DE1247036B - Anordnung zur fotoelektrischen Messung der Lage einer Messmarke - Google Patents

Description

• Anordnung zur fotoelektrischen Messung der Lage einer Meßmarke Es sind eine Reihe von Anordnungen zur fotoelektrischen Abtastung einer Marke bekannt, bei denen beispielsweise eine periodisch bewegte bzw. schwingende Schlitzblende, eine um eine zu ihren planparallelen Begrenzungsflächen parallele Achse drehbar schwingende Platte, ein rotierender Würfel oder eine mit spiralförmigen Ausnehmungen versehene rotierende Blendenscheibe verwendet ist, um ein Bild der zu vermessenden Marke oder die Marke selber abzutasten. Mittels nachgeschalteter fotoelektrischer Wandler werden Signale empfangen, die insbesondere nach einer phasenempfindlichen Gleichrichtung ein Kriterium, z.B. einen elektrischen Extremwert, für das genaue Einfangen der Marke liefern. Bei anderen Anordnungen wird aus den Zeitverhältnissen zwischen dem Überstreichen der Marke beim Hin und Her des Abtastsystems eine Wertanzeige abgeleitet.
• Diesen bekannten Anordnungen haftet nun der Nachteil an, daß sie zwar ein genaues Stricheinfangen gewährleisten, aber keine der Abweichung der Meßmarke von der Nullage entsprechend genaue Anzeige- oder Registriermöglichkeit geben, da in die Amplitude des Ausgangssignals auch der Betrag des verwendeten Lichtstromes, die Eigenschaften des verwendeten Verstärkers sowie die Schwingungsamplitude des Abtastsystems eingehen. Bei den zweitbeschriebenen Geräten, bei denen ein Zeitvergleich stattfindet, ist die Anzeige von der Gleichmäßigkeit der Schwingungsamplitude des Abtastsystems abhängig, was einen erheblichen Aufwand an elektrischen und/oder mechanischen Gleichlaufmitteln notwendig macht.
• Auch sind Anordnungen bekanntgeworden, bei denen ein Servokreis planparallele, den Meßstrahl ablenkende Platten derart beeinflußt, daß der Meßstrahl seine Lage entsprechend der zu messenden Marke auf dem Prüfling ändert. Der dabei zurückgelegte Stellweg ist dann ein Maß für die Abweichung des Prüflings vom eingestellten Sollmaß. Diese Geräte arbeiten also nach der sogenannten Nullmethode, und der Verstellweg wird durch direkt gekoppelte Schreib- oder Anzeigemittel sichtbar gemacht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Anordnungen zu schaffen, die frei von den oben aufgezeigten Mängeln sind und die Signale hergeben, die sich ohne besondere Umformung weiterverarbeiten lassen.
• Gegenstand der Erfindung ist daher eine Anordnung zum fotoelektrischen Messen der Lage einer Meßmarke od. dgl. mit einem elektrisch angetriebenen, oszillierenden oder rotierenden, den Meß- strahl ablenkenden oder abblendenden Bauteil und einem Servokreis. Diese Anordnung zeichnet sich dadurch aus, daß der Servokreis Mittel zum Verlagern der optischen Achse des das ablenkende oder abblendende Bauteil umfassenden optischen Systems aus ihrer den Bezugspunkt definierenden Nullage in eine mit der Meßmarke übereinstimmende Lage sowie ein Instrument zur Anzeige des bei diesem Abgleich fließenden Stromes als Maß für die Abweichung der Meßmarke vom Bezugspunkt enthält. Dabei können erfindungsgemäß die zur Erzielung der Abtastbewegung dienenden elektrischen Bauteile entweder Teile des Servokreises sein oder sie können außerhalb des Servokreises liegen.
• Der Vorteil der neuen Anordnung liegt darin, daß das Meßergebnis in Form eines in bekannter Weise leicht auszuwertenden Stromes ansteht. Dies ist insbesondere für nachgeschaltete Verarbeitungsmaschinen, wie Rechner oder Speicher, wichtig. Wie sich gezeigt hat, lassen sich mit der Vorrichtung nach der Erfindung sehr gute Linearitäten zwischen dem in dem Meßkreis eingeprägten Strom und dem Verstellweg des Nullpunktes erzielen, wodurch eine große Meßgenauigkeit über einen weiten Meßbereich erzielt wird.
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachfolgend an Hand von Zeichnungen erläutert. Es zeigt F i g. 1 ein spezielles Blendensystem, F i g. 2 eine Anordnung gemäß der Erfindung, F i g. 3 eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung.
• Das in Fig.1 im Schnitt dargestellte Blendensystem besteht aus zwei einander zugekehrten Ringspaltmagnetsystemen, die aus Ringmagneten 10, 11 sowie Weicheisenteilen 12, 13, 14, 15 zusammengesetzt sind. Die einander abgekehrten Seiten dieser Systeme sind je mit einem Abstandsring 16 bzw. 17 versehen, auf die je eine Membrane 18 bzw. 19 aufgebracht ist. Die beiden Membranen sind miteinander durch einen in ihrer Mitte befestigten Steg 20 verbunden, der mittels einer Scheibe 21 ein in den Spalten der Magnetsysteme befindliches Tragrohr 22 für zwei Wicklungen 23, 24 abstützt. An diesem Tragrohr ist außerdem mittels eines Halters 25 eine Spaltblende 26 befestigt.
• F i g. 2 zeigt schematisch den Aufbau einer Anordnung gemäß der Erfindung. Die beiden Wicklungen 23, 24 sind in Reihe geschaltet. Sie liegen außerdem je in einem Stromkreis, der einen Kondensator 30 bzw. 31 sowie die Primärwicklung eines Transformators 32 bzw. die Sekundärwicklung eines Transformators 33 umfaßt. Zwischen die beiden Transformatoren ist ein Verstärker 34 geschaltet. Dieser Verstärker dient zur Erregung des aus den Teilen 18 bis 26 bestehenden schwingenden Systems. Da die beiden Wicklungen 23, 24 mechanisch fest miteinander gekoppelt sind, liefert die letztgenannte als Geschwindigkeitsgeber dem Verstärker sein Eingangssignal, so daß die Anordnung einen selbsterregten Oszillator darstellt, der mit der mechanischen Eigenfrequenz des Schwingsystems schwingt. Die Blende 26 wird also hin- und herbewegt und steuert dabei den Einfall des von einer Lampe 35 mit nachgeschalteter Optik 36 gelieferten, einen Glasmaßstab 37 durchdringenden Lichtes auf eine fotoelektrische Wandlerstufe 38. Das von dieser erzeugte elektrische Signal durchläuft einen frequenzselektiven Vorverstärker 39 mit hohem Verstärkungsgrad. Eine nachgeschaltete Begrenzerstufe 40 führt eine Amplitudenbegrenzung durch, während ein Leistungsverstärker 41 das Signal weiter verstärkt. Die Ausgangsklemmen dieses Verstärkers sind mit einer phasenempfindlichen Gleichrichterstufe 42 verbunden, die ihr Bezugs signal vom Verstärker 34 erhält. Die Aussiebung der Meßfrequenz erfolgt in einer Filterstufe 43, die mit ihren Ausgangsklemmen in einem aus einem Anzeigeinstrument 44 sowie den beiden Wicklungen 23, 24 bestehenden Stromkreis liegt. Die mit ihren Ablenkkräften in gleicher Richtung wirkenden Wicklungen bewirken durch den eingeprägten Strom eine Verschiebung der Nullage des Systems so lange, bis das von der Gleichrichterstufe gelieferte Signal eben noch ausreicht, das Schwingsystem in die Nähe der Nulleinfangstellung zu schieben. Hat man beispielsweise die Verstärkung in der Anordnung 1000mal größer gewählt, als sie notwendig gewesen wäre, um bei aufgetrenntem Regelkreis die Wicklungen bis zum Vollausschlag zu lenken, so weist der in den Regelkreis eingeprägte Strom nur einen Fehler von 1°/oo des Sollwertes als Maß für die Abweichung der Meßmarke von der Nullage des Systems auf.
• Die beschriebene Anordnung läßt sich mit Vorteil beispielsweise dann anwenden, wenn mittels eines Autokollimationsfernrohres Winkeländerungen laufend registriert werden sollen. In diesem Fall findet ein foto elektrisches Okular Verwendung, und das Anzeigeinstrument 44 wird durch ein schreibendes Instrument ersetzt oder ergänzt.
• F i g. 3 zeigt eine Anordnung, bei der der Regelstrom nicht auf das schwingende System einwirkt.
• Das Licht einer Lampe 45, die über ein Objektiv 46 einen Glasmaßstab 47 beleuchtet, wird über ein Objektiv 48, ein Schiebelinsensystem 49, d. h. eine Linse, die die Brechkraft Null aufweist, eine schwingende Planparallelplatte 5015vie einen begrenzenden Spalt 51 einem foto elektrischen Empfänger 52 zugeführt, der der Stufe 38 in F i g. 2 entspricht. Es schließen sich die bereits genannten Stufen 39 bis 43 an, wobei die Stufe 42 ihr Bezugssignal in Abhängigkeit von den Bewegungen der Platte 50 erhält. Die Ausgangsklemmen der Filterstufe 43 liegen mit einem Anzeigeinstrument 55 und einem Tauchspulensystem 53 in Reihe, dessen Spule fest mit der oberen Linse des Schiebelinsensystems 49, die beispielsweise mittels Federn 54 elastisch aufgehängt ist, gekuppelt ist. Die Funktion ist hier ähnlich der der Anordnung nach Fig. 2.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zum fotoelektrischen Messen der Lage einer Meßmarke od. dgl. mit einem elektrisch angetriebenen, oszillierenden oder rotierenden, den Meßstrahl ablenkenden oder abblendenden Bauteil und einem Servokreis, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokreis Mittel zum Verlagern der optischen Achse des das ablenkende oder abblendende Bauteil umfassenden optischen Systems aus ihrer den Bezugspunkt definierenden Nullage in eine mit der Meßmarke übereinstimmende Lage sowie ein Instrument zur Anzeige des bei diesem Abgleich fließenden Stromes als Maß für die Abweichung der Meßmarke vom Bezugspunkt enthält und daß die zur Erzielung der Abtastbewegung dienenden elektrischen Bauteile Teile des Servokreises sind.
2. 2. Anordnung zum fotoelektrischen Messen der Lage einer Meßmarke od. dgl. mit einem elektrisch angetriebenen, oszillierenden oder rotierenden, den Meßstrahl ablenkenden oder abblendenden Bauteil und einem Servokreis, dadurch gekennzeichnet, daß der Servokreis Mittel zum Verlagern der optischen Achse des das ablenkende oder abblendende Bauteil umfassenden optischen Systems aus ihrer den Bezugspunkt definierenden Nullage in eine mit der Meßmarke übereinstimmende Lage sowie ein Instrument zur Anzeige des bei diesem Abgleich fließenden Strom mes als Maß für die Abweichung der Meßmarke vom Bezugspunkt enthält und daß die zur Erzielung der Abtastbewegung dienenden elektrischen Bauteile außerhalb des Servokreises liegen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 853 657; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 181 932; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1 759 198; schweizerische Patentschrift Nr. 266 408.