DE2053017A1

DE2053017A1 - Method for contactless distance measurement

Info

Publication number: DE2053017A1
Application number: DE19702053017
Authority: DE
Inventors: Siegfried Dipl.-Phys. 8510 Fürth; Bauer Dieter Dipl.-Phys. 8520 Erlangen. GOIm 13-00 Faith
Original assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Current assignee: Grundig EMV Elektromechanische Versuchsanstalt Max Grundig GmbH
Priority date: 1970-10-29
Filing date: 1970-10-29
Publication date: 1972-05-04

Description

Verfahren zur bertihrungslosen Abstandsmessung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung. Method for contactless distance measurement The invention relates to a method for contactless distance measurement.

Es ist bereits ein Verfahren zur berührungslosen Abstandsmessung bekannt geworden, bei dem ein Lichtbündel auf die bezüglich ihres Abstandes vom Gerät zu messende Fläche gerichtet und die Strahlung, die von der dort entstehenden Lichtmarke reflektiert wird, teilweise durch eine Linse auf eine Anordnung von zwei Fotodioden gerichtet wird. Befindet sich die Endfläche in einem bestimmten Abstand vom Gerät, dann erhält Jede Fotodiode genau die gleiche Menge reflektierten Lichts. Bei einer Abstandsänderung der Meßfläche wird die Lichtverteilung dagegen zunehmend unsymmetrischer. Mit einer geeigneten Schaltung läßt sich über diese ungleichmäßige Lichtverteilung die Größe der Abstandsänderung ermitteln. Wegen der Abhängigkeit von der OberflSchenbesetlaffenheit des Meßobjekts und von der Intensität der Strahlung sowie von der Temperatur der Fotodetektoren ist das bekannte Meßverfahren nicht sehr genau.A method for contactless distance measurement is already known become, in which a bundle of light is directed towards its distance from the device measuring surface and the radiation emitted by the light mark created there is reflected, in part, by a lens onto an array of two photodiodes is judged. If the end face is at a certain distance from the device, then each photodiode receives exactly the same amount of reflected light. At a In contrast, the change in the distance between the measuring surface and the light distribution becomes increasingly asymmetrical. With a suitable circuit, this uneven light distribution determine the size of the change in distance. Because of the dependence on the openness of the surface of the measurement object and the intensity of the radiation as well of the The known measuring method is not very precise for the temperature of the photodetectors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein oberflächen-, intensitSts- und temperaturunabhängiges Verfahren der berührungslosen Abstandsmessung zu schaffen, mit dem innerhalb eines vorgegebenen Bereichs Abstände auch zu einer diffus reflektierenden Fläche mit großer Genauigkeit gemessen werden können.The invention is based on the object of providing a surface, intensity and to create temperature-independent methods of non-contact distance measurement, with the distances within a given range also to a diffusely reflective one Area can be measured with great accuracy.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die sich beim Lichtschnittverfahren aus einer Abstandsänderung zwischen Bezugspunkt und Meßobjekt ergebende Verschiebung eines über einen einstellbaren Spiegel auf einem ortsempfindlichen Fotoempfänger abgebildeten Spaltbildes durch eine Verstellung des Spiegels kompensiert und die zur Kompensation erforderliche Spiegelverstellung als Maß für die zu messende Abstandsänderung verwendet wird.To solve this problem it is proposed according to the invention that which in the light section method results from a change in distance between the reference point and measurement object resulting displacement of an adjustable mirror a position-sensitive photo receiver imaged slit image by adjustment of the mirror is compensated and the mirror adjustment required for compensation is used as a measure of the change in distance to be measured.

Die Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf ein in der Zeichnung dargestelltes AusfUhrungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 2 ein Blockschaltbild des elektrischen Teils der Vorrichtung.The invention is described below with reference to a in the drawing illustrated embodiment are explained in more detail. Show it: Fig. 1 shows a device for carrying out the method according to the invention and FIG. 2 a block diagram of the electrical part of the device.

Von einer Lampe 1 gelangt ein Lichtbündel huber einen Kondensor 2, einen Spalt 3, einen Spiegel 4 und eine schlitzförmige Aperturblende 5 zu einem ObJetiv 6 und wird auf dem Meßobjekt 8 abgebildet. Das von der Meßfläche reflektierte oder gestreute Licht gelangt zum Teil wieder in das Objektiv 6 und wird über eine zweite schlitzförmige Aperturblende 5', einen festen Spiegel 9, 10 und einen drehbaren Galvanometerspiegel 12 auf zwei Meßfotoelementen 13 abgebildet. Befindet sich die MeAfläche 8 gerau in der Bezugsebene, dann liegt das empfangaseitige sekundäre Spaltbild 14 in der Mitte der beiden Fotoelemente. Verändert sich der Abstand der Meßfläche zum Gerät, so wandert das sekundäre Spaltbild 14 seitlich huber die Fotoelemente 13. Durch das Spiegelgalvanometer 12 wird Jeweils ein Strom in solcher Stärke geschickt, daß die Spiegelverkippung das sekundäre Spaltbild 14 wieder in die Mitte der Fotoelemente 13 bringt. Der Strom durch das Galvanometer ist der Spiegelverkippung proportional und damit auch ein Maß für die Entfernung der Meßfläche 8 von der Bezugsebene.A light beam passes from a lamp 1 via a condenser 2, a gap 3, a mirror 4 and a slit-shaped aperture diaphragm 5 into one Lens 6 and is imaged on the measurement object 8. That reflected from the measuring surface or scattered light reaches part of the lens 6 again and is a second slit-shaped aperture diaphragm 5 ', a fixed mirror 9, 10 and a rotatable one Galvanometer mirror 12 shown on two measuring photo elements 13. Is the MeA surface 8 rough in the reference plane, then the receiving-side secondary slit image is located 14 in the middle of the two photo elements. If the distance between the measuring surface changes to the device, the secondary slit image 14 migrates laterally over the photo elements 13. A current is sent through the mirror galvanometer 12 in such a strength that that the mirror tilting the secondary slit image 14 back into the center of the photo elements 13 brings. The current through the galvanometer is proportional to the mirror tilt and thus also a measure for the distance of the measuring surface 8 from the reference plane.

Vor dem Galvanometerspiegel 12 kann ein Teil des Lichts von einem teildurchlässigen Spiegel 11 (z.B.In front of the galvanometer mirror 12, some of the light from a partially transparent mirror 11 (e.g.

10 % Reflexion) abgetrennt und huber den Spiegel 15 ein weiteres Spaltbild auf eine Anordnung von drei Fotoelementen 16 geworfen werden. Diese Fotoelemente bestimmen den Meßbereich in der Weise, daß das Spaltbild überwiegend auf dem mittleren Fotoelement liegen muß, wenn eine Messung erfolgen soll.10% reflection) and another slit image over the mirror 15 be thrown onto an arrangement of three photo elements 16. These photo elements determine the measuring range in such a way that the slit image is predominantly on the middle Photo element must be if a measurement is to be made.

Die Meßfotoelemente 13 sind antiparallel geschaltet, so daß sie gemeinsam eine positive oder negative Spannung abgeben, Je nachdem welches der beiden Elemente stärker beleuchtet wird. Liegt das Spaltbild in der Mitte, so ist die Spannung Null. Ein Gleichspannungsverstärker 17 mit möglichst geringem Nullpunktfehler gibt die verstärkte Kotospannung auf ein Integrationsglied 18. Der Ausgang des Integrationsglieds 18 wird über einen hohen Vorwiderstand an das Spiegelgalvanometer 12 geführt, I)amit ist der Strom durch das Galvanometer der Ausgangsspannung des Integrationsglieds 18 proportional; diese Spannung kann deshalb an den Meßausgang gegeben werden. Das Integrationsglied 18 läßt den Strom durch das Spiegel galvanometer 12 so lang anwachsen, bis die Spannung an den antiparallel geschalteten Fotoelementen zu Null geworden ist, d.h. das Spaltbild in der Hitte der Elemente liegt. Bei dieser Nachführung ist die Endstellung des Spiegels 12 und damit der Meßwert nicht von der Intensität des Spaltbildes abhängig.The measuring photo elements 13 are connected anti-parallel so that they are common emit a positive or negative voltage, depending on which of the two elements is more illuminated. If the slit is in the middle, the voltage is zero. A DC voltage amplifier 17 with the lowest possible zero point error is the increased koto voltage on an integration link 18. The output of the integration link 18 is fed to the mirror galvanometer 12 via a high series resistor, I) amit the current through the galvanometer is the output voltage of the integrator 18 proportional; this voltage can therefore be given to the measurement output. That Integration link 18 lets the current through the mirror galvanometer 12 grow until the voltage on the photo elements connected in anti-parallel has become zero, i.e. the gap image lies in the middle of the elements. At this Tracking is the end position of the mirror 12 and thus the measured value is not of depending on the intensity of the slit image.

Zur Meßbereichserkennuug dienen die drei Bereichsfotoelemente 16; sie sind so zusamwengeschaltet, daß eine positive Spannung entsteht, wenn auf das mittlere Element mehr Licht fällt als auf die beiden äußeren, dagegen eine negative Spannung, wenn auf ein äußeres mehr Licht auftrifft. Diese Spannung wird durch den Gleichspannungsverstärker 19 verstärkt und mit dem Schmitt-Trigger 20 über einen Schalter 21 das Galvanometer eingeschaltet. Dadurch werden unkontrollierte Bewegungen des Spiegels verhindert, wenn sich keinMeßobjekt im Meßbereich des Gerätes befindet.The three area photo elements 16 are used for measuring range recognition; they are connected together in such a way that a positive voltage arises when the The middle element receives more light than the two outer elements, while a negative one Tension when more light strikes something outside. This tension is created by the DC voltage amplifier 19 amplified and with the Schmitt trigger 20 via a Switch 21 turned on the galvanometer. This causes uncontrolled movements of the mirror if there is no measuring object in the measuring range of the device.

Patentansprttche:Patent claim:

Claims

Method for contactless distance measurement, thereby marked that the light section process results from a change in distance between the reference point and the measurement object (8) resulting displacement of an adjustable via an Mirror (12) on a location-sensitive photoreceiver shown slit image (14) compensated by adjusting the mirror (12) and the compensation required mirror adjustment is used as a measure for the change in distance to be measured will.

2. The method according to claim 1, characterized in that the slit image (t4) is mapped onto two photo elements (13) connected anti-parallel.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that that in front of the adjustable mirror (12) with the help of a partially transparent mirror (11) part of the light beam branched off and one from three photo elements (16) alternating polarity built-up unit for measuring range determination will.

4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that that the galvanometer mirror (12) is adjusted electrically. Blank page