DE2510273B2

DE2510273B2 - Fotoelektrische Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE2510273B2
Application number: DE2510273A
Authority: DE
Inventors: Guenther Dr.-Ing. 8221 Siegsdorf Nelle
Original assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Current assignee: Dr Johannes Heidenhain GmbH
Priority date: 1975-03-08
Filing date: 1975-03-08
Publication date: 1980-05-08
Also published as: DE2510273C3; IT1125284B; DE2510273A1; US4156137A

Description

Die Erfindung betrifft eine fotoelektrische Auflicht-Meßeinrichtung zum Bestimmen der Relativlage zweier Objekte, mit einem als optisches Reflexionsgitter ausgebildeten Maßstab und einer unmittelbar davorliegenden. als Transmissionsgitter ausgebildeten Abtastplatte, durch die hindurch der Maßstab schräg beleuchtet und der reflektierte Lichtanteil fotoelekironischen Bauelementen zugeführt wird. Die vorgenannten Objekte können der Tisch bzw. das Bett einer Bearbeitungs- oder Meßmaschine sein.

Aus der DE-OS 15 48 867 ist bereits eine derartige Auflichi-Meßeinrichtung bekannt geworden. Zwischen der dem Maßstab (Reflexionsgitter) vorgelagerten Abtastplatte (Transmissionsgitter) und den fotoelektronischen Empfängern sind hierbei l.ichtleitkanäle in Form eines mechanischen Blendensystems vorgesehen. Der Querschnitt dieser Lichtleitkanäle ist dabei wesentlich größer als der Querschnitt der lichtempfindlichen Fläche des Empfängers, so daß in den im Toleranzbereich vorkommenden Arbeitsabständen stets eine vollständige Ausleuchtung der lichtempfindlichen Fläche des Empfängers erfolgt. Dies kann bei großen Abstandsschwankungen zwischen Maßstab und Abtastplatte zu Unsicherheiten bei der Messung führen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Auflicht-Meßeinrichtung zu schaffen, die bei einfacher Bauweise große Schwankungen des Arbeitsabstandes zwischen dem Maßstab und der Abtastplatte zuläßt, ohne daß ihre Meßfunktion beeinträchtigt wird.

Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe bei einer Auflicht-Meßeinrichtung der eingangs genannten Art dadurch, daß die fotoelektronischen Bauelemente so im Strahlengang angeordnet sind, daß bei Unterschreitung eines bestimmten, noch im zulässigen Toleranzbereich liegenden Arbeitsabstandes zwischen dem Maßstab und der Abtastplatte eine zunehmende Vignettierung der lichtempfindlichen Fläche der fotoelektronischen Bauelemente erfolgt. Durch diese Maßnahme können bei Auflicht-Meßeinrichtungen ohne zusätzliche bauliche Maßnahmen grobe Anbautoleranzen erzielt werden. Die Vignettierung der lichtempfindlichen Fläche der Fotoelemente wird aus folgendem Grund vorgenommen: Mit abnehmendem Arbeitsabstand zwischen Maßstab und Abtastplatte erfolgt bekanntlich eine Zunahme des Fotostromes. Umgekehrt tritt bei zunehmendem Arbeitsabstand eine Abnahme des

Fotostromes auf. Eine derartige, durch Abstandsschwankungen verursachte Zunahme und auch Abnahme des Fotostromes darf aber im Hinblick auf die notwendige Signalverstärkung nur in bestimmten engen Bereichen erfolgen. Dies deshalb, weil die Verstärker in dieser speziellen Anwendung nur funktionssicher arbeiten, wenn die Eingangssignale einen bestimmten Mindestwert nicht unterschreiten und einen bestimmten Größtwert nicht überschreiten. Bei einer über den zulässigen Aussteuerungsbereich hinausgehenden Aussteuerung des Verstärkers wären Verzerrungen des Signals die Folge. Durch die Maßnahme nach der Erfindung, die fotoelektronischen Bauelemente im Strahlengang so anzuordnen, daß bei Unterschreitung eines bestimmten, noch im zulässigen Toleranzbereich liegenden Arbeitsabstandes zwischem dem Maßstab und der Abtastplatte eine zunehmende Vignettierung der lichtempfindlichen Fläche der fotoelektronischen Elemente und somit zwangsläufig eine Reduzierung des Fotostromes erfolgt, sind im zulässigen Aussteuerungsbereich des Verstärkers auch bei sehr feinen Gitterteilungen große Abstandsschwankungen zwischen dem Maßsiab und der Abtastplatte zulässig, ohne daß dies zu einer Beeinträchtigung der Funktion der Meßeinrichtung führt. Die durch die Erfindung erzielten groben Anbautoleranzen erleichtern den Anbau der Meßeinrichtung an einer Maschine.

/\nhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch die Auflicht-Meßeinrichtung,

F i g. 2 ein Diagramm der Abhängigkeit des Fotostromes vom Arbeitsabstand.

In Fig. I ist mit 10 der Maßstab bezeichnet, der ein bekanntes optisches Reflexionsgitter ist. Die Abtastbaueinheit 11, die das Reflexionsgitter 10 abtastet, enthält eine Lampe 12, einen Kondensor 13, einen Umlenkspiegel 14, eine Abtastplatte 15 sowie senkrecht zur Zeichenebene hintereinander liegende fotoelektronisehe Bauelemente 16. Im Ausführungsbeispiel sind vier Fotoelemente 16 vorgesehen, die paarweise in Gegenlakt geschaltet sind. Die Abtastplatte 15 ist ein optisches Transmissionsgitter.

Das Licht der Lampe 12 fällt durch die Abtastplatte 15 auf den Maßstab 10. wird von diesem reflektiert, durchsetzt abermals die lichtdurchlässigen Lücken der Abtastplatte 15 und trifft auf die Fotoelemente 16. Bei Bewegung des Maßstabes 10 relativ zur Abtastbaueinheit 11 entstehen Helligkeitsschwankungen an den Fotoelementen 16, die diese dann in elektrische Signale umwandeln. Die vorgenannten elektrischen Signale werden verstärkt und in beliebiger bekannter Weise weiterverarbeitet. Der Ausgang 17 der Abtastbaueinheit 11 kann beispielsweise an einem elektronischen Vor-ZRückwärtszähler angeschlossen sein, der zweckmäßig auch die Verstärker und Signalformerstufen (Trigger) enthält.

In Fig. 1 sind die Fotoelemente 16 so im Strahlengang angeordnet, daß bei Abstandsschwankungen zwischen dem Maßstab 10 und der Abtastplatte 15 eine zunehmende Vignettierung der lichtempfindlichen Fläche der Fotoelemente 16 erfolgt. Auf diese Weise können grobe Anbautoleranzen für die Abtastbaueinheit 11 erzielt werden.

Die Fig. 2 zeigt die Abhängigkeit des Fotostromes / vom Arbeitsstand A. In diesem Diagramm stellt der Fotostrom / die Signalamplitude zweier in Gegentakt geschalteter Fotoelemente dar. Mit V ist im Diagramm

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der zulässige Aussteuerungsbereich des Verstärkers der Fotoelemente 16 hinzugewonnene Arbeitsabstand

bezeichnet. Bei Unterschreitung des Arbeitsabstandes bezeichnet. As bezeichnet den gesamten zulässigen

A\ setzt die Vignettierung der lichtempfindlichen Fläche Arbeitsabstand bzw. Anbau-Toleranzbereich zwischen

der Fotoelemente 16 und somit eine Reduzierung des dem Maßstab 10 und der Abtastplatte 15.

Fotostromes /ein. Mit /4j ist der dnrch die Vignettierung ">

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Fotoelektrische Auflicht-Meßeinrichtung zum Bestimmen der Relativlage zweier Objekte, mit einem als optisches Reflexionsgitter ausgebildeten Maßstab und einer unmittelbar davorliegenden, als Transmissionsgitter ausgebildeten Abtastplatte, durch die hindurch der Maßstab schräg beleuchtet und der reflektierte Lichtanteil fotoelektronischen Bauelementen zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die fotoelektronischen Bauelemente (16) so im Strahlengang angeordnet sind, daß bei Unterschreitung eines bestimmten, noch im zulässigen Toleranzbereich liegenden Arbeitsabstandes (A\) zwischen dem Maßstab (10) und der Abtastplatte (15) eine zunehmende Vignettierung der lichtempfindlichen Fläche der fotoelektronischen Bauelemente (16) erfolgt.