DE3244339C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lageerfassung durch Abfrage eines von einem Lichtsender bestrahlten Strichgitters nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus DE-AS 10 60 609 bekannt.

Ein der DE-AS 10 60 609 in Bezug auf den Gegenstand des Anspruchs 1 vergleichbarer Stand der Technik ergibt sich desweiteren aus DE-AS 21 06 136.

Die Druckschrift DE-OS 32 09 094 belegt, daß mit Fotodioden in­ tegrierte Hilfsblendeneinrichtungen bzw. Gitter an sich bekannt sind.

Vorrichtungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 können bei­ spielsweise zur genauen Justierung von zwei Gegenständen zuein­ ander eingesetzt werden: Der erste Gegenstand ist mit dem Lichtsender und dem Lichtempfänger verbunden, während der zwei­ te Gegenstand am beweglichen Strichgitter angebracht ist.

Fig. 1 zeigt eine übliche Vorrichtung, bei der zwischen einem Lichtsender 1 und einem Lichtempfänger 2 ein bewegliches Gitter 3 und ein ortsfestes Gitter 4 liegen. Das bewegliche Gitter 3 ist in einer Stellung gezeigt, in der ein Lichtdurchtritt vom Lichtsender 1 zum Lichtempfänger 2 möglich ist. Wird aber das bewegliche Gitter 3 um einen Abstand d nach rechts oder nach links bewegt, so daß es die Öffnungen des ortsfesten Gitters 4 überdeckt, dann ist kein Lichtdurchgang vom Lichtsender 1 zum Lichtempfänger 2 möglich. Das bewegliche Gitter 3 und das orts­ feste Gitter 4 sperren also abwechselnd den Lichtdurchtritt vom Lichtsender 1 zum Lichtempfänger 2 bzw. geben diesen Lichtdurch­ tritt abwechselnd frei.

Die von den Gittern 3, 4 durchgelassene Lichtmenge und damit auch das Ausgangssignal des Lichtempfängers 2 wei­ sen einen dreieckförmigen Verlauf in Abhängigkeit von der Lage der Gitter auf: Dieser Verlauf ist in Fig. 2a dar­ gestellt, bei der auf der Abszisse der Ort l des bewegli­ chen Strichgitters 3 und auf der Ordinate das Ausgangs­ signal S des Lichtempfängers aufgetragen sind. Für den Lichtsender kann beispielsweise eine Leuchtdiode verwen­ det werden, während der Lichtempfänger ein Fototransistor ist.

Eine Alterung des Lichtsenders 1, also einer Leuchtdiode, führt zu einer Abschwächung der abgestrahlten Lichtmenge und damit zu einer Verringerung der Amplitude des Aus­ gangssignals S des Lichtempfängers 2. Eine Kurve 10 in Fig. 2a wird erhalten, wenn der Lichtsender 1 noch neu ist. Bei geringer Alterung liegt eine Kurve 11 vor, wäh­ rend eine starke Alterung des Lichtsenders 10 zu einer Kurve 12 führt. Das maximale Ausgangssignal tritt auf, wenn der Lichtdurchtritt vollkommen frei ist, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, während ein Ausgangssignal mit dem Wert Null vorliegt, wenn die Gitter 3, 4 so einander überlagern, daß vom Lichtsender 1 kein Licht zum Licht­ empfänger 2 gelangen kann.

Gewöhnlich wird einer Vorrichtung zur Abfrage von Strich­ gittern eine Schaltstufe nachgeschaltet, die auf eine be­ stimmte Schwellenwertspannung anspricht, welche in Fig. 2a schematisch durch eine Strichlinie 13 angedeutet ist. Die Schaltstufe gibt ein Ausgangssignal ab, wenn das Aus­ gangssignal des Lichtempfängers 2 über dem Pegel 13 liegt. Sinkt dagegen die Ausgangsspannung des Lichtsen­ ders 2 unter diesen Pegel 13 ab, dann erzeugt die Schalt­ stufe kein Ausgangssignal.

Am Ausgang der Schaltstufe werden also Rechteckimpulse erhalten, die zwischen dem Wert 0 und einem Höchstwert liegen. Eine Al­ terung des Lichtsenders 1 führt nun zu einer Änderung des Tast­ verhältnisses des Ausgangssignals der Schaltstufe, bis schließ­ lich der Höchstwert des Ausgangssignals des Lichtempfängers 2 unter den Pegel 13 abfällt (Kurve 12 in Fig. 2a) und dann die Schaltstufe überhaupt kein Signal mehr abgibt. Abhängig vom Ort l des Gitters, der in Fig. 2b auf der Abszisse aufgetragen ist, ändert sich also die Impulsbreite des auf der Ordinate von Fig. 2 aufgetragenen Ausgangssignals S′ der Schaltstufe.

Bei der üblichen Vorrichtung nach Fig. 1 wurde das Tastverhältnis der Schaltstufe mittels einer Regelschaltung für den Lichtsender 1 konstant gehalten: Die Alterung des Lichtsenders 1 wird näm­ lich dann durch eine Erhöhung des in den Lichtsender 1 einge­ speisten Stroms ausgeglichen, was aber wiederum zu einer stark beschleunigten Alterung führt und Transmissionsänderungen der Gitter infolge beispielsweise einer leichten Verstaubung nicht kompensiert.

Um unter anderem Alterungseinflüsse des Lichtsenders auf das Meßsignal zu eliminieren, sind bei der Druckschrift DE-AS 10 60 609 fotoelektrische Wandlerelemente vorgesehen, deren Beleuchtungsphasen sich um 180° unterscheiden und deren Aus­ gangssignale kombiniert sind.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Lageerfassung der eingangs genannten Art anzu­ geben, bei der Alterungseinflüsse des Lichtsenders auf die Signalverarbeitung auf einfache Weise ausgeschlossen sind.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die je­ weils zwei Wandlerelemente zwei antiparallel geschaltete Foto­ dioden sind.

Es ist vorteilhaft, daß die Hilfsblendeneinrichtungen als lichtundurchlässige Streifen direkt auf die Oberfläche der Fotodioden aufgebracht sind.

Zur Abfrage der Bewegung des Strichgitters werden also in vorteilhafter Weise zwei Fotodioden verwendet, die elek­ trisch antiparallel geschaltet sind und deren Hilfsblen­ deneinrichtungen um 180° gegeneinander phasenverschoben sind. Dadurch wird die eine Fotodiode voll beleuchtet, während der Lichtweg zur anderen Fotodiode gerade ganz gesperrt ist. Das Ausgangssignal der beiden Fotodioden weist damit in Abhängigkeit von der Lage des beweglichen Gitters abwechselnd positive und negative Polarität mit Nulldurchgängen bei gleich heller Beleuchtung beider Dioden auf.

Die Hilfsblendeneinrichtung kann bei diesem Aufbau ent­ fallen, wenn entsprechend den Maßen des beweglichen Git­ ters lichtundurchlässige Streifen auf die Fotodioden auf­ gebracht werden oder deren lichtempfindlichen Bereiche fingerförmig ineinandergreifen.

Die Auswertung des Ausgangssignals des Lichtempfängers wird mit einem Stromkomparator vorgenommen, also bei­ spielsweise mit einem Operationsverstärker. Da die Um­ schaltung des Ausgangssignals im Nulldurchgang des Stroms erfolgt, ist die Amplitude ohne Einfluß, solange sie einen gewissen Mindestwert hat.

Nachfolgend wird die Erfindung an Hand der Zeichnung nä­ her erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine herkömmliche Vorrichtung mit einem bewegli­ chen Gitter,

Fig. 2 die Ausgangssignale des Lichtempfängers von Fig. 1 bzw. einer dem Lichtempfänger nachgeschalteten Schaltstufe,

Fig. 3 die erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 4 das Ausgangssignal, das mit der in Fig. 3 gezeig­ ten erfindungsgemäßen Vorrichtung erhalten wird, und

Fig. 5 die Änderung des Ausgangssignals des Lichtempfän­ gers von Fig. 3 bei einer Alterung der Lichtsen­ der.

Fig. 3 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Vorrich­ tung, bei der zwei Leuchtdioden 20, 21 als Lichtsender jeweils eine Fotodiode 22 bzw. 23 als Lichtempfänger ge­ genüberliegen. Diese Fotodioden 22, 23 sind zwischen An­ schlüssen 24, 25 antiparallel geschaltet, wie dies sche­ matisch angedeutet ist. Zwischen denLeuchtdioden 20, 21 und den Fotodioden 22, 23 liegen ein bewegliches Gitter 26 und Hilfsblendeneinrichtungen 27, 28, die zueinander bezüglich ihrer Lage zu den Fotodioden 22, 23 um 180° phasenverschoben sind: Die Hilfsblendeneinrichtung 27 läßt beispielsweise voll Licht zur Fotodiode 22 durch, während die Hilfsblendeneinrichtung 28 diesen Lichtdurch­ gang vollkommen sperrt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.

Die Hilfsblendeneinrichtungen 27 und 28 können auch in Form von lichtundurchlässigen Streifen direkt auf die Oberflächen der Fotodioden 22, 23 aufgebracht werden.

In Fig. 4 ist der mit der Vorrichtung von Fig. 3 an den Anschlüssen 24, 25 erhaltene Verlauf des Ausgangssignals S′′ abhängig vom Ort l des Gitters 26 durch eine Vollinie 29 gezeigt. Dieses Signal 29 wird durch Überlagerung der beiden Ausgangssignale der Fotodioden 22 und 23 erhalten. Die Fotodiode 22 gibt beispielsweise das Ausgangssignal 30 ab, während die Fotodiode 23 das Ausgangssignal 31 liefert. In der in Fig. 3 gezeigten Stellung hat das Si­ gnal 30 einen Höchstwert, während das Signal 31 den Wert Null besitzt. Wenn dann das bewegliche Gitter 26 so ver­ schoben wird, daß der Lichtdurchgang zwischen der Leucht­ diode 20 und der Fotodiode 22 unterbrochen ist, während der Lichtdurchgang zwischen der Leuchtdiode 21 und der Fotodiode 23 frei gegeben ist, dann hat das Signal 31 in­ folge der Antiparallelschaltung der Fotodioden 22, 23 seinen negativen Höchstwert, so daß durch Überlagerung der Signale 30, 31 das Ausgangssignal 29 zwischen den An­ schlüssen 24, 25 entsteht. Bei einer Alterung der Leucht­ dioden 20, 21 ändert sich nicht der Nulldurchgang des Si­ gnals 29, sondern lediglich dessen Amplitude, so daß ein etwas schwächeres Signal 29′ (vergleiche Fig. 5) ent­ steht, das abhängig vom Ort des Gitters 26 aber die glei­ chen Nulldurchgänge wie das Signal 29 hat. Diese Änderung der Amplitude ist ohne Einfluß auf das Ausgangssignal ei­ nes nachgeschalteten Operationsverstärkers, da die Um­ schaltung immer im Nulldurchgang erfolgt.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Lageerfassung durch Abfrage eines von einem Lichtsender bestrahlten Strichgitters mittels eines Lichtemp­ fängers, bei der Lichtsender und Lichtempfänger einander gegen­ überliegen und das Strichgitter im wesentlichen senkrecht zur Verbindungslinie zwischen Lichtsender und Lichtempfänger zwischen diesen eine Bewegung ausführen kann, wobei der Licht­ empfänger eine gerade Anzahl photoelektrischer Wandlerelemente aufweist, die das Strichgitter so über Hilfsblendeneinrichtungen abtasten, daß sich während der genannten Bewegung die Beleuch­ tungsphasen jeweils zweier Wandlerelemente um 180° unterschei­ den, und bei der die Ausgangssignale dieser jeweils zwei Wand­ lerelemente zwecks Eliminierung von Alterungseinflüssen des Lichtsenders auf die Lageerfassung kombiniert sind, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils zwei Wandlerelemente zwei antiparallel geschal­ tete Photodioden (22, 23) sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsblendeneinrichtungen als lichtundurchlässige Streifen direkt auf die Oberfläche der Photodioden aufgebracht sind.