DE2422139A1

DE2422139A1 - Digitale objekt-abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2422139A1
Application number: DE2422139A
Authority: DE
Inventors: Jun James Johnston Howe; James Clifford Yarrington
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-06-12
Filing date: 1974-05-08
Publication date: 1975-01-16
Also published as: FR2233599B1; JPS5429267B2; JPS5027967A; GB1462504A; FR2233599A1; US3885872A

Description

Eöbliiigen, den 3. Mai 1974 ker-aa

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504

Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: EN 972 075

Digitale Objekt-Abtastvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine digitale Objekt-Abtastvorrichtung zur Bestimmung des Abstandes eines Objektes von einer Bezugslinie im Verhältnis zu einem vorgegebenen Nominalabstand entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Normalerweise werden zur Feststellung von Objekten in vorgegebenen Bahnen optische Abtastvorrichtungen verwendet, die mit der Intensität reflektierten Lichtes arbeiten. *

Nach dem Stande der Technik sind solche Abtastvorrichtungen bekannt geworden, die nur ein einziges lichtempfindliches Element zur Aufnahme vom abzutastenden Objekt reflektierten Lichtes aufweisen. Hierzu sind die US-PS 3 327 584 und 3 428 815 zu nennen.

Bei solchen Abtastvorrxchtungen können Fehler aufgrund variierender Reflektierung durch die abzutastenden Objekte sowie auch durch Variationen der Lichtintensität auftreten. Eine Abtastanordnung, die aufgrund des Vergleiches des Ausgangssignals eines einzigen lichtempfindlichen Elements mit einem vorgegebenen Bezugsmaß arbeitet, ist nicht im Stande, eine Anpassung an variierende Reflektierung oder Lichtintensität zu gewährleisten.

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Die Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Objekt-Abtastvorrichtung mit mehreren lichtempfindlichen Elementen, deren Ausgangssignale zur Ermittlung eines von den genannten Umständen unabhängigen digitalen Objektabstandswertes geeignet sind.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben .

Es wird eine Lichtquelle zur Anstrahlung eines Objektes vorgesehen, dessen Abstand zu ermitteln ist, in Verbindung mit ersten und zweiten lichtempfindlichen Elementen. Das erste lichtempfindliche Element ist optisch so angeordnet, daß eine vom abzutastenden Objekt und dessen Entfernung unabhängige Spannung erzeugt wird. Das zweite lichtempfindliche Element ist so angeordnet, daß an seinem Ausgang eine Spannung abnehmbar ist, die im wesentlichen proportional zur Nähe des abzutastenden Objektes ist. Je ein Verstärker für die beiden lichtempfindlichen Elemente ist vorgesehen. Der eine der beiden Verstärker ist einstellbar zur Wahl der Ausgangsspannung bei Abtastung eines in vorgegebener Entfernung angeordneten Objektes. Mit Hilfe eines Vergleichers werden die Ausgangssignale der beiden Verstärker verglichen und dabei ein Wert für den Abstand des abgetasteten Objektes im Verhältnis zu einem vorgegebenen Abstand gebildet.

Dabei ergibt sich als Vorteil, daß beim Vergleich der Ausgangssignale zweier lichtempfindlicher Elemente Variationen bezüglich der Reflektierung des Objektes und bezüglich der Lichtstärke meßtechnisch beherrschbar sind. Durch Einstellbarkeit des einen der beiden Verstärker ergibt sich der weitere Vorteil, daß sich die Abtastvorrichtung an verschiedene nominale Abstände D anpassen läßt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

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Es zeigen:

Fig. 1 das Blockschaltbild der beschriebenen Abtastvorrichtung,

Fig. 2 die Zusammenhänge zwischen Verstärkerausgangs-

spannung und Objektentfernung für die beiden lichtempfindlichen Elemente bei verschiedenem Reflektionsgrad oder verschiedener Lichtintensität und

Fig. 3 das näher ausgeführte Schaltbild für eine Abtastvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Entsprechend Fig. 1 soll der Abstand D eines Objektes 10 abgetastet werden.

Ein Abtastkopf 12 enthält ein erstes lichtempfindliches Element 14, ein zweites lichtempfindliches Element 16 und eine Lichtquelle 18, z.B. in Form einer lichtemittierenden Diode. Der Ausgang des Elements 14 ist mit einem Verstärker 20 und der Ausgang des Elements 16 mit einem Verstärker 22 verbunden. Der Verstärkungsgrad des Verstärkers 20 ist mit Hilfe eines variierbaren Widerstandes 21 einstellbar.

Der Verstärker 20 ist mit A und der Verstärker 22 mit B zur Erläuterung der Zusammenhänge mit den Spannungskurven gemäß Fig. bezeichnet.

Das Ausgangssingal V_A des Verstärkers 20 und das Ausgangssignal V_ des Verstärkers 22 werden den beiden Eingängen eines Vergleichers 24 zugeführt. Dieser Vergleicher 24 gibt ein digitales Ausgangssignal ab, das abhängig von den relativen Größen der Eingangssignale V und V ist. Der Abstand zwischen dem Objekt 10 und dem Abtastkopf 12 ist in Fig. 1 mit D bezeichnet.

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In Fig. 2 entspricht D_Q einem vorgegebenen Nominalabstand.

In der Fig. 2 stellt die Kurve A₁ die Ausgangsspannung des Verstärkers 20 hinter dem lichtempfindlichen Element 14 in Abhängigkeit von der Objektentfernung bei einem Objekt mit hoher Reflektion bzw. bei einer großen Lichtintensität der Lichtquelle dar. Die Kurve B. gibt das Ausgangssignal des anderen Verstärkers 22 hinter dem lichtempfindlichen Element 16 bei hoher Reflektion und großer Lichtintensität wieder.

Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß der Zusammenhang zwischen Spannung und Abstand bei Element 14 (Kurve A ) relativ flach ist, was bedeutet, daß das Ausgangssignal des Elements 14 im wesentlichen unabhängig ist vom Objektabstand. Im Gegensatz dazu zeigt die Kurve B₁. mit zunehmender Objektentfernung eine stärkere Spannungsabnahme, wobei eine größere Proportionalität zwischen der Ausgangsspannung des Verstärkers 22 hinter dem Element 16 zur Objektentfernung gegeben ist. Der Verlauf der Ausgangsspannungen gemäß Fig. 2 ergibt sich aus der räumlichen Anordnung und Lage der lichtempfindlichen Elemente 14 und 16 und der Lichtquelle 18. Siehe dazu die Fig. 1, gemäß der das lichtempfindliche Element 14 relativ unabhängig von der Objektentfernung und das Element 16 dagegen von der Objektentfernung stärker abhängig ist.

Die Einstellkreise gemäß Fig. 3 ermöglichen die Erzielung der Signalverhältnisse gemäß Fig. 2.

Die beiden anderen mit A und B in Fig. 2 bezeichneten Kurven geben die Ausgangssignalspannungen V_A und V_ß bei geringer Lichtintensität bzw. bei einem Objekt 10 mit geringer Reflektion wieder.

Die Entfernung, bei der die Kurve A₁ die Kurve B₁ und ebenso die Kurve A₂ die Kurve B₂ kreuzen, ist als Objektabstand D bezeichnet. Dies sei der nominale Objektabstand. Er wird vor-

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gegeben. Zu beachten ist, daß die Kreuzungspunkte der Kurven A₁ und B^ beim gleichem Objektabstand gegeben sind, wie die Kreuzungspunkte der Kurven A„ und B . Dies dank einer festen Proportionalität zwischen Reflektierungsgrad und Ausgangsspannung der lichtempfindlichen Elemente innerhalb des geplanten Betriebsbereiches der Vorrichtung. Der einstellbare Widerstand 21 gemäß Fig. 1 dient zur Einstellung des Verstärkungsgrades des Verstärkers 20, mit dessen Hilfe sich die Schnittpunkte von A₁ und B. sowie von A₂ und B₂ auf den vorgegebenen Objektabstand D ausrichten lassen.

Anhand der Fig. 3 soll nunmehr die Ausgangseinstellung beschrieben werden. Die lichtemittierende Diode 18 als Lichtquelle liegt in Reihe mit einem Widerstand 19, über den der Speisestrom zugeführt wird. Das lichtempfindliche Element 14 befindet sich zwischen einer Spannungsquelle -V und dem gegenüberliegenden Einstellkreis 30, der aus einem festen Widerstand 32 und einem variierbaren Widerstand 34 besteht.

Der Einstellkreis 30 und der Verstärkungseinstellwiederstand 21 werden wie folgt eingestellt:

a) Ein Objekt mit hohem Reflexionsgrad wird im vorzusehenden Nominalabstand D angeordnet.

b) Der variierbare Widerstand 21 wird so eingestellt, daß V₃. - V_ß wird, was durch ein O-Ausgangssignal des Vergleichers 24 zu erkennen ist.

c) Nun wird ein Objekt geringen Reflektionsgrades im Abstand D angeordnet und der variierbare Widerstand 34 des Einstellkreises 30 so eingestellt, daß V_A wiederum gleich V ist.

Da die Einstellung des Widerstandes 34 auf die Einstellung des Widerstandes 21 rückwirkt, sollten einige aufeinanderfolgende Einstellschritte durchgeführt werden, bis kein unterschied der relativen Werte von V und V bei Objekten hohen Reflektionsgrades gegenüber einem Objekt geringem Reflektionsgrades bei gleichem Objektabstand D gegeben ist.

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Wenn sich im Betrieb ein Objekt 10 in die Abtastposition bewegt, gibt der Vergleicher 24 anfangs einen Ausgangspegel ab, der anzeigt, daß V- größer als V ist, solange sich das Objekt 10 in einem größeren Abstand als D befindet. Andererseits gibt der Vergleicher 24 einen zweiten Ausgangspegel ab, der angibt, daß V größer als V_a beim Objekt in kleinerem Abstand als D ist. Die Abtastvorrichtung erzeugt somit ein digitales Ausgangssignal, das erkennen läßt, in welchem Abstand sich ein Objekt im Verhältnis zum vorgegebenen Nominalabstand D befindet: In größerem oder in kleinerem Abstand oder aber im Nominalabstand.

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Claims

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1.. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung zur Bestimmung des Abstandes eines Objektes von einer Bezugslinie im Verhältnis zu einem vorgegebenen Nominalabstand, gekennzeichnet durch

mindestens zwei lichtempfindliche Elemente (14, 16), die das von einem reflektierenden Objekt (10) zurückgeworfene Licht aufnehmen,

und einen Vergleicher (24) zum Vergleich der Ausgangssignale der vorgesehenen lichtempfindlichen Elemente (14, 16),

wobei die räumliche Anordnung der lichtempfindlichen Elemente (14, 16) und der Lichtquelle (18) so getroffen ist, daß die Größe des Ausgangssignals wenigstens eines (14) der vorgesehenen lichtempfindlichen Elemente (14, 16) relativ unabhängig vom Objektabstand (D) ist, daß jedoch die Größe des Aus.gangssignals des/der anderen lichtempfindlichen Elemente(s) (16) proportional zum Abstand (D) zwischen Element (16) und Objekt (10) ist.

2. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen sowohl die vorgesehenen mindestens zwei lichtempfindlichen Elemente (14, 16) als auch die Lichtquelle (18) in fest vorgegebenen Positionen zueinander enthaltenden Abtastkopf (12).

3. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch je einen jedem der vorgesehenen lichtempfindlichen Elemente (14, 16) nachgeschalteten Verstärker (20, 22), deren einer (20) einen variierbaren Widerstand (21) zur Einstellung des Verstärkungsgrades aufweist, und einen Spannungsvergleicher (24), der bei Zuführung des Ausgangssignals (V ) des Verstärkers (20) mit dem

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einstellbaren Verstärkungsgrad und des Ausgangssignals (V ) des anderen/eines weiteren vorgesehenen Verstärkers (22) ein Ausgangssignal abnehmbar macht, welches vom Größenverhältnis der zugeführten Verstärkerausgangssignale zueinander abhängig ist.

4. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,

daß insgesamt nur zwei lichtempfindliche Elemente (14, 16) mit ihren Verstärkern (20, 22) vorgesehen sind und daß am Ausgang des Vergleichers (24) ein Ausgangssignal abnehmbar ist, welches vom Verhältnis des wirklichen ObjektabStandes (D) zum vorgegebenen Nominalabstand (D ) abhängig ist.

5. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Ausgangssignal (V_A) des ersten lichtempfindlichen Elements (14) zur Anpassung seiner Größe an die Größe des verstärkten Ausgangssignals (V ) des zweiten lichtempfindlichen Elements (16) einstellbar ist.

6. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Ausgangssignal (V_) des zweiten lichtempfindlichen Elements (16) zur Anpassung seiner Größe an die Größe des verstärkten Ausgangssignals (V ) des ersten lichtempfindlichen Elements (14) einstellbar ist.

7. Digitale Objekt-Abtastvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei den gegebenen Unabhängigkeitsverhältnissen und Proportionalitätsverhältnissen der von den beiden lichtempfindlichen Elementen (14, 16) ausgehenden Signale der Nominalabstand (D ) des Objektes (1O) gegeben ist, wenn das Ausgangssi-

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gnal des Vergleichers (24), unabhängig vom Reflektionsgrad des abgetasteten Objektes (10) und unabhängig von der Strahlungsintensität der verwendeten Lichtquelle (18), gleich Null ist.

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JO

L e e r s e i -t e