DE7112646U - Device for measuring the intensity of light occurring one after the other at different points on a line with a light guide rod - Google Patents
Device for measuring the intensity of light occurring one after the other at different points on a line with a light guide rodInfo
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Description
München, den M/bg - S 2254Munich, the M / bg - S 2254
ERWIN SICK
Waldkirch (Breisgau)ERWIN SICK
Waldkirch (Breisgau)
Vorrichtung zur Messung der Intensität von nacheinander an unterschiedlichen Stellen einer Linie auftretendem Licht mit einem Lichtleitstab.Device for measuring the intensity of light appearing one after the other at different points on a line with a light guide rod.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Intensität von nacheinander an unterschiedlichen Stellen einer Linie auftretendem Licht mit einem Lichtleitstab, der an verschiedenen Stellen seiner Länge von aussen in der Weise mit dem Licht beaufschlagt wird, dass eine Komponente des Lichtes sich in Richtung der Stabachse fortpflanzt, wobei an einer oder beiden Stirnseiten des Stabes fotoelektrische Empfänger zur Umsetzung des empfangenen Lichtetromes in ein elektrisches Signal vorgesehen sind.The invention relates to a device for measuring the intensity of successively at different points a line occurring light with a light guide rod, which at different points of its length from the outside in the way the light is applied so that a component of the light propagates in the direction of the rod axis, wherein Photoelectric receivers on one or both end faces of the rod to convert the received light beam are provided in an electrical signal.
Derartige Vorrichtungen werden bevorzugt bei Abtastvorrichtungen verwendet, in denen ein scharf gebündelter Lichtstrahl, z.B. ein Laserstrah, eine Ebene abtastet, in der beispielsweise eine auf Fehle ? zu untersuchende durchlaufende Bahn geführt wird. Ein Teil des durch diese Ebene hindurch auf die Mantelfläche des Lichtleitstabes gela-ngenden LichtesSuch devices are preferably used in scanning devices in which a sharply focused light beam, e.g. a laser beam, scans a plane in which, for example one missing? continuous path to be examined to be led. Part of the light reaching the outer surface of the light guide rod through this plane
33BraunKtnmig.AmBare«rpark* 8 M0ndMn2Z. RobafMCod^SIrafi· 1 7 ShiRgart - Bad CbmtsM»33BraunKtnig.AmBare «rpark * 8 M0ndMn2Z. RobafMCod ^ SIrafi · 1 7 ShiRgart - Bad CbmtsM »
pflaozt aich aufgrund von Totalreflexionen im Inneren des Lichtleitstabes fort und gelangt zu dem bzw. den stirnseitig vorgesehenen fotoelektriachen Empfängern, die ein lichtstromabh&ngiges elektrisches Signal liefern. Dieses elektrische Signal kann verwendet werden, um eine Fehleranzeige zu liefern, einen Alarm auszulösen oder eine Maschine abzuschalten.Pflaozt aich due to total reflections inside the Lichtleitstabes continues and arrives at the or the front side provided photoelectric receiver, which a Deliver a luminous flux-dependent electrical signal. This electrical signal can be used to indicate an error to deliver, to trigger an alarm or to shut down a machine.
Ein Problem bei derartigen Vorrichtungen besteht darin, dass das an verschiedenen Stellen des Lichtleitstabes auffallende Licht unterschiedliche Wege bis zum Empfänger zurücklegen muss, wobei Inhomogenitäten im Material des Lichtleitstabes sowie Oberflächenverformungen, Kratzer und dergleichen bewirken, dass an unterschiedlichen Stellen des Stabes auftreffende gleiche Lichtmengen im Empfänger unterschiedliche Signale hervorrufen*A problem with such devices is that the light falling at different points on the light guide rod has to cover different paths to the receiver, with inhomogeneities in the material of the light guide rod as well as surface deformations, scratches and the like causing the same amounts of light in the receiver to hit different points on the rod cause different signals *
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der der bzw. die fotoelektrischen Empfänger an den Stirnseiten des Lichtleitstabes im Falle des Auftreffens gleich starker Lichtstrahlen an unterschiedlichen Stellen der Länge des Stabes zu verschiedenen Zeiten weitgehend das gleiche Ausgangssignal liefern.The aim of the invention is thus to create a device of the type mentioned in which the photoelectric receiver or receivers at the end faces of the light guide rod are largely the same in the event of equally strong light beams at different points along the length of the rod at different times Deliver output signal.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass das in den Stab eingedrungene und wieder zur Oberfläche gelangende Licht wenigstens an einigen Stellen der Stablänge durch an der Oberfläche und/oder ausserhalb des Stabes vorgesehene Lichtreflexions-, Lichtabsorptions- und/oder Lichtstreuanordnungen derart beeinflusst ist, dass/Öer zum Empfänger gelangende Lichtstrom einen von Störeinflüssen weitgehend unabhängigen, vorgegebenen Verlauf nimmt. Die Lichtreflexions-,To solve this problem, the invention provides that the light that has penetrated the rod and then comes back to the surface is influenced in this way at least at some points along the length of the rod by light reflection, light absorption and / or light scattering arrangements provided on the surface and / or outside the rod that the luminous flux reaching the receiver adopts a predetermined course that is largely independent of interfering influences. The light reflection,
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Lichtabsorptions- und/oder Liohtatreuanordntingen werden erfindungsgemäss also ao dimensioniert und ausgebildet, dass durch Inhomogenitäten des lichtleitstabes, Oberflächenfehler oder auch sonstige Unvollkommenheiten des optischen Systems bedingte Veränderungen des Lichtstromes an dem bzw. den fotoelektrischen Empfängern kompensiert werden.Light absorption and / or Liohtatreuanordntingen are so according to the invention ao dimensioned and designed, that due to inhomogeneities in the light guide rod, surface defects or changes in the luminous flux caused by other imperfections in the optical system the photoelectric receivers are compensated.
Um eine ausreichende Streuung von Licht mit einer Komponente in Achsenrichtung zu erhalten, ist der Lichtleitstab entlang des sich parallel zu einer Erzeugenden erstreckenden Bereiches, auf dender zu messende Lichtstrahl auffällt, vorzugsweise mattiert.To ensure sufficient scattering of light with one component in the axial direction, the light guide rod is along the parallel to a generatrix extending Area on which the light beam to be measured is incident, preferably matted.
Vorzugsweise wird die Fehlerkompensation dadurch verwirklicht, dass auf der Oberfläche des Sta> 3 oder in einem Abstand davon eine lichtreflektierende Fläche vorgesehen ist, deren wirksame Erstreekung senkrecht zur Stabachse der erforderlichen Kompensation an dieser Stelle entspricht. Auf diese Weise wird ein mehr oder weniger grosser Teil des aus dem Stab austretenden Lichtes reflektiert und gelangt in den Stab zurück, derart, dass an anderer Stelle aufgetretene Verluste ausgeglichen werden.The error compensation is preferably achieved in that on the surface of the Sta> 3 or a light-reflecting surface is provided at a distance therefrom, whose effective first deflection perpendicular to the rod axis corresponds to the required compensation at this point. on In this way, a more or less large part of the light emerging from the rod is reflected and gets into the staff back in such a way that losses incurred elsewhere are compensated.
Die Anordnung ist besonders wirksam und empfindlich, wenn die lichtreflektierende Fläche dem mattierten Bereich gegenüberliegt. Vorzugsweise ist die lichtreflektierende Fläche die Oberfläche eines Planspiegels.The arrangement is particularly effective and delicate, though the light-reflecting surface is opposite the frosted area. The light-reflecting surface is preferably the surface of a plane mirror.
Eine herstellungsmässig besonders bevorzugte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, dass die lichtreflektierende Fläche eine konstante Breite aufweist, und durch eine die erforderliche effektive Breite verwirklichende Blonde an den verschiedenen Stellen ihrer Länge mehr oder weniger abgedeckt ist.A particularly preferred embodiment in terms of production is characterized in that the light-reflecting Area has a constant width, and by realizing the required effective width blonde to the different parts of its length is more or less covered.
Um eine einfache Justierung der erfindungsgemässen Vorrichtung zu gewährleisten, besteht die Blende vorzugsweise aus diskreten Einzelblenden, wobei vorteilhafterweise jede Einzelblende individuell einstellbar ist. Aufgrund dieser Ausbildung kann beispielsweise durch Beobachtung eines mit dem elektrischen Ausgangesignal des fotoelektrischen Empfängers beaufschlagten Oszillographen solange an den Einzelblenden gestellt werden, bis der Abtastlichtstrahl ein konstantes Ausgangssignal lieferte Die Intensität des Abtastetrahls ist über die Abtastbreite nicht konstant, so dass erfindungsgemäss auch dieser Fehler kompensiert werden kann.To enable simple adjustment of the device according to the invention To ensure, the diaphragm is preferably made of discrete individual diaphragms, advantageously each individual diaphragm is individually adjustable. Because of this training, for example, by observing a with the electrical output signal of the photoelectric receiver loaded oscilloscope are placed on the individual apertures until the scanning light beam is constant Output signal provided the intensity of the scanning beam is not constant over the scanning width, so that according to the invention this error can also be compensated for.
Vorteilhafterweise ist jede Einzelblende mit einer von aussen zugänglichen Schraubspindelanordnung einstellbar.Advantageously, each individual diaphragm can be set with an externally accessible screw spindle arrangement.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind ein fotoelektrischer Empfänger nur an einer Stirnseite und an der gegenüberliegenden Stirnseite ein Planspiegel angeordnet. Letzterer reflektiert das auftreffende Licht und lenkt es zum fotoelektrischen Empfänger.According to a preferred embodiment, a photoelectric Receiver arranged only on one end face and a plane mirror on the opposite end face. The latter reflects the incident light and directs it to the photoelectric Recipient.
Die Dimensionierung ist vorzugsweise so, dass die Breite der lichtreflektierenden Fläche geringer als der Durchmesser dee Stabes ist. Vorzugsweise besitzt die Breite der fläche einen Wert zwischen dem Radius und dem Durchmesser des Stabes.The dimensioning is preferably such that the width of the light-reflecting surface is less than the diameter of the rod. Preferably, the width of the surface has a Value between the radius and the diameter of the rod.
Die Gesamtanordnung ist vorteilhafterweise in ein Gehäuse eingeschlossen, das an der Lichteintritteseite einen sich parallel zu der Stabachse erstreckenden Schlitz aufweist.The overall arrangement is advantageously in a housing included, which has a slot extending parallel to the rod axis on the light entry side.
Der Lichtleitstab ist bevorzugt in den Stirnwänden des Gehäuses mit Abstand vom Boden desselben gehaltert, wobeiThe light guide rod is preferably held in the end walls of the housing at a distance from the bottom of the same, wherein
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der Spiegel und die Blenda am Boden des Gehäuses befestigt sind. Im allgemeinen ist der Licjtlsitstah "in Kreiszylinder mit ebenen Stirnflächen und der mattierte Bereich geradlinig. Vorzugsweise wird der mattierte Bereich periodisch von einem lichtstrahl, der bevorzugt ein Laserstrahl ist, abgetastet. the mirror and the blenda attached to the bottom of the case are. In general the Licjtlsitstah "is in a circular cylinder with flat end faces and the matted area straight. Preferably the frosted area becomes periodic scanned by a light beam, which is preferably a laser beam.
Die Erfindung wird vorzugsweise bei einer mit einem Lichtabtaststrahl arbeitenden Überwachungsvorrichtung verwendet.The invention is preferably applied to one with a light scanning beam working monitoring device used.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Justieren einer erfindungsgemässen Vorrichtung sieht vor, dass mittels der verstellbaren Einzelblenden zunächst die erforderlichen Reflöxionsbreiten an jeder Stelle festgestellt und dann die verstellbaren Blenden durch eine feststehende Blende ersetzt werden.A preferred method for adjusting a The device provides that by means of the adjustable individual diaphragms, first of all, the required reflection widths fixed at each point and then the adjustable diaphragms are replaced by a fixed diaphragm.
!Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:! The invention is described below, for example, with reference to the drawing; in this shows:
Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemassen Vorrichtung,Fig. 1 shows a cross section of a preferred embodiment the device according to the invention,
Fig. 2 eine Stirnansicht in etwas verkleinertem Maßstab, Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht und dieFIG. 2 shows an end view on a somewhat reduced scale, FIG. 3 shows a partially sectioned side view and FIG
Fig. 4 bis 6 Stirnansichten bzw. Querschnitte weiterer Ausführungsf ormen .4 to 6 end views or cross-sections of further embodiments forms.
Nach der Zeichnung ist in den Stirnwänden 22, 23 eines Gehäuses 20 ein Lichtleitstab 11 mit kreisförmigem Querschnitt und ebenen Stirnflächen gelagert, wobei die Enden des Stabes aus dem Gehäuse 20 heraueragan. Die Lagerung erfolgt nur anAccording to the drawing, a light guide rod 11 with a circular cross-section is in the end walls 22, 23 of a housing 20 and flat end faces, with the ends of the rod protruding from the housing 20. The storage takes place only at
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zwei möglichst wenig ausgedehnten Stellen 28, um die Totalreflexion möglichst wenig zu behindern.two places 28 which are as little extended as possible, around the total reflection to hinder as little as possible.
Entlang eines parallel zu einer Erzeugenden verlaufenden Bereiches H ist der geradlinige Lichtleitstab mattiert. Die Mattierung kann durch Anschleifen oder Ätzen erzeugt sein.Oberhalb des mattierten Bereiches H weist das Gehäuse einen Schlitz 21 auf.Along a parallel to a generating line Area H, the straight light guide rod is matted. The matting can be produced by grinding or etching Above the frosted area H, the housing has a slot 21.
ITm das Gehäuse allseits abgeschlossen halten zu können und somit das Eindringen von Staub zu verhindern, ist das Gehäuse oben vorzugsweise durch eine durchsichtige Platte 25 abgeschlossen, die ausserhalb des Bereiches des Schlitzes 21 duxh eine Blende 26 für Licht undurchlässig gemacht ist.ITm to be able to keep the housing closed on all sides and thus preventing the ingress of dust is the case preferably closed at the top by a transparent plate 25, which is outside the area of the slot 21 duxh a diaphragm 26 is made impermeable to light.
Erfindungsgemäas erstreckt sich parallel zum Stab 11 am Boden 24 des Gehäuses 20 ein länglicher Planspiegel 12, der im Abstand von dem Lichtleitstab 11 angeordnet ist.According to the invention extends parallel to the rod 11 on the ground 24 of the housing 20 is an elongated plane mirror 12 which is arranged at a distance from the light guide rod 11.
Zwischen dem Lichtleitstab 11 und dem Spiegel 12 erstreckt sich teilweise eine Blende 16, die durch eine Schraubspindelanordnung 17 derart verstellbar ist, dass sie sich entweder in den Spalt zwischen dem Lichtleitstab 11 und dem Spiegel hinein oder aus diesem heraus schiebt und so den Spiegel 12 mehr oder weniger abdeckt.Extends between the light guide rod 11 and the mirror 12 partially a diaphragm 16, which is adjustable by a screw spindle arrangement 17 in such a way that it is either into or out of the gap between the light guide rod 11 and the mirror, thus pushing the mirror 12 covers more or less.
An der in Fig. 3 rechten Stirnseite des Lichtleitstabes ist unter Zwischenschaltung eines Filters 19 ein fotoelektrischer Empfänger 13 in einem Gehäuse 36 befestigt. Der Zweck des Filters 19 ist der, nur definierte Wellenlängen zum Empfänger 13 durchzulassen, wodurch Störlicht weitgehend ausgeschalxet werden kann. An der gegenüberliegenden Stirnseite des Stabes 11 ist ein Planspiegel 18 befestigt, der den zum Empfänger 13 gelangenden Lichtstrom verstärkt.On the right end of the light guide rod in FIG. 3, a photoelectric filter 19 is interposed Receiver 13 fastened in a housing 36. The purpose of the The filter 19 is to allow only defined wavelengths to pass through to the receiver 13, which means that interference light is largely eliminated can be. On the opposite end face of the rod 11, a plane mirror 18 is attached to the Receiver 13 received light flux amplified.
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In der Zeichnung ist ausserdem ein scharf gebündelter Laserstrahl 15 dargestellt, welcher den mattierten Be- ·!·«·! nVi 1 A im ffiwrxs riots Tlnnnei nf si 1 os i« T?-i σ. 'Ί naHn/i<a^h In the drawing, a sharply focused laser beam 15 is also shown, which the frosted loading ·! · «·! nVi 1 A im ffiwrxs riots Tlnnnei nf si 1 os i « T? -i σ. 'Ί naHn / i <a ^ h
abtastet. Das Licht wird an dem mattierten Bereich 14 gestreut, wodurch aiifgrund von Totalreflexion an den Wänden des Lichtleitstabas 11 ein Teil des Lichtes zu dem fotoelektrischen Empfänger 13 gelenkt wird.scans. The light is scattered on the frosted area 14, as a result of which part of the light is directed to the photoelectric receiver 13 due to total reflection on the walls of the light guide rod 11.
Nach Pig. 3 ist die Blende 16 in verschiedene individuell einstellbare Einzelblenden 16a - 16i unterteilt.After Pig. 3, the aperture 16 is different in individual adjustable individual diaphragms 16a - 16i divided.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Vorrichtung ist wie folgt:The operation of the device according to the invention is as follows:
Gremäss Pig. 1 verlässt jeweils ein Teil des in den Lichtleitstab 11 eingedrungenen Laserstrahles 15 den Lichtleitstab und gelangt in dessen Umgebung. Im Bereich des Spiegels 12 wird das aus dem Stab 11 austretende Licht jedoch zurückgeworfen und tritt erneut in den Stab ein. Je nach den Ein- und Austrittswinkeln kann dieses zurückgeworfene Licht wenigstens teilweise zum Empfänger 13 gelangen. In Abhängigkeit von der Einschubtiefe der Blende 16 bzw. der Einzelblenden 16a - 16i wird ein mehr oder weniger grosser Teil des ausgetretenen Lichtes in den Lichtleitstab 11 zurückgeworfen. Gremäss Pig. 1 leaves a part of the in the light guide rod 11 penetrated laser beam 15 the light guide rod and gets into its surroundings. In the area of the mirror 12, however, the light emerging from the rod 11 is thrown back and re-enters the staff. Depending on the entry and exit angles, this can be thrown back Light reach the receiver 13 at least partially. Depending on the depth of insertion of the panel 16 or the With individual diaphragms 16a - 16i, a more or less large part of the light that has emerged is thrown back into the light guide rod 11.
Tritt nun an irgendeiner Stelle entlang des Lichtleitstabes 1t ein LichtverluBt durch eine Inhomogenität oder einen Oberflächenfehler auf, so kann dieser durch Herausziehen der Blende 16 um ein definiertes Stück voll kompensiert werden.If there is a loss of light at any point along the light guide rod 1t due to an inhomogeneity or a surface defect on, this can be fully compensated for by pulling out the cover 16 by a defined amount.
Die Unterteilung der Blende 16 in Einzelblenden 16a - 16i kann in Abhängigkeit von dem für den Lichtleitstab 11 verwendeten Material vorgenommen werden. Ändern sich die Inhomo-The subdivision of the diaphragm 16 into individual diaphragms 16a-16i can depend on the one used for the light guide rod 11 Material to be made. Do the inhomo-
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genitäten auf kurzen Strecken atark, so sind mehr Einzelblenden vorzusehen, als wenn die Inhomogenitätsschwankungen nur über relativ grosae Strecken vorkommen.If the inhomogeneity fluctuations are too great for short distances, more individual apertures should be provided than if the inhomogeneity fluctuations only occur over relatively long distances.
Ist einmal die richtige Sinsteilung der Einzelblenden 16a 16i gefunden worden, so kann eine entsprechend auegebildete feststehende Blende an deren Stelle gesetzt werden· Sie verstellbaren Blenden können dann in einer weiteren Anordnung zur Justierung benutzt werden. Once the correct pitch of the individual diaphragms 16a 16i has been found, a correspondingly designed fixed diaphragm can be placed in its place . The adjustable diaphragms can then be used in a further arrangement for adjustment .
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform in einer Querschnittsansicht, bei der der Lichtleitetab 11 keinen mattierten Bereich aufweist; statt dessen ist das Gehäuse Oben mit einer Mattscheibe 27 abgedeckt, die die erforderliche lichtstreuung mit Axialkompon -ite hervorruft* Diese Ausführungsform ist besonders wirtschaftlich herstellbar und dann bevorzugt, wenn eine ausreichende Lichtmenge zur Verfügung steht.4 shows a further embodiment in a cross-sectional view, in which the light guide tab 11 does not have a matted area; Instead , the top of the housing is covered with a frosted screen 27, which causes the required light scattering with axial components * This embodiment is particularly economical to manufacture and is preferred when a sufficient amount of light is available.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform arbeitet mit auf gegenüberliegenden Seiten des Stabes 11 über Befestigungen 32 am Genauee 20 angebrachten flexiblen Bändern 29, die mittels im Gehäuse angeordneter Stellschrauben 31 entlang einer mehr oder weniger groseen Fläche 30 zur Anlage an den Lichtleitstab 11 gebracht werden können, um die Totalreflexion an der Fläche 30 in definierter Weise zu stören oder zu unterbinden und dadurch den erwünschten Kompensationseffekt zu erzielen.The embodiment shown in Fig. 5 works with on opposite sides Sides of the rod 11 via fastenings 32 on the Exactee 20 attached flexible bands 29, which by means of Adjusting screws 31 arranged in the housing along a more or less large surface 30 for contact with the light guide rod 11 can be brought to disrupt or prevent total reflection on surface 30 in a defined manner and thereby to achieve the desired compensation effect.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführung, bei der ein Sendestrahl 15a auf eine zu kontrollierende Fläche 35, welche z.B. eine laufende Bahn sein kann, auftrifft und die Fläche 35 entlang einer senkrecht auf der Zeichenebene stehenden linie 34 abtastet. Die Auftrefflinie 34 wird mittels einer Zylinderlinse 33 auf dem mattierten Bereich 14 des Lichtleit-Fig. 6 shows schematically an embodiment in which a transmission beam 15a on a surface to be controlled 35, which E.g. a running track hits and the surface 35 is scanned along a line 34 perpendicular to the plane of the drawing. The line of incidence 34 is by means of a Cylinder lens 33 on the frosted area 14 of the light guide
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Stabes 11 abgebildet. Da die Zylinderlinse 33 den jeweils
auf der Auftrefflinie 34 vorliegenden Lichtpunkt nicht
als Punkt- sondern als sich in Längsrichtung dea Stabes 11
erstreckendes mehr oder weniger ovales Gebilde abbildet, wird der durch die erfindungegemässe Vorrichtung bedingte
Kompensationseffekt noch wesentlich verbessert. Rod 11 shown. Since the cylinder lens 33 does not have the respective point of light present on the line of incidence 34
depicted as a point rather than as a more or less oval structure extending in the longitudinal direction of the rod 11, the compensation effect caused by the device according to the invention is still significantly improved.
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Claims (28)
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