DE3544290C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Positionsgebers, mit einer Licht­ quelle und mehreren Lichtempfängern, wobei im Strahlen­ gang zwischen der Lichtquelle und jedem der Licht­ empfänger in Abtastrichtung jeweils unterschiedlich periodisch strukturierte, bezüglich der Transparenz binäre Kodierungsschichten vorgesehen sind, die quer zur Abtastrichtung nebeneinanderliegend und gegenüber der jeweils benachbarten Kodierungsschicht feststehend angeordnet sind.

Eine derartige Vorrichtung ist aus "Feingerätetechnik", 22. Jg., Heft 1, 1972, S. 27-31 bekannt und gestattet eine absolute Positionskodierung. Die Kodierungsschich­ ten sind zwischen einer Lichtquelle und einer Licht­ empfängeranordnung verschiebbar, wobei sich die Licht­ empfänger auf der einen Seite der Kodierungsschichten befinden und das durch die Kodierungsschichten modu­ lierte Licht einer Lichtquelle, die im Abstand von den Kodierungsschichten auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet ist, empfangen. Um eine Beleuchtung der Kodierungsschichten über deren gesamten Länge zu er­ reichen, ist es erforderlich, die Lichtquelle in einem seitlichen Abstand von den Kodierungsschichten anzu­ ordnen, wodurch sich ein erheblicher Raumbedarf ergibt. Außerdem ergibt sich eine umso geringere Beleuchtungs­ stärke auf den Kodierungsschichten, je größer deren Fläche und deren Länge sind.

In der DE-OS 34 13 372 ist eine Vorrichtung beschrie­ ben, die die Lage eines Auftreffpunktes eines Licht­ strahles auf einer Fläche erfaßt, wobei der Auftreff­ punkt aus der Dämpfung des Lichtes in einem plattenför­ migen Lumineszenz-Körper berechnet wird.

Eine Vorrichtung zur digitalen Breitenmessung mit einem stabförmigen Lichtleiter ist Gegenstand der DE-PS 12 27 246. Jedoch gestattet diese Vorrichtung lediglich ein inkremental kodierendes Verfahren. Im stabförmigen Lichtleiter sind dazu in vorgegebenen Abständen Mar­ kierungen aus fluoreszierendem Material angebracht. Längenänderungen des stabförmigen Lichtleiters führen daher zu Meßfehlern.

Eine Vorrichtung zur lichtelektrischen Erzeugung elek­ trischer Impulse durch einen Abtaststrahl ist in der DE-AS 12 40 674 geoffenbart. Diese Vorrichtung verfügt über einen Stab mit im Abstand voneinander angeordneten Markierungen, die eine inkremental kodierende Abtastung gestatten, wobei jedoch die Markierungen das sich in Längsrichtung des Stabes ausbreitende Licht durch Aus­ koppeln schwächen. Aus diesem Grunde ist es nicht möglich, besonders lange Stäbe vorzusehen, da der Signalhub bei länger werdendem Stab abnimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vor­ richtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die sich durch einen einfachen mechanischen und optischen Aufbau auszeichnet und deren lateraler Raumbedarf auch bei großen zu erfassenden Längen gering ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Lichtquelle in dem Positionsgeber angeordnet ist und einen sich quer zur Abtastrichtung erstreckenden Spalt beleuchtet, dessen Spaltbild auf die quer zur Abtastrichtung nebeneinanderliegenden Kodierungsschich­ ten abgebildet ist, und daß die Lichtempfänger an den Stirnseiten von unmittelbar hinter den jeweiligen Kodierungsschichten angeordneten Fluoreszenzkollektor­ stäben vorgesehen sind, die sich in Abtastrichtung erstrecken und gegeneinander optisch isoliert sind.

Dadurch, daß der beleuchtete Spalt des Positionsgebers auf die Kodierungsschichten abgebildet wird, und dort jeweils nur eine kleine Fläche beleuchtet, ergibt sich eine hohe Lichtausbeute mit einem entsprechend großen Kontrast. Die unmittelbar hinter den Kodierungsschich­ ten angeordneten Fluoreszenzkollektorstäbe lenken das durch die bezüglich der Transparenz binären Kodierungs­ schichten hindurchgelangende Licht parallel zur Längs­ richtung der Kodierungsschichten um, um stationäre Lichtempfänger zu speisen. Zwischen den einzelnen Kollektorstäben befinden sich optische Isolierungen, um die Gefahr eines Übersprechens zu reduzieren.

Bei einer Bewegung des Positionsgebers entlang der Kodierungsschicht werden eindeutige digitale Signale in den Lichtempfängern erzeugt, die jeweils einer Dualzahl entsprechen, die die aktuelle Position des Positions­ gebers darstellen.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, die in einer einzigen Figur eine perspektivische und schematische Darstellung der Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Positionsgebers zeigt.

Die Vorrichtung zur Bestimmung der Position verfügt über einen Positionsgeber 1, der in Richtung der Pfeile 2 und 3 verschiebbar ist. Der Positionsgeber 1 enthält eine Lichtquelle 4, deren Licht einen Spalt 5 beleuch­ tet, der mit Hilfe einer in der Zeichnung nicht darge­ stellten Optik auf einen Positionsempfänger 6 abgebil­ det wird.

Der Positionsempfänger 6 verfügt über vier Fluoreszenz­ kollektorstäbe 20, 21, 22 und 23. Die Fluoreszenz­ kollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 bestehen in an sich bekannter Weise aus einer transparenten Schicht, deren Brechungsindex größer als der des umgebenden Mediums ist und die Fluoreszenzzentren enthält. Licht, das über die in Richtung auf den Positionsgeber weisenden Samm­ lerflächen 8 in die Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 eingestrahlt wird, erzeugt in den aus einem transparenten Grundmaterial bestehenden und mit fluor­ eszierenden Zentren versehenen Platten eine Sekundär­ strahlung, die sich innerhalb der flache Lichtwellen­ leiter bildenden Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 als längerwelliges Fluoreszenzlicht ausbreitet. Ein kleiner Teil des reemittierten Lichtes verläßt die Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 an den Oberflächen, jedoch wird der größte Teil an den Ober­ flächen total reflektiert und daher in den Stäben geführt. Das so gesammelte Licht kann an den Beran­ dungsflächen oder Stirnflächen aus den Fluoreszenz­ kollektorstäben 20, 21, 22 und 23 austreten und mit Hilfe von Lichtdetektoren 29, 30, 31 und 32 erfaßt werden.

Zwischen dem Fluoreszenzkollektor 7 und dem Positions­ geber 1 ist eine z.B. aus Glas bestehende Kodierscheibe 24 angeordnet, auf der streifenförmig transparente Felder 15 und nichttransparente Felder 16 angeordnet sind, die sich quer zur Richtung der Pfeile 2, 3 er­ strecken. Die transparenten Felder 15 und die nicht­ transparenten Felder 16 bilden auf der Glasscheibe eine Strichkodierung, die es gestattet, die Position des Positionsgebers 1 oder dessen jeweilige Geschwindigkeit bei einer Bewegung entlang den Pfeilen 2 und 3 zu erfassen.

Die Sammlerflächen 8 weisen in Richtung auf die Kodier­ scheibe 24, deren Kodierungsschicht das in der Zeich­ nung dargestellte spezielle Muster aufweist. Wie man erkennt, ist die Breite der nichttransparenten Felder 16 in den Kodierungsstreifen 25, 26, 27 und 28 ver­ schieden. Die Breite der nichttransparenten Felder 16 des Kodierungsstreifens 26 ist doppelt so groß wie die des Kodierungsstreifens 25. Die Zahl der nichttranspa­ renten Felder 16 ist halb so groß. Die transparenten Felder 15 haben die gleiche Breite wie die nichttrans­ parenten Felder 16. Die nichttransparenten Felder 16 der Kodierstreifen 25, 26, 27, 28 sind dabei so ange­ ordnet, daß ein in der Zeichnung tiefer liegendes nichttransparentes Feld 16 sich über eine Länge er­ streckt, die der gemeinsamen Länge eines höher liegen­ den transparenten Feldes 15 und eines nichttransparen­ ten Feldes 16 entspricht. Aus diesem Grunde gestattet die Kodierscheibe 24 eine Umsetzung der Position des Positionsgebers 1 unmittelbar in eine Dualzahl.

Der Positionsgeber 1 ist in Richtung der Pfeile 2 und 3 parallel zur Ebene der Kodierscheibe 24 verschiebbar. Der durch die Lichtquelle 4 beleuchtete Spalt 5 erzeugt mit Hilfe einer nicht dargestellten Linsenanordnung ein Spaltbild 17, das bei der dargestellten Position im Kodierstreifen 25 in ein transparentes Feld 15 und im Kodierstreifen 26 in ein nichttransparentes Feld 16 fällt. In den Kodierstreifen 27 und 28 fällt das Spalt­ bild 17 wiederum in transparente Felder 15. Wenn man den nichttransparenten Feldern 16 den Binärwert zuordnet und die Folge der den Kodierstreifen 25, 26, 27, 28 zugeordneten Binärwerte betrachtet, ist das in der Zeichnung dargestellte Spaltbild 17 der Dualzahl 2 zugeordnet. Bei einer Bewegung des Positionsgebers 1 in Richtung des Pfeiles 2 werden nacheinander die Dual­ zahlen bis 15 durchlaufen, wenn das Spaltbild 17 den rechten Rand der Kodierscheibe 24 erreicht.

Zur Erfassung der so definierten Dualzahlen dienen die Kollektorstäbe 20-23, deren Sammlerflächen 8 jeweils mit dem binär modulierten Licht des Spaltbildes 17 beaufschlagt werden. Die Umwandlung des optischen Binärbildes in eine Folge von vier elektrischen Span­ nungen geschieht mit Hilfe der Lichtdetektoren 29, 30, 31 und 32. Um die Lichtausbeute zu erhöhen, sind die nicht mit den Lichtdetektoren 29, 30, 31 und 32 be­ deckten Randteile der Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 verspiegelt. Entsprechendes gilt für die Rückseiten, d.h. die den Sammlerflächen 8 gegenüberlie­ genden Seiten der Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23. Durch die optische Isolierung zwischen den Fluoreszenzkollektorstäben 20, 21, 22 und 23 wird ein Übersprechen vermieden.

Die Lichtdetektoren 29, 30, 31 und 32 sind mit Schmitt- Triggern 34, 35, 36 und 37 verbunden, deren Ausgangs­ signale einen Dekodierer 38 speisen. Der Dekodierer 38 setzt das elektrische digitale Eingangssignal, das der durch die Lage des Spaltbildes 17 festgelegten Dualzahl entspricht, in eine Hexadezimalzahl um, die mit Hilfe einer Anzeigeeinrichtung 39 sichtbar gemacht wird. Die Anzeigeeinrichtung 39 zeigt somit immer die Position des Positionsgebers 1 an, wobei bei dem in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiel eine Auflösung der Position mit lediglich vier Bit der Einfachheit halber dargestellt worden ist.

Selbstverständlich ist es möglich, statt des Bildes eines quer zur Bewegungsrichtung und Längsrichtung der Kodierscheibe 24 verlaufenden Spaltbildes 17 eine andere Beleuchtungsanordnung zu wählen. Beispielsweise können auch vier übereinander stehende Leuchtdioden verwendet werden, die in einer gemeinsamen Senkrechten fokussieren, um durch die Kodierscheibe 24 hindurch die vier Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 zu beleuchten, die durch beidseitig verspiegelte Folien voneinander optisch isoliert sind. Auch in diesem Fall erhalten die Lichtdetektoren 29, 30, 31 und 32 an den Kantenausgängen der Fluoreszenzkollektorstäbe 20, 21, 22 und 23 eine Hell-Dunkelverteilung, die durch die Binärkodierung auf der vorzugsweise aus Glas bestehen­ den Kodierscheibe 24 den Ort des Positionsgebers 1 ein­ deutig bestimmt.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Lichtquelle 4 fest auf der durch die Pfeile 2 und 3 definierten Achse zu installieren und auf dem Positionsgeber einen Spiegel anzuordnen, der das Licht der Lichtquelle senkrecht auf die Kodierscheibe 24 abbildet.

Durch ein Hintereinanderschalten mehrerer Positions­ empfänger 6 oder das Auslesen des Fluoreszenzlichtes an mehreren Stellen der Fluoreszenzkollektoren können be­ liebig große Distanzen bei hoher Genauigkeit erfaßt werden.

Ordnet man beispielsweise zwei Positionsempfänger 6 im rechten Winkel zueinander an, so ist es auch mög­ lich, die Position eines Positionsgebers 1 in kartesi­ schen Koordinaten zu bestimmen.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Position eines Posi­ tionsgebers, mit einer Lichtquelle und mehreren Licht­ empfängern, wobei im Strahlengang zwischen der Licht­ quelle und jedem der Lichtempfänger in Abtastrichtung jeweils unterschiedlich periodisch strukturierte, bezüglich der Transparenz binäre Kodierungsschichten vorgesehen sind, die quer zur Abtastrichtung neben­ einanderliegend und gegenüber der jeweils benachbarten Kodierungsschicht feststehend angeordnet sind, da­ durch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (4) in dem Positionsgeber (1) angeordnet ist und einen sich quer zur Abtastrichtung erstreckenden Spalt (5) beleuchtet, dessen Spaltbild (17) auf die quer zur Abtastrichtung nebeneinanderliegenden Kodierungsschich­ ten (25, 26, 27, 28) abgebildet ist, und daß die Licht­ empfänger (29, 30, 31, 32) an den Stirnseiten von unmittelbar hinter den jeweiligen Kodierungsschichten (25, 26, 27, 28) angeordneten Fluoreszenzkollektor­ stäben (20, 21, 22, 23) vorgesehen sind, die sich in Abtastrichtung erstrecken und gegeneinander optisch isoliert sind.