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Vorrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Vorlagen Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur fotoelektrischen Abtastung von Vorlagen aus
Linien, Kanten, Konturen oder dergleichen mit wenigstens eine. Lichtempfänger, der
über eine schleifringlose feste Leitungsverbindung an eine elektronische Auswerschaltung
angeschlossen ist.
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In bekannten Vorrichtungen werden Linien und Schablonen mittels lichtelektrischer
Wandler - zusammenfassend Licht empfänger gnannt - abgetastet. Vielfach wird eine
möglichst kontrastreiche Linie oder Schablonenkanta auf den Liohtempfängern über
eine Optik abgebildet. In einer bekannten Elerichtung zur Abtastung von Linien sind
die Lichtempfänger z.B. zwei lichtempfindliche veränderliche Widerstindei die Je
einen Zweig einer elektrischen Brücke bildeno Sie ist abgeglichen, wenn beide Widerstände
gleich gross sind, d.h., wenn die Lichtempfänger in der vorgegebenen Weise beleuchtet
werden In diesem Fall befindet sich die absutastende Linie genau in Achsenrichtung
der Lichtempfänger.
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Um diese Zustand aufrechtzuerhalten, muss beim Abfahren der Vorlage
der Abtastkopf mit den Licht empfängern ständig geschwenkt und im Verlauf der Linie
nachgeführt werden. Der Abtastkopf ist deshalb mechanisch mit einem Motor gekoppelt,
dessen Verstellsignale aus der Diagonalspannung der Brücke abgeleitet werden (OS
1 763 516).
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In der bekannten Anordnung müssen die Lichtempfänger über Schleifringe
elektrisch mit der nachgeschalteten Auswertschaltung verbunden werden. Um in der
Abtastzone gleichmässige Beleuchtungsverhältnisse zu erzielen, muss eine Lichtquelle
synchron
zu den Lichtempfängern verschwenkt werden. Konstruktiv wird daher die Lichtquelle
ebenfalls im Abtastkopf untergebracht.
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Die besonderen Nachteile derartiger Vorrichtungen liegen einmal in
den sich ändernden Übergangswiderständen zwischen den Schleifringen und den Stromabnehmern
und zum anderen in der relativ grossen Schwungmasse des Abtastkopfes.
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Die wechselnden Übergangswiderstände storen besonders die Übertagung
der geringen Signalspannungen von den Lichtempfängern zur Auswertschaltung. Die
Schwungmasse begrenzt die Winkelbeschleunigung der Schwenkeinrichtung und damit
die Abtastgeschwindigkeit des Systems-O Zum anderen wird der Aufwand an Antriebs-
und Dämpfungseinrichtungen im wesentlichen durch die Grösse der Schwungmasse bestimmt.
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Es ist zwar versucht worden, diese Nachteile nach Möglichkeit zu vermeiden0
In einem bekannten Koordinatenantrieb mit unmittelbarer fotoelektrischer Zeichenabtastung
ist aus diesem unrunde die Fotozelle feststehend angeordnet0 Die Sektoren der in
an sich bekannter Weise in wenigstens vier Sektoren aufgeteilten Zelle sind elektrisch
zusammengeschaltet und liefern die Sollwertkomponenten unmittelbar auf fotoelektrischem
Wege (os 1 513 207).
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Abgesehen davon, dass Spezialfotozellen verwendet werden messen, ergeben
sich bei diesem Koordinatenantrieb Anpassungs- und Abgleichprobleme. Es ist ausserordentlich
schwierig, eine aus mehreren Sektoren bestehende Fotozelle so herzustellen, dass
alle Sektoren die gleichen physikalischen bzw. technischen Werte aufweisen.
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Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung
zur fotoelektrischen Abtastung von Vorlagen zu schaffen durch die sich, sowohl ein
Abtastkopf mit grossem Schwungmoment
und undefinierbaren Übergangswiderständen
zwischen Stromabnehmern und Schleifringen als auch aufwendige elektronische Schaltmittel
in Verbindung mit feststehenden Speziallichtempfängern vermeiden lassen.
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Erfindungsgemäße wird dieses in einfacher Weise dadurch gelöst, dass
zwischen den Lichtempfängern und der abzutastenden Vorlage ein von einem Stellmotor
nachstellbares optisches Schwenksystem vorgesehen wird.
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Von ausschlaggebendem Vorteil ist, dass die Erfindung die Benutzung
eines verschwenkbaren abtastkopfs in Verbindung mit den zugehörigen, im Prinzip
gut bewärten elektronischen Auswertschaltungen gestattet, ohne dabei Schleifringe
und die damit verbundenen Nachteile in Kauf nehmen zumüssen. Hinzu kommt, dass gegenüber
vergleichbaren Vorrichtungen mit einer ausserordentlich geringen Schwungmasse gearbeitet
werden kann, so dass man mit leistungsärmeren Stellantrieben auskommt. Auch ergeben
sich wesentlich einfachere Eingriffs- bzw. Einstellmöglichkeiten der Lichtempfänger
beu der Einstellung von Vorhalt- und werkzeugskompensation.
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In einem ersten Ausführungsbeispiel enthält das optisches Schwenksystem
den Lichtempfängern jeweils fest zugeteilte Lichtleiter.
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Diese wirken für die Lichtempfänger praktisch als Verlängerte Augen.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Lichtleiter mittels
einer die feste @nteilung bewahrenden Trennstelle von den Lichtempfängern getrennt
und relativ zu ihnen verschwenkbar.
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In dieser Trennstelle findet die nach aussen lichtdichte Kopplung
zwischen den verschwenkbaren Lichtleitern und den feststehenden Lichtempfängern
statt.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die zusammengehörenden Lichtleiter
in der Trennstelle zu um eine Schwenkachse verschwenkbaren und rechtwinklig dann
liegenden Flächen bzw. konzentrischen
Kreis- und/oder Kreisringsflächen
gebündelt. Diese Bündelung entspricht einerseits der Zuteilung au den Lichtempfängern
und andererseits der Bündelung an den Abtastenden der Lichtleiter.
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Den um die Schwenkachse verschwenkbaren Flächen in der Trennstelle
liegen entsprechende, feststehende Kreis -und/oder Kreisringflächen plan parallel
gegenüber, von denen feststehende Lichtleiter au den Lichtempfängern fuhren.
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In einem anderen Ausführungsbeispiel liegen den um die Schwenkachse
verschwenkbaren Flächen der Trennstelle entsprechend geformte feststehende Lichtempfänger
plan parallel gegenüber. Man wird die eine oder andere Konstruktion je nach den
weiteren Sr.
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fordernissen, die an die Abtastvorrichtung gestellt werden, wählen.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind zusammengehörende
Lichtleiter in der Trennstelle zu Zylindermantelflächen gebündelt, welche um auf
der Schwenkachse sitzende feststehende Lichtempfänger verschwenkbar sind. In allen
Ausührungsbeispielen können zusätzliche, mit einer feststehenden Lichquelle in Wirkverbindung
stehende, in der Trennstelle ebenfalls aufgetrennte und zu Flächen gebUndelte Lichtleiter
sur Beleuchtung der Vorlage zur Anwendung kommen. Hiermit gewinnt man eine ausserordentlich
einfache Möglichkeit, von einer feststehenden Lichtquelle aus - auch bei Verwendung
eines verschwenkbaren Abtastkopfes -die Abtastzone aufzuh@llen.
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Die verschwenkbaren Lichleiter und Flächen der Trennstelle sind in
einem verschwenkbar gelagerten Abtastkopf für die Vorlage zusammengefasst, der mit
dr Stellmotor in Wirkverbindung steht.
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In eine. anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält das optische
Schwenksystem eine Spiegelanordnung bzw. ein Bildwendeprisma, beispielsweise nach
Art eines Dove'schen oder Abbe'schen Prismas. Mit dieser Vorrichtung lässt sich
das abgetastete Bild, das auf die Lichtempfänger trifft, drehen. Im Gegensatz dazu
arbeiten
die Lichtleiter überall dort eintandfrti, wo lediglich Kontraste abgetastet werden
müssen.
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Die Spiegelanordnung bzw. das Bildwendeprisma sind in einem verschwenkbar
gelagerten Abtastkopf für die Vorlage angeordnet, der mit dem Stellmotor in Wirkverbindung
steht. Ein Vorteil dieser Ausbildungsform ist es, dass der Verschwenkwinkel des
Prismas nur halb so gross ist wie der Verschwenkwinkel der Vorlage gegenüber den
Lichtempfängern. Wenn also die Vorlage UM 1800 gegenüber den Lichtempfängern verschwenkt,
braucht der Abtastkopf mit dem Bildwendeprisma lediglich um 90° nachgeführt zu werden.
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Von Vorteil ist, wenn zwischen den feststehenden Lichtempfängern und
der Spielgelanordnung bzw. dem Bildwendeprisma ein Lichtteilerprisma liegt, über
das der Vorlage Beleuchtungslicht von einer feststehenden Lichtquelle aus zuführbar
ist. Dieses Licht für die Beleuchtung der Vorlage wird über das optische Schwenksystem
Geführt und automatisch mit verschwenkt.
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Diese Anordnung bietet den weiteren Vorteil, eine Lichtmarke im Strahlengang
der feststehenden Lichtquelle anzuordnen. Normalerweise ist die Lichtmarke ein Pfeil,
der auf die Vorlage proJiziert wird. Er erleichtert wesentlich die Einstellung der
Vorrichtung vor Inbetriebnahme.
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Das Lichtteilerprisma kann1 ohne am Kern der Erfindung etwas zu ändern,
auch durch eine analoge Anordnung, beispielsweise durch Halbspiegel, ersetzt werden.
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In der nachfolgenden Beschreibung werden Ausführungsbeispiele der
Erfindung erläutert, wobel auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird0
Es
zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der
Erfindung, teilweise im Schnitt, Figur 2 ein abgewandeltes Detail des Ausführungsbeispiels
nach Figur 1, Figur 3 eine andere Abwandlung der Ausführung nach Figur 1, Figur
4 eine weitere vorteilhafte Abwandlung der Ausführung nach Figur 1, Figur 5 ein
zusätzliches Merkmal der Erfindung und Figur 6 Einzelheiten eines zweiten Ausführungsbeispiels
der Erfindung in schematischer Darstellung.
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Nit einer schematisch in Figur 1 dargestellten Vorrichtung soll eine
dunkle Linie Q auf einer hellen Vorlage 3 fotoelektrisch abgetastet werden. Hierzu
benötigt man zwei Lichtempfänger 7aS 7bo Die Erfindung eignet sich prinzipiell aber
auch dazu, beispielsweise eine Kante abzutasten, die einen Hellbereich 5 von einem
schraffiert angedeuteten Dunkelbereich 6 trennt. Bei dieser Abtastung ist nur ein
Lichteipfänger notwendig.
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Die Lichtempfänger 7a, 7b sind über feste Leitungsverbindungen 8 an
eine Auswertschaltung 9 angeschlossen, die ihrerseits in an sich bekannter, hier
aber nicht interessierender Weise über angedeutete Leitungsanschlüsse nicht dargestellte
Bearbeitungsmaschinen bzwO einen Stellmotor 10 steuert.
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Um die Nachteile bisheriger fotoelektrischer Abtastsysteme mit schweren
verschwenkbaren Abtastköpfen sowie Schleifringen zu vermeiden, ist ein optisches
Schwenksystem 11 vorgesehen. Dieses enthält verschwenkbare Lichleiter 14a bzw. 15a
und feststehende
Lichtleiter 14b, 15b, die den Lichtempfängern 7a,
7b fest zugeteilt sind, wie sich dieses der Figur 1 entnehmen lässt.
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Die verschwenkbaren Lichtleiter 14a, 15b sind von den feststehenden
Lichtleitern 14b, 15b und damit von den Lichtempfängern 7a, 7b mittels einer die
feste Zuteilung bewahrenden Trennstelle 17 getrennt und relativ zu ihnen verschwenkbar.
Die Trennstelle 17 kann auf unterschiedliche Weise ausgebildet sein. Gemäss Figur
1 sind im einzelnen zusammengehörende Lichtleiter 14a, 15a, deren Abtastenden 25a
und 28b ebenfalls entsprechend der Lichtempfänger 7a, 7b zusammengefasst sind, zu
um eine Schwenkachse 100 verschwenkbaren und rechtwinklig dazu liegenden konzentrischen
Kreis-und/oder Kreisringsflächen 18a, 19a gebündelt. Die in der Mitte liegende Kreisfläche
18a ist dabei lichtundurchlässig von der sie umgebenden Kreisringfläche 19a getrennt.
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Diesen um die Schwenkachse 100 verschwenkbaren Flächen 18a, 19a liegen
in der Trennteile 17 entsprechende, feststehende Kreis-und/oder Kreisringflächen
18b, 19b plan parallel gegenüber, von denen die feststehenden Lichtleiter 14b und
15b zu den Lichtempfängern 7a, 7b führen. Die Trennstelle 17 ist lichdicht ausgebildet,
so dass kein von aussen eindringendes Faschlicht die Abtastung stären kann. Dabei
sind die Kreisfläche 18b und die sie umgebende Kreisringsfläche 19b ebenfalls durch
eine lichtundurchlässige Schicht voneinander getrennt.
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Die Abtastenden 28a bzw. 28b, die verschwenkbaren Lichtleiter -iv
14a und 15a sowie ein Objekt/27 sind in einem Abtastkopf 21 zusammengefasst, der
mittels Lagern 25 und 26 verschwenkbar in einem Gehäuse 22 angeordnet ist. Der Abtastkopf
21 ist mit einem Zahnkrans 32 versehen, welcher über einen Zahnriemen 31 an ein
Ritzel 30 angeschlossen ist, welchen auf einer Stellwelle 24 des Stellmotors 10
sitzt. Das untere Ende der Stellwelle 24 ist mitteln eines Lagers 23 in Gehäuse
22 gelagert.
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Figur 1 lässt erkennen, dass der Abtastkopf 21 im Vergleich zu bisherigen
Abtastköpfen ausserordentlich leicht und damit ohne
nennenswertes
Schwungmoment ausgebildet werden kann0 Der Bewe gungsantrieb in beiden Richtungen
kann anstelle vom Stellmotor 10 auch von einer anderen Antriebsvorrichtung abgenommen
werden die besonders dem geringen Schwungmoment und der leichten Verschwenkbarkeit
des Abtastkopfes 21 entgegenkommt.
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Konstruktiv kann der feststehende Teil der Trennstelle 17 als Steckende
33 ausgebildet werden das in den obsren Teil des Abtastkopfes 21 hineingesteckt
wird ohne dadurch seine leichte Verschwenkbarkeit zu beeinträchtigen.
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Figur 2 zeigt eine abgewandelte Trennstelle 17a -innerhalb eines Abtastkopfes
21e Gemäss Figur 2 sind im Steckende 33 Lichtempfänger 70a bzw. 70b angeordnet,
die den entsprechenden verschwenkbaren Kreis- und/oder Kreisringfiächen 18b, 19b
plan parallel gegendberliegen. Die Lichtempfänger 70a, 70b stehen wiederum über
feste Leitungsverbindungen 8 mit der Auswertschaltung 9 in Verbindung. Sie sind
ebenfalls durch lichtundurchlässige Schichten voneinander getrennt.
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Sowohl die Ausführungsform nach Figur 1 als auch die abgeänderte Ausbildung
nach Figur 2 sind nicht auf die in Figur 1 dargestellten verschwenkbaren Flächen
18a und 19a angewiesen. Diese können beispielsweise durch in Figur 3 dargestellte
Flächen l8Oa bzw. 190a in einer entsprechend ausgebildeten Trennst eile 17b zersetzt
werden. Die Fläche 180a wird dabei in vorteilhafter Weise als Kreisfläche ausgebildet0
Sie enthält die gebündelten Enden der beweglichen Licht leiter 15a. Sie wird um
die konzentrisch durch sie hindurchgehende Schwenkachse 100 verschwenkt.
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Ausserhalb der Fläche l8Oa ist eine weitere Fläche 190a angeordnet,
die durch die Bündelung der entsprechenden Enden der beweglichten Lichtleiter 14
entsteht In Figur 3 ist diese Fläche l90a als Kreisfläche dargestellt. Sie kann
jedoch auch jede be liebige andere sinnvolle Gestalt annehmen. Sie ist relativ zur
Kreisfläche 180a fest im Abtastkopf 21 angeordnet und verschwenkt
zusammen
mit der Fläche 180a um die Verschwenkachse 100 in beiden Schwenkrichtungen, wie
dieses durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
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Eine weitere mögliche Ausbildung einer Trennstelle 17c ist in Figur
i angedeutet. Die entsprechenden Enden der verschwenkbaren Licht leiter l4a bzw.
15a sind in zylindermantelähnlichen Flächen 1800a bzwo 1900a gebündelt. Innerhalb
der übereinanderliegenden Zylindermantelflächen sind Lichtempfänger 700a bzw. 700b
angeorde net9 die über feste Leitungsverbindungen 8 mit der Auswertschaltung 9 verbunden
sind. Die Zylindermantelflächen 1800a bxwO 1900a lassen sich mit Hilfe des Abtastkopfes
21 um die Schwenkachse 100 verschwenken, auf der auch die Lichtempfänger 700a bzwO
700b angeordnet sind.
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Figur 5 zeigt eine Weiterbildung der Ausführungsformen nach den Figuren
1 bis 4. Im Abtastkopf 21 können zusätzliche Lichtleiter 16a vorgesehen werden,
die in einem Endring 29a zusammengefasst sind, welcher konzentrisch um die Abtastenden
28a bzw. 28b der Lichtleiter 14a, 15a herum unter Zwischenfügung einer lichtundurchlässigen
Schicht angeordnet ist. Zur Trennstelle 17 hin sind die Lichtleiter 16a zu einer
Kreisringfläche 34a gebindelt, die konzentrisch zu den entsprechenden Flächen der
Figuren 1 bis 4 angeordnet ist.
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Der verschwenkbaren Kreisringfläche 34a liegt eine feststehende Kreisringfläche
34b gegenüber, von der feststehende Lichtleiter 16b wegführen, die über einen Kondensor
52 mit einer feststehenden Lichtquelle 20 in Wirkverbindung stehen.
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Bisher wulste , da bei Kontrastabtastung sich während des Schwenkens
die Beleuchtungsstärke nicht ändern durfte, eine entsprechende Lampe im Abtastkopf
mitgeschwenkt werden. Gemäss Figur 5 kann diese Gewichtserhöhung des Abtastkopfes
unterbleiben. Dadurch, dass die Lichtleiter 16a mitgeschwenkt werden, bleibt die
Beleuchtungsstärke auf der Vorlage konstant, da sich beim Verschwenken des Abtastkopfes
auch die Lichtaustrittsfläche mitdreht.
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Figur 6 zeigt ein anderes erfindungsgemässes optisches Schwenk system,
welches eine - nicht dargestellte - Spiegelanordnung bzw.
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ein Bildwondeprisma 475, beispielsweise nach Art eines Dove'schen
oder Abbe'schen Prismas, enthält. Das Wendeprisma 47 ist zusaninien mit einem Objektiv
46 in einem Abtastlcopf 45 für die Vorlage 3 angeordnet, welcher mittels Lagern
43 und 44 verschwenkbar in einem Gehäuse 42 angeordnet ist. Über einen Zahnkranz
48 am Abtastkopf 45 und einen Zahnriemen 49 ist der Abtastkopf 45 an den nicht dargestellten
Stellmotor 10 angeschlossen. Auch mit dem Bildwendeprisma 47 ergibt sich ein ausserordentlich
leichter Abtastkopf 43 mit nur verschwindend geringem Schwungnument, welcher ebenfalls
ohne Schleifringe arbeitet.
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Von Vorteil ist, dass ein Wendeprisma der angedeuteten Art beim Nachführen
immer nur um den halben Winkel verschwenkt zu werden braucht, um den eine Linie
bzwO eine Kontur auf der Vorlage ab weicht. Führt beispielsweise eine abzutastende
Linie einen Knick um 90° aus, so braucht der Abtastkopf nur um 45° nachgeführt zu
werden. Hieraus ergeben sich weitere Vorteile hinsichtlich des Schwenkantriebes.
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Figur 6 lässt erkennen, dass zwischen den feststehenden Lichts empfängern
7a, 7b und dem Bildwendeprisma 47 ein Lichtteilerprisma 50 liegen kann, über das
der Vorlage 3 Beleuchtungslicht von einer feststehenden Lichtquelle 20 über einen
Kondensor 52 zuführbar ist. Anstelle eines Lichtteilerprismas 50 kann z.B. auch
eine Anordnung mit an sich bekannten Halbspiegeln verwendet werden.
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Die Ausbildungsform nach Figur 6 fuhrt dazu, dass in vorteilhafter
Weise die Beleuchtungsfläche auf der Vorlage über den Abtastkopf 45 synchron zur
Abtastung mit verschwenkt wird.
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Hinzu kommt, dass man in einfacher Weise eine feste Lichtmarke 51
im Strahlengang der feststehenden Lichtquelle 20 vorsehen kann0 Der Pfeil 51 wird
auf die Vorlage projiziert und erleichtert merklich die Einstellung dar Abtastvorrichtung
vor Inbetriebsnahme,