-07-12
Publication date: 1999-11-18
Anticipated expiration: 2016-07-13
Also published as: DE19629488A1

Abstract

Bei einer Vorrichtung mit einer durch von einer zentralen Lichtquelle (1) ausgesandte Strahlen beaufschlagten Meßteilung (7) sind der Meßteilung (7) nachgeschaltete Fotosensoren (8.1 bis 8,4) nach Art einer sogenannten "Kleeblattstruktur" angeordnet. Um bei dieser Vorrichtung ungeachtet vorhandener Empfindlichkeitsunterschiede der Fotosensoren (8.1 bis 8.4) weitgehend oberwellenfreie Signale zu erhalten, werden die Lichtquelle (1) und eine ihr nachgeschaltete Linse (4) von einem Halter (9) gehalten, der gegenüber den Fotosensoren (8.1 bis 8.4) und diesen vorgeschalteten Abtasteinheiten (T¶1¶ bis T¶4¶) verschiebbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Gewinnen von bis zu einer bestimmten Bandbreite oberwellenfreien Signalen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Derartige Vorrichtungen werden zur Messung von Positionsänderungen zwischen relativ zueinander bewegbaren Objekten genutzt, ihr grundsätzlicher Aufbau ist aus der DE-PS 12 82 988 bekannt.

Es ist bekannt, bei einschlägigen Vorrichtungen die Größe des zwei benachbarte Fotosensoren beaufschlagenden Lichtstromes durch Madenschrauben zu variieren, die vor dem jeweiligen Fotosensor mehr oder weniger tief in den Lichtstrom eintau chen, um einen Teil des letzteren auszublenden. Sinn und Zweck der beschriebenen Maßnahme ist die Kompensation prak tisch nicht vermeidbarer Empfindlichkeitsschwankungen zwi schen den zum Einsatz gelangenden Fotosensoren.

Ein Abgleich der auf die einzelnen Fotosensoren entfallenden Lichtströme mit Hilfe von Madenschrauben kommt dann nicht in Betracht, wenn - wie im deutschen Patent 195 08 700 beschrie ben - durch jedes der mehreren Abtastfelder einer jeden Ab tasteinheit ein genau definierter Lichtstromanteil fließen muß. Der Grund hierfür besteht darin, daß die Madenschrauben der bekannten Vorrichtungen nur einen Teil der Abtastfelder der jeweiligen Abtasteinheit abdecken.

Aus der EP 0 418 211 A2 sind weitere Möglichkeiten zum Aus gleich der Empfindlichkeitsschwankungen verschiedener Foto sensoren bekannt. Neben der Erwähnung von den Sensoren nach geordneten, aufwendigen Ausgleichsschaltungen wird a.a.0. vorgeschlagen, bei Verwendung eines im Strahlengang der Lichtquelle angeordneten Reflektors die den einzelnen Foto sensoren zugeordneten Bereiche des Reflektors hinsichtlich ihrer Reflexionseigenschaften zu verändern, indem man Bereiche der Reflexionsschicht mittels eines gesteuerten La serstrahls abdampft. Die zuletzt genannte Technik ist außer ordentlich kostenintensiv, da zunächst die Empfindlichkeit der Fotosensoren im eingebauten Zustand der Meßeinrichtung ermittelt und die Meßeinrichtung anschließend wieder demon tiert werden muß, um die Reflexionsschicht mit einer kompli zierten Apparatur bearbeiten zu können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der in Betracht gezogenen Art zu schaffen, die bei einfachem Aufbau universell einsetzbar ist und sich insbesondere zum Ausgleich von Empfindlichkeitsschwankungen von Fotosensoren der bei der Einrichtung nach dem deutschen Patent 195 08 700 verwendeten Art eignet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiter bildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

In der nachstehenden Beschreibung wird eine Ausführungsform der Vorrichtung anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Vorrichtung und

Fig. 2 die Anordnung der Abtasteinheiten und Fotosensoren der Vorrichtung gemäß Fig. 1.

In Fig. 1 ist 1 eine Lichtquelle, die von einer Leuchtdiode mit einem lichtemittierenden Kristall 2 gebildet wird. Die Strahlen 3 des von dem Kristall 2 ausgestrahlten kegelförmi gen Lichtbündels werden durch eine Linse 4 in eine im wesent lichen parallele Form 5 überführt. Das Licht passiert an schließend einen Träger 6 mit vier Abtasteinheiten T₁ bis T₄ zur Abtastung einer periodischen Meßteilung 7. Sowohl die Abtasteinheiten als auch die Meßteilung weisen nebeneinander angeordnete lichtdurchlässige und lichtundurchlässige strei fenförmige Zonen auf. Durch die Anordnung der Abtasteinheiten nach Art einer sogenannten "Kleeblatt-Struktur" in vier Qua dranten eines rechtwinkligen XY-Koordinatensystems lassen sich der Gleichanteil und die geradzahligen Oberwellen der Signale eliminieren, die während des Meßvorganges von den mit dem die Abtasteinheiten T₁ bis T₄ passierenden Licht beauf schlagten Fotozellen 8.1 bis 8.4 geliefert werden.

Zur Unterdrückung der ungeradzahligen Oberwellen bedient man sich einer im deutschen Patent 195 08 700 offenbarten Metho de, deren Realisierung eine bestimmte Form und Anordnung der Abtastfelder, d. h. der lichtdurchlässigen Zonen der Abta steinheiten voraussetzt. Zur Erzielung einwandfreier Signale müssen aber nicht nur durch Teilungsungenauigkeiten der Meß teilung und der Abtasteinheiten hervorgerufene Oberwellen eliminiert werden, sondern es müssen auch Fotosensoren 8.1 bis 8.4 gleicher Empfindlichkeit zum Einsatz gelangen. Es ist dies ein Umstand, der sich in der Praxis in den seltensten Fällen verwirklichen läßt.

Um unterschiedliche Empfindlichkeiten der Fotosensoren 8.1 bis 8.4 kompensieren zu können, bildet das die Lichtquelle 1 und die Linse 4 aufweisende optische System zusammen mit ei nem Halter 9 eine in einer Kammer 10 eines Gehäuses 11 wäh rend des Zusammenbaus der Vorrichtung verschiebbare Einheit. Der Halter 9 weist eine Ringfläche 12 auf, die nach seiner Justierung durch einen Kleber mit einer planparallelen Fläche 13 des Gehäuses 11 fest verbunden werden kann. Sowohl die Ringfläche 12 als auch die Fläche 13 liegen in einer senk recht zur optischen Achse S orientierten Ebene. Durch die beschriebene Ausbildung des Halters 9 und des Gehäuses 11 ist es möglich, die optische Achse S gegenüber dem Nullpunkt des XY-Koordinatensystems im Bereich des in Fig. 2 den Nullpunkt umschreibenden Kreises P'₀ zu verlagern. Da die Lichtintensi tät, die im Punkt P₀ ihren Maximalwert I₀ hat, mit dem cos abfällt, lassen sich die auf die Fotosensoren 8.1 bis 8.4 entfallenden Lichtstromanteile variieren. Es ist folglich z. B. möglich, in einem Fall, in dem der Fotosensor 8.1 unemp findlicher ist als die übrigen Fotosensoren, die optische Achse S auf der Verbindungslinie zwischen den Fotosensoren 8.1 und 8.3 in Richtung des Fotosensors 8.1 zu verschieben, um die geringere Empfindlichkeit des Fotosensors 8.1 auszugleichen, da nun der Fotosensor 8.1 etwas mehr Licht und der Fotosensor 8.3 etwas weniger Licht erhält. Die elektri schen Signale der beiden Fotosensoren 8.1 und 8.3 werden so einander angeglichen. Bei diesem Ausgleich ändert sich zwar auch der auf die fast orthogonal zu den Fotosensoren 8.1 und 8.3 angeordneten Fotosensoren 8.2 und 8.4 entfallende Licht strom etwas, aufgrund der bei der "Kleeblatt-Struktur" zum Tragen kommenden Differenzschaltung erweist sich diese Ände rung indes als unerheblich, weil sie sich bei beiden Fotosen soren 8.2 und 8.4 in gleicher Weise auswirkt und somit aufhebt.

Bei Leuchtdioden ist normalerweise eine der Stromzuleitungen direkt mit dem Metallgehäuse der Leuchtdiode verbunden. Es erweist sich deshalb als zweckmäßig, den Halter 9 aus einem temperaturbeständigen Kunststoff herzustellen, um die Leucht diode gegenüber dem Gehäuse 11 der Vorrichtung zu isolieren.

Claims

1. Vorrichtung zum Gewinnen von bis zu einer bestimmten Band breite weitgehend oberwellenfreien Signalen, bei der ein von einer zentralen Lichtquelle (1) ausgesandtes, durch eine Lin se (4) parallel gerichtete Strahlen aufweisendes Lichtbündel (5) zum opto-elektronischen Abtasten einer periodischen Meß teilung (7) mit Hilfe mindestens einer Gruppe von vier Ab tasteinheiten (T₁ bis T₄) und vier diesen Abtasteinheiten (T₁ bis T₄) zugeordneten Fotosensoren (8.1 bis 8.4) genutzt wird, wobei die Abtasteinheiten (T₁ bis T₄) und die Fotosensoren (8.1 bis 8.4) dergestalt nach Art einer sogenannten "Klee blatt- Struktur" in vier Quadranten eines rechtwinkligen Koordinatensystems (X, Y) angeordnet sind, daß zwischen den im ersten und dritten sowie den im zweiten und vierten Quadran ten angeordneten Abtasteinheiten (T₁, T₃ bzw. T₂, T₄) ein Versatz von π besteht, wobei außerdem die Lichtquelle (1) und die Linse (4) in einem Gehäuse (11) gelagert sind und wobei schließlich mindestens die Größe des zwei benachbarte Foto sensoren beaufschlagenden Lichtstromes einstellbar ist, da durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) und die Linse (4) von einem Halter (9) gehalten werden, der vor seiner end gültigen Fixierung zu Justierzwecken senkrecht zur optischen Achse (S) des von der Lichtquelle (1) ausgestrahlten Licht bündels in einer Kammer (10) des Gehäuses (11) gegenüber den Abtasteinheiten (T₁ bis T₄) und den Fotosensoren (8.1 bis 8.4) verschiebbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9) eine die Linse (4) umschließende, senkrecht zur optischen Achse (S) des von der Lichtquelle (1) ausge strahlten Lichtbündels (11) orientierte Ringfläche (12) auf weist, die zwecks Fixierung des Halters (9) durch einen Kle ber mit einer planparallelen Fläche (13) des Gehäuses (11) verbindbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (9) aus einem temperaturbeständigen Kunststoff besteht.