DE2032319A1

DE2032319A1 - Optischer Langen oder Winkel Maß stab aus durchsichtigem Material

Info

Publication number: DE2032319A1
Application number: DE19702032319
Authority: DE
Inventors: Gene Alan Boulder CoI Fisher (V St A) GOId 5 245
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1969-06-30
Filing date: 1970-06-30
Publication date: 1971-01-07
Also published as: CH519158A; US3598493A; FR2048032A1; FR2048032B1; BE751571A; JPS51864B1; GB1305310A; CA939176A

Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Matehinen GeielUthaft mbH

Böblingen, 23. Juni 1970 lo/du-hl

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N. Y. 10504

Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung .

Aktenzeichen der Anmelderin: Docket BO 969 019

Optischer Längen- öder Winkel-Maßstab aus durchsichtigem Material

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Längen- oder Winkel-Maßstäbe aus durchsichtigem Material.

Zur digitalen Messung von linearen Verschiebungen oder von Drehwinkeln werden zunehmend optische Meßeinrichtungen verwendet, in denen an zwei relativ zueinander, vorzugsweise in geringem Abstand voneinander, linear bewegten oder rotierenden Körpern ein mit einer möglichst feinen Skalenteilung versehener Längenoder Winkel-Maßstab bzw. eine optisch-photoelektrisehe Abtasteinrichtung befestigt sind. Die letztere liefert dann elektrische Impulse als digitales Maß für die relative Verschiebung bzw. Verdrehung beider Körper gegeneinander.

Es sind zwei Haupttypen solcher Längen- oder Winkel-Maßstäbe in Gebrauch, lichtdurchlässige bzw. reflektierende, bei denen »die Skalenteiletriche undurchsichtig bzw« nichtreflektierend sind, Während die dazwischenliegenden Flächenteile des Maß*stabs das Licht möglichst vollständig durchlassen bzw. reflektieren.

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In der Praxis lassen die Skalenteilstriche, insbesondere an ihren nie ganz 100 %ig scharfen Händern, doch etwas Licht durch bzw. reflektieren ebenfalls mehr oder weniger Licht, während die übrigen Maßstabflächen das auf sie fallende Licht nicht ganz vollständig durchlassen bzw. reflektieren. Daher hat das sogenannte Hell-Dunkel-Verhältnis des vom Maßstab durchgelassenen bzw. reflektierten Lichtes zu dem von den Skalenteilstrichen zurückgehaltenen Licht praktisch nie einen idealen unendlich großen Wert, sondern einen endlichen, oft nur ii der Größenordnung von 10:1. Die sichere Unterscheidung solcher verhältnismäßig kleinen Helligkeitsunterschiede erfordert empfindliche photoelektrische Abtasteinrichtungen und zusätzliche elektrische Schwellenwertkreise. Zur Vermeidung dieser zusätzlichen Kosten ist demnach ein möglichst großes Hell-Dunkel-Verhältnis des verwendeten Maßstabes wünschenswert.

Bei Maßstäben mit relativ grober Skalenteilung werden die Teilstriche meist als schmale ebene Schichten auf die Haßstaboberfläche nach konventionellen Methoden aufgetragen.

Die klassische Methode zur Herstellung sehr fein unterteilter und genauer Maßstäbe, deren feinste Form die optischen Gitter sind, ist die Ritzung einer sehr glatten, genau ebenen Glasoberfläche durch eine Diamantspitze mittels einer Tel!maschine° Die so erzeugten Rillen in der Glasoberfläche können z.B. mit undurchsichtigem Farbstoff ausgefüllt sein.

Nach der letztgenannten Methode hergestellte Maßstäbe sind ζ.Β. durch das USA-Patent Nr. 2.720.810 bekannt, bei dem jeweils ein Ausschnitt «ines bewegten spiegelnden Maßstabes stark vergrößert auf einen durchsichtigen Maßstab abgebildet wird, hinter dem die resultierenden Lichtschwankungen photoelektrisch gemessen und al» Haß für die Verschiebung des erste» Maßstabes gezählt werden.

Die Herstellung sehr fein' unterteilter und genauer Maßstäbe* und -

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zwar sowohl der lichtdurchlässigen als auch der reflektierenden Typen, erfolgt neuerdings zunehmend nach dem photolithographischen Verfahren, das noch feinere Unterteilungen und größere Genauigkeiten ermöglicht. Es ist jedoch auch noch ziemlich aufwendig und langsam, was die danach hergestellten Maßstäbe entsprechend verteuert.

WinkelmaBstäbe zur genauen Drehwinkelmessung haben häufig die Form von Scheiben oder Ringen, die an dem Körper, dessen Drehung zu messen ist, z.B. auf einer Motorwelle, an einem Getrieberad usw., befestigt werden. Ein solcher Körper wird in vielen Anwendungsfällen großen Beschleunigungen unterworfen und ist dann zur Ver- f ringerung der Trägheitskräfte bzw. —Momente möglichst leicht ausgeführt. Für den mit ihm zu verbindenen Hinkelmaßstab, also die sogenannt Tachometerscheibe bzw. den Tachometerring, gilt dann die gleiche Forderung nach einem Möglichst kleinenzusätzlichen Trägheitsmoment und somit möglichst geringem Gewicht.

Als solche leichten Werkstoffe für lichtdurchlässige Maßstäbe haben sich bereits die farblosen durchsichtigen thermoplastischen Polycarbonate und Akrylharz- (Plexiglas-) Kunststoffe bewährt. Sie bieten gleichzeitig den Vorteil der leichten, einfachen und schnell, daher billigen Bearbeitbarkeit, verbunden mit beliebig großer, von der Preßform abhängiger, reproduzierbarer Genauig- g keit.

Durch das DBP 1.226.797 wurde nun zur Messung der linearen Verschiebung eines Körpers vorgeschlagen, das Bild eines ruhenden lichtdurchlässigen optischen Meßgitters mittels einer an diesem Körper befestigten maßstablhnllchen Spiegelanordnung aus durchsichtigem Material auf ein ebenfalls ruhendes lichtdurchlässiges Auffanggitter oder auf sich selbst derart abzubilden, daß das Gitterbild in entgegengesetzter Richtung zur Verschiebung der Spiegelanordnung über das (Auffang- oder MeB-) Gitter wandert und dadurch doppelt so viele Lichtimpulse und somit photoelektrische Impulse, also mit doppelter Meßgenauigkeit, erzeugt wie

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es bei der vorstehend genannten bekannten Anordnung der Fall ist. Die maßstabähnliche Spiegelanordnung wird durch eine Folge von quer zur Bewegungsrichtung auf der Rückseite des Maßstabkörpers nebeneinander angeordneten Dreikantprismen mit 9Ö^G-Scheitelwinkeln gebildet. Ein senkrecht durch die ebene Vorderseite des Maßstabkörpers einfallender und diesen durchquerender Lichtstrahl wird zunächst von einer um 45° gegen ihn geneigten Prismenfläche auf die benachbarte, gegen sie um 90° geneigte Prismenfläche reflektiert und von letzterer erneut, und zwar entgegengesetzt zur Einfallsrichtung, auf die Vorderfläche des Maßstabkörpers und durch diese hindurch zurück reflektiert. Diese doppelte innere Reflexion im maßstabähnlichen Spiegelkörper bewirkt zugleich Umkehrung der Bewegungsrichtung des reflektierten Strahls gegenüber der Bewegungsrichtung der Spiegelanordnung sowie Verdoppelung der Bewegungsgeschwindigkeit des reflektierten Strahls. Der vorgeschlagene Spiegelkörper besteht einschließlich der Dreikantprismen aus Glas, ist also relativ schwer sowie zwar genau aber umständlich herzustellen.

Durch das DBP 1.245.151 ist ferner für die photoelektrische Abtastung eines konventionellen Längenmaßstabes in der optischen Abtasteinrichtung eine zum Maßstab parallele, durchsichtige, gitterähnliche flache Prismenplatte bekannt geworden, deren dem Maßstab zugekehrte Fläche in mehrere, zu den Skalenstrichen des Maßstabs parallele ebene, unter verschiedenen Winkeln prismatisch gegeneinander geneigte rechteckige Teilflächen periodisch unterteilt ist. Eine der verschiedenen.gezeigten AusführÜngsformen dieser Prismenplatte enthält eine zur Maßstabebene parallele Teilfläche, die den ungestörten senkrechten Durchtritt eines Lichtstrahls durch Maßstab und Prismenplatte ermöglicht. Dieser Teilfläche ist beiderseits je eine undurchsichtige Teilfläche benachbart, die aus einer dreieckförmigen Kerbe, also aus zwei um 90° oder einen etwas spitzeren Winkel gegeneinander geneigten Prismenflächen besteht. Ein einfallender Lichtstrahl wird von einer dieser Prismenflächen total auf die zweite reflektiert und

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von dieser in eine der Einfallsrichtung entgegengesetzte Richtung zurück reflektiert, so daß im Bereich dieser Kerbe bzw. zwei Prismenflächen durch deren zusammenwirkende Reflexionen der Lichtdurchtritt durch die Prismenplatte verhindert wird, d.h. daß diese beiden Abschnitte der Prismenplatte durch innere Reflexion derselben lichtundurchlässig gemacht sind. Im genannten Ausführungsbeispiel schließen sich an diese beiden undurchsichtigen Teilflächen nach außen weitere Teilflächen an, die gegen die Maß- * stabebene unter verschiedenen anderen Winkeln geneigt sind und den durch die Prismenplatte durchtretenden Lichtstrahl in eine von der senkrechten abweichende Richtung in getrennte Licht- f empfänger ablenken. In diesem Patent wird für die Herstellung der Prismenplatte der Abtastoptik außer der konventionellen Methode des Herausschleifens aus einem Block festen durchsichtigen Materials bereits die Preßformung aus thermoplastischem durchsichtigem Material in einem Arbeitsgang vorgeschlagen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, optische Maßstäbe aus durchsichtigem Material zur Messung von linearen Verschiebungen oder von Drehwinkeln zu schaffen, die insbesondere als Winkelmaßstäbe möglichst geringe Massenträgheit besitzen, also leicht sind, die zwischen den lichtdurchlässigen und den undurchlässigen bzw. den reflektierenden und den nicht λ reflektierenden Teilen ihrer Skalenteilungen ein möglichst großes und über die ganze Breite dieser Skalenteilflachen möglichst konstantes Hell-Dunkel-Verhältnis besitzen und deren Skalenteilungen mit großer Genauigkeit, gut reproduzierbar, möglichst schnell und billig hergestellt werden können. Die Lösung dieser Aufgabe vermeidet die Nachteile der genannten bekannten optischen Einrichtungen und vereinigt ihre Vorteile, geht also aus von einem optischen Längen- oder Winkel-Maßstab aus durchsichtigem Material mit einer ebenen oder gekrümmten Lichteintrittsfläche und einer vorzugsweise ihr gegenüberliegenden Lichtaustrittsflache, die aus quer zu ihrer Längserstreckung liegenden schmalen, unter verschiedenen Winkeln, vorzugsweise 45° bzw. 90 , gegen-

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einander geneigten prismatischen Teilflächen besteht, von denen paarweise zusammenwirkende, vorzugsweise unter 90° gegeneinander geneigte Teilflächen durch mehrfache Reflexion innerhalb des Maßstabes den Lichtdurchtritt durch die Lichtaustrittsfläche verhindern und den Wiederaustritt des Lichtes aus der Lichteintrittsfläche erzwingen und von denen dazwischen angeordnete, zur inneren Lichtaustrittsrichtung senkrechte Teilflächen den ungestörten Lichtdurchtritt durch die Lichtaustrittsfläche ermöglichen, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche zusammengesetzt ist aus zu ihrer Längserstreckung vorzugsweise parallelen, quer dazu sich erstreckenden schmalen Teilflächen mit größtem Abstand von der Lichteintrittsfläche und gegebenenfalls aus dazwischen angeordneten, vorzugsweise parallel versetzten Teilflächen mit kleinerem Abstand von der Lichteintrittsfläche sowie aus mindestens einer, zwischen jeweils zwei der parallelen Teilflächen angeordneten, gegen letztere vorzugsweise um +45° bzw. -45° geneigten Teilfläche, die das Licht entweder durch eine andere Lichtaustrittsfläche hindurch oder zusammen mit einer zu ihr senkrechten 45°-Teilfläche zur Lichteintrittsfläche zurück reflektiert.

Der erfindungsgemäße Maßstab ist zwecks symmetrischer Aufteilung der Skala in gleiche lichtleitende und lichtsperrende Skalenteile so ausgestaltet, daß die Projektionen der 45°-TeiIflachen der Lichtaustrittsfläche vorzugsweise gleiche Breite haben wie die parallelen Teilflächen.

Ferner können zwecks ein- bzw. zweifacher Strahlumlenkung um 90° bzw. 180¹
ordnet sein.

90° bzw. 180° eine bzw. zwei zusätzliche Reflexionsflächen ange-

Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen optischen Maßstabes an Hand von Zeichnungen genauer beschrieben. Von letzteren sind

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Fig. 1 schematises vergrößerter Teil-Längsschnitt durch einen erfindungsgeaäfien Längennaftstab mit näanderartigem Querschnitt der Liehtauetritt»fläche?

Fig. 2 vergröBerter Teilausschnitt aus Fig. Ij Fig. 3 scheaatische vergröfierte perspektivische Ansicht

eines erfindungsgeaäfien Wlnkelaafistabes in Zylinderform sdt innerer Lichtaustrittsfläche;

Fig. 4 Axialschnitt durch einen zylindrischen WinkelaaB-stab alt auBenkegelfuraigen Lichteintritte- und Lichtaustrittsfliehen sowie «it einer zusätzlichen innenzylindrischen Reflexionsfläche;

Fig. 5 Axialschnitt durch einen zylindrischen WinkeiaaB-stab alt aufiensylindrischen Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen sowie »it zwei zusätzlichen innenkegelfOraigen Reflexionsflächen;

Fig. 6 Axialschnitt durch einen scheibenföraigen Winkel-

aaftstab Bit je zwei konzentrischen, kreisringföraigen Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen, letztere ait winkelversetzten Skalenteilungen, auf beiden Stirnflächen;

Fig. 7 'Teilausschnitt eines Horizontalschnitte inHöhe der inneren Skalenteilung nach Fig. 6;

Fig. 8 Axialschnitt durch einen ringscheibenfOraigen

WinkelaaSstab alt einer innenkegelföraigen Lichteintrittsfliehe, einer aunenkegelföraigen Lichtauetritts fläche und einer zusätzlichen kreisringfureigen Rsflexionsflache;

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BAD ORIGINAL

_ & _β

Fig. 9 Axialschnitt durch eine» ringsch'@ibenfurmigen

Wlxikeliiaßstab rait »?ei koss^entrisehe» kreieringförmigen Lichteintritts- bsw. Lielitaiisteittsflächen auf einer Stiraflädh© sewi© mit awei zusätzlichen,

innen- bsw. außenkegelföraigee Rs fl@2d.ons flächen ι

Fig. 10 üxialschnitt dsrefe eiaea scheibenföoaig@B Winkel-

raaSstab mit 3© eiaar aufienzyliadrischen Lichteintritts- nand Liefe taEBtri tts fläche, je einer konzentrisches kreisriagföraigeB Liehteintritts- und Lichtaas tsl tts fläche S(Q»ie mit einer geraginsaüteii iaaealsegelförasigea Beflexionsfläche f

Fig. 11 sdtematisefaer wergröBerter TeillSagsschaitt durch

eiaea Läageamaßstafe adt eagleicliaäßiger Slsalesitei-

Fig. 12 eefecM&xtiseh© -^ergr5S@rte perspelstivische Teilansicht

e±B@s MageanaSstabes ait eiaer gemeiasaaieii rechteckigen LIeSi telstri tts fläche und mei ssueinaader senkreditea Liehtaasferittsflächen, vob denen die eine !Enar Lieh teintri tts*£ lache parallele Lichtaus-

tritteflache darch gegen sie unter 45° geneigte

end qaer zur Magsriehtöag des Maßstabes abgeordnete BeflexioasfllAea der Skalenteilung asahaföreig ua"· terbrocheia ist.

An Ausführungsbeispiel eiaee L&ageMEaSstabes sei aunächst Form und Wirkungsweise des erfindungsgeiiSBsn optischen Maßstabes erläutert, von dem Fig. 1 eines vergrößertem Teilläagaschaitt■zeigt. Der Maßstabkörper 10 besteht aus durchsichtigem Material» z.B. Glas oder vorzugsweise aus einest wesentlich leichteren durchsichtigen thermoplastischer Kunststoff^ wie Polycarbonate ©der Akrylglas (Plexiglas) . Diese Kunststoffe kdnnen ait einer im wesentlichen von der Preflforn abhängenden reproduzierbaren Genauigkeit in sehr wirt-

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schaftlicher Weise in einem Arbeitsgang verarbeitet werden. Der «η einem Meßobjekt befestigte und zusammen mit diesem in Längsrichtung verschiebbare Maßstab 10 wird nach Fig. 1 auf einer Seit® von der Lichteinfallfläche 11 begrenzt, durch die hindurch als gestrichelte Linien 12, 13, 14 angedeutete Lichtstrahlen einer nicht dargestellten optischen Abtasteinrichtung bekannter Art vorzugsweise senkrecht in den Körper 10 eindringen in Richtung auf die der Lichteintrittsfläche 11 gegenüberliegende Lichtaustrittsfläche 15. Letztere trägt die in der Praxis sehr feine Skalenteilung, die .in Fig. 1 der Deutlichkeit wegen sehr stark vergrößert dargestellt ist, Die quer zur Längsrichtung des Maßstabes 10 sich erstreckenden und daher in Fig. 1 nur im Schnitt erscheinenden einzelnen Skalenteilstriche sind erfindungsgemäß.als einzelne schmale,, zur Lichteintritts fläche 11 vorzugsweise parallele und von ihr weiter bzw. kürzer entfernte Teilflächen 30*· bau. 30" sowie als zwischen diesen angeordnete, gegen die Lichteintxitts«· fläche 11 vorzugsweise unter +45° bzw« -45° geneigte prismatische Teilflächen 20' bzw. 20^M ausgeführt.

Auf einem 1. Lichtweg trifft ein-durch die.Liehteintrittsfläche 11 senkrecht einfallender-Lichtstrahl.13 in der in Wig® i gezeichneten Stellung des Maßstabes 10 auf dessen innere 45^o»FIädäe-.2G^e" und wird von letzterer total reflektiert in Richtung 21 auf die zur Teilfläche 20" rechtwinklige 45°-Fläch© 20', die den Lichtstrahl erneut total reflektiert in der zur Einfausrichtung 13 parallelen, aber entgegengesetzten Richtung 22, Der Lichtstrahl verläßt also den Maßstab 10 wieder durch die Lichteintrittsfläche 11 hindurch, und zwar gegenüber dem einfallenden Strahl 13 in Längsrichtung des Maßstabes 10 um durchschnittlich zwei Skalenteile versetzt (minimal 1, maximal 3 Skalenteile, je nachdem, welche Stelle der 45°-Tellfläche 20* V gerade von dem einfallenden Lichtstrahl 13 getroffen wird).

Wenn der Maßstab 10 gegenüber dem einfallenden Lichtstrahl 13 in Längsrichtung so verschoben 1st, daß dieser durch die Lichte-ixifallflache 11 hindurch zuerst auf eine zur 45°-Teilfläche 20" senk-

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rechte 45°-»Teil£läetie 20■ trifft, Lichtstrahls 22 eifmiirat^ daiia verläuft d©r 1« £idnte7©g ia ©Iner zur gezeichneten Sichtung 13_B 22, _p 22 eatg©g@ag@s@tstQsa aiehtuisg, d.h. der austr©tead@ Mefetstora&l 22 iot damm pgsaÄtr did© ©lafallenden Strahl 13 Ia eatf©f©jag@s@tstcss· Ücäafeag,? als© saaeh link versetzt» und sw©?? ©Sb<ga£a.!ls isa cliirchsohiaittliGfe gt7Gi Skalisataile

Der AKStrittsb©E€'ie!i ü@m ä©pp©lt sowl© der EiBt^ifeisslser^iela <fi®s strahle 13 ersteeolsfe oiefe d©E®aefe

45*^li'-Te£lflSch@ 20° ©üqs §ö^d0 uafi ©istspsielit souit d@a el

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relelie 34 swisefeoa

Auf eisen 2₀ LtQhUm^ tsrifft sssefe Fig« 1 <§1js drareli di© trlttßfllclüe Il s©sfee<gfet ©iafallcsMcis¹ MeSitstsalil 13 eäoi? 14 nerhalb dee Maßstabs 1© q£jsq see· JFIEdSs© 13. iF©s?sögsu@is@ pa^ali feilflScfee 30' ©äos- S®°⁸ ässr EÄefetaöStoäfefcsflllcfee 15-mä tsitt durch letstei?© i®, trorsrngsutsi©© imw®sMi&d®Et®% &m nach usafcem pkCo Dd© EÜfliefeesi Zlastrifet©fe©r©i©Si© d@s strecken, sieh ale© laatQE-fealo j©da^ ^©IlsfeiMigaS

30° wsiä 30" ° als ⁰S

Die TeilfIäeh©Ei 30" si 30^B0 IiicliteistrittsfHelles 11 ©.tefsis geneigt seliu Ogr aiasteefegsaiä©

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empfängern aufgefamgea w®su®ao

Es sei aisfejaoaEesρ «laß LiefebelßtrifetöfJJIeli© 11 zueinander derart

Maßstab 10 umü ©ia sq Mstast-Mohtstsafel siefe

Docfe-st BO §S© 01S

Stellungen 12, 13, 14 und 22 übergeht. Wenn der Lichtstrahl die zur Lichteintrittsfläche 11 parallele Teilfläche 30* schneidet und durchdringt, wobei er durch die Stellung 12 geht, so erscheinen auf der Oberseite 11 des Mafistabs alle schraffierten Flächenbereiche 33 und nicht schraffierten Bereiche 32 dunkel sowie auf der Unterseite 15 nur der Lichtaustrittspunkt im "hellen" Bereich 34 unterhalb der genannten Teilfläche 30* hell, dagegen alle anderen unschraffierten Bereiche 34 und schraffierten Bereiche 31 dunkel, überstreicht der Lichtstrahl danach die 45°-Teilfläche 20»' wobei er durch die Lage 13 geht -, so wird er von den 45°-Flächen 20'· und 20* z.B. als Strahl 21 und 22 in Richtung der Strahlverschiebung voraus durch die Lichteintrittsfläche 11 hindurch zurück * reflektiert, so das nur auf der Maßstaboberseite der jeweilige Lichtaustrittspunkt im "hellen" Bereich 32 oberhalb der genannten 45°-Fläche 20' hell erscheint, wogegen alle anderen nicht schraffierten Bereiche 32 und schraffierten Bereiche 33 sowie auf der Unterseite sämtliche Bereiche 31 und 34 dunkel bleibest Danach überquert der Lichtstrahl die zur Oberseite 11 parallele Teilfläche 30*' - wobei er die Ewlschensteilung 14 einnimmt - und durchdringt sie zugleich, so d«6 nur auf der Unterseite der Lichtaustrittspunkt innerhalb des "hellen" Bereichs 34 unterhalb der genannten Teilfläche 30" hell erscheint, während alle anderen Bereiche 34 und 31 der Unterseite sowie 32 und 33 der Oberseite dunkel bleiben. Wenn der Lichtstrahl schließlich - mit einer ZwI- Ut schenstellung 22 - die 45°-Teilfläche 20* fiberstreicht, so wird er von dieser entgegen der Richtung der Strahlverschiebung reflektiert und von der 45 -Fläche 20" nochmals durch die Lichteintrittsfläche 11 hindurch zurückreflektiert, wodurch jetzt nur der jeweilige Lichtaustrittspunkt im "hellen" Bereich 32 oberhalb der genannten 45°-Fläche 20*' hell erscheint, dagegen alle anderen Bereiche 32 und 33 der Oberseite sowie 31 und 34 der Unterseite dunkel bleiben.

Für Längenmessungen mit diesem erfindungsgemäßen optischen Mafistab 10 nach Flg. 1 kann in der nicht dargestellten optisch-photoelektrischen Abtasteinrichtung entweder der zur Oberseite durch die

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Lichteintrittsfläche 11 hindurch zurück reflektierte Abtaststrahl oder der den Maßstab durchquerende,,, auf der Unterseite austretende Abtaststrahl ausgenut&t werden ©der es können beide Austrittsstrahlen gleichseitig asur Messimg verwendet werden.-D.h.. aber, daß der erfindungsgemäße optische Maßstab sorohl als Iiehtduretilässiger als auch als raflektiereader Maßstab verwendet werten kann« Bei 8einer Verwendung als reflektierender Maßstab ist su berücksichtigen, daß der Abtaststrahl -von jeweils sswei benachbarten 45°-Teilflachen 20' und 20'' längs des Maßstabes In entgegengesetzte Richtungen· reflektiert wird und beide,.innerhalb zweier benachbarter "heller" Bereiche 32 auftretende Auetrlttsstranlen-von zwei bei» derseits d@r den Abtaststrahl lieferaete» Lichtquelle .entsprechend räumlich versetzten Liefe teiipfängera auf gefangen werden müssen, da ein einziger Lichtempfäager jsur die Hälfte der abgetastetem 45°- Flächen erfassten würde. Bei einer Verwendung dieses Maßstabs als lichtdurchlässiger MaSstab geäugt dagegen ein einziger, in !Richtung des Abtaststrahls auf der -öaterseite angeordneter Lichtdetektor zur Erfassung aller zur Lichteintrittsfläehe 11 parallelen Teilflächen 30' raid 30"¹O - Elise aader© aoch sn beschreibende Ausführungsfonü des LämgeaiBaßstabeg nach F±g„ 12 ermöglicht es jedoch auch bei seiner Verweiiöraig als reflektierender Maßstab/ but einen ' einzigen * Lieht@ntpfänger zn" benutzen*

Nach Fig* 1 aus den bereits geoaaatea dnurehsldhtige» thermoplastischen Kunststoffen_p wie Poiycarboaaten oder ÄJsrylharzen, durch Warmpressen hergestellte optische Maßstlbe mit ebeaea, glattem und sauberen Teilflächen 20 wid 30 der £>ichtaus tri tts fläche 15 weisen ein gutes Hell-Dimkel-VerliSltisis voa etwa iCOsl auf. Bei einem durch Warmpressen hergestellten Werkstück ist die Glätte seiner " Flächen meistens erheblich besser als die der Preßform, da der thermoplastische Werkstoff sich an -der Oberfläche schon eher verfestigt, bevor er in die kleinsten Rillen und Unebenheiten in der Oberfläche der Preßform eindringe»" kann_§ im Gegensatz zum Fonagieß» verfahren mit flüssigem Werkstoff«

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Das WarmpreBverfahren hat allerdings den Nachteil, daß Ecken bzw. Kanten des Werkstücks nicht ganz scharf ausgeformt werden, sondern immer leicht verrundet sind, wie es ein in Fig. 2 dargestellter vergrößerter Teilausschnitt aus Fig. 1, und zwar mit der Ecke 35 zwischen der vom Lichtstrahl 14 geschnittenen Parallel-Teilflache 30" und der von den Lichtstrahlen 21 und 22 berührten 45°-Teil- * fläche'2O¹, zeigt. Nach Fig. 2 wird angenommen, daß die vergrößert als Rundung erscheinende Ecke 35 von einem Äbtastlichtstrahl überstrichen wird, der nacheinander in die Stellungen 36/ 37 und 41 übergeht. In der Stellung 36 trifft der Lichtstrahl auf die Teilfläche 2O^S, die gegen die Lichtaustrittsfläche 15 um den Sollwert 45° geneigt ist. Für das verwendete durchsichtige thermoplastische Material des Maßstabs 10 ist eine Toleranz dieses Winkels 45° von beispielsweise 2Θ « + 2 zugelassen, der beiderseits des Lichtstrahls 36 angedeutet ist, die aber für andere thermoplastische Werkstoffe auch andere Werte haben kann. Infolge dieser Toleranz des Neigungswinkels zwischen 43° und 47° kann der von der Fläche 20' reflektierte Lichtstrahl 3Sa von der Horizontalen ebenfalls um maximal * 2° abweichen, die beiderseits .dieses. Strahl 36a .angedeutet sind. Wenn nun. der Abtas-tstrahl sich in den Bereich der Krümmung 35 und In die Stellung 3? bewegt«, so verläßt er den Bereich der totalen inneren Reflexion .und tritt durch die Krümmung 35 hindurch unter einem entsprechenden Brechungswinkel z.B. als Strahl 38 aus. Ein in Verlängerimg 40 des Strahls 37 bei 39 angeordneter Lichtempfänger wird jedoch vom gebrochenen Strahl 38 noch nicht getroffen. Erst wenn der Lichtstrahl 37 einen bereits nahezu horizontalen Teil 43 der Krümmung 35 erreicht, ist der austretende Strahl nahezu senkrecht imd trifft den darunter befindlichen Lichtempfänger 39. In der Stellung 41 durchquert und verläßt der Äbtaststrahl schließlich die horizontale Teilfläche 30'· und betätigt den nun in der Stellung 42 befindlichen Lichtempfänger. Auf einen In Verlängerung des AbtastetrahIs an der Unterseite des Haßstabs angeordneten Lichterapfanger, bleibt also der größte Teil der Krümmung 35 ohne Wirkung und wird erst ganz kurz vor ihrem übergang in die horizontale Fläche 30" wirk-

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Docket BO 969 019

sam. Für die Abfühleimrichtaag erschoiat deaaaefe die Ecke 35 wesentlich schärfer als sie in Wirtsiiehkoit ist. Da la der Praxis die Radien der Eckea^@Exundiajig@si 35 kl@ia gehalt©», werdea können, hat sieh ifer Eiaflni auf dl@ £üi£lasaag.öad ©maalgkeit der aus thermoplastische© Material g©g>r@§t<3s MaSsfcSb© als sieht nachteilig erwiesen ,>

Gemäß Pig. 2 ward© aniets steg· liaflraS vom fe©fe©s$s©£tsa 44 ums 20⁸ in "der Gröiemss'daiasiif &qk Ifell@ialSag© öqs dis unter den Mikroskop gut sidhtfeas" wss®m_e «isfcQstmefot ebeiAeiten

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Einfluß dee so eteeli Bs®<§t&wkf§ f©S";sr@©tQsa läiefefcaatQils asaf LichteBpfSnger ka©sa

unterhalb eines öestJjast©® S<slat-?@ils®c7Gfft@s &©s©£ti siehtlge Scäutzsciiiclat®® ant äQm £ü©ßotSlbssi_ff S₀B₀ g©g@si

das Hell-Dimkel^^orfeälfesiis Sa@ffa© vmü siad desSaalfe ©ss" Mt

Vorsicht

Eine aögewaadelte Aus£!tam§sf@2® 4qo sasüfQSEMißsfeabes ©©,©& Fifo I ist In Pig_a Ii dargest®lIt_Q ö@rt sisiei st7i©efe@© j spoils sc^oi oberen ULeIi teiatri tts flä^i© 18! pasall©l©ia S^ä@iag2Seli©si SSSj, E der imterec Liclatans te!fete fM@Iie Eisfej? als mws ©iia© 4 S. <=?Ml<glaQ s ordnet, beispielsweise oiaiesteans su©! gegea die iLielatoiatsitfe flieh® 181 im +45° geneigte Fii<Ä©s IBl wmü s^joi wmtais °4S §©· neigte Flächen 132 mit elasa frlgEaaseladit®! äi§ fese?» st?©i scheitel 184 dazwIsÄeB« Ujatssirfecaib ä®% aEf©£a^aiQ^f®2.gosd@a 45°= Fliehen 182 end 13? erstree!s©a siÄ araf der össt©ffaeit© ä.es Maßstabs 180 der jeweiligen Änxalsl· iieser Flielicg® GsstspjQeSi^ffiätSe liebem auch unterschiedliel firols ^aä®©klQ° lo^Qiols© 103 oberhalb dsr Lieh teiatri ttsf llclie-- !©2. οικ©& gÄE-afgnECia geksmnseiehnet» Mur in den daziriecli©a liegeadea Isass©© ^li©!!©®⁶¹¹ Bsroiehe» uraterhalb d®r horlsoatalea flSAeis ISS sad 2ii tritt Licht aacfe

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aus und wird dort vom (nicht gezeichneten) Lichtempfänger erfaßt. Wegen der unvermeidlichen Verrundung der Prismenscheitel 184 und 189 tritt auch durch diese etwas Licht aus, aber dieser Mangel der unscharfen Scheltelkanten kann durch Herabsetzung der Empfindlichkeit des Liehtempfängers unterhalb eines entsprechenden Schwellenwertes beseitigt werden. Die Verteilung der Infolge der doppelten inneren Reflexionen an den 45°-Flachen auf der Oberseite 181 des Maßstabes 180 wirksamen "hellen" und "dunklen" Bereiche 1st spiegelbildlich zu der für die Unterseite gezeichneten, ähnlich der spiegelbildlichen Verteilung der Bereiche beim Maßstab IG nach Fig. 1. Außer bei den 45°-Flächenbereichen kann auch bei den horizontalen Flächen 185, 188 die Breite unterschiedlich ausgeführt sein und neben der Messung z.B. zur Adressierung bestirnter Stellen des Maßstabs herangezogen werden.

Eine zweckmäßige weitere Ausführungsforn eines erfindungsgemäßen Längenmaß«tabes zeigt in perspektivischer Darstellung Fig. 12. Der Maßstab 190 weist eine rechteckige Liehteintrittsfläche 194, eine zu ihr in wesentlichen parallele Lichtaustrittsfläche 195 und außerdem eine zu beiden Flächen rechtwinklig angeordnete zweite rechteckige Lichtaustrittsfläche 201 auf. Die erste Lichtaustrittsfläche 195 ist quer zu ihrer Längsrichtung kammartig periodisch unterteilt durch quer zu ihrer Längsrichtung sich erstreckende und unter 45° quer zu ihrer Längsrichtung geneigte Teilflächen 197, die vorzugsweise gleiche Breite wie die parallelen Teilflächen 195 haben. Ein von einem Lichtsender 191 gelieferter Abtastlichtstrahl 192 trifft in der gezeichneten augenblicklichen Relativstellung zum Maßstab 190 senkrecht auf eine Austrittsfläche 195, durchdringt sie in unveränderter Richtung*196a und betätigt einen Lichtempfänger 196. Ein um eine Skalenteilung parallel versetzter zweiter Abtaststrahl 193 trifft dagegen auf eine 45°-Fiäche 197, wird von dieser unter 90° senkrecht durch die zweite Lichtaustrittsfläche 201 hindurch total reflektiert und als Austrittsstrahl 200 von einem zweiten Lichtempfänger 199 erfaßt. Nach einer Relativverschiebung des Maßstabes 190 um eine Skalenteilung trifft der erste -

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Abtaststrahl auf eine 45°-Fläche 197 und wird von ihr als Strahl

198 senkrecht nach unten reflektiert, jetzt ohne weitere Wirkung. Gleichzeitig trifft nun der zweite Abtaststrahl 193 ein© Parallelfläche 195 und durchdringt sie in unveränderter Richtung, ebenfalls ohne weitere Wirkung. Bezüglich des ersten Abtaststrahls 192 und des ersten Liehtempiängers 196 wirkt der Maßstab 190 somit als lichtdurchlässiger Maßstab sowie hinsichtlich des zweiten Abtaststrahls 193 und des zweiten Lichtempfängers 199 zugleich als reflektierender Maßstab. Da alle 45°-Flächen 197 dieses Maßstabes einheitlich gleiche Richtung haben, im Gegensatz zu den beiden zueinander senkrechten Arten von 45°~Fiächen 20' bzw. 20·· der Fig. 1, sind sie sämtlich allein von dem zweiten Liehtempfanger

199 erfaßbar. Gegenüber der Anordnung nach Fig. 1 ist demnach unterhalb der zweiten Lichtaustrittsfläch® 201 kein weiterer Lichtenpfanger erforderlich. . ·

Bei Längenmaßetäbea xur digitalen Messung von linearen Verschiebungen sind die Skalenteilungen üblicherweise - wie auch im wesentlichen die vorstehend beschriebenen, erfindungsgemäß als räumlich gegeneinander versetzte Flächen ausgeführten Skalenteilungen in einer Ebene parallel zueinander und quer zur Längsrichtung des Maßstabes angeordnet.

Bei Winkelmaßetäben zur digitalen Messung von Drehwinkeln werden je nach Form und Anordnung der sich drehenden Körper, an denen diese Winkelmaßetäbe befestigt sind, unterschiedliche Anordnungen der Skalenteilungen auf diesen Maßstäben verwendet* So können die Teilstriche der Winkelskalen z.B. radial auf einer ebenen Kreis- oder Kreisringfläche oder axial auf einer Zylindermantelfläche oder radial auf einer Kegelmantelfläche angeordnet sein. Auch die erfißdungsgemäße räumliche Ausbildung von Skalenteilungen, wie sie vorstehend an Hand einiger Ausführungsbeispiele bei Längenmaße t&ben beschrieben wurde, ist grundsätzlich auf. dies® bekannten Anordnungen bzw. Formen von Winkelskalen anwendbar. Entsprechende Ausführungebeispiele von erfindungsgemäßen WinkelmaSstäben ergeben

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sich daher, wenn die bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Längenmaßstäbe als gestreckte Abwicklungen der bekannten, mehr oder weniger gekrümmten Winkelskalenformen betrachtet werden.

Nicht nur Kreisbewegungen können mittels entsprechender kreisförmiger Maßstäbe bzw. Skalenteilungen gemessen werden. Auch z.B. elliptische, parabolische, hyperbolische usw. Bewegungen können mittels entsprechend verformterLängenmaßstäbe oder in ' entsprechender Form gepreßter Maßstäbe gemessen werden.

Aus der in Fig. 1 gezeigten Form eines erfindungsgemäßen Längen- f] maßstabes ist das Ausführungsbeispiel eines Winkelmaßstabes in Zylinderform nach Flg. 3 abgeleitet. In perspektivischer Darstellung ist die rohrförmige Armatur 50 eines Motorankers gezeigt, in welcher der Winkelmaöstab 51 in Form eines Zylinderringes mit äußerer zylindrischer Lichteintrittsfläche 52 und Innerer Lichtaus-trittsflache 56 befestigt ist. Der Maßstab 51 1st aus durchsichtigem thermoplastischem Kunststoff gepreßt, daher bedeutend leichter als ein aus Glas hergestellter und weist eine entsprechend geringere Massenträgheit auf« Die Lichtaustrittsfläche 56 besteht analog dem Längenmaßstab nach Fig. 1 aus den zur Lichteintrittsfläche

52 parallelen Teilflächen 58a und 58b sowie aus den gegen letztere

um 45° geneigten Teilflächen 57a und 57b. Ein von einer Lichtquelle ^

53 außerhalb der Lichteintrittsfläche 52 gelieferter Abtaststrahl 60 durchdringt letztere senkrecht, wird von der 45°-Fläche 57a rechtwinklig auf die 45°-Fläche 57b und von dieser nochmals rechtwinklig totalreflektiert, so daß er die Lichteintrittsfläche 52 mit entsprechender tangentialer Versetzung wieder senkrecht verläßt und auf einen Liehtempfanger 55 trifft. Wenn nach entsprechender Drehung des Winkelmaßstabs 51 der Abtaststrahl 60 auf eine 45°-Fläche 57b trifft, wird er von dieser in tangential entgegengesetzter Richtung auf eine 45°-Fläche 57a reflektiert und von letzterer durch die Lichteintrittsfläche 52 hindurch auf einen auf der anderen Seite der Lichtquelle 53 angeordneten zweiten

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Lichtempfänger 54 reflektiert. Bezüglich dieser Abtasteinrichtung 53, 54, 55 arbeitet der Winke!maßstab 51 somit als reflektierender Maßstab. Wenn in einer anderen Winkelstellung des Maßstabs 51 der Abtaststrahl 60 auf eine zur Lichteintrittsfläche 52 parallele Teilfläche 58a oder 58b trifft, so durchsetzt er diese in unveränderter Richtung und wird Innerhalb der Lichtaustrittsfläche 56 von einem dritten Lichtempfänger 61 erfaßt. Gegenüber der Abtastanordnung 53, 61 wirkt der Winkelmaßstab 51 also als lichtdurchlässiger Maßstab.

Bei kleinem Durchmesser der innenzvlindrlsehen Lichtaustrittsfläche 56 und dadurch beschränkten Platz, für d©a dritten Lichtempfänger 61 kann letzt-^er awcfe außerhalb der Licht@lntri.ttsflache 52, und zwar diametral gegenüber der Lichtquelle S3, angeordnet werden. Der Deutlichkeit wegen ist die letztgenannte Anordnung getrennt dargestellt als selbständige Abtasteinrichtung, bestehend aus der Lichtquelle 62 und dea ihr gegenüber in Durchmesserrichtung angeordneten LJLehteiapfäager 63. Voraussetzung ist? daß sich jeweils zwei der zur Llchteintrittsfläefie parallelen Teilflächen 58a oder 58b oder, wie in Fig. 3 gezeichnet, eine Fläche 58a und eine Fläche 58b diametral gegenüberstehen.

Ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfiBdungsgeaäßea Winkelmaßstabes, bei dem gegenüber Fig* 3 die Lichtaustrittsflache ebenfalls als äußere Zylindermantelfläche ausgebildet ist,- seigt Fig. im Axialschnitt. Von der äußeren Zylindermantelfläch© das Winkelmaßstabes 82 dient der eine ringförmige Teil 33 als Lieht@intritts» fläche, während der andere Teil 89 als Lichtaustrittsflache in der Art der in Fig. 1 gezeigten Lichtaustrittsfläche 15 mit in der äußeren Zylinderfläche liegenden oder dazu parallelen Teilflächen und mit gegen diese um 45° geneigten Teilflachen ausgebildet ist. Ferner sind am Rand der inneren Zylindermantelfläche 92 zwei gegen die Achse des Winkalmaestabes 82 um 45° geneigte ausätzliehe, kegelstumpfmantelförmlge Reflexionsflächen 85 und 86 vorgesehen, die einen von der Lichtquelle 80 gelieferten Abtaststrahl 84 je

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um 90° zuerst in Richtung 87 und dann in Richtung 88 umlenken. Durch die in der äußeren Zylinderfläche liegenden oder zu ihr parallelen Teilflächen der Lichtaustrittsfläche 89 hindurch gelangt der Abtaststrahl als Strahl 90 in den Lichtempfänger 81, während er von jeweils zwei 45°-TeiIflachen der Lichtaustrittsfläche 89 total zurückreflektiert wird in die Richtungen 88, und 84 durch zwei.Punkte der Lichteintrittsfläche 83 hindurch, die beiderseits der Lichtquelle 80 tangential versetzt sind. Für die Abtasteinrichtung 80, 81 wirkt der Winkelnafistab 82 also als lichtdurchlässiger Maßstab. Seine Befestigung an einem drehbaren Meßobjekt kann ohne Beeinflussung der inneren Strahlengänge mit (| Hilfe der inneren Zylinderfläche 92 oder der Seitenflächen 93 bzw. 94 erfolgen.

Wenn in Fig. 5 der Abstand 87 zwischen Lichtquelle 80 und Empfänger 81 zu klein ist, so kann eine Verbreiterung des Winkelmafistabes und eine damit verbundene Vergrößerung seiner Masse und somit seines Trägheitsmomentes vermieden werden durch eine Ausführungsform nach Fig. 4. Wie der Axialschnitt des Winkelmafistabes 65 zeigt, wird eine Spreizung zwischen eintretendem und austretendem Abtaststrahl um einen Winkel von 90° und somit mehr Platz für die Lichtquelle 75 und den Lichtempfänger 76 erreicht, indem die Lichteintrittsfläche 71 und die Lichtaustrittsfläche 74 als gegen die Achse 72 um 45° geneigte Kegelstumpfmantelflächen am Rande der äußeren Zylindermantelfläche ausgebildet sind. Der mittlere Teil 70 der inneren Zyllnderraantelflache wirkt dann als zusätzliche Reflexionsfläche für die 90°-Ualenkung des Abtaststrahls. Dieser Abtaststrahl aus der Lichtquelle 75 durchdringt senkrecht die kegelige Lichteintrittsfläche 71 und wird an der Reflexionsfläche 70 um 90° in die Richtung 73 senkrecht auf die Lichtaustrittsfläche 74 »gelenkt. Letztere besteht wieder wie die der Fig. abwechselnd aus in der Fläche 74 bzw. parallel dazu liegenden Teilflächen bzw. zu letzteren um 45° geneigten Teilflächen. Trifft der Abtaststrahl eine der erstgenannten Teilflächen, so durchdringt er diese in unveränderter Richtung und wird als Strahl

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vom Lichtempfänger 76 erfaßt, Trifft der Abtaststrahl jedoch eine der 45°-Teilflachen der Lichtaustrittsfläche 74, so wird er von dieser und der benachbarten 45°-Fläche in der bereits beschriebenen Heise zur Lichteintrittsfläche ohne weitere Wirkung zurückreflektiert. Die Befestigung des Winkelmaßstabes 65 kann mit Hilfe der äuBeren Zonen 68 bzw. 69 der inneren Zylindermantelfläche oder mittels der Seitenflächen 66 bzw. 67 erfolgen.

Ein AusfUhrungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Winkelmaßstabes bei dem die Skalenteile der Winkelskala radial auf einer ebenen Kreisfläche bzw. Kreisringfläche angeordnet sind, ist im Axialschnitt in Fig. 6 dargestellt. Der Winkelmaßetab 100 hat die Form einer mittels Axialbohrung in einfachster Weise am Meßobjekt 101 zu befestigenden flachen Kreisscheibe, deren eine ebene Stirnfläche 105, genauer deren zwei äußere konzentrische, kreisringförmige Zonen zwei Lichteintrittsflächen darstellen. Die entsprechenden beiden Lichtaustrittsflächen 107 und 108 werden von den beiden äußeren konzentrischen, kreisringförmigen Zonen auf der gegenüberliegenden ebenen Stirnfläche gebildet. Beide Lichtaustrittsflächen 107 und 108, werden wieder wie die der Fig. 1 abwechselnd aus in der Stirnfläche liegenden bzw. zu ihr parallelen Teilflächen und gegen diese um + 45° geneigten Teilflächen gebildet. Zwei Abtaststrahlen 106 aus zwei Lichtquellen 102 durchdringen senkrecht die Lichteintrittsfläche 105 und die durchsichtige Scheibe 100 und werden entweder von den zur Stirnfläche parallelen Teilflächen der Lichtaustrittsflächen 107, 108 zu den Lichtempfängern 103 durchgelassen, die dann einen gemeinsamen Auswerter 104 steuern, oder die Abtaststrahlen werden von den 45°-Teilflächen zur Lichteintrittsfläche 105 ohne weitere Wirkung zurück reflektiert. Hinsichtlich beider Abtasteinrichtungen 102, 103 arbeitet der Winkelmaßetab 100 demnach als lichtdurchlässiger Maßstab.

Die Skalenteilungen beider Lichtauetrittsflachen 107 und 108 können gemäß der aus dem Schnitt 7-7 in Fig. 6 sich ergebenden gestreckten Abwicklung Fig. 7 um einen bestimmten Winkel gegeneinander ver-

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setzt sein, wie aus der Lage der 45°-Tei!flächen 107a und 108a sowie der "dunklen" Bereiche 111 und 112 zu ersehen ist. Die beispielsweise angenommene Phasenverschiebung der beiden gegeneinander versetzten Skalenteilungen beträgt 90°, da die Ecken zwischen benachbarten 45°-Flachen und horizontalen Teilflächen der einen Skalenteilung mit den Mitten der Teilflächen der anderen Skalenteilung übereinstimmen. Die zu den einzelnen Stellen der Skalenteilung bzw. der Teilflächen gehörenden Phasenwinkel sind im rechten Teil der Fig. 1 an den senkrechten Linien 115 bis 120 in Form der den beiden Bewegungsrichtungen entsprechenden Phasenwinkel O° bis 360° angegeben.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Winkelmaßstabes 160, bei dem der geradlinige Strahlengang der Fig. 6 um 90° geknickt ist, un die linke Stirnfläche von Abtasteinrichtungen frei zu. machen, 1st in Fig. 10 angegeben. Auf der rechten ebenen Stirnfläche 162 bildet nur die äußere von zwei konzentrischen Kreisringflächen eine Licht- · austrittsfläche 165 der beschriebenen erfindungsgemäßen Art, während die benachbarte innere Kreisringfläche eine Lichteintrittsfläche darstellt. Beiden Kreisringflachen horizontal gegenüber liegt eine an die gegenüberliegende linke Stirnfläche anschließende; um 45 axial geneigte zusätzliche Reflexionsfläche 166 in Fora einer inneren Kegelmantelfläche. Mit den genannten beiden Lichteintritts- und Lichtaustrittsflächen auf der rechten Stirnfläche 162 arbeiten zwei ringförmige Abschnitte 163 und 164 von der äußeren Zylindermantelfläche des Scheibenkörpers 160 zusammen. Von letzteren ist der Abschnitt 163 eine Lichteintrittsfläche und der Abschnitt 164 eine Lichtaustrittsfläche der beschriebenen erfindungsgemäßen Art. Ein axialer Abtaststrahl der Lichtquelle 167 wird von der zusätzlichen Reflexionsfläche 166 radial in Richtung 168 auf die Lichtaustrittsfläche 164 am äußeren Zylindermantel reflektiert und gleichzeitig wird ein radialer Abtaststrahl der Lichtquelle 172 senkrecht zur Lichteintrittsfläche 163 auf die Reflexionsfläche 166 geworfen und von dieser bei 173 axial in Richtung 174 auf die Llehtaustrlttsflache 165. reflektiert. Wenn die Lichtstrahien 168 bzw. 174 gerade

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auf eine der zu den Lieh taue tri tts fläche» 164 b-zw. 165 parallele Teilfläche treffen, so durchqueren sie diese ohne ßäeh&ungsänderung und betätigen als Strahl 1.70 bat. 176 den iletiteapfänger bzw. 175; treffen diese Strahlen dagegen auf 45°«-T©£Ifliehen, so werden sie ohne Wirkung zur Lieh teintri tts fläche stirück reflektiert. Bezüglich beider Äbtasteiaxriehtungea 167, 169 und 172_e 175 wirkt der Winkelmaßstab 160 somit ebenfalls als lichtdurchlässiger Maßstab. Seine Befestignag an ein« ffeßoöjekt ϊβΐ ©rfolgt wie bei Fig. 6 mit Hilfe einer Axialbohrung.

Eine Abwandlung des WinkalaaSstabs 160 aaefe Flg. 10 derart, daß alle Teile einer Abtasteinrichtung auf ©laer«, SoB„ das- rechten-Stirnseite vereinigt sisä, seigt Fig„ S im Ässialseltaitfe» leim ringscheibenförmigeii WinkelssaSstab IS© s?iäst dl® recltte ebeae Stirnfläche Ina isiaeren kreisriagfÖKiaigeii T©il Ml als Llchteintrittsflache und im äuSerea^ das« St@ag©ateiseIi<gB kr©£ss Teil 147 als erflBdungegesSß In der bes(Affi@b©a@sB If@is© te Lichtaustrittsfiäclie. Der axial© Äfetastlicfetsteafel ä&% Lichtquelle 142 wird von eimer susltslielieffi l@fl©5sl@iasfia©ls© 143 in

Form einer gegen die Aetise water Ί5^Θ

in Forra einer ebenfalls unter 45° fläche reflektiert und von diesar tung 146 ssur Lichtaustrittsf liehe

eine zu letzterer parallele feilflicli©^ s© ^srlHSt es «Ü@se la unveränderter Richtung 148 uad b@©öfsdalagt d@a MelitfM^fSäger 149?

trifft er dagegen auf ein© 4§°-T@il£lleh@, s© wisä e^ w@n dieser und der benachbarten 45°-Teilflache sar MetatelBtritetsfiSche 141 wirkungslos zurückrefiektiert. Dieses¹ tliakelraäßst^ Isaaii an ©Inen rotierenden MeSobjekt mittels der llataa Stismfilelie ISI od@r dar inneren oder äuSeren ZyiindermantsiflMch© 150 bsi?. 152 befestigt werden.

Ähnlich wie in Fig. 4 gegenüber Fig„ 5 kann ebenfalls sin® 90°~ Λ&ΐ parallelen Eintritts·» uad Austritts-Lichtstcahlen in

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Fig. 9 erreicht werden in Ausführungsbeispiel nach Fig. 8. Bein Winkelmaßetab 130 sind hier die Lichteintrittsfläche 131 und die Lichtaustrittefläche 135 auch als gegen die Drehachse unter 45° geneigte innere bzw. äußere Kegelmantelflächen ausgebildet. Der Abtastlichtetrahl aus der Lichtquelle 132 schneidet die Lichteintrittsfläche 131 senkrecht, wird von nittleren Teil 133 der linken Stirnfläche total reflektiert, und zwar in Richtung 134 senkrecht auf die Lichtaustrittsfläche 135, aus deren zu ihr parallelen Teilflächen er in unveränderter Richtung 136 austritt und dann vom Lichtempfänger 137 erfaßt wird, während er von den 45°-Teilflachen zur Lichteintrittsfläche 131 leer zurückreflektiert wird. Der -Winkelmaßetab 130 wird zweckmäßig mittels seiner inneren Zylindermantelflache 138 oder mittels der inneren oder äußeren Randzone 140 bzw. 139 der linken Stirnfläche an einem drehbaren Meßobjekt befestigt.

Während für die zuletzt beschriebenen AusfUhrungsbeispiele die einfachere Arbeitsweise als lichtdurchlässiger Winkelmaßstab alt nur einen Lichtempfänger angenommen wurde, kann durch Anordnung von zwei Lichtempfängern beiderseits jeder Lichtquelle auch eine Wirkung als reflektierender Maßstab erreicht werden. Ebenso ist eine Ausbildung der Lichtaustrittsflächen der Winkelmaßstäbe nach den in Fig. 11 und 12 dargestellten weiteren Erfindungsaerkmalen möglich. /|

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Claims

■- 24 PATENTANS PRttCHE

Optischer Längen- oder Winkel-Maßstab aus durchsichtigem Material mit einer ebenen oder gekrümmten Lichteintrittsfläche und einer vorzugsweise ihr gegenüberliegenden Lichtaustrittsfläche, die aus quer zu ihrer Längserstreckung liegenden schmales, unter verschiedenen Winkeln, vorzugsweise 45° bzw. 90°, gegeneinander geneigten prismatischen Teilflächen besteht, von denen paarweise zusammenwirkende, vorzugsweise unter 90° gegeneinander geneigte Teilflächen durch mehrfache Reflexion innerhalb des Maßstabes den Lichtdurchtritt durch die Lichtaustrittsfläche verhindern und den Wiederaustritt des Lichtes aus der Lichteintrittsfläche erzwingen und von denen dazwischen angeordnete, zur inneren Lichtaustritterichtung senkrechte Teilflächen den ungestörten Lichtdurchtritt durch die Lichtaustrittsfläche ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche (15; 58; 74; 89; 107, 108; 135; 147; 164, 165; 185, 188; 195) zusammengesetzt ist aus zu ihrer LängserStreckung vorzugsweise parallelen, quer dazu sich erstreckenden schmalen Teliflachen (30"; 58, 58b; 74; 89; 107, 108; 135; 147; 164, 165; 185, 188; 195) mit größtem Abstand von der Lichteintrittsfläche (11; 52; 71; 83; 105; 131; 141; 162, 163; 181; 194) und gegebenenfalls aus dazwischen angeordneten, vorzugsweise parallel versetzten Teilflachen (30*; 58a) mit kleinerem Abstand von der Lichteintrittsfläche sowie aus mindestens einer, zwischen jeweils zwei der parallelen Tellfläcfeen (30) angeordneten, gegen letztere vorzugsweise um +45° bzw. -45 geneigten Teilfläche (20' bzw. 20"; 57; 108a bzw. 107a; 197), die das Licht entweder durch eine andere Lichtaustrittsfläche (201, Flg. 12) hindurch oder zusammen alt einer zu ihr senkrechten 45^O-Teilfläche zur Lichteintrittsfläche zurück reflektiert.

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Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionen der 45°-Teilflachen (20', 20"; 57; " 107a; 108a; 182, 187) der Lichtaustrittsfläche (15; 58; 107, 108; 185,188) vorzugsweise gleiche Breite haben wie die parallelen Teilflächen (30·, 30"; 58a, 58b; 185, 188).

Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks ein- bzw. zweifacher Strahlumlenkung um 90° bzw. 180° eine bzw. zwei zusätzliche Reflexionsflächen (70; 85, 86; 133; 143, 145; 166) angeordnet sind.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtaustrittsfläche im wesentlichen die Form eines ebenen langgestreckten Rechtecks oder eines ebenen schmalen Kreisringes oder eines Zylindermantels geringer Höhe oder eines ringförmigen Ausschnitts aus einem Kegelmantel hat.

Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Maßstab aus durchsichtigem thermoplastischem Kunststoff , vorzugsweise aus Polycarbonaten oder Akrylglas, in einem Arbeitsgang gepreßt wird.

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