WO1999058986A1 - Vorrichtung zur positionserfassung von rotierenden objekten - Google Patents

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    • G01B11/272—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes for testing the alignment of axes using photoelectric detection means
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
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    • G03F7/20—Exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/24—Curved surfaces

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting the position of rotating objects with an optical signal transmitter and an optical sensor.
  • Position detection of rotating objects is often carried out in machine construction with the aid of reticulated disks, which rotate with the object and are evaluated by a sensor. This makes it possible to determine the speed, position and, if appropriate, direction of rotation of the rotating object.
  • devices of this type are not suitable for performing highly precise position recordings, as are required, for example, in electronic reproduction technology when exposing recording material by means of an electronic recording device, also called a recorder, imagesetter or imagesetter, in order to achieve good recording quality .
  • a light beam modulated by an image signal is guided point by line and line by line over a recording material to be exposed by means of a rotating light beam deflection device.
  • the recording material is fixed on a holder which moves relative to the light beam deflection device.
  • a reference pulse must be generated by precise position detection, with which the deflection movement of the light beam and the transport of the recording material are synchronized.
  • a device for generating such a reference pulse is already known from DE-OS 195 16 154.
  • the device has a stationary light source which generates a light beam directed onto a rotating object.
  • the light beam is reflected by a mirror on the rotating object on a 2
  • NEN reflects a stationary optical sensor that generates an electrical reference pulse in a defined angular position of the rotating object.
  • the object of the present invention is therefore to improve a device for position detection in such a way that precise position marking is ensured with a simple structure.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a device for detecting the position of a rotating object
  • Fig. 2 shows an application example for the device for position detection in an inner drum recorder.
  • Fig. 1 shows the basic structure of a device for position detection of a rotating object, abbreviated position detection device.
  • the position detection device has a stationary optical signal transmitter (1) with a light source (2) and a collimator (3).
  • the light source (2) generates a light beam (4) collimated by the collimator (3) along an optical axis (5).
  • An optical sensor (6) is arranged in a stationary manner on the optical axis (5) opposite the optical signal transmitter (1).
  • the shaft (7) As a rotating object, the axis of rotation (8) of which is essentially perpendicular to the optical axis (5).
  • the shaft (7) has a diametrically extending bore (9) with an entry window (10) and an exit window (11) for the light beam (4).
  • a lens (12) is arranged in the bore (9) in the area of the entry window (10) and a slit diaphragm (13) with a gap (14) in the area of the exit window (11).
  • the objective (12) focuses the light beam (4) incident through the entry window (10) onto the slit diaphragm (13).
  • the gap (14) of the slit diaphragm (13) is oriented in such a way that its longitudinal extent in the direction of the axis of rotation (8) of the shaft (7) and its transverse extent (gap width) run perpendicular to it.
  • Objective (12) and / or slit diaphragm (13) can be arranged displaceably within the bore (9) in the direction of the center line (15).
  • the light beam (4) generated in the optical signal transmitter (1) falls in that angular position of the shaft (7) in which the optical axis (5) of the light beam (4) with the optical axis (15) of the objective (12) and Slit diaphragm (13) coincides through the gap (14) of the slit diaphragm (13) on the optical sensor (6).
  • the optical sensor (6) thus generates an electrical reference pulse, also called "start-off-line pulse” or SOL pulse for short, once per revolution of the shaft (7), which detects a defined angular position of the shaft (7).
  • the light source (1) is preferably a single-mode light source, for example a laser diode.
  • a photodiode can be used as the optical sensor (6).
  • the collimator (3) can be used as an achomat or as a plano-convex or 4
  • the collimator (3) can be arranged in the optical signal transmitter (1) so as to be displaceable along the optical axis (5).
  • Fig. 2 shows an application example of the device according to the invention for position detection in an inner drum recorder.
  • a recording material (16) to be exposed is fixed on the inner surface of a stationary half-shell or exposure trough (17).
  • the pixel-by-line exposure of the recording material (16) takes place through the light beam (4), which is brightness-modulated with the information to be exposed.
  • the light beam (4) is guided by a light beam deflection device (18) coupled to the rotating shaft (7) pixel by line and line by line over the recording material (16), the beginning of each line on the recording material (16) using the once per Rotation of the shaft (7) in a defined angular position of the shaft (7) generated SOL pulse is signaled.
  • the position detection method (7) is in the area of the shaft (7) Fig. 1 is present, which generates the SOL pulse.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten. Der optische Signalgeber (1) weist eine stationäre Lichtquelle (2) auf, die einen auf das rotierende Objekt (7) gerichteten Lichtstrahl (4) entlang einer optischen Achse (5) erzeugt. Auf der dem optischen Signalgeber (1) gegenüberliegenden Seite des rotierenden Objektes (7) ist ein stationärer optischer Sensor (6) auf der optischen Achse (5) angeordnet. Das rotierende Objekt (7) weist im Bereich der optischen Achse (5) von Signalgeber (1) und Sensor (6) eine diametral verlaufende Bohrung (9) mit einem Eintrittsfenster (10) und einem gegenüberliegenden Austrittsfenster (11) für den Lichstrahl (4) auf. Im Bereich des Austrittsfensters (11) ist eine Spaltblende (13) und im Bereich des Eintrittsfensters (10) ein Objektiv (12) zur Fokussierung des Lichtstrahls (4) auf die Spaltblende (13) angeordnet. Der Spalt (14) der Spaltblende (13) ist mit seiner Querausdehnung im wesentlich senkrecht zu der Rotationsachse (8) des rotierenden Objektes (7) ausgerichtet.

Description

Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Ob- jekten mit einem optischen Signalgeber und einem optischen Sensor.
Positionserfassungen von rotierenden Objekten, beispielsweise von rotierenden Wellen, werden im Maschinenbau häufig mit Hilfe von Strichscheiben durchgeführt, die mit dem Objekt rotieren und von einem Sensor ausgewertet werden. Es ist hier- durch möglich, Geschwindigkeit, Lage und gegebenenfalls Drehrichtung des rotierenden Objektes zu ermitteln.
Derartige Vorrichtungen sind jedoch nicht dazu geeignet, hochgenaue Positonser- fassungen durchzuführen, wie sie beispielsweise in der elektronischen Reproduk- tonstechnik bei der Belichtung von Aufzeichnungsmaterial mittels eines elektronischen Aufzeichnungsgerätes, auch Recorders, Belichter oder Imagesetter genannt, benötigt werden, um eine gute Aufzeichnungsqualität zu erzielen.
In einem Recorder wird ein durch ein Bildsignal modulierter Lichtstrahl mittels einer rotierenden Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung punkt- und zeilenweise über ein zu belichtendes Aufzeichnungsmaterial geführt. Dabei ist das Aufzeichnungsmaterial auf einer Halterung fixiert, die sich relativ zu der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung bewegt. Um eine gute Aufzeichnungsqualität zu erzielen, muß durch eine genaue Positionserfassung ein Referenzimpuls erzeugt werden, mit dem die Ablenkbewegung des Lichtstrahles und der Transport des Aufzeichnungsmaterials synchronisiert werden.
Aus der DE-OS 195 16 154 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung eines solchen Refereπzimpulses bekannt. Die Vorrichtung weist eine stationär angeordnete Lichtquelle auf, die einen auf ein rotierendes Objekt gerichteten Lichtstrahl erzeugt. Der Lichtstrahl wird von einem am rotierenden Objekt befindlichen Spiegel auf ei- 2
nen stationären optischen Sensor reflektiert, der in einer definierten Winkelposition des rotierenden Objekts einen elektrischen Referenzimpuls erzeugt.
Die bekannte Vorrichtung ist jedoch auch nicht in ausreichender Weise dafür geeignet, erhöhten Anforderungen an eine genaue Positionsfassung gerecht zu werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Posi- tonserfassung derart zu verbessern, daß eine genaue Positionsmarkierung bei einfachem Aufbau gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Positionserfassung eines rotierenden Objektes und
Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung zur Positionserfassung bei einem Innentrommel-Recorder.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Positionserfassung eines rotierenden Objektes, kurz Positionserfassungs-Vorrichtung genannt. Die Positi- onserfassungs-Vorrichtung weist einen stationären optischen Signalgeber (1) mit einer Lichtquelle (2) und einem Kollimator (3) auf. Die Lichtquelle (2) erzeugt einen durch den Kollimator (3) kollimierten Lichtstrahl (4) entlang einer optischen Achse (5). Dem optischen Signalgeber (1 ) gegenüberliegend ist ein optischer Sensor (6) stationär auf der optischen Achse (5) angeordnet. 3
Zwischen dem optischen Signalgeber (1 ) und dem optischen Sensor (6) befindet sich als rotierendes Objekt eine Welle (7), deren Rotationsachse (8) im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse (5) ausgerichtet ist. Die Welle (7) weist in dem Bereich, in dem sich der optische Signalgeber (1 ) und der optische Sensor (6) auf der optischen Achse (5) gegenüber liegen, eine diametral verlaufende Bohrung (9) mit einem Eintrittsfenster (10) und einem Austrittsfenster (11 ) für den Lichtstrahl (4) auf. In der Bohrung (9) sind im Bereich des Eintrittsfensters (10) ein Objektiv (12) und im Bereich des Austrittsfensters (11 ) eine Spaltblende (13) mit einem Spalt (14) angeordnet. Das Objektiv (12) fokussiert den durch das Eintrittsfeπster (10) einfallenden Lichtstrahl (4) auf die Spaltblende (13). Der Spalt (14) der Spaltblende (13) ist derart ausgerichtet, daß seine Längsausdehnung in Richtung der Rotationsachse (8) der Welle (7) und seine Querausdehnung (Spaltbreite) senkrecht dazu verläuft. Objektiv (12) und/oder Spaltblende (13) können innerhalb der Bohrung (9) in Richtung der Mittellinie (15) verschiebbar angeordnet sein.
Der in dem optischen Signalgeber (1 ) erzeugte Lichtstrahl (4) fällt jeweils in derjenigen Winkelposition der Welle (7), in welcher die optischen Achse (5) des Lichtstrahles (4) mit der optischen Achse (15) von Objektiv (12) und Spaltblende (13) zusammenfällt, durch den Spalt (14) der Spaltblende (13) auf den optischen Sensor (6). Der optische Sensor (6) erzeugt somit einmal pro Umdrehung der Welle (7) einen elektrischen Referenzimpuls, auch "Start-Off-Line Impuls" oder kurz SOL-Impuls" genannt, der eine definierte Winkelposition der Welle (7) erfaßt.
Dadurch, daß der Lichtstrahl (4) den Spalt (14) als Abschattungselement für den optischen Sensor (6) durchläuft, wird in vorteilhafter Weise eine hohe Flankensteilheit des Referenzimpulses und damit eine hohe Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelposition der Welle (7) erreicht.
Die Lichtquelle (1 ) ist vorzugsweise eine Single-Mode-Lichtquelle, beispielsweise eine Laserdiode. Als optischer Sensor (6) kann beispielsweise eine Photodiode verwendet werden. Der Kollimator (3) kann als Achomat oder als plankonvexe bzw. 4
asphärische Linse ausgebildet sein. Zur Einstellung der Fokusebene auf den Spalt (12) der Spaltblende (11 ) kann der Kollimator (3) in dem optischen Signalgeber (1 ) entlang der optischen Achse (5) verschiebbar angeordnet werden.
Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Positionserfassung bei einem Innentrommel-Recorder. Bei einem nicht näher dargestellten Innentrommel-Recorder ist ein zu belichtendes Aufzeichnungsmatenal (16) an der Innenfläche einer stationären Halbschale oder Belichtungsmulde (17) fixiert. Die pixel- und zeilenweise Belichtung des Aufzeichnungsmatenals (16) erfolgt durch den Lichtstrahl (4), der mit der zu belichtenden Information helligkeitsmodu- liert ist. Der Lichtstrahl (4) wird durch eine mit der rotierenden Welle (7) gekoppelten Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (18) pixel- und zeilenweise über das Aufzeichnungsmatenal (16) geführt, wobei der jeweilige Zeilenbeginn auf dem Aufzei- chungsmateπal (16) mittels des einmal pro Umdrehung der Welle (7) in einer definierten Winkelposition der Welle (7) erzeugten SOL-Impulses signalisiert wird.
Zur Erfassung der definierten Winkelposition der rotierenden Welle (7) beziehungsweise des Lichtstrahls (4) relativ zu einem ortsfesten Bezugspunkt (19) an der Belichtungsmulde (2) ist im Bereich der Welle (7) die erfindungsgemäße Positi- onserfassungs-Vomchng (7) gemäß Fig. 1 vorhanden, die den SOL-Impuls erzeugt.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten mit einem optischen Signalgeber und einem optischen Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß
- der optische Signalgeber (1 ) eine stationäre Lichtquelle (2) aufweist, die einen auf das rotierende Objekt (7) gerichteten Lichtstrahl (4) entlang einer optischen Achse (5) erzeugt, - auf der dem optischen Signalgeber (1 ) gegenüberliegenden Seite des rotierenden Objektes (7) ein stationärer optischer Sensor (6) auf der optischen Achse (5) angeordnet ist,
- das rotierende Objekt (7) im Bereich der optischen Achse (5) von Signalgeber (1 ) und Sensor (6) eine diametral verlaufende Bohrung (9) mit einem Eintrittsfenster (13) für den Lichtstrahl (4) und einem gegenüberliegenden
Austrittsfenster (10) für den Lichtstrahl (4) aufweist,
- im Bereich des Austrittfensters (10) eine Spaltblende (11 ) und im Bereich des Eintrittsfensters (13) ein Objektiv (14) zur Fokussierung des Lichtstrahls (4) auf die Spaltblende (11 ) angeordnet sind und - der Spalt (12) der Spaltblende (11 ) mit seiner Querausdehnung im wesentlich senkrecht zu der Rotationsachse (8) des rotierenden Objektes (7) ausgerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1 ) eine Laserdiode ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 6) eine Photodiode ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (1 ) einen auf der optischen Achse (5) angeordneten Kollimator (3) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (4) als Achromat, als plankonvexe oder als asphärische Linse ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (4) in Richtung der optischen Achse (5) verschiebbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (12) und/oder die Spaltblende (13) innerhalb der Bohrung (9) verschiebbar angeordnet sind.
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