DE2223581C3 - Länglicher prismatischer, lichtleitender aus lichtdurchlässigem Werkstoff bestehender Meßstab - Google Patents

Description

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Die Erfindung geht aus von einem länglichen prismatischen, lichtleitenden, aus lichtdurchlässigem Werkstoff bestehenden Meßstab in einer optischen Meßvorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstands relativ zur Längsseite des Meßstabes, wobei der Meßstab erste und zweite, zueinander parallele Seitenwände, eine senkrecht dazu angeordnete, ebene Unterseite, im Abstand dazu eine stufenförmig ausgebildete Oberseite und zwei zur Unterseite und den Seitenwänden senkrechte Stirnseiten aufweist. Mit einer derartigen optischen Meßvorrichtung soll insbesondere die Lage einer Bandschlcife in eine Speichervorrichtung oder einer Speicherkammer für Bandschleifen einer Bandtransportvorrichtung abgetastet werden.

Es gibt in der Technik viele Gelegenheiten, bei denen man das Vorhandensein oder das Fehlen von Licht feststellen möchte, welches normalerweise auf eine Ebene auftrifft, die sich über eine bestimmte Länge erstreckt, und bei denen man die sich daraus ergebende Information zur Steuerung verschiedener Funktionen verwenden möchte. Beispielsweise ist es bei Magnetbandtransportvorrichtungen, die in Rechenanlagen oder Datenverarbeitungsanlagen verwendet werden, üblich, eine Speichervorrichtung oder -kammer für eine Bandschleife auf beiden Seiten eines Magnetkopfes und einer Antriebseinrichtung vorzusehen, so daß das Band in der Nähe des Magnetkopfes von dem übrigen Teil des Bandes für eine rasche Beschleunigung und Verlangsamung durch die Entriebsrolle isoliert ist. Es ist gewöhnlich in jeder Speicherkammer eine Bandschleife vorgesehen, die sich während eines Aufnahmevorganges verlängert und während eines Abgabevorganges verkürzt. Eine der Anforderungen an eine solche Vorrichtung besteht darin, daß die wirkliche Länge der Bandschleifen in der Speichervorrichtung ständig abgetastet wird, so daß die Bandaufwickelräder derart gesteuert werden können, daß den Längenänderungen der Schleifen entgegengewirkt wird.

Eine andere Technik, bei der es häufig erwünscht ist, die Stellung eines Gegenstandes über eine bestimmte Länge zu überwachen, ist die Strömungsmittelmeßtechnik.

Bei den Verfahren, die bisher zur Abtastung der Lage eines Gegenstandes längs einer bestimmten Länge verwendet wurden, wird eine Lichtquelle über die gesamte abzutastende Länge angeordnet und es wird eine Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Seiten vorgesehen. Die Lichtquelle und die lichtempfindlichen Vorrichtungen sind dabei auf gegenüberliegenden Seiten des Bewegungspfades des Gegenstands angebracht, dessen Lage festgestellt werden soll, so daß eine Bewegung des Gegenstands längs des Bewegungspfades es verhindert, daß das Licht, welches normalerweise auf die lichtempfindlichen Vorrichtungen direkt neben dem Gegenstand auftrifft, abgedeckt wird. Wenn sich der Gegenstand über eine bestimmte Länge weiterbewegt, dann wird das Licht, welches normalerweise auf die nachfolgenden lichtempfindlichen Vorrichtungen auftrifft, abgedeckt, so daß weniger und weniger der lichtempfindlichen Vorrichtungen angeregt werden. Mit Hilfe von in der Technik gut bekannten Vorrichtungen kann die genaue Lage des Gegenstandes längs einer bestimmten Länge zu irgendeiner Zeit durch die Zahl der lichtempfindlichen Vorrichtungen, die zu dieser Zeit betätigt sind, festgestellt werden. Ferner wird das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Signals bei jeder lichtempfindlichen Vorrichtung dazu verwendet, eine bestimmte Funktion zu steuern. Wenn man beispielsweise die Lage von Bandschleifen abtasten will, dann wird durch die Zahl der lichtempfindlichen Vorrichtungen, die zu einer bestimmten Zeit erregt sind, die etwaige Lage der Bandschleife in der Speichervorrichtung der Bandtransportvorrichtung angezeigt, so daß ein Signal erzeugt werden kann, welches das Bandaufwickelrad entweder mehr Band aufnehmen läßt oder Band abgeben läßt, damit sich jeweils die gewünschte Länge des Bandes in der Speichervorrichtung befindet.

Die Verwendung einer Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen, die über eine bestimmte Länge zur Abtastung der Lage eines Gegenstandes angeordnet sind, ist jedoch aus verschiedenen Gründen in gewisser Weise nicht zufriedenstellend. Wenn man erstens ein Signal haben möchte, welches stetig die genaue Lage des Gegenstands über eine bestimmte Länge bestimmt,

jann ist es notwendig, lichtempfindliche Vorrichtungen über die ganze Strecke, die überwacht werden soll, anzuordnen. Wenn die zu überwachende Länge groß ist, dann sind sehr viele lichtempfindliche Vorrichtungen notwendig, da sie dicht nebeneinander angeordnet werden müssen, um die Stellung des Gegenstands stetig zu überwachen. Probleme ergeben sich daraus, daß es schwierig ist, die Ausgangssignale all der lichtempfindlichen Vorrichtungen über eine längere Zeit einheitlich zu halten. Dies ist jedoch notwendig, wenn die lichtempfindlichen Vorrichtungen die Lage des Gegenstandes genau überwachen sollen. Ferner könnte eine Veränderung des Ausgangssignals eines oder mehrerer lichtempfindlicher Vorrichtungen die Genauigkeit der Anordnung beträchtlich beeinflussen, woraus sich eine fehlerhafte Anzeige der Lage des Gegenstands ergeben würde. Es wäre schwierig, die Ausgangssignale der lichtempfindlichen Vorrichtung über eine lange Zeit stetig zu überwachen, um sicherzustellen, daß sie gleich sind, und zwar insbesondere dann, wenn eine große Zahl von lichtempfindlichen Vorrichtungen verwendet wird.

Ein anderes Problem bei der Verwendung einer Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen ergibt sich häufig daraus, daß wegen des erforderlichen Raumes es nicht möglich ist, die lichtempfindlichen Vorrichtungen über die gesamte Strecke, die abgetastet werden soll, anzuordnen. Aus allen diesen Gründen ist eine Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen über die Strecke, die überwacht werden soll, nicht zufriedenstellend.

Es ist bereits nach der US-PS 34 17 615 ein länglicher prismatischer, lichtleitender, aus lichtdurchlässigem Werkstoff bestehender Meßstab in einer optischen Meßvorrichtung bekannt, der die Anordnung von lichtempfindlichen Vorrichtungen über die gesamte Strecke, die abgetastet werden soll, nicht mehr erforderlich macht. Dieser bekannte Meßstab weist neben den beiden parallelen Seitenwänden eine V-förmige Endwand mit zwei Oberflächen auf sowie eine gegenüberliegende Endwand, bei der reflektierende Oberflächen, die gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von 45° geneigt sind, mit planaren Oberflächen, die gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von 90° geneigt sind, abwechseln. Dieser bekannte optische Meßstab wird zur Anzeige eines Flüssigkeitspegels in einem Gefäß verwendet. Die Anzeige soll dabei so durchgeführt werden, daß eine Bedienungsperson nach Abnahme des Deckels des Gefäßes auf die oben liegende Oberfläche des aus der Flüssigkeit herausragenden Endes des Meßstabes liegt und dadurch die Höhe des Flüssigkeitsstandes in dem Gefäß ablesen kann. Das auf die oben liegende Oberfläche des Meßstabes auftreffende Licht geht nämlich durch den Meßstab nach unten hindurch, bis es die oberste reflektierende, um 45° geneigte Oberfläche erreicht Das Licht wird an dieser reflektierenden Oberfläche um einen Winkel von 90° zu der V-förmigen Endwand hin abgelenkt. Es wird von dieser Endwand wieder zur obersten reflektierenden Oberfläche zurückgeleitet, woraufhin es an der oben liegenden Oberfläche austritt, so daß eine Meßanzeige möglich ist. Der kritische Winkel der reflektierenden Oberflächen ist etwa 42". Ist die refleKtierende Oberfläche in eine Flüssigkeit eingetaucht, so wird das auftreffende Licht durchgelassen und nicht reflektiert, da es unter einem Winkel auftrifft, der geringer ist als der kritische Winkel. Durch die Unterschiede in der Reflexion wird eine Ablesung des Flüssigkeitspegels möglich.

Der bekannte Meßstab hat jedoch den Nachteil, daß wegen der zwischen den um 45° geneigten reflektierenden Oberflächen angeordneten planaren Oberflächen, die gegenüber der Horizontalen um 90° geneigt sind, eine kontinuierliche Überwachung des Flüssigkeitspegels über die gesamte Länge des Meßstabs nicht möglich ist. Vielmehr ist an den, gegenüber der Horizontalen um 90° geneigten Oberflächen der Pegel nicht genau bestimmbar.

Es ist andererseits nach der US-PS 31 97 645 eine Bandschleifenabtastvorrichtung bekannt, die zur Überwachung der Länge einer Bandschleife eine, dem Prinzip nach andere Meßvorrichtung benutzt, bei der eine Reflexion an Prismenoberflächen nicht ausgenutzt wird. Die nach der US-PS 31 97 645 bekannte Anordnung dient zwar dem gleichen Zweck wie die erfindungsgemäße Anordnung, jedoch wird ein anderes Prinzip verwendet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßstab der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der eine kontinuierliche Anzeige der Lage eines Objekts längs einer optischen Vorrichtung gestattet.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Stufenflächen parallel zur Unterseite sind und die Stirnflächen der Stufen senkrecht zur Unterseite und unter einem Winkel θ gegen die ersten und zweiten Seitenwände geneigt verlaufen, so daß bei Einstrahlung von Licht auf die zweite Seitenwand unter einem Winkel, dessen Größe vom Wert des Winkels Θ abhängt, durch Reflexion des Lichts an den Stirnflächen der Stufen des Stabs ein Lichtstreifenmuster auf der dickeren Stirnseite beobachtbar ist, wohingegen bei Anwesenheit eines Gegenstands im Strahlengang der Lage des Gegenstands entsprechende Lichtstreifen des Lichtstreifenmusters verdunkelt werden.

Die reflektierenden Prismenflächen sind bei dieser Vorrichtung so angeordnet, daß dort, wo die Wirkungsweise der einen Prismenfläche endet, die Wirkungsweise einer danebenliegenden Prismenfläche beginnt. Das auf die Prismenfläche auftreffende Licht wird um 90° gegenüber der Auftreffrichtung abgelenkt. Es erfolgt eine breite Auffächerung des in den Meßstab eintretenden Lichtstrahls, so daß die genaue Lage eines Objekts längs des Meßstabs bestimmbar ist. Da eine reflektierende Oberfläche mit ihrer Wirkung dort eingreift, wo die danebenliegende Oberfläche ihre Wirkung verliert, ist eine kontinuierliche Überwachung der genauen Lage eines Objekts möglich, das sich längs der Vorrichtung befindet oder bewegt. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, da es sich um eine einfache Reflexion handelt, der Lichtverlust sehr gering.

Licht, welches auf die gesamte Länge des Meßstabes auftrifft, wird durch die reflektierenden Prismenflächen derart abgelenkt, daß es durch den Stab hindurch zu dessen dickerer Stirnseite geleitet wird. Da die Mehrprismenanordnung des Meßstabes ebenso lang ist wie die zu überwachende Strecke, wird dann, wenn kein Gegenstand vorhanden ist, das gesamte Licht, welches auf die reflektierenden Prismenflächen auftrifft, durch den Meßstab reflektiert und zu der lichtempfindlichen Vorrichtung, die sich an der Grundfläche des Meßstabes befindet, abgelenkt. Wenn der Gegenstand, dessen Lage festgestellt werden soll, sich über einen Teil der Länge des Stabes bewegt, dann wird durch diesen Gegenstand das Licht, das normalerweise auf die reflektierenden Prismenflächen bis zu diesem Teil des Stabes auftrifft, abgedeckt. Die Verminderung der Lichtmenge, die die lichtempfindliche Vorrichtung erreicht, ergibt eine

genaue Anzeige der Lage des Gegenstands über die Länge des Meßstabs.

Vorteilhafte Weiterbildungen des Gegenstands der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Meßstabes gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der optischen Meßvorrichtung zum Abtasten gemäß der Erfindung,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht der Grundfläche des Meßstabes nach F i g. 1,

Fig.4 eine vergrößerte Seitenansicht, teilweise unterbrochen, des Meßstabes gemäß F i g. 1,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht eines Teils des Meßstabes nach F i g. 1,

F i g. 6 eine Seitenansicht einer teilweise weggebrochenen zweiten Ausführungsform des Meßstabes gemäß der Erfindung,

Fig.7 eine schematische Darstellung der Anwendung einer Ausführungsform der optischen Meßvorrichtung zum Abtasten gemäß der Erfindung bei einer Speichervorrichtung für eine Bandschleife und

Fig.8 eine schematische Ansicht einer dritten Ausführungsform des Meßstabes gemäß der Erfindung bei einer optischen Meßvorrichtung zum Abtasten.

In F i g. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform des Meßstabes oder Mehrprismenstabs gemäß der Erfindung dargestellt. Der Meßstab besteht im wesentlichen aus einem rechteckförmigen festen Körper mit Dreikantflächen, dessen Höhe sich von seinem Scheitel 10 zu seiner dickeren Stirnseite 11 verändert. An der geneigten Oberfläche des Stabs sind mehrere Prismen bildende Stufen 12 gebildet. Die Prismen sind so ausgebildet, daß sie als total reflektierende Prismen, diagonale Prismen oder 45°-45°-90°-Prismen bezeichnet werden können. Diese Prismen werden aus dreieckförmigen Abschnitten, die einen rechten Winkel aufweisen, gebildet, wobei die Länge der beiden Seiten 14 und 16 der Prismen gleich ist. Die reflektierende Stirnfläche 18 dieser Prismen ist um einen Winkel θ von 45° gegen die ersten und zweiten Seitenwände geneigt, so daß Licht, welches normalerweise auf der linken Seite des Meßstabs auftrifft, in das Prisma eindringt und durch den Meßstab hindurch mit Hilfe der reflektierenden Oberfläche zu der Stirnseite des Stabs reflektiert wird. Der Vorteil der total reflektierenden Prismen gegenüber metallischen Oberflächen als Reflektoren besteht darin, daß das Licht total reflektiert wird, wohingegen eine nicht metallische Oberfläche das gesamte auf sie auftretende Licht reflektiert und daß die Reflektionseigenschaften von Prismen nicht durch Anlaufen beeinflußt werden.

Die reflektierenden Stirnflächen 18 der Prismen sind alle gegenüber der Seitenwand 20 des Meßstabes im Winkel θ von 45° geneigt. Die Vorderfläche ist bei allen Prismen (in Fi g. 1 die linke Fläche) mit Ausnahme des Prismas, welches sich dem Scheitel des Stabs am üüchsten befindet, horizontal mit der hinteren Fläche des davorliegenden Prismas (wie es in F i g. 4 und in F i g. 6 dargestellt ist) ausgerichtet, wenn auch diese Flächen horizontal in einem Abstand angeordnet sind, der der Breite des Meßstabes (wie es in F i g. 1 und 2 dargestellt ist) entspricht.

ledes der Prismen in dem Meßstab, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, nimmt einen bestimmten Bereich in Tiefenrichtung des Meßstabes ein, so daß sich nicht zwei Prismen in bezug auf die untere Fläche des Stabs in der gleichen Höhe befinden. Dies läßt sich am besten aus Fig.3 erkennen, die eine Ansicht der dickeren Stirnseite des Stabs darstellt. Die reflektierenden Oberflächen all der Prismen des Stabs lassen sich bei Betrachtung der dickeren Stirnseite des Prismas betrachten. Man kann erkennen, daß zu dem Prisma A,

,o welches sich am Scheitel des Stabs befindet, die unterste diskrete Fläche gehört. Das Prisma B, welches sich an das Prisma A stufenweise anschließt, weist die zweitunterste diskrete Fläche auf. In gleicher Weise nehmen die Prismen E und F diskrete Flächen in dem Stab ein.

Durch die horizontale Ausrichtung der vorderen Fläche und der hinteren Fläche der aufeinanderfolgenden Prismen in dem Meßstab nach Fig. 1 wird es möglich, das Vorhandensein oder das Fehlen von Licht an jeder Stelle längs der gesamten Länge des Stabs festzustellen. Dies ist einer der Vorteile des Meßstabs gegenüber einer Anordnung von fotoempfindlichen Bauelementen, wenn Licht aufgenommen werden soll. Jede Stelle längs der Seite des Meßstabs ist für das Vorhandensein oder Fehlen von Licht empfindlich, und zwar anders als bei der Anordnung von fotoempfindlichen Bauelementen, bei der gewöhnlich zwischen den einzelnen fotoempfindlichen Bauelementen unterbrechende Spalten vorhanden sind. Wenn ferner der Meßstab dazu verwendet wird, Licht von seiner dickeren Stirnseite zu den Prismen zu übertragen, die das Licht an der einen Seite des Stabs nach außen reflektieren, dann führt die direkte Ausrichtung der Ränder zueinander, die oben erwähnt worden ist, dazu, daß das Licht über die ganze Länge des Meßstabs abgegeben wird.

Aufgrund der Tatsache, daß jedes der Prismen in dem Meßstab gemäß F i g. 1 eine bestimmte Fläche des Stabs einnimmt, welche nicht durch irgendein anderes der Prismen eingenommen wird, ist es möglich, daß der Meßstab dazu verwendet werden kann, die Stellung eines Objekts über seine gesamte Länge stetig zu überwachen, wobei nur ein fotoempfindliches Bauelement notwendig ist. Wie man aus F i g. 2 erkennt, wird Licht, welches auf die reflektierenden Oberflächen jedes der Prismen über die ganze Länge des Meßstabs auftrifft, durch den Meßstab nach unten abgelenkt, und zwar auf eine lichtempfindliche Vorrichtung, die sich unterhalb der dickeren Stirnseite des Meßstabs befindet.

Da jedes Prisma eine bestimmte Fläche überdeckt unterscheidet sich das Licht dieses Prismas (beispielsweise des Prismas A in F i g. 3) von dem Licht, welche; durch ein anderes Prisma (beispielsweise das Prisma Fir F i g. 3) reflektiert wird.

Wenn ferner der Meßstab dazu verwendet wird, Lieh zu übertragen und es über seine gesamte Länge nacl außen zu reflektieren, dann wird es durch die Tatsachs daß jedes Prisma eine bestimmte Fläche einnimmi möglich, nur eine einzige Lichtquelle zu verwenden, di

an der dickeren Stirnseite des Meßstabs für all das Lieh das an der Seite des Stabs abgegeben wird, vorgesehe ist.

Gemäß den F i g. 1,3 und 6 ändert sich die Höhe jede der Prismen des Meßstabs, wobei das Hauptprisma . die größte Höhe aufweist und die nachfolgende Prismen eine allmählich sich vermindernde Höh aufweisen. Natürlich wird durch die Änderung der Höh jedes der Prismen die Fläche der reflektierende

Oberflächen für jedes Prisma (siehe F i g. 3) verändert. Der Zweck dieser Änderung besteht bei der bevorzugten Ausführungsform, die in den F i g. 1 bis 5 dargestellt ist, darin, eine nicht einheitliche Intensität des Lichts zu kompensieren, das auf den Meßstab auftrifft, wie es sich beispielsweise bei Verwendung eines mattierten Lichtstabs ergäbe, der dazu verwendet würde, Licht von einer Lichtquelle, die sich an seiner dickeren Stirnseite befindet, zu übertragen und das Licht so aufzuteilen, daß es auf die gesamte Länge des Meßstabs auftrifft. Eine solche Anordnung ist in F i g. 2 dargestellt. Der mattierte Meßstab ist käuflich erhältlich und er ist eine gut bekannte Vorrichtung zur Verteilung von Licht aus einer Lichtquelle, die unter seiner dickeren Stirnseite angeordnet ist.

Der mattierte Meßstab 22 ist in seinem Querschnitt quadratisch und er weist eine sphärische Linse 24 auf, die an seiner dickeren Stirnseite angebracht ist, um das Licht der Lichtquelle parallel zu richten. Wenn man wünscht, die Intensität des Lichts, das an der rechten Seite des Meßstabs 22 reflektiert wird, zu erhöhen, dann können die drei anderen Oberflächen des Meßstabs, wenn dies zwar auch nicht in F i g. 2 dargestellt ist, mit einem reflektierenden Überzug versehen werden. Wenn ferner eine Verstärkung der Lichtintensität nicht erwünscht ist, dann können die drei nicht verwendeten Oberflächen des Meßstabs mit Schirmen oder mit nichtreflektierenden Überzügen versehen werden.

Wie bereits oben erwähnt, ist die Intensität des Lichts, welches von der rechten Seite des mattierten Meßstabs 22 abgegeben wird, nicht einheitlich. Es hat sich herausgestellt, daß die die Intensität des abgegebenen Lichts mit wachsender Entfernung von der Lichtquelle abnimmt. Um sicherzustellen, daß die Intensität des von dem fotoempfindlichen Bauelement aufgenommenen Lichts, welches unter dem Meßstab 8 in F i g. 2 angeordnet ist, linear und proportional zur Lage eines Gegenstands längs der Länge des Meßstabs ist, werden die Flächeh der reflektierenden Prismen verändert, um die nicht einheitliche Lichtintensität, die auf den Meßstab auftrifft, zu kompensieren. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden die Flächen der Prismen so verändert, daß die Fläche jedes weiteren Prismas mit wachsender Entfernung von Grundfläche des Meßstabes vergrößert wird. Damit hat das Prisma, welches sich zu dem Scheitel des Meßstabes am nächsten befindet, die größte Fläche, so daß es die geringe Intensität des Lichtes, welches von dem mattierten Meßstab 22 abgegeben wird, kompensiert. Die genaue Fläche jedes der Prismen wird bei verschiedenen Anwendungsgebieten verändert, und zwar in Abhängikgeit von der Intensität des Lichtes, welches auf die Seite des Meßstabs auftrifft.

Wie bereits oben erwähnt, kann der Meßstab, der in F i g. 1 dargestellt ist, auch dazu verwendet werden, Licht von einer Lichtquelle zu übertragen, die sich unter seiner dickeren Stirnseite befindet und das übertragene Licht auf einen das Licht sammelnden Meßstab zu reflektieren. Eine optische Einrichtung dieser Art ist in Fig.8 dargestellt. Wenn in einem solchen Fall die Fläche der reflektierenden Oberfläche der Prismen längs der gesamten Länge des Meßstabes gleich ist, dann wäre die Verteilung der Lichtintensität längs des Meßstabes einheitlich. In einem solchen Fall wäre die Größe der sich entsprechenden Flächen der reflektierenden Oberflächen der Prismen des das Licht sammelnden Meßstabes einheitlich und gleich den Prismenflächen des das Licht übertragenden und reflektierenden Meßstabes. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform wäre das Licht, welches auf die lichtempfindliche Vorrichtung reflektiert wird, die sich unter dem Meßstab 18, 20 befindet, linear und direkt proportional zur Lage eines Gegenstandes, welcher sich über eine bestimmte Länge des Meßstabes erstreckt.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist der Meßstab aus einem durchscheinenden, synthetischen organischen Werkstoff gegossen, beispielsweise aus

ίο Acrylharz, welches unter den Handelsnamen Plexiglas und Lucite bekannt ist. Es ist auch möglich, den Stab aus Glas, Polystyren, Polycarbonat und ähnlichen Werkstoffen herzustellen.

Die Länge des Meßstabs ist durch die Länge, die überwacht werden soll, bestimmt. Die Höhe und die Breite des Meßstabs werden gewöhnlich durch den vorhandenen Raum bestimmt. Es ist dabei wichtig, daß die Breite des Meßstabs bei einer bestimmten Stablänge die Zahl der reflektierenden Prismen in dem Stab bestimmt. Dies ist dadurch bedingt, daß die beiden nicht reflektierenden Seiten der Prismen gleich lang sein müssen. Damit würde ein Stab, der 50 cm lang ist und 1,25 cm breit ist, aus 20 reflektierenden Prismen zusammengesetzt werden. Wenn es auch erwünscht ist, daß die Höhe des Stabs an keiner Stelle mehr als 5 cm beträgt, dann kann die Gesamtsumme der Höhen all der reflektierenden Prismen nicht größer sein als 5 cm. Wenn alle reflektierenden Oberflächen gleiche Höhe aufweisen (wie in Fig. 6), dann hätte jede etwa eine Höhe von 0,25 cm.

Nach Fig. 5 wird Licht 30, welches auf der linken Seite des Meßstabs auftrifft, der in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, durch die reflektierenden Stirnflächen 18 reflektiert, so daß das Licht durch den Meßstab hindurch zu seiner Grundfläche geleitet wird. Es ist gut bekannt, daß der kritische Winkel eines Meßstabs, der aus Lucite oder Plexiglas besteht, etwa 42° beträgt und daß das seitlich auf dem Meßstab auffallende Licht von der Oberfläche des Meßstabs reflektiert wird, wenn der Einfallwinkel des Lichts größer ist als der kritische Winkel. Wenn Licht unter einem geringeren Winkel als dem kritischen Winkel auftrifft, dann tritt es in den Meßstab ein und es wird durch die reflektierenden Stirnflächen 18 weitergeleitet. Da die reflektierenden Stirnflächen um einen Winkel θ von 45° geneigt sind, wird Licht, welches auf die Seite des Meßstabs unter einem Winkel von 0° auftrifft, gegenüber den reflektierenden Stirnflächen einen Einfallwinkel von 45° aufweisen. Dieses Licht wird um 90° abgelenkt unc

5u durch den Meßstab hindurch zu seiner Grundfläche hir weitergeleitet. Licht, welches auf die reflektierender Stirnflächen unter Winkeln von mehr als 45° auftrifft wird auch durch die reflektierenden Stirnflächei reflektiert, jedoch wird das unter einem Winkel auf dii reflektierenden Stirnflächen auftreffende Licht, de größer ist als 45°, anders als das Licht, welches auf di< reflektierenden Prismaflächen unter 45° auftrifft um welches so reflektiert wird, daß es im wesentliche! parallel zu der Längsachse des Meßstabs verläuft, ζ

(*> den Seilenwänden des Meßstabs in einen bestimmte Winkel zur Längsachse des Meßstabs reflektiert. Da de Einfallwinkel dieses reflektierten Lichts gegenüber de Innenseiten des Meßstabs größer ist als der kritisch Winkel, wird das Licht, wenn es zu der dickere Stirnseite des Meßstabs hin geleitet wird, im Innern dt Meßstabs reflektiert. Auf diese Weise wird ii wesentlichen das gesamte auf den reflektierende Stirnflächen auftreffende Licht zur dickeren Stirnseii

des Meßstibs hin gerichtet, wo es mit geeigneten Einrichtungen, die in der Technik gut bekannt sind, beispielsweise mit Hilfe einer sphärischen Linse, die an die dickere Stirnseite des Meßstabs angesetzt ist, gesammelt. Die Linse fokussiert das gesammelte Licht auf eine lichtempfindliche Vorrichtung, die ebenfalls gut bekannt ist.

In Fig.6 ist eine Ausführungsform der optischen Vorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Höhe jedes der Prismen des Meßstabs einheitlich ist. Diese Ausführungsform der Erfindung könnte dazu verwendet werden, Licht, welches auf die Seite des Meßstabs auftrifft, und welches in seiner Intensität über die ganze Länge des Meßstabs einheitlich ist, zu sammeln und zu reflektieren. In entsprechender Weise könnte der Meßstab, der in Fig.6 dargestellt ist, dazu verwendet werden, eine gleichförmige Beleuchtung über eine gewünschte Länge von einer Lichtquelle her zu erreichen, die sich an seiner dickeren Stirnseite befindet.

In Fig. 7 ist die Verwendung einer Ausführungsform des Meßstabs in einer optischen Meßvorrichtung zum Abtasten dargestellt. Wie bereits oben erwähnt, ist es bei Transportvorrichtui'igen für Magnetbänder üblich, eine Speichervorrichtung 40 für eine Bandschleife vorzusehen, um einen Teil eines Bands 42 für rasche Beschleunigung und Abbremsung durch ein Antriebsrad 44 zu isolieren. Es ist bei solchen Vorrichtungen wichtig, daß die Lage der Bandschleife 42 in der Speichervorrichtung 40 stetig überwacht wird, so daß die Lage der Bandschleife von einem Aufwickelrad 46 gesteuert werden kann. Das Aufwickelrad 46 steuert die Länge der Bandschleife in der Speichervorrichtung, dadurch, daß es eine bestimmte Länge de;; Bands an die Speichervorrichtung abgibt oder von ihr aufnimmt. Durch diese Arbeitsweise wird verhindert, daß die Bandschleife ihre vorgesehenen Grenzen am oberen Ende und am unteren Ende der Speichervorrichtung überschreitet.

Bei der Schleif- und Abtastvorrichtung, die in F i g. 7 schematisch dargestellt ist, ist ein mattierter Meßstab 48 direkt längs der einen Seite des Bewegungspfads des Bands in der Speichervorrichtung angeordnet. Ein Meßstab 50 (der in gleicher Weise wie der Meßstab 8 aufgebaut ist, der in Fig. 1 dargestellt ist und dort in Einzelheiten beschrieben ist) befindet sich direkt an der gegenüberliegenden Seite des Meßstabs 48, so daß er die andere Begrenzung des Bewegungspfads des Bandes bildet.

Unter der dickeren Stirnseite des Meßstabs 50 befindet sich eine Lichtabtastvorrichtung 52 und unter dem mattierten Meßstab 48 ist eine Lichtquelle 54 angeordnet. Wenn sich das Band an der durch den Absland X bezeichneten Stelle befindet, dann sperrt das Band das Licht, welches normalerweise auch auf alle Prismen des Meßstabes auftrifft, die sich oberhalb der gestrichelten Linie, die mit X bezeichnet ist, befinden. Da die Prismen des Meßstabes unter der durch mit Abstand A' bezeichneten Linie weiterhin Licht aus dem nicht abgedeckten Teil des Lichtslabes aufnehmen, ist das auf die fotoempfindlichc Vorrichtung 250 reflektierte Licht direkt proportional zur Lage der Bandschleife in der Speichervorrichtung. Das von der lichtempfindlichen Vorrichtung 52 gebildete Signal wird zu einer Steuervorrichtung für das Aufwickelrad übertragen, die den Motor des Aufwickelrades so ansteuert, daß die Bandschleife in der Speichervorrichtung entweder verlängert oder verkürzt wird.

Es können natürlich verschiedene abgewandelte Ausführungsformen der optischen Vorrichtung, die bisher beschrieben worden ist, anstelle der Anordnung, die in Fig. 7 dargestellt ist, verwendet werden.

Beispielsweise kann der mattierte Lichtstab 48 dazu verwendet werden, Licht für eine zweite Speichervorrichtung oder Speicherkammer für eine Bandschleife (nicht dargestellt) auf der anderen Seite des Antriebsrades 44 vorzusehen. Ferner könnte eine weitere

ίο Lichtquelle an dem oberen Ende des mattierten Meßstabes angeordnet werden, so daß zwei Lichtquellen verwendet werden. Außerdem könnte der Meßstab 50 durch zwei Meßstäbe ersetzt werden, wobei die Scheitel der beiden Stäbe zusammenlaufen und wobei sich lichtempfindliche Vorrichtungen an der dickeren Stirnseite jeder der Stäbe befinden. Bei dieser Anordnung sind die oberen reflektierenden Prismenflächen in einer Richtung abgeschrägt, die der Richtung der Abschrägung der reflektierenden Stirnflächen des Meßstabs 50 entgegengesetzt ist. Diese Anordnung könnte zusammen mit einem mattierten Meßstab verwendet werden, der eine Lichtquelle an seinen beiden Enden aufweist. Bei einer anderen Anordnung könnte der mattierte Meßstab 48 durch einen Meßstab ersetzt sein, bei dem die Prismen in einer Richtung abgeschrägt sind, die der Richtung der Abschrägung der reflektierenden Stirnflächen des Meßstabes 50 entgegengerichtet sind. Ferner könnte gemäß dem Prinzip der Reziprozität von optischen Vorrichtungen der Meßstab 50 bei der Anordnung nach F i g. 7 durch einen mattierten Meßstab ersetzt werden.

In Fig.8 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der zwei Meßstäbe 60 und 62 so angeordnet sind, daß die Lage eines Objektes ir

Richtung der Meßstäbe überwacht werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist ebenso wie bei der Ausführungsform nach Fig.6 die Höhe jedes det Prismen in beiden Stäben einheitlich.

Wie bereits im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrie· ben, sind die Prismenseiten 14 und 16 in ihrer Länge gleich. Ferner ist die Länge der Prismenseiten 14 und If für alle Prismen des Meßstabes die gleiche. Damit isi gemäß den Fig.2, 7 und 8 der vertikale Abstanc zwischen den reflektierenden Stirnflächen gleich. Di alle reflektierenden Stirnflächen gleichen Abstanc voneinander aufweisen und die Intensität des Lichtes welches von allen reflektierenden Stirnflächen auf di< lichtempfindliche Vorrichtung reflektiert wird, gleich ist ist das Signal, welches in der lichtempfindlicher

Vorrichtung erzeugt wird, linear und direkt proportio nal zur Zahl der reflektierenden Stirnflächen, auf dii Licht auftrifft. Diese Zahl entspricht linear der Stellunf des abzutastenden Gegenstandes. Wenn beispielsweisi gemäß Fig. 7 die Lichtenergie, die von jedem Prismi

reflektiert wird, einem Millivolt entspricht, dann würdi ein Signal von 4 Millivolt in der lichtempfindliche! Vorrichtung 52 dann erzeugt werden, wenn dies gleicl der Zahl der reflektierenden Prismen, auf die Lieh auftrifft, ist. Man kann dann sagen, daß sich dii

Bandschleife in der Stellung 4 befindet. Wenn dii Bandschleife angehoben wird, so daß sie nicht länge das Licht von dem fünften Prisma blockiert, dann win ein Signal von 5 Millivolt durch die lichtempfindlich' Vorrichtung erzeugt und es ist genau die linean

Stellung der Bandschleife bekannt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darir daß die Größe der Fläche der reflektierendei Prismenflächen von dem vorderen Rand zu den

hinteren Rand der reflektierenden Stirnfläche zunimmt, daß die geringe Abnahma der Intensität des auftreffenden Lichtes kompensiert wird, wenn es die Breite des Meßstabes durchquert.

Der Meßstab gemäß der Erfindung muß nicht gegossen werden, sondern es können eine Reihe von Rillen in einen Stab eingeschnitten oder eingeformt werden, der einen im wesentlichen rechteckförmigen

Querschnitt aufweist. Die Rillen werden verschieden tiel eingeschnitten oder eingeformt und die reflektierender Stirnflächen werden durch Schleifen des untersten Teil; der Rillen gebildet. Eine Ansicht eines Meßstabes vor oben, der auf diese Weise hergestellt ist, hat das gleiche Aussehen wie eine Ansicht des Meßstabes, der in F i g.: dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Länglicher prismatischer, lichtleii r, aus lichtdurchlässigem Werkstoff bestehende ivleßstab in einer optischen Meßvorrichtung zur Bestimmung der Lage eines Gegenstandes relativ zur Längsseite des Meßstabes, wobei der Meßstab erste und zweite, zueinander parallele Seitenwände, eine senkrecht dazu angeordnete, ebene Unterseite und im Abstand dazu eine stufenförmig ausgebildete Oberseite und zwei zur Unterseite und zu den Seitenwänden senkrechte Stirnseiten aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stufenflächen parallel zur Unterseite sind und die Stirnflächen (18) der Stufen (12) senkrecht zur Unterseite und unter einem Winkel θ gegen die ersten und zweiten Seitenwände (20, 21) geneigt verlaufen, so daß bei Einstrahlung von Licht auf die zweite Seitenwand (21) unter einem Winkel, dessen Größe vom Wert des Winkels θ abhängt, durch Reflexion des Lichts an den Stirnflächen (18) der Stufen (12) des Stabs ein Lichtstreifenmuster auf der dickeren Stirnseite (11) beobachtbar ist, wohingegen bei Anwesenheit eines Gegenstands im Strahlengang der Lage des Gegenstands entsprechende Lichtstreifen des Lichtstreifenmusters verdunkelt werden (F i g. 1,4 und 6).

2. Meßstab nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß θ den Wert 45° annimmt (F i g. 1,2 und 8).

3. Meßstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Stufen (12) gleich ist.

4. Meßstab nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Stufen (12) variiert (F ig. 1 und 4).

5. Meßstab nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Stufen (12) so gewählt wird, daß die Größe der Stirnflächen (18) umgekehrt proportional zur Intensität des Lichts ist, das auf diese reflektierenden Stirnflächen (18) trifft (F i g. 4).

6. Meßstab nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Stufen (12), d. h. der Abstand aufeinanderfolgender Stirnflächen (18) so gewählt ist, daß keine Abschattung einer Stirnfläche (F) durch die vorhergehende Stirnfläche (^erfolgt (F ig. 1).