SE420352B - Optisk legesgivare - Google Patents

Description

8000460-9 10 15 20 25 30 35 40 2 att den skall vara enkel och billig.

De hittills använda lägesgivarna har antingen utgjorts av diodmatriser med ett stort antal i rad placerade små fotodioder i integrerad halvledarteknik. Dessa har god upplösning men krä- ver en relativt omfattande kringelektronik, eller om de är ut- förda i CCD-teknik, betingar de ett högt pris och har liten längd; i regel högst någon centimeter.

En annan typ beskrivs i den amerikanska patentskriften 3,8l9,273. Där använder man sig av 2 eller 3 detektorelement ' placerade på en platta (Fig. l). Ljuslinjen kan träffa ett el- ler två av elementen och ger sammanlagt fem utläsbara positions- lägen. Detta är i vissa sammanhang alltför onoggrann lägesangi- velse.

En variant med större upplösning beskrivs i den svenska patentskriften 360170 (motsvarande tysk ansökan nr 1913399).

Här använder man sig av ett mätelement med timglasformade yta (Fig. 2) och ett linjärt referenselementanordnat bredvid.

Denna anordning har fördelen av att ge en kontinuerlig läges- indikering, dvs har god upplösning. Den har emellertid den nack- delen att den får en mycket stor ljuskänslig yta om den skall göras med stor utsträckning i mätriktningen. Detta medför att andelen yta som träffas av ljuslinjen blir mycket liten i för- hållande till hela detektorytan som alltså träffas av omgivnings- ljus.Detta medför att man antingen måste ha en kraftig laser, vilket gör att man lätt kan komma i konflikt med rådande arbetar- skyddsbestämmelser, eller får ett lågt signal/störljusförhàllande.

Föreliggande uppfinning löserdecwennämnda problemen genom att två eller flera ljuskänsliga sensorer är anordnade bakom ett optiskt transmissionsfilter av bandpasstyp och som vid belysning med en i huvudsak vinkelrätt mot mätriktningen orienterad ljus- linje, exempelvis i form av en solfjäderformigt utspridd laser- stràle som avger signaler till en elektronisk analysatorkrets.

Härvid utgår man ifrån att nämnda sensorer består av två mät- sensorer som i större delen av mätområdet samtidigt belyses av ljuslinjen samt en eller flera hjälpsensorer. Dessa mätsensorer är genom avmaskning eller tillsàgning anordnade att ha en kil- formig detektoryta och vara parvis anordnade på ömse'sidor om en symmetrilinje parallell med mätriktningen och orienterade med kilspetsarna i motsatt riktning, på ett sådant sätt att den ena mätsensorns signal är anordnad att minska samtidigt som 10 15 20 25 30 35 40 8000460-9 3 den andras att öka om lägesgivaren i förhållande till ljus- linjen translateras i mätriktningen.

Genom att man hån istället för en stor detektoryta an- vänder flera små, blir signal/omgivningsljusnivån hög, varför liten lasereffekt kan användas. Kilformigheten gör att upplös- ningen blir god i förhållande till fallet med flera rektangulära sensorer.

Det är lämpligt att låta de ljuskänsliga sensorerna vara så anordnade runt nämnda symmetrilinje att viss överlappning erhål- les, sett i ljuslinjens riktning. Härigenom belyser ljuslinjen alltid minst en sensor varigenom inga döda punkter erhålles.

Att anordna de kilformade detektorytorna runt symmetrilinjen med punktsymmetri i förhållande till origo medför att läges- indikeringen blir god även om ljuslinjen ej går vinkelrätt mot symmetrilinjen; nollpunkten sammanfaller med origo. Detta är fördelaktigt när lägesförflyttningar samtidigt ger upphov till vridning, vilket ej är ovanligt. Genom att anordna mätsensorerna mellan övriga sensorer och låta dessa bilda ett mätområde med stor mätnoggrannhet medan nämnda övriga sensorer bildar in- ställningsomràden och endast ger en grov lägesanvisning, upp- når man kombinationen av hög upplösning med stort arbetsområde.

Uppfinningen har vidare den egenskapen att den ger en ytter- ligt hög noggrannhet vid centrering. Detta beror på att man med hjälp av en särskild s k fönsterkompensator jämför signalerna från-de två centrala detektorerna och indikerar när dessa båda signaler är lika stora. Därigenom blir man helt oberoende av eventuella linjäriteter i bakgrundskompensationen.

Genom att använda minst fyra olika sensorer kommer alltid minst en av de yttre att vara obelyst av ljuslinjen. Det är då ändamålsenligt att använda denna som referensdetektor för avkän- ning av bakgrundsstrålningen, dvs omgivningens ljusnivå. Det är givetvis fullt möjligt att använda fler än fyra sensorer.

För att så mycket som möjligt särskilja signal- och bak- grundsljus kan det vara ändamålsenligt att låta ljuslinjen be- stå av pulsat ljus, antingen i form av en svepande stråle eller en ren modulation av ljuslinjen.

Om lägesgivaren är anordnad i ett vridbart hölje, kan man lätt vrida in lägesgivaren till rätt orienteringsläge i förhål- lande till ljuslinjen. Genom att förse lägesgivaren med två mag- netförsedda ben kan man lätt få origo att inta mittpunktsläget 8000460-9 10 15 '20 25 30 35 40 .4 mellan två plana ytor, t ex sågbladen i en ramsåg (Fig. 3).

För att överföra lägesinformationen från givaren till pre- sentationsenheten kan det ibland vara fördelaktigt att använda sig av infrarödemitterande lysdioder som sändare och förse pre- sentationsenheten med motsvarande mottagare. Alternativt kan ultraljud användas. Härigenom kan en eller båda av givar- och presentationsenheterna bli fritt rörlig.

I miljöer med buller och starkt varierande ljusförhållanden kan det vara fördelaktigt att presentera lägesinformatíonen ge- nom användandet av en serie lampor där t ex läge och/eller blink- frekvens anger ljuslinjens avstånd från origo. ÜPPfíHflin9en beskrivs närmare nedan under hänvisning till figurerna 1-4, där fig. l visar exempel på känd teknik, fig. 2 visar ett utföringsexempel av en lägesgivare enligt den före- liggande uppfinningen, fig. 3 visar hur lägesgivaren enligt upp- finningen kan användas som mittpunktsdetektor mellan sâgbladen i en ramsåg och där fig. 4 slutligen, visar en utföringsvariant av elektroniken i den föreliggande uppfinningen.

I figur l visas en lägesindikator enligt känd teknik. Här har tre detektorelement l,2,3 använts. Ljuslinjen 4 kan skära element l, elementen l och 2, element 2, elementen 2 och 3 eller element 3 enbart. Dessa fem upplösningssteg är för lite i de flesta fall.

I fig. 2 visas en optisk lägesgivare enligt den föreliggande uppfinningen. Givaren innehåller fyra kilformiga sensorer 5,6,7 och 8 anordnade på ömse sidor om en symmetrilinje 9 som går genom givarens origo, l0,varvid sensorerna 5 och 6 är mätsensorer medan sensorerna 7 och 8 är hjälpsensorer. Sensorerna är monterade i ett hölje, ll, bakom ett ej visat bandpassfilter. Lägesgivaren känner av positionen och rörelse i X-led hos en ljuslinje med ut- sträckning i riktning Y. På grund av symmetri i en punkt, nämligen origo, 10 är riktningen hos ljuslinjen ej särskilt kritisk utan kan avvika med vinkeln m, ca 20°,från Y-riktningen, utan att ge upphov till minskad centrernoggrannhet.

Givarens arbetsområde D kan delas upp i zonerna A, B och C efter vilka sensorer som träffas av ljusstràlar, av vilka zon A ger den största upplösningsnoggrannheten. Hjälpsensorerna 7 och 8 ger den stora variationsbredden medan mätsensorerna 5 och 6 ger den stora centrernoggrannheten.

Lägesgivaren kan anbringas på fordon eller andra rörliga 10 15 20 8000460-9 5 objekt. Ett annat användningsområde visas i fig. 3. Här är läges- givarens hölje, ll, försett med två lika långa ben 12,13 med mag- neter i ändarna 14,15. Lägesgivaren kan då användas för centre- ring av en ramsåg och placeras då mellan tvà sågblad l6,l7 i ra- men. Origo ligger då mitt emellan sàgbladen. Om man istället gör det ena benet dubbelt så làngt som det andra kommer, pà samma sätt, origo alltid att vara på en tredjedel av avståndet mellan såg- bladen, oavsett avståndet mellan dessa. Här förutsätts givetvis att avståndet mellan bladen ej görs större än benens 12,13 längd och ej mindre än höljets ll, diameter.

I figur 4 visas i blockschemaform elektroniken hos den op- tiska lägesgivaren enligt uppfinningen. Sensorerna 5,6,7 och 8 är anslutna till var sin förförstärkare 18-21. Dessa är i sin tur anslutna till en bakgrundskompensationskrets som jämför de olika signalerna. Nämnda enheter är alla lämpligen anordnade i höljet ll. Den bakgrundskompenserade resulterande signalen över- förs via kabel 23 eller annan kommunikation till en elektronik- enhet 28, innehållande signalbehandlingskrets 24, displaylogik 25 och display 26. I elektronikenheten 28 kan även strömförsörj- ningsaggregat vara anordnat.

Claims (7)

8009460-9 PAæENTKRAv

1. l. Optisk lägesgivare för bestämning av translationsförflytt- ningar i en förutbestämd riktning (x) med två eller flera ljus- känsliga sensorer (5,6,7,8) anordnade bakom ett optiskt trans- missionsfilter av bandpasstyp och som vid belysning med en i huvudsak vinkelrätt mot mätriktningen (x) orienterad ljuslinje, exempelvis i form av en solfjäderformigt utspridd laserstråle, avger signaler till en elektronisk analysatorkrets (22,24), k ä n n e t e c k n a d av att nämnda sensorer (5,6,7,8) består av två mätsensorer (5,6) som i större delen av mätområdet sam- tidigt belyses av ljuslinjen samt en eller flera hjälpsensorer (7,8), vilka mätsensorer (5,6) genom avmaskning eller tillsâgning är anordnade att ha en kilformíg detektoryta och placerade bred- vid varandra på ömse sidor om en symmetrilinje (9), parallell med mätriktningen (x) och orienterade med kilspetsarna i mot- satt riktning, på ett sådant sätt att den ena mätsensorns sig- nal är anordnad att minska samtidigt som den andras att öka om lägesgivaren i förhållande till ljuslinjen translateras i mät- riktningen (x).

2. Lägesgivare enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att mätsensorerna (5,6) är anordnade mellan övriga sensorer (7,8) och bildande ett mätomràde (A) med stor mätnoggrannhet medan nämnda övriga sensorer (7,8).bildar inställningsområden (C) och endast ger en grov lägesanvisning.

3. Lägesgivare enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att sensorerna (5,6,7,8) är anordnade på ömse sidor om sym- metrilinjen (9) med punktsymmetri i förhållande till origo (10).

4. Lägesgivare enligt någon av kraven l-3, k ä n n e t e c k- n a d av att minst fyra sensorer (5,6,7,8) används och att där- vid den, eller de av de två yttre sensorerna (7,8) som ej är belyst är anordnad att utgöra bakgrundsavkännande sensor.

5. Lägesgivare enligt någon av kraven l-4, k ä n n e t e c k- n a d av att den elektroniska analysatorkretsen (22) driver en eller flera lysdioder med synlig eller infraröd strålning eller 8000460-9 7 en ultraljudssändare som överför lägesinformationen från givarenheten till presentationsenheten (26).

6. Lägesgivare enligt någon av kraven l-5, k ä n n e t e c k- n a d av att presentationsenheten är försedd med två eller flera lampor eller lysdioder som genom läge och/eller blink- frekvens anger ljuslinjens avstånd från origo (10).

7. Lägesgivare enligt någon av de föregående kraven, k ä n n e t e c k n a d av att ljuslinjen utgörs av pulsat ljus, antingen i form av en svepande ljusstråle eller i form av ren modulation. 8000-460-9 10 SAMMANFATTNING Uppfinningen avser en optisk lägesgivare som belyses med enljuslinje och därvid avger en elektrisk signal utgör- ande ett mått på den belysande strålens position. Givaren innehåller två eller flera kilformiga sensorer (5,6,7,8) anordnade med punktsymmetri i förhållande till ett origo (10). Två av dessa sensorer utgör mätsensorer (5,6) och är placerade bredvid varandra på ömse sidor om symmetrilinjen (9) parallell med mätriktningen (x) och i huvudsak vinkel- rät mot ljuslinjen. Vid mätning belyser ljuslinjen båda mätsensorerna (5,6) som är sä orienterade att den ena mät- sensorns signal minskar med den andras ökar om lägesgivaren, i förhållande till ljuslinjen, translateras i mätrikt- ningen (x).