DE2337413A1

DE2337413A1 - Optoelektrische einrichtung

Info

Publication number: DE2337413A1
Application number: DE19732337413
Authority: DE
Inventors: Werner Eichenberger; Karl Dr Lapp; Erich Dr Loepfe; Hansruedi Stutz
Original assignee: Loepfe AG Gebrueder
Current assignee: Loepfe AG Gebrueder
Priority date: 1972-10-16
Filing date: 1973-07-23
Publication date: 1974-05-02
Also published as: IT1019552B; DE2337413B2; FR2203070B2; JPS4975188A; FR2203070A2; JPS534561A; US3907440A; DE2337413C3

Description

ZUSATZPATENTANMELDUNG

AKTIENGESELLSCHAFT GEBRUEDER LOEPFE, WETZIKON (SCHWEIZ)

Optoelektrische Einrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine optoelektrische Einrichtung mit einem Lichtsender und' einem Lichtempfänger, der eine Lichtfühlvorrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals und einen elektronischen Kreis zum Auswerten dieses Signals aufweist, nach Patent ....

Das Hauptpatent bezieht sich auf optoelektrische Einrichtungen dieser Art, die mit reflektiertem bzw. direkt vom Sender zum Empfänger transmittiertem Licht arbeiten und deren wesentliches Merkmal darin besteht, dass der Sender zwei gepulste Lichtströme erzeugt, die von einem Lichtsensor aufgenommen werden, und der Auswertekreis auf Unterschiede der Intensität der gepulsten Licht ströme anspricht. Unter anderem bezieht sich das Hauptpatent auf eine optoelektrische Einrichtung zum Ueberwachen fadenförmiger Ge bilde, insbesondere von Fäden an Textilmaschinen, und ferner auf einen optoelektrischen Schussspulenfühler.

409818/0737

Bie vorliegende Erfindung betrifft nun eine Weiterentwicklung des Gegenstands des Hauptpatents und ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender so aufgebaut ist, dass er mindestens zwei gepulste Lichtströme erzeugt, deren Lichtimpulse abwechselnd aufeinanderfolgen, dass die Lichtfühlvorrichtung mindestens einen optoelektrischen Wandler zum Aufnehmen der Lichtströme und der Auswertekreis eine elektronische Vorrichtung zum Trennen der von den einzelnen Lichtströmen herrührenden Komponenten des elektrischen Signals aufweist.

Weiter betrifft die Erfindung die Verwendung der gekennzeichneten Einrichtung zum Bestimmen von Intensitätsänderungen mindestens eines der gepulsten Lichtströme durch ein in diesen eingebrachtes Objekt, wobei ein weiterer gepulster Lichtstrom nicht von diesem OBjekt beeinflusst wird und zur· Erzeugung eines Referenzsignals oder Steuersignals im Auswertekreis dient.

Die erfindungsgemässe Einrichtung lässt sich so ausgestalten, dass sie für Messungen im reflektierten Licht oder im transmittierten Licht eingesetzt werden kann.

Die Lichtfühlvorrichtung, im folgenden auch Lichtsensor genannt, braucht nicht notwendig einen einzigen optoelektrischen Wandler enthalten, jedoch wird vorzugsweise nur ein solcher Wandler vorgesehen. Mehrere parallel oder hintereinandergeschaltete Wandler können verwendet^werden, jedoch sollten diese hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit, Temperaturabhängigkeit und ihres AlterungsVerhaltens möglichst weitgehend übereinstimmen. Der Lichtsensor liefert eine einzige Serie von elektrischen Impulsen,die vorzugsweise mit Abständen aufeinanderfolgen. Durch die Erfindung wird, wie im folgenden noch gezeigt werden soll, eine getrennte Verarbeitung der von den einzelnen Lichtquellen verursachten elektrischen Impulse und damit eine äusserst vielseitige Verwendung der erfindungsgemässen optoelektrischen Einrichtung möglich.

409818/0737

Wie unter anderem im Hauptpatent im Zusammenhang mit einem elektronischen Fadenreiniger beschrieben ist, gehört zu einer von zwei Lichtquellen ein Fadenmessfeld und zu der anderen Lichtquelle ein Kompensationsfeld. Das Fadenmessfeld dient zur Erzeugung eines Fadensignals ; das Kompensationsfeld liefert ein Kompensationssignal, das beispielsweise dazu verwertet werden kann, das bei Abwesenheit eines Fadens im Fadenmessfeld erzeugte Ausgangssignal der Lichtempfangsvorrichtung auf Null zu kompensieren; ausserdem werden dabei Aenderungen der Empfindlichkeit des Lichtsensors und der Lichtausbeuten der Lichtquellen mindestens teilweise kompensiert.

Durch die Trennung der elektrischen Signale im Auswertekreis gemäss der vorliegenden Erfindung wird es möglich, beispielsweise durch Regelung der Verstärkung der Empfangsvorrichtung durch das eine dieser Signale das Messergebnis unabhängig zu machen von Aenderungen der Empfindlichkeit des Lichtsensors, die infolge schwankender Temperaturen oder Alterung auftreten können; auch kann der Einfluss einer Verstaubung und Verschmutzung des optischen Systems durch geeignete Massnahmen wenigstens teilweise kompensiert werden.

Es versteht sich, dass zudem ebenso wie beim Hauptpatent eine absolute Bestimmung des Durchmessers eines Garns und eine Ausschaltung der Wirkung von Fremdlicht auf die Messung erzielt werden kann. Ausserdem kann in gewissen Grenzen die nachteilige Auswirkung des Rauschens der Lichtempfangsvorrichtung vermindert werden.

In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Verfahren zur Trennung und Verarbeitung der von den einzelnen Lichtquellen stammenden elektrischen Signale im Auswertekreis erläutert.

Bei einem dieser Verfahren wird das eine elektrische Signal nach dem Trennen zum Regeln der Verstärkung im Signalkanal an einer Stelle vor der Trennung verwertet; das eine Signal dient dabei als

Steuer-

409818/0737

oder Regelsignal. Bei einem zweiten Verfahren werden zwei Signale, die nach dem Trennen gebildet werden, miteinander verknüpft, zum Beispiel analog durch.Produkt- oder Quotientenbildung, oder auch logisch miteinander kombiniert.

Das Trennen kann sich aber auch auf die Abtennung nur einer Komponente des elektrischen Signals, das der Lichtsensor liefert, beschränken; das heisst, es kann aus dem elektrischen Summensignal, das die aus allen Lichtströmen stammenden Komponenten enthält, nur die einem der Lichtströme zugeordnete Komponente abgezweigt werden, während das Summensignal als solches weiterverarbeitet wird. Das derart abgetrennte Signal kann dann in ähnlicher Weise, wie dies in den folgenden Ausführungsbeispielen erläutert werden wird, zu einem Regeloder Steuersignal oder einem Referenzsignal verarbeitet werden j das zur Einwirkung auf das Summensignal oder auf ein aus dem Summensignal abgeleitetes Signal gebracht werden kann, oder welches zusammen mit dem Summensignal einem weiteren Verarbeitungsprozess zugeführt wird, · ·

Im folgenden werden Ausfuhrungsformen der erfindungsgemässen optöelektrischen Einrichtung und deren Arbeitsweise anhand der Zeichnungen erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 in schematischer und vereinfachter Darstellung eine erste Ausführungsform, die beispielsweise als Fadenmessvorrichtung für einen elektronischen Fadenreiniger verwendet werden kann,

Fig. 2 Diagramme mit den in der Messvorrichtung der Fig. 1 erzeugten Impulsserien,

Fig. 3 in veieLnfachtcr Darstellung die Ausbildung eines Messkopfes mit einem optischen System, der beispielsweise

409818/0737

als Fadenmessvorrichtung oder für photometrische Zwecke verwendet werden kann,

Fig. U eine gegenüber Fig. 1 abgewandelte Ausfuhrungsform des elektronischen Auswertekreises,

Fig. 5 eine besondere Anordnung der Teile eines optischen Systems, das für Reflexionsmessungen angepasst ist,

Fig. 6 eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Einrichtung mit zwei Signalkanälen und einem Regelkanal, und

Fig. 7 -.ein Schaltbild eines Schwellwertkreises aus Fig. 6.

Die in Fig. 1 dargestellte Messvorrichtung umfasst einen Lichtsender (Teile 1, 2, 3, 19, 20) und einen Lichtempfänger (Teile H₉ 5). Das optische System umfasst die Teile 1, 2, U und 6 und ist in einer speziellen Ausführungsfprm in Fig. dargestellt,

Zum Lichtsender gehören eine erste Lichtquelle 1, eine zweite Lichtquelle 2, ein als astabiler Multivibrator ausgebildeter Pulsgenerator 3 mit zwei phasenverschobenen Ausgängen, zwei an diese Ausgänge angeschlossene Rechteckimpulsgeber, zum Beispiel monostabile Multivibratoren, 19, 20 und eine der Lichtquelle 2 zugeordnete verstellbare Blende 6.

Das optische System umfasst als wesentliche Teile die genannten Lichtquellen 1 und 2, die als Leuchtdioden ausgebildet und an die monostabilen Multivibratoren 19 bzw. 20 angeschlossen sind, die Blende 6 und einen Lichtsensor U, beispielsweise eine Photodiode oder einen Phototransistor. Ein Objekt, beispielsweise ein Faden F, der im Umriss seines Querschnitts

409818/0737

dargestellt ist, befindet sich zwischen der Lichtquelle 1 und dem Lichtsensor 4. Die von den Lichtquellen 1, 2 erzeugten, vom Lichtsensor 4 aufgenommenen gepulsten Lichtströme sind mit Fl und F2 bezeichnet und schematisch durch einfache Strahlen dargestellt.

Der Lichtempfänger umfasst den Lichtsensor 4 und einen an diesen angeschlossenen elektronischen Auswertekreis 5... Dieser enthält als Eingangsstufe einen regelbaren Verstärker

22 mit einem Signaleingang und einem durch einen kleinen Kreis markierten Steuereingang, sowie zwei parallel zueinander an den Verstärker 22 angeschlossene Trennstufen 2 3 und 24·. Die zweite Trennstufe 24 ist Teil eines mit dem Verstärker 22 zusammenwirkenden Regelkreises 24, 25, 26. Die erste Trennstufe

23 und der Regelkreis verarbeiten die vom Verstärker 22 gelieferten elektrischen Signale P, P', die den gepulsten Lichtströmen Fl und F2 entsprechen, getrennt voneinander. Die erste Trennstufe 23 ist beispielsweise als Abtast- und Haltekreis ausgebildet und hat ausser einem an den Verstärker 22 angeschlossenen Signaleingang einen Steuereingang, der mit einem kleinen Kreis markiert und an den Ausgang des ersten monostabilen Multivibrators 19 angeschlossen ist.

Der Regelkreis umfasst als Trennstufe 24 einen weiteren Abtast- und Haltekreis, einen Sollwertgeber 25 und einen als Differenzverstärker ausgebildeten Komparator 26. Der Signaleingang der Trennstufe 24 ist an den Ausgang des Verstärkers 22, ihr Steuereingang an den Ausgang des zweiten monostabilen Multivibratos 20 angeschlossen. Die Ausgänge der Trennstufe 24 und des Sollwertgebers 2 5 sind an die beiden Eingänge des Komparators 26 angeschlossen; dessen Ausgang ist mit dem Steuereingang des regelbaren Verstärkers 22 verbunden.

In der beschriebenen Messvorrichtung dienen die durch die Ausgangssignale Pl, P2 der inonostabilen Multivibratoren 19 bzw. 20 gesteuerten Abtast- und Haltekreise 2 3 und 24

409818/0737

zum Trennen der vom Verstärker 22 gelieferten verstärkten Signale P₅ P¹, wie dies im folgenden noch näher erklärt wird.

Für den vorliegenden Zweck geeignete elektronische Abtast- und Haltekreise sind bekannt und zum Beispiel beschrieben in der Application Note ICAN-6668 der RCA. Der steuerbare Verstärker 22 kann zum Beispiel ein Operationsverstärker vom Typ CA 3080 der RCA sein, der ebenfalls in der genannten Application Note beschrieben ist.

An Stelle der Abtast- und Haltekreise 23, 24 kann auch ein Ringmodulator mit Filter oder eine.andere phasenabhängige Gleichrichterschaltung als Trennstufe verwendet werden.

Es sei nun die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Mess- ■ vorrichtung in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben.

Der astabile Multivibrator 3'liefert: an den monostabilen Multivibrator 19 eine Serie von Rechteckimpulsen G und an den monostabilen Multivibrator 20 eine zweite Serie von Rechteckimpulsen, die um 180 gegen G verschoben ist. Die monostabilen Multivibratoren liefern infolgedessen zwei Serien von kurzen Rechteckimpulsen Pl, P2, wobei jeder Impuls der einen Serie in der Lücke zwischen zwei Impulsen der anderen Serie auftritt* Die Leuchtdioden 1,2 erzeugen entsprechende Serien von mit Abständen aufeinanderfolgenden Lichtimpulsen Fl₅ F2, die im Lichtsensor 4 vereinigt werden. Der Lichtsensor liefert ein Summensignal ρ oder ρ',siehe Fig. I₉ das sich aus den von den Lichtimpulsen Fl, F2 erzeugten elektrischen Impulsen zusammensetzt. Es sei angenommen, das in Fig. 2 dargestellte Summensignal ρ und entsprechend das im Verstärker 22 verstärkte Summen-Signal P sei in Abwesenheit eines Fadens aufgenommen. Die höheren Impulse entsprochen dabei den Lichtimpulsen Fl, die niedrigeren Impulse den Lichtimpulsen F2 ." Die Verstärkung des regelbaren Verstärkers 22 wird bestimmt duch die vom Sollwertgeber 25 an den Komparator 26 abgegebene Spannung. Diese wird vor Begann

409818/0737

der eigentlichen Messung so eingestellt, dass der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 22 einen gewünschten Wert annimmt.

Die Ausgangssignale P des Verstärkers 22 werden den Signaleingängen der beiden Trennstufen 23 und 21 zugeführt. Die Trennstufe 23 liefert ein Ausgangssignal Q in Form einer Gleichspannung, die der Amplitude der Lichtimpulse Fl proportional ist, siehe die horizontale gerade Linie im untersten Diagramm der Fig. 2. Die Trennstufe 24 liefert eine Spannung, die der Amplitude der Lichtimpulse F2 proportional ist. Wenn zum Beispiel die Blende 6 verstellt wird, so dass sich die Amplitude von F2 ändert, dann liefert die Trennstufe 24 eine entsprechend veränderte Spannung an den Komparator 26. Dadurch wird dessen Ausgangsspannung solange verändert und der Verstärker solange verstellt, bis die Ausgangsspannung der Trennstufe 24 der vom Sollwertgeber 2 5 abgegebenen Spannung entspricht. _Aendert sich im Laufe der Zeit die Empfindlichkeit des Lichtsensors 4,. zum Beispiel infolge Erhöhung der Temperatur oder Alterung, so regelt der Verstärker 22 diese Aenderung mit Hilfe des Regelkreises 24, 25, 26 automatisch aus. Wenn der Lichtsensor 4 oder der Verstärker 22 ein Eigenrauschen aufweisen, wird auch dieses durch den Regelkreis 24, 25, 26 weitgehend ausgeregelt, da dieserdie Ausgangsspannung des Verstärkers 22 konstant zu halten sucht.

Es werde nun ein Faden F, der eine Dickstelle hat, eingelegt und in Längsrichtung durch den gepulsten Lichtstrom Fl gezogen. Der Lichtsensor 4 liefert dann ein Signal p^f und der Verstärker 22 ein verstärktes Signal P¹, in dem die Amplituden der von Fl herrührenden Impulse entsprechend dem Durchmesser des Fadens F moduliert sind, während die von F2 erzeugten Impulse unverändert bleiben. Das Ausgangssignal Q' der Trennstufe 23 folgt in diesem Falle dem Durchmesser des Fadens und zeigt dessen Aenderung in Gestalt einer Treppenkurve an. Der jeweilige Fadendurchmesser ist proportional dem Abstand der zugehörigen Stufe der Treppenkurve Q¹ von der darüber befindlichen horizon-

409818/0 7 37

talen Geraden Q. Die Impulse gleicher Höhe im Signal P^f, die von F2 herrühren, werden im Ausgangssignal Q, Q¹ der Trennstufe 23 nicht direkt wiedergegeben, bestimmen jedoch über den Regelkreis 24, 25, 26 und den Verstärker 22 dessen Grosse.

Der in Fig. 3 im Längsschnitt durch das Gehäuse 21 darge-. stellte Messkopf weist ausser den bereits genannten Teilen des optischen Systems zwei plankonvexe Sammellinsen 27, 28 aufj die einen Messraum Ml seitlich begrenzen und sich mit ihren planen Flächen gegenüberstehen. Im linken Teil des Messkopfes ist etwa im Brennpunkt der ersten Linse 27 die erste Lichtquelle 1-«angeordnet,. im rechten Teil der gegen die gemeinsame optische Achse der beiden Linsen schräggestellte Lichtsensor 4. Auf diesen werden die von der ersten Linse 27 paralle.1-geriehteten Lichtstrahlen aus der Lichtquelle 1 nach Passieren der zweiten Linse 28 gesammelt. Unterhalb des Lichtsensors 4 sind die zweite Lichtquelle 2 und die Blende 6 so angeordnet, dass die aus dieser Lichtquelle kommenden, durch die Blende tretenden Lichtstrahlen auf den Lichtsensor 4 fallen. Der Messraum Ml befindet sich in einem U-förmigen Kanal, der sich quer durch das Gehäuse 21 erstreckt und in dessen Seitenwände die Linsen 27, 28 eingesetzt sind. Das Gehäuse 21 schliesst das optische System des Tastkopfes staubdicht nach aussen ab. Dadurch ist auch der Raum M2 zwischen der zweiten Lichtquelle 2 und dem Lichtsensor U, in dem-sich auch die Oeffnung der Blende 6 befindet, staubdicht nach aussen abgeschlossen. Dies ist wichtig und muss beachtet werden, wenn man den Einfluss einer Verstaubung im Messraum Ml kompensieren will. Als Objekt ist im Messraum Ml ein Objekt-, beispielsweise ein Faden F, im Querschnitt dargestellt.

Der in Fig. 4 im Blockschaltbild dargestellte, gegenüber Fig. modifizierte elektronische Auswertekreis 5' umfasst einen an den Lichtsensor 4 angeschlossenen Verstärker 29, zwei an dessen Ausgang parallel zueinander geschaltete, als Abtast- und Haltekreise ausgebildete Trennstufejp 13, 24 und einen mit

- ίο -

seinem ersteh Eingang an den Ausgang des zweiten Abtast- und Haltekreises 24 angeschlossenen Multiplizierer 30 und einen Differenzverstärker 31,; dessen Plus-Eingang an den ersten Abtast- und Haltekreis 23 und dessen Minus-Eingang an den Ausgang des Multiplizierers 30 angeschlossen sind. Ausserdem ist der Ausgang des Differenz Verstärkers 31 mit dem zweiten Eingang des Multiplizierers 30 verbunden. Richtsender und optisches System können entsprechend wie in Fig. 1 ausgebildet sein; die Steuereingänge der Abtast- und Haltekreise 23, 21 sind dann jeweils an einen der monostabilen Multivibratoren 19 bzw. 20 angeschlossen.

Da durch diesen Ausertekreis 5^f der Quotient aus den elektri- * sehen Signalen aus den Trennstufen, die den Lichtströmen Fl und F2 entsprechen, gebildet wird, werden zeitliche Aenderungen der Empfindlichkeit des Lichtsensors 4, die sbh auf beide Signale in gleichem Masse auswirken, durch diese Messvorrichtung kompensiert.- Zudem erfolgt auch eine Kompensation einer Abnähme oder Zunahme der Lichtausbeute der beiden Lichtquellen 1,2, sofern diese in prozentual gleichem Masse vor sich geht. Wenn jedoch die Lichtaüsbeute, wie dies etwa beim normalen Alterungsvorgang eintreten kann, in den beiden Lichtquellen in unterschiedlichem Masse abnimmt und dabei eine bestimmte Toleranz der Differenz der Lichtausbeuten überschritten wird, ist eine Nachjustierung zweckmässig. Diese kann durch Aendern des Lichtstroms, beispielsweise der Leuchtdiode 2, durch Verstellen.der Blende 6 oder entsprechend, wie dies in den oben genannten Hauptpatenten beschrieben ist, durch Aendern des Verhältnisses der den beiden Leuchtdioden zugeführten elektrischen Signale Pl, P2 erfolgen. Eine derartige Messvorrichtung kann bei entsprechender Ausbildung für relative oder absolute Messungen der Absorption in festen, flüssigen oder gasförmigen Medien, wie Trübungsmessungen, Dichtemessungen an photographischen Filmen und dergleichen photometrische Messungen verwendet werden.

409818/0737

Wird im Zusammenhang mit dem Auswertekreis der Fig. ¹J ein optisches System verwendet, in welchem die Räume zwischen den beiden Lichtquellen 1,2 einerseits und dem Lichtsensor 4 andererseits zum Aussenraum hin offen und in etwa gleichem Masse der Verstaubung ausgesetzt sind, dann wird auch der Einfluss der Verstaubung weitgehend kompensiert.

Wenn erwünscht, kann auch eine Einrichtung gemäss Fig. U zusätzlich mit einem Regelkreis versehen werden, wie er im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist, oder mit einem Regelkreis der Art,* wie er anhand der Fig. 6 im folgenden noch erläutert wird.

Das in Fig. 5 dargestellte optische System dient beispielsweise zur Messung des Reflexionsvermögens der Oberfläche eines Reflektors R. Dieser kann ein poliertes metallisches, also spiegind reflektierendes, Objekt oder auch ein Objekt mit diffus reflektierender Oberfläche, z.B. eine Papierbahn, sein. Das qptische System enthält"wie das der Fig. 1 zwei Lichtquellen 1,2 und einen Lichtsensor U, wobei jedoch gemälss Fig. 5 die erste Lichtquelle 1 so angeordnet ist, dass das von ihr ausgehende Licht nicht direkt, sondern erst nach Reflexion am Reflektor R zum Lichtsensor H gelangt.

Die übrigen Teile der Einrichtung können so ausgebildet sein, wie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben worden ist. Dem Fall des leeren Messraumes entspricht dann das Vorhandensein eines Reflektors R eines bestimmten Reflexionsvermögens, dem ein Sollwert des Ausgangssignals Q zugeordnet ist. Man kann auf diese Weise Abweichungen vom Sollwert quantitativ bestimmen, und zwar sowohl durch statische Messung an einem feststehenden Reflektor als auch kontinuierlich, beispielsweise an .einer laufenden Werkstoffbahn, wie Textilbahn oder Papierbahn. Die Einrichtung kann bei entsprechender Ausbildung auch als Kantenrichtgerät für solche Bahnen eingesetzt werden.

A09818/073 7

Die in Fig. 6 dargestellte Einrichtung unterscheidet sich von der in Fig. 1 abgebildeten in zweierlei Hinsicht. Erstens weist sie drei Datenkanäle auf, nämlich einen ersten Signalkanal 1-4-22-23, einen zweiten Signalkanal I¹-«1-22-23^f und einen Regelkanal 2-4-22-24-26-33. Zweitens wirkt der hier vorgesehene Regelkanal nicht auf den Verstarker 22 des Empfängers ein, sondern auf den Sender, und zwar auf die den Lichtquellen zugeführten elektrischen Signale. Uebereinstimmend mit Fig* 1 ist also auch hier ein geschlossener Regelkreis vorgesehen; durch diesen wird jedoch die Stärke der von den Lichtquellen 1, I¹ erzeugten Lichtströme geregelt und nicht die Verstärkung im Empfänger, wie dies gemäss Fig.

1 der Fall ist.

Die Ausgangssignale der beiden Signalkanäle können getrennt voneinander weiterverarbeitet werden, oder sie können einem analog oder auch logisch arbeitenden Verknüpfungskreis zugeführt werden, je nach dem Verwendungszweck der Einrichtung.

Gemäss Fig. 6 sind drei Lichtquellen 1, 1' und 2 vorgesehen, deren Lichtströme auf einen gemeinsamen Lichtsensor 4 fallen. Ein Pulsgenerator 3, der wiederum ein astabiler Multivibrator sein kann, liefert eine Serie von kurzzeitigen Rechteckimpulsen, die einem Verzögerungsnetzwerk, beispielsweise einem Schieberegister 32, mit drei Ausgängen zugeführt werden. An diesen Ausgängen entstehen drei-zeitlich gegeneinander versetzte Serien von Impulsen, die sich nicht überdecken und die über eine steuerbare Uebertragungsvorrichtung, beispielsweise einen steuerbaren Schwellwertkreis 33, den Lichtquellen 1, 1' und 2 individuell zugeführt werden .■ Die von den Lichtquellen erzeugten gepulsten Lichtströme liefern am Ausgang des Lichtsensors 4 eine elektrische Impulsserie, die im Verstärker 22 verstärkt und den Trennstufen 23, 23* und 24 zugeführt wird, die entsprechend vrie dies im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben wurde, von den die Lichtquellen 1, 1' und

2 speisenden Impulsserien angesteuert und aktiviert werden, so

409818/0737 original, inspected

dass sie jeweils nur auf die von der zugeordneten Lichtquelle erzeugten elektrischen Signale ansprechen. Der Regelkreis 21, 25, 26 liefert ein Steuersignal an den steuerbaren Schwellwertkreis 33, wenn die Ausgangsspannung der Trennstufe m nicht mit der vom Sollwertgeber 25 erzeugten Sollspannung übereinstimmt, wodurch dann die Amplituden der den Lichtquellen zugeführten elektrischen Impulse solange geregelt werden, wie die Ausgangs spannung der Trennstufe 2H vom Sollwer.t abweicht.

In Fig. 7 ist ein steuerbarer Schwellwertkreis 33 dargestellt, der in den drei Verbindungsleitungen zwischen dem Schieberegister 32 und den Lichtquellen 1, I¹ und 2 jeweils eine Serienschaltung einer Diode D und eines Kondensators C enthält. Jeder dieser Serienschaltungen wird die vom Komparator 26 gelieferte Steuerspannung Über einen·Widerstand Ro zugeführt. Um Verzerrungen der den Lichtquellen zugeführten Rechteckimpulse zu vermeiden, soll die Zeitkonstante eines jeden Gliedes RoG wenigstens etwa hundertmal grosser sein als die Dauer eines der Rechteckimpulse.

Die in Fig. 6 dargestellte Einrichtung kann man zu gleichzeitigen laufenden Messungen an zwei Objekten, z.B. Fäden, verwenden. Eine derartige Anwendung ist die Ueberwachung der Durchmesser zweier laufenden Garne beim Fachen in der Zwirnvorbereitung. Man kann die Zahl der Datenkanäle noch weiter erhöhen; auch ist es möglich, mit einem solchen Mehrkanalgerät zwei oder mehr voneinander unabhängige Messungen am selben Objekt durchzuführen, z.B. den Durchmesser eines laufenden Fadens in zwei zueinander senkrechten Richtungen zu bestimmen oder zu überwachen.

Will man aus den beiden Signalkanälen getrennte Ausgangssignale erhalten, so-werden die Signale - eventuell nach weiterer Umformung - aus den Trennstufen 23, 23' getrennt weiterverarbeitet, z.B. je einer Anzeigevorrichtung zugeführt. Gegebenenfalls,· z.B. bei Verwendung in einem Fadc.nreiniger, ist es zweckmässig,

A09818/0737

INSPECTED

die Ausgangssignale, die man für den Fadendurchmesser in zwei oder mehr verschiedenen Richtungen erhält, durch analoge Verknüpfung, insbesondere Multiplikation, miteinander zu kombinieren. Ferner kann auch eine logische Verknüpfung der Ausgangssignale in an sich bekannter Weise ausgeführt werden.

• Als weitere Anwendungen der erfindungsgemässen optoelektrischen Einrichtung seien ausser den bereits erwähnten folgende genannt: als Farbmarkenabtaster oder Kodeabtaster unter Verwendung von sichtbarem oder infrarotem Licht bei unveränderter Wellenlänge oder auch von Licht, dessen Wellenlänge durch Lumineszenz geändert wird; als Zeichenabtaster in Lesevorrichtungen, als Linienabtaster in Pantographen, in Nachlaufsteuerungen und so weiter.

In den Beispielen der Fig. 1 und 6 sind optoelektrische Einrichtungen mit einem Regelkanal oder Stabilisierungskanal erläutert, in Fig. U ist ein Auswertekreis mit analoger Verknüpfung, speziell Quotientenbildung, zweier aus dem Lichtsensor abgeleiteten Signale dargestellt. Es sind auch andere Ausfuhrungsformen des Regelkanals möglich; so kann beispielsweise auch das auf den Sensor 4 fallende, den gepulsten Lichtströmen entstammende Licht durch ein steuerbares Lichtventil, beispielsweise eine Kerrzelle, gesteuert werden.

Die erfindungsgemässen optoelektrischen Einrichtungen zeichnen sich durch eine besonders gute Langzeitstabilität aus, wie sie mit vergleichbaren optoelektrischen Messvorrichtungen nicht erzielt werden kann. Eine solche Langzeitstabilität ist vor allem bedeutsam für solche technischen und betrieblichen Einsätze, bei denen eine laufende Kontrolle bestimmter zeitlich veränder-■ licher Daten über längere Zeiträume durchgeführt werden muss, wie dies bei der Fadenreinigüng'in Spinnereien und bei kontinuierlichen Trübungs- oder Pauchdichtemessungen in Ueberwachungsanlagen der Fall ist. Ferner sind diese neuen Einrichtungen , ₁₄ 409818/0737

völlig unempfindlich gegen Fremdlicht., selbst wenn es sich um hochfrequentes Fremdlicht handeltvon annähernd gleicher Frequenz wie die der von den beiden Lichtquellen erzeugten Lichtimpulse j in diesem Falle müssten die Impulse des Fremdlichts auch bezüglich ihrer Phasen genau mit denen der Nutzlichtimpulse übereinstimmen, um die Empfangsvorrichtung zum Ansprechen zu bringen, was praktisch ausgeschlossen ist.

409818/0737

Claims

■- 16

PATENTANSPRÜCHE

Optoelektrische Einrichtung mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, der eine Lichtfühlvorrichtung zum Erzeugen eines "elektrischen Signals und einen elektronischen Kreis zum Auswerten dieses Signals aufweist, nach Patent

, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender (1-3, 19, 20) so aufgebaut ist, dass er mindestens zwei gepulste Lichtströme (Fl, F2) erzeugt, deren Lichtimpulse abwechselnd aufeinanderfolgen, dass die Lichtfühlvorrichtung (H) mindestens einen optoelektrischen Wandler zum Aufnehmen der Lichtströme und der Auswertekreis (5, 5¹) eine elektronische Vorrichtung (23, 24) zum Trennen der von den einzelnen Lichtströmen herrührenden Komponenten des elektrischen Signals (p, p'; P, P^!) aufweist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtsender mindestens zwei trägheitslos anregbare Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden, und eine Vorrichtung (3, 19, 20; 3, 32) zum Erzeugen von mindestens zwei Serien abwechselnd aufeinanderfolgender elektrischer Impulse, die zur Anregung der Lichtquellen dienen,umfasst, und dass die Lichtfühlvorrichtung (H) einen einzigen optoelektrischen Wandler, beispielsweise eine Photodiode oder einen Phototransistor, aufweist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass

als elektronische Trennvorrichtung eine der Anzahl der Lichtströme entsprechende Anzahl von steuerbaren Trennstufen (23, 23', 24) vorgesehen ist, die jeweils einen Steuereingang und einen Signaleingang aufweisen, wobei dem Signaleingang aller Trennstufen-das elektrische Signal (p, p'; P, P¹) und dem Steuereingang einer jeden Trennstufe jeweils eine der Impulsserien, die zur Anregung der Lichtquellen dienen, zugeführt werden, so dass jede Trennstufe nur auf die Komponente des

409818/0737

333?M3

elektrischen Signals anspricht, die der ihr zugeführten Impulsserie zugeordnet ist.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lichtquellen und die Lichtfühlvorrichtung umfassende optische System (1, 2, 4, 6, 27, 28; 1, I¹ ,

■ 2, 4) so ausgebildet ist, dass die gepulsten Lichtströme (Fl, F2) auf getrennten optischen Wegen zwischen den Lichtquellen und dem Lichtsensor verlaufen,
5. Einrichtung nach-Anspruch 3 oder' 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens·einem der gepulsten Lichtströme (Fl) ein Messraum (Ml) zugeordnet ist, um diesen Lichtstrom beeinflussende Objekte (F, R) aufzunehmen und ein entsprechendes erstes Signal (Q, Q') am Ausgang der zugehörigen Trennstufe (23, 23') zu erzeugen, und dass einem zweiten der gepulsten Lichtströme (F2) ein zweiter Raum so zugeordnet ist, dass die genannten Objekte (F, R) diesen Lichtstrom nicht beeinflussen und das diesem zugeordnete Signal am Ausgang der zugehörigen zweiten Trennstufe (24) vom ersten Lichtstrom (Fl) unabhängig ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Regeln der Stärke des elektrischen Signals (P3 P¹» P» P¹) zwecks Ausgleichs von Aenderungen der Lichtausbeute der Lichtquellen und/oder der Empfindlichkeit der Lichtfühlvorrichtung eine steuerbare Vorrichtung (22, 33) vorgesehen ist, auf die das Ausgangssignal einer der Trennstufen (24) als Steuersignal einwirkt.
7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass

die steuerbare Vorrichtung, beispielsweise ein regelbarer Verstärker (22), im Auswertekreis (5) angeordnet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die steuerbare Vorrichtung" (33) im Lichtsender zur Regelung der Stärke der den Lichtquellen zugeführten elektrischen Impulse angeordnet ist. _409818/073ΐ
9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regelkreis (24, 25, 26) vorgesehen ist, der eine steuerbare Trennstufe (2M-), einen Sollwertgeber (2 5) und einen Komparator (26) umfasst, wobei einem Steuereingang der Trennstufe ein vom Lichtsender erzeugtes synchron mit einem der Lichtströme gepulstes elektrisches Signal (P2) und einem Signaleingang der Trennstufe ein von der Lichtfühlvorrichtung erzeugtes elektrisches Signal (p, p¹; P, P¹) zugeführt ist, die beiden Eingänge des !«Comparators (26) an die Ausgänge der Trennstufe bzw. des Sollwertgebers angeschlossen sind und der Ausgang des Komparators mit dem Steuereingang der steuerbaren Vorrichtung (22, 23) verbunden ist.
10. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lichtquellen und Lichtfühlvorrichtung umfassende optische System so ausgebildet ist, das-s mindestens zwei der gepulsten Lichtströme auf sich kreuzenden optischen Wegen von den Lichtquellen zuir Lichtfühlvorrichtung verlaufen.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das die Lichtquellen und die Lichtfühlvorrichtung umfassende optische System optische Ablenkvorrichtungen, wie Spiegel oder Prismen, zwecks Aenderung der Richtung wenigstens eines der gepulsten Lichtströme umfasst.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennstufen jeweils einen Haltekreis umfassen und dass ein Ver'knüpfungskreis (30, 31) mit mindestens zwei Eingängen vorgesehen ist, die jeweils an den Ausgang einer der Trennstufen angeschlossen sind.
13. Einrichtungnach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verknüpfungskreis (30, 31) eine analoge Verknüpfung, beispielsweise eine Multiplikation oder Division, der Ausgangssignale der Trennstufen (23, 24) bewirkt.

409818/0737
14. Einrichtungnach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass : , der Verknüpfungskreis eine logische Verknüpfung der Ausgangssignale der Trennstufen (23, 23') bewirkt.
.15. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 14 mit zwei Lichtquellen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Erzeugen der elektrischen, Impulsserien einen Pulsgenerator (3), beispielsweise einen astabilen Multivibrator mit zwei phasenverschobenen Ausgängen und zwei jeweils an einen dieser Ausgänge angeschlossene monostabile Multivibratoren (19, 20) aufweist, deren jeder eine Serie von Impulsen erzeugt, derart dass jeder Impuls der einen Serie in der Lücke zwischen zwei Impulsen der anderen Serie auftritt, und dass, jede Impulsserie eine der Lichtquellen (1, 2) ansteuert.
16. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Vorrichtung zum Erzeugen der elektrischen Impulsserien ein Pulsgenerator (3) mit einem Ausgang und ein an diesen angeschlossener Verzögerungskreis (32), beispielsweise ein Schieberegister, mit mehreren unterschiedlich verzögerten Ausgängen vorgesehen sind..
17. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als elektronische Trennvorrichtung der Lichtfühlvorrichtung (4) nachgeschaltete Abtast-und ijaltekreise (23, 23' 24) vorgesehen sind.
18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Tastkopf aufweist, der. zwei Leuchtdioden (1,2) als Lichtquellen, eine vor der zweiten Leuchtdiode (2) angeordnete verstellbare Blende (6) und eine Lichtfühivorrichtung (4) in einem nach aussen abgeschlossenen Gehäuse (21) umfasst.
19. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche.1 bis 18 zum Bestimmen von Intensitätsänderungen mindestens eines der

409818/0737

- 20 - £3 3 / *♦

gepulsten Lichtströme durch ein in diesen eingeorachtes Objekt (F, R), wobei ein weiterer gepulster Lichtstrom nicht von diesem Objekt beeinflusst wird und zur Erzeugung eines Referenzsignals oder Steuersignals im Auswertekreis (5, '5') dient.
20. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 19 für optische Absorptionsmessungen.
21. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 19 zum Ueberwachen von fadenartigen Gebilden insbesondere an Textilmaschinen.
22. Verwendung der Einrichtung nach Anspruch 21 in einem für eine Fadenspulmaschine bestimmten elektronischen Fadenreiniger.

409818/0737

ÖRK&NAL fNSPECTED