DE2001350A1 - Photozellenanordnung zur Bestimmung der Lage eines aequidistant geteilten Massstabes - Google Patents

Photozellenanordnung zur Bestimmung der Lage eines aequidistant geteilten Massstabes

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    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
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Description

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Werkzeugmaschinenfabrik Oerlikon-BUhrle AG 8050 Zürich
Photozellenanordnung zur Bestimmung der Lage eines äquidistant geteilten Massstabes
Die Erfindung betrifft eine Photozellenanordnung zur Bestimmung der Lage eines äquidistant geteilten Massstabes gegenüber der Photozellenanordnung, mit mehreren in gleichen Abständen voneinander und in Längsrichtung des Massstabes angeordneten Photozellen und mit einem Differenzgeber zur Auswertung der von den Photozellen bei der Bewegung des Massstabes erzeugten Signale.
Eine bekannte Photozellenanordnung dieser Art weist 10 Photozellen auf, welche in Längsrichtung des Massstabes zwischen zwei Teilstrichen des Massstabes angeordnet sind. Die Photozellen sind um Je ein Zehntel der Teilung gegeneinander versetzt, so dass bei
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einer Verschiebung des Massstabes um eine ganze Teilung 10 Signale erzeugt werden. Der Nachteil der bekannten Photozellenanordnung besteht darin, dass die Teilung des Massstabes nicht enger als der von den 10 Photozellen beanspruchte Platz sein kann.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Photozellenanordnung anzugeben, die den genannten Nachteil nicht aufweist. Erflndungsgeinäss gelingt dies dadurch, dass der Abstand zweier benachbarter Photozellen um yiO grosser oder kleiner als die Teilung des Massstabes ist, und dass die Photozellen zu 10 Photozellenpaaren zusammengefasst sind, indem jede Photozelle mit der vorangehenden Photozelle an einen ersten und mit der nachfolgenden Photozelle an einen zweiten Differenz^eber angeschlossen ist.
Anhand von in den Fig. 1 bis 3 der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispielen wird die Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1: den schematischen Aufbau eines Lagemesssystems.
Figur 2: eine Photozellenanordnung gemäss einem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung.
Figur 3: eine Auswerteschaltung zur Photozellenanordnung gemäsß* Figur 2 und den zugehörigen Signalverlauf.
Gemäss Fig. 1 ist ein Massstab 1 aus Glas an einem nicht dargestellten, beweglichen Maschinenschlitten befestigt. Der Massstab 1 weist einen trapezförmigen Querschnitt auf. Auf einer Grundflache 2 des
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Trapezes ist eine Reihe von äquidistanten Teilstrichen 3 aufgebracht. Der Massstab 1 weist unter einem winkel von 45° zur Grundfläche 2 geneigte Seitenflächen k und 5 auf. Eine Projektionslampe 6 beleuchtet Über eine Kondensorlinse 7 den Massstab 1 in der Weise, dass das Licht senkrecht auf die Grundfläche 2 und durch diese hindurch unter einem Winkel von 45° auf die geneigte Seitenfläche k des Massstabes 1 fällt. Das Licht wird hierbei total reflektiert, so dass es in dem Massstab 1 parallel zur Grundfläche 2 verläuft und auf die andere, ebenfalls um 45° zur Lichtachse geneigte Seitenfläche 5 fällt. An der Seitenfläche 5 findet somit ebenfalls eine Totalreflektion des Lichtes statt, so dass das Licht wiederum senkrecht zur Grundfläche 2 aus dem Massstab 1 austritt, wobei es die auf der Grundfläche 2 aufgebrachten Teilstriche 3 durchsetzt. Im Wege des austretenden Lichtes ist sodann eine Projektionsoptik angeordnet, die einen Ausschnitt aus dem Massstab 1 ver^rössert in einer Projektionsebene E abbildet. In der Projektionsebene E ist eine Maske M angeordnet, welche Ausnehmungen A aufweist. Hinter den Ausnehmungen A sind Photozellen F angeordnet. Die Ausnehmungen A geben für die Photozellen P jeweils eine genau definierte, wirksame Empfangsfläche vor.
Die Projektionslampe 6, die Kondensor!inse 7, die Projektionsoptik 8 und die Maske M mit den dahinter angeordneten Photozellen P bilden eine starre Anordnung, die mit einem nicht dargestellten feststehenden Maschinenteil verbunden ist.
Getnäss Fig. 2 ist das vergrösserte Abbild des Massstabes 1 auf der in der Projektionsebene Ξ angeordneten Maske M dargestellt. Im
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dargestellten AusfUhrungsbelsplel handelt es sich um einen speziellen Massstab 1, bei dem die Breite B der Teilstriche 3 der Breite L der Lücken zwischen den Teilstrichen entspricht. Bei diesem speziellen Massstab findet ein Hell-Dunkel-Uebergang und ein Dunkel-Hell-Uebergang Jeweils innerhalb der Breite eines Teilstriches bzw. einer Lücke statt, so dass in diesem Pail die Breite eines Teilstriches bzw. einer LUcke die Teilung b dee Massetabes darstellt. Im dargestellten AusfUhruncsbeispiel besitzt z.B. der Maesetab 1 eine 40A>-Teilung, so dass sich bei 20-facher Vergrösserung des Massstabes in der Projektionsebene E eine Breite von 8OO/u für einen Teilstrich bzw. eine LUcke ergibt. 11 Photozellen P. bis F., sind hinter den Ausnehmungen A in der Maske M angeordnet. Die 11 Photozellen F. bis F.. sind zur Signalauswertung zu 10 Paaren von Photozellen F1 - F2, Fp - F,, usw. zusammengeschaltet, wobei Jedes Photozellenpaar ein Signal liefert, wie dies anhand der Pig. 3 nachfolgend noch näher erläutert wird. Entsprechend den 10 Photozellenpaaren und den 10 von ihnen gelieferten Signalen, sind die Ausnehmungen A und damit die wirksamen Empfangsflächen der Photozellen P. bis F,. in einem gegenseitigen Abstand von a " b + Tu anßeordnet» wobei b die Teilung des Massstabes 1 darstellt. Aus GrUnden der Platzersparnis sind die Ausnehmungen A und die dahinter angeordneten Photozellen P. bis F.. in der Höhe Jeweils versetzt angeordnet, wie dies ebenfalls aus der Pig. I ersichtlich ist.
Oemäss Pig. 3 sind die Photozellen P. bis F11 Jeweils in der Weise zu Photozellenpaaren zusammengefasst, dass Jede Photozelle mit der
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vorangehenden und nachfolgenden Photozelle ein Paar bildet. Von den Photozellen P. bis F.. erzeugte Photospannungen U (P1) bis U (P11) werden in den nachgeschalteten Verstärkern V-, bis V., verstärkt. Die verstärkten Spannungen U, bis U., werden den Eingängen von Differenzverstärkern DV, bis QV10 zugeführt. An den Ausgängen der Differenzverstärker DV1 bis DV10 werden die verstärkten Differenzspannungen U &o) = k (U* - U*) bis U (4 9) - k (U11 - U*) in Abhängigkeit von dem Verschiebewec G des Massstabes aus^e^eben. Der Verlauf dieser Differenzspannungen ist in der rechten Halfte der Zeichnung hinter den Ausgängen der Differenzverstärker angegeben.
Signale innerhalb der Teilung des Massstabes können somit gewonnen werden, indem beispielsweise das Kriterium der verschwindenden Differenzspannungen herangezogen wird. In diesem Fall wird immer"dann ein Signal ausgegeben, wenn die beiden Photozellen eines Photozellenpaares in gleichem Masse abgedeckt sind. Im in der Fig. 2 dargestellten Fall sind dies die Photozellen F1 und F2. Bei einer Verschiebung des Rasters um ein Zehntel der Teilung sind die Photozellen Fp und F, in gleichem Masse abgedeckt, so dass für dieee der Differenzabgleich gegeben ist. Bei weiteren Verschiebungen des Massstabes um jeweils ein Zehntel der Teilung erfolgt der Differenzabgleich sukzessive an den nachfolgend angeordneten Photozellenpaaren bis nach einer Verschiebung um die ganze Teilung der Ausgangszustand wieder hergestellt ist. Bei einer Verschiebung des Massstabes um 40 /u erzeugen somit die 10 Photozellenpaare zusammen mit den 10 nachgeschalteten Differenzverstärkern 10 Signale, wo durch das Teilungsintervall in Abschnitte von 4/u unterteilt wird.
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Eine noch feinere Unterteilung des Teilungsintervalles erzielt man, wenn man sowohl bei der Untersohreitung als auch bei der* Ueberschreitung der von den Differenzverstärkern DV. bis DV, Q ausgegebenen Differenzspannungen U (Δο) bis U (49) unter bzw. über einen vorgebbaren Schwellwert je ein Signal erzeugt, wie dies in der rechten Hälfte der Fie. 3 darcestellt ist. Auf diese Weise erhält man bereits bei einer Verschiebung des Massstabes 1 um 2 /u ein Signal. Das Teilungsintervall von 40/u wird durch 20 Signale unterteilt. Schaltungstechnisch kann diese Signalbildung in der Weise erfolgen, indem den Differenzverstärkern DV, bis DV10 jeweils betragbildende Stufen und Signalformerstufen mit einstellbarer Ansprechschwelle nachgeschaltet werden. Durch Differenzierung der Ausgangsimpulse erhält man 20 Einzel impulse bei einer Verschiebung des Massstabes um 40/u.
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Claims (6)

Patentansprüche
1.1 Photozellenanordnung zur Bestimmung der Lage eines equidistant geteilten Massstabes gegenüber der Photozellenanordnung, mit mehreren In gleichen Abständen voneinander und in Längsrichtung des Maesstabes angeordneten Photozellen und mit einem Differenzgeber zur Auswertung der von den Photozellen bei der Bewegung « des Massstabes erzeugten Signale, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) zweier benachbarter Photozellen (Pn, Fn+1) um yiO grosser oder kleiner als die Teilung (b) des Massstabes (1) 1st, und dass die Photozellen (P^ bis P11) zu 10 Photozellenpaaren zusammengefasst sind, indem jede Photozelle (Fn) mit der vorangehenden Photozelle (Fn_i) en einen ersten und mit der nachfolgenden Photozelle (Fn+i) an einen zweiten Differenzgeber angeschlossen ist.
2. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Maske (M) mit Ausnehmungen (A) vor den Photozellen (P) angeordnet ist, welche Ausnehmungen (A) im gleichen Abstand wie die Photozellen (P) angeordnet sind.
3. Fhoto*ellenahordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite der Ausnehmungen (A) kleiner als die Teilung (b) des Massstabes (1) 1st.
4. Photozellenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Differenzgeber Differenzverstärker (DV) angeordnet sind, deren Eingänge Jeweils mit zwei benachbarten Photozellen (Fn, Fn+i) verbunden sind.
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5. Photozellenanordnung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass Jedem Differenzverstärker (DV) eine Signalformer3tufe mit einstellbarer Ansprechschwelle nachgeschaltet ist.
6. Photozellenanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansprechschwelle so eingestellt ist, dass ein Signal erzeugt wird, wenn die beiden einem Differenzverstärker (DV) zugeordneten Photozellen (Fn, Fn+l) um e*n vorgegebenes Mass unterschiedlich beleuchtet sind.
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DE19702001350 1969-01-24 1970-01-13 Einrichtung mit einer photozellenanordnung Withdrawn DE2001350B2 (de)

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