DE2312944C3

DE2312944C3 - Vorrichtung zur Messung der Intensität eines Lichtbündels an unterschiedlichen Stellen eines linienförmigen Bereiches mit einem Lichtleitstab

Info

Publication number: DE2312944C3
Application number: DE19732312944
Authority: DE
Inventors: Gernot 8034 Germering Pinior
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1972-03-23
Filing date: 1973-03-15
Publication date: 1978-11-23
Also published as: DE2312944A1; DE2312944B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Intensität eines Lichtbündels an unterschiedlichen, zu verschiedenen Zeiten von dem Lichtbündel beaufschlagten Stellen eines linienförmigen Bereiches, mit einem sich entlang des linienförmigen Bereiches erstreckenden Lichtleitstab zur Aufnahme des von dem Bereich ausgehenden Lichtes an in Längsrichtung unterschiedlichen markierten Stellen seiner Oberfläche und zur Weiterleitung des Lichtes durch Totalreflexion mit einem fotoelektrischen Detektor an einer der Stirnseiten des Lichtleitstabes nach Patent 21 15979 und mit einer im Wege des auf den Lichtleitstab treffenden Lichtes angeordneten transparenten Platte, die im Durchtrittsbereich mattiert ist und die den mattierten Stellen des Lichtleitstabes gegenüberliegt.

Derartige Vorrichtungen werden z. B. bei Abtastvorrichtungen verwendet, bei denen ein scharf gebündelter Laserstrahl eine auf Fehler zu untersuchende Bahn zeilenweise abtastet. Die Anordnung kann z. B. so sein, daß der Laserstrahl von der einen Seite auf die Bahn auftrifft, während der Lichtleitstab auf der gegenüberliegenden Seite der Bahn angeordnet ist. Die Anordnung kann jedoch auch so sein, daß sowohl der Laserstrahl als auch der Lichtleitstab auf der gleichen Seite der Bahn liegen, wobei der Lichtleitstab das von der Bahn reflektierte Licht empfängt.

In beiden Fällen wird das durch die Bahn hindurchgehende oder von ihr reflektierte Licht auf die Mantelfläche des Lichtleitstabes gelangen, von wo aus es in den Stab eindringt und aufgrund von Totalreflexionen an den Wänden des Lichtleitstabes sich in Axialrichlung fortpflanzt. Es wird schließlich von dem b/.w. den (-"otoempfängern an den Stirnseiten empfangen und in ein elektrisches Signal umgewandelt, welches dann ein Maß für die Intensität des auf die Mantelfläche des Lichtieitstabes auftreffenden Lichtstromes ist

Ein Problem bei mit Lichtleitstäben arbeitenden Vorrichtungen der eingangs genannten Gattung besteht darin, daß an verschiedenen Stellen des Lichtieitstabes auffallendes Licht unterschiedliche Wege bis zum. Empfänger zurücklegen muß und daß auch Inhomogenitäten im Material des Lichtieitstabes sowie Oberflächenverformungen. Kratzer u.dgl. den auffallenden

_hio Lichtstrahl an unterschiedlichen Stellen der Länge des Lichtieitstabes ungleich beeinflussen. Auf diese Weise wird das vom Fotoempfänger abgegebene elektrische Signal nicht nur von der Intensität des auf den Lichtleitstab auftreffenden Lichtstromes, sondern auch

'5 von den genannten Störungen des Lichtieitstabes beeinflußt

Das Ziel der Erfindung nach der DE-OS 21 15 979 besteht darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der im Falle des Auftreffens gleich starker Lichtstrahlen an unterschiedlichen Stellen der Länge des Stabes zu verschiedenen Zeiten stets das gleiche Ausgangssignal am Fotoempfänger erhalten wird, und zwar unabhängig von dem Vorliegen von Unvollkommenheiten des Lichtieitstabes.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung nach der DE-OS 2115 979 unter anderem vor, daß entlang des Stabes eine Reihe von quer zur Stabachse verstellbaren., diskreten Blenden derart angeordnet ist, daß jede Blende den in dem Stab zurückreflektierten Teil des an ihrem Ort aus dem Stab seitlich austretenden Lichts je nach ihrer Einstellung unterschiedlich beeinflußt. Für einen bestimmten Lichtleitstab können die betreffenden Blenden also individuell so eingestellt werden, daß die Unvollkommenheiten des Lichtleitstabes an den einzelnen Blendenorten vollständig kompensiert werden, indem ein mehr oder weniger großer Teil des aus dem Stab an der betreffenden Stelle austretenden Lichtes in den Lichtleitstab zurückreflektiert wird. Die Folge ist, daß bei einem den Stab entlang seiner Länge mit konstanter Intensität abtastenden

Lichtstrahl das Ausgangssignal des vorzugsweise nur an

einer Seite vorgesehenen Fotoempfängers konstant ist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der DE-OS 21 15 979 weist der Lichtleitstab entlang des

« Auftreffbereiches des Abtastlichtstrahls eine Mattierung auf. Hierdurch wird beim Auftreffen des Lichtstrahles eine Streuung nach allen Seiten bewirkt, so daß ein beträchtlicher Teil des auffallenden Lichtes eine solche Axial-Fortpflanzungskomponente innerhalb

so des Lichtieitstabes erhält, daß die erforderliche Totalreflexion erhalten wird und ein beträchtlicher Anteil des Lichtes zum Fotoempfänger gelangt.

Besonders bevorzugt ist es, wenn gemäß DE-OS 21 50 634 in geringem Abstand von dem Auftreffbeispiel des Abtastlichtstrahles eine durchsichtige Deckplatte angeordnet ist, deren Unterseite wenigstens im Bereich des Durchtritts des Abtastlichtstrahles eine Mattierung aufweist Bei dieser Ausführungsform liegen sich also zwei mattierte Bereiche dicht gegenüber. Diese Maßnahme hat nicht nur die Folge, daß ein noch größerer Teil des auffallenden Lichtes in den Grenzwinkel der Totalreflexion abgelenkt wird und somit zum Fotoempfänger gelangt, sondern es wird in vorteilhafter Weise auch das Grundrauschen am Fotoempfänger

^hl> herabgesetzt, da sich Fehler in den Mattierungen gegenseitig ausgleichen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, auf einfache Weise die unterschiedlichen Weglängen zu

berflcksichtigen, die das Licht innerhalb des Lichtleitstabes zurücklegen muß, je nachdem, an welcher Stelle der Lichtleitstrahl auf den Lichtleitstab auftriff L

Hierzu sieht die Erfindung vor, daß die transparente Platte zur Kompensation des Einflusses unterschiedlieher Weglängen des Lichts im Lichtlej£stab gegen den Lichtleitstab derart geneigt angeordnet ist, daß das dem fotoelektrischen Detektor zugewandte Ende des Lichtleitstabes einen größeren Abstand von der Platte aufweist als das andere Ende. Dies kann auf einfache Weise dadurch verwirklicht werden, daß der Lichtleitstab um -eine senkrecht zur Stabachse und zum Lichtstrahl verlaufende Querachse geringfügig kippbar ist Aufgrund dieser Ausbildung liegen sich die mattierten Bereiche des Lichtleitstabes und der '5 Deckplatte an dem vom Fotoempfänger entfernten Ende des Lichtleitstabes etwas näher, so daß an diesem Ende mehr Licht in den Lichtleitstab gelangt Hierdurch wird die Absorption dieser Lichtstrahlen auf dem relativ langen Weg zum Fotoempfänger kompensiert Aufgrund der stetigen Zunahme des Abstandes zwischen den beiden mattierten Bereichen beim Fortschreiten in Richtung auf den Fotoempfänger wird die in dem Lichtleitstab eindringende Lichtmenge stetig geringer, und zwar derart daß sie der abnehmenden Absorption aufgrund des immer geringer werdenden Abstandes zum Fotoempfänger entspricht

Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben, deren Figur eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung ^M zeigt

Nach der Figur ist in den Stirnwänden 22, 23 eines Gehäuses 20 ein Lichtleitstab 11 mit kreisförmigem Querschnitt und ebenen Stirnflächen gelagert, wobei die Enden des Stabes aus dem Gehäuse 20 herausragen. Die Lagerung erfolgt nur an zwei möglichst wenig ausgedehnten Steilen 28, um die Totalreflexion möglichst wenig zu behindern, und ist derart daß der Stab 11 etwas um eine senkrecht zur Zeichnungsebene stehende Achse im Uhrzeigersinn gekippt ist. *o

Entlang eines parallel zu einer Erzeugenden verlaufenden Bereiche 14 ist der geradlinige Lichtleitstab 11 mattiert Die Mattierung kann durch Anschleifen oder Ätzen erzeugt sein.

Die Oberseite des Gehäuses 20 ist durch eine «5 Deckplatte 25 aus Glas abgeschlossen, auf deren Unterseite eine Blende 26 angebracht ist, die einen den Durchtritt des Lichtstrahles 15 ermöglichenden Längsschlitz 21 aufweist Der Lichtstrahl 15 ist ein Laser-Strahl, der den Lichtleitstab U entlang der so Mattierung 14 abtastet.

Der der Mattierung 14 gegenüberliegende Bereich der Deckplatte 25 ist ebenfalls mit einer Mattierung 27 versehen. Der Abstand zwischen den beiden Mattieiüngen 14, 27 ist dabei so gering gewählt, daß der größte Teil des an der Mattierung 27 gestreuten Lichtes noch auf den mattierten Bereich 14 auffällt.

Parallel zum Stab 11 erstreckt sich am Boden 24 des Gehäuses 20 ein länglicher Planspiegel 12, der einen Abstand von dem Lichtleitstab 11 aufweist. w>

Zwischen dem Lichtleitstab 11 und dem Spiegel 12 erstrecken sich zahlreiche nebeneinander angeordnete diskrete Blenden 16a, b,...i, die durch je eine Schraubenspindelanordnung 17 einzeln derart verstellbar sind, daß sie sich entweder in den Spalt zwischen h^r> dem Lichtleitstab 11 und dem Spiegel 12 hinein oder aus diesem herausschieben und so den Spiegel 12 mehr oder weniger abdecken.

An der rechten Stirnseite des Liciitleitstabes ist unter Zwischenschaltung eines Filters 19 ein photoelektrischer Empfänger 13 in einem Gehäuse 36 befestigt Der Zweck des Filters 19 ist der, nur das Laseriicht von definierter Wellenlänge zum Empfänger 13 durchzulassen, wodurch Störlicht weitgehend ausgeschaltet werden kana An der gegenüberliegenden Stirnseite des Stabes 11 ist ein Planspiegel 18 befestigt der den zum Empfänger 13 gelangenden Lichtstrom verstärkt

In der Zeichnung ist außerdem ein scharf gebündelter Laserstrahl 15 dargestellt welcher den mattierten Bereich 14 im Sinne des Doppelpfeiles periodisch abtastet Die Streuung des Lichtes in den Lichtleitstab 11 ist durch Pfeile angedeutet

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:

Der auf die Mattierung 27 an der Unterseite der Deckplatte 25 auftreffende Laser-Lichtstrahl 15 wird nach allen Richtungen gestreut Auf diese Weise fällt auf die Mattierung 14 des Lichtleitstabes 11 nicht nur im wesentlichen senkrecht Licht auf, sondern auch unter zahlreichen anderen Winkeln. Die erneute Streuung dieses Lichtes an dem mattierten Bereich 14 hat dann zur Folge, daß ein größerer Teil des auffallenden Lichtes unter solchen Winkeln in den Lichtleitstab 11 eintritt daß eine Totalreflexion an den Wänden des Stabes auftritt und somit ein größerer Teil des auffallenden Lichtes auf den an der Stirnseite des Stabes angeordneten Fotoempfänger 13 auftrifft. Ein größerer Teil des Lichtes gelangt auch durch Streuung direkt zum Fotoempfänger. Dies ist durch Pfeile angedeutet

Die erste Mattierung 27 hat also die Aufgabe, aus einem Lichtstrahl mit im wesentlichen nur einer Richtung viele Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Richtungen zu bilden.

Sobald diese Streuung erfolgt ist, sollte das Licht möglichst bald in den Lichtleitstab 11 eintreten, damit nicht zuviel Licht durch Vorbeilaufen am Lichtleitstab verlorengeht. Der Lichtleitstab 11 soll also so nah wie möglich an der Mattierung 27 liegen. Für praktische Zwecke ist es erwünscht, daß der Abstand der Mattierungen 14, 27 in der Größenordnung der Breite des Auftreffbereiches liegt.

Im Bereich des Spiegels 12 wird das aus dem Stab 11 austretende Licht zurückgeworfen und tritt erneut in den Stab ein. Je nach den Ein- und Austrittswinkeln kaiin dieses zurückgeworfene Licht wenigstens teilweise zum Empfänger 13 gelangen. In Abhängigkeit von der Einschubtiefe der Einzelblenden 16a bis 16/ wird ein mehr oder weniger großer Teil des ausgetretenen Lichtes in den Lichtleitstab 11 zurückgeworfen.

Tritt nun an irgendeiner Stelle entlang des Lichtleitstabes U ein Lichtverlust durch eine Inhomogenität oder ein Oberflächenfehler auf, so kann dieser durch Herausziehen der Blende 16 um ein definiertes Stück voll kompensiert werden.

Die Feinheit der Unterteilung der Einzelblenden 16a bis 16/ kann in Abhängigkeit von dem für den Lichtleitstab U verwendeten Material vorgenommen werden. Ändern sich die Inhomogenitäten auf kurzen Strecken stark, so sind mehr Einzelblenden vorzusehen, als wenn die Inhomogenitätsschwankungen nur über relativ große Längenabschnitte vorkommen.

Der Lichtleitstab 11 ist etwas gekippt, derart, daß der Abstand d\ zur Deckplatte 25 am linken Ende etwas kleiner als der Abstand d.2 am rechten Ende ist. Hierdurch werden die unterschiedlichen Absorptionen des in unterschiedlichen Abständen vom Empfänger 13 auftreffenden Lichtes ausgeglichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Messung der Intensität eines Lichtbündels an unterschiedlichen, zu verschiedenen Zeiten von dem Lichtbündel beaufschlagten Stellen eines linienförmigen Bereiches, mit einem sich entlang des linienförmigen Bereiches erstreckenden Lichtleitstab zur Aufnahme des von dem Bereich ausgehenden Lichts an in Längsrichtung unterschiedlichen mattierten Stellen seiner Oberfläche und zur Weiterleitung des Lichts durch Totalreflexion, mit einem fotoelektrischen Detektor an einer der Stirnseiten des Lichtleitstabes nach Patent 2115 979 und mit einer im Wege des auf den Lichtleitstab treffenden Lichtes angeordneten transparenten Platte, die im Durchtrittsbereich mattiert ist und die den mattierten Steilen des Lichtieitstabes gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die transparente Platte (25) zur Kompensation des Einflusses unterschiedlicher Weglängen des Lichts im Lichtleitstab (11) gegen den Lichtleitstab derart geneigt angeordnet ist, daß das dem fotoelektrischen Detektor (13) zugewandte Ende des Lichtleitstabes einen größeren Abstand von der Platte (25) aufweist als das andere Ende.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtleitstab (U) zur Erzielung einer vollständigen Kompensation um eine senkrecht zur Stabachse und zum Lichtstrahl (15) verlaufende Querachse geringfügig kippbar ist.