DE1548747B1

DE1548747B1 - Vorrichtung zur Kompensation von Stoereinfluessen im Strahlengang einer foto-elektrischen Abtasteinrichtung

Info

Publication number: DE1548747B1
Application number: DE19661548747
Authority: DE
Inventors: Georg Grendelmeier; Laszlo Dipl-Ing Rabian
Original assignee: Oerlikon Buehrle Holding AG
Current assignee: OC Oerlikon Corp AG Pfaeffikon
Priority date: 1965-10-02
Filing date: 1966-09-29
Publication date: 1970-10-01
Also published as: FR1508985A; SE333469B; GB1156991A; CH444964A; US3469101A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kompensation von Störeinflüssen im Strahlengang einer foto-elektrischen Abtasteinrichtung zur Bestimmung der Verschiebung eines mit einer Meßskala versehenen Körpers zu einem Bezugssystem unter Verwendung einer Lichtquelle und einer licht-elektrischen Empfängeranordnung.

Bei einer aus der deutschen Patentschrift 1097 524 bekannten Vorrichtung dieser Art wird der durch die Schwankungen des Tageslichtes zustande kommende Störeinfluß dadurch beseitigt, daß ein konstanter Grundpegel einer Nebenstrahlung geschaffen wird, die sich aus der Summe der veränderlichen Strahlung des Tageslichtes und einer Ausgleichsstrahlung zusammensetzt, wobei die letztere mittels einer besonderen, von der Lichtquelle der foto-elektrischen Abtasteinrichtung unabhängigen Hilfslichtquelle erzeugt wird. Die Nebenstrahlung fällt unmittelbar, ohne von der Meßstrecke beeinflußt zu werden, auf eine Fotozelle, deren Strom über einen Verstärker die Hilfslichtquelle derart steuert, daß ihre Strahlungsintensität bei schwachem Tageslicht hoch, bei starkem Tageslicht dagegen schwach ist. In dieser Weise wird zwar an der Empfängeranordnung ein von der Intensität des Tageslichtes unabhängiger Lichteinfall erreicht; jedoch werden andere im Strahlengang der foto-elektrischen Abtasteinrichtung auftretende Störungen, die z. B-. durch Alterung der Lichtquelle der Abtasteinrichtung oder durch Verschmutzung der Meßstrecke, von Spiegeln oder Linsen zustande kommen, nicht kompensiert. Derartige Verschmutzungen treten insbesondere bei Einsatz der Vorrichtung an Werkzeugmaschinen durch Gußstaub, Öl, Dampfniederschläge usw. auf.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die eingangs genannte Vorrichtung derart zu verbessern, daß Störungen dieser zuletzt genannten Art kompensiert werden. Erfindungsgemäß wird die Lösung dieser Aufgabe dadurch erzielt, daß ein licht-elektrischer, vom über die an einem lichtdurchlässigen Träger angeordnete Meßskala geführten Strahlenanteil beaufschlagter Empfänger und ein diesem zugeordneter, von einem direkt neben der Meßskala über den Träger geführten Strahlenanteil beaufschlagter licht-elektrischer Vergleichsernpfänger vorgesehen ist und daß das Signal des Vergleichsempfängers an eine der Bildung eines die Lichtquelle in gewünschter Weise steuernden Differenzwertes zu einem vorgegebenen Sollwert dienende Vergleichsanordnung gelegt ist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigt __.

F i g. 1 die Vorrichtung an einer foto-elektrischen Abtasteinrichtung einer Werkzeugmaschine im Vertikalschnitt,

F i g. 2 die Anordnung von Fotozellen gegenüber einem Teilstrichbild einer Meßskala,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie ΠΙ-ΠΙ in Fig. 1 (teilweise geschnitten),

F i g. 4 ein elektrisches Schaltschema.

Wie es die Fig. 1 zeigt, ist mit 1 ein Tisch einer Werkzeugmaschine bezeichnet, der senkrecht zur Bildebene auf einer das Bezugssystem bildenden Grundplatte 2 verschiebbar ist. Ein Glasprisma 3 ist in einer Ausnehmung 47 im Tisch 1 mit Hilfe der mit Schrauben 11 und 12 am Tisch befestigten Leisten 7 und 8 sowie der Moosgummischnüre 9 und 10 derart angebracht, daß es an den Flächen 4 und 5 der Leisten und der Fläche 6 des Tisches anliegt. Das Glasprisma 3 weist auf seiner Fläche 21 eine Meßskala 24 auf, deren zur Zeichnungsebene senkrechte Teilung 0,1 mm beträgt. Mit 22 und 23 sind zwei reflektierende, zur zweimaligen Umlenkung der in das Prisma eintretenden Lichtstrahlen dienende Seitenflächen des Prismas bezeichnet.

Gegenüber dem Prisma 3 und mit der Grundplatte 2 starr verbunden ist ein als Ganzes mit 16 bezeichnetes Meßmikroskop angeordnet. Dieses ist

ίο mit einer eine Lichtquelle bildenden Glühlampe 17 versehen, deren Lichtstrahlen durch einen in einem Rohr 19 eingebauten Kondensor 18 zu einem durch die Fläche 21 des Prismas 3 rechtwinklig hindurchtretenden Bündel umgelenkt werden (Fig. 1).

Der Meßskala 24 gegenüber ist in einem weiteren Rohr 26 ein Objektiv 27 untergebracht, welches auf einer Mattscheibe 28 des Meßmikroskopes 18 das Teilstrichgitter 24 als reelles Bild 29 vergrößert abbildet. Auf der Rückseite der Mattscheibe 28 sind die Fotozellen 30, 31 und 32 aufgeklebt, die ein ähnliches Temperaturverhalten aufweisen. Gemäß F i g. 2 sind die die lichtelektrische Empfängeranordnung bildenden Fotozellen 30 und 31 in Richtung der Strichteilung des Teilstrichbildes 29 gegeneinander verschoben, so daß sie bei Verschiebung des Tisches 1 auf der Platte wechselweise beschattet und belichtet werden; an diese Fotozellen ist eine nicht dargestellte Zähleinrichtung angeschlossen, wie sie z.B. in der schweizerischen Patentschrift 444 503 beschrieben ist.

Die den licht-elektrischen Vergleichsempfänger bildende Fotozelle 32 wird von dem ebenfalls durch das Objektiv 27 tretenden Strahlungsanteil bestrahlt, der unmittelbar neben der Meßskala 24 durch die Fläche 21 des Prismas 3 hindurchtritt.

Wie es die F i g. 1 zeigt, ist in Nuten 14 und 15 der Leisten 7 und 8 ein endloses Kunststoffband 13 geführt, welches das Prisma 3 gegen grobe Verschmutzungen und gegen die Einstrahlung von fremden Strahlungsquellen schützt. Das Band 13 läuft um zwei mittels Kugellagern 35, die auf zwei am Tisch 1 befestigten Achsen 34 angeordnet sind, gelagerte Walzen 33. Eine am Band 13 befestigte Platte 36 ist mit einem Stift 37 versehen, der in erne Bohrung 38 des Meßmikroskopes 16 hineinragt und das Band mit diesem letzteren verbindet. Gegenüber dem Kondensor 18 und dem Objektiv 27 weist das Band 13 Öffnungen 20 und 25 auf, welche den Durchgang von Lichtstrahlen durch das Band ermöglichen.

Gemäß F i g. 4 speist die Fotozelle 32, deren Foto-Spannung der Lichtintensität des neben der Meßskala 24 hindurchgeführten Strahlenanteiles an der Mattscheibe 28 proportional ist, einen Verstärker 39 einer als Ganzes mit 44 bezeichneten Vergleichsanordnung. Eine stabilisierte Vergleichsspannung wird gebildet durch eine geerdete Batterie 40, an die über einen Serienwiderstand 41 eine Zenerdiode42 angeschlossen ist. Der Unterschied der im Verstärker 39 verstärkten Fotospannung und der an der Zenerdiode42 bestehenden Vergleichsspannung speist einen weiteren Verstärker 43, in dessen Ausgangs-Stromkreis eine Lichtquelle 17 und ein Voltmeter 45 liegen. Bei einem Spannungsunterschied Null am Eingang dieses Verstärkers, was einem verlustlosen Strahlengang entspricht, würde die Glühlampe 17 keine Spannung erhalten. Je nach der Durchlässigkeit des Prismas 3 stellt sich am Verstärker 43 eine bestimmte Betriebsspannung ein.
Die beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt:

Die von der Lichtquelle 17 erzeugten Lichtstrahlen gelangen durch den Kondensor 18 und die Öffnung 20 des Bandes 13 auf die Fläche 22 des Prismas 3, die die Strahlen auf die Seite 23 des Prismas reflektiert. Durch die auf der Fläche 23 stattfindende weitere Reflexion gelangen die Strahlen durch die Meßskala 24, die öffnung 25 des Bandes 13, das Objektiv

27 auf die Mattscheibe 28, auf der das vergrößerte Bild 29 der Meßskala 24 wiedergegeben wird.

Wird nun durch Alterung der Lichtquelle 17 oder durch Verschmutzung des Kondensors 18, des Prismas 3 oder des Objektivs 27 die auf die Mattscheibe

28 fallende Lichtintensität kleiner, so verkleinert sich auch die von der Fotozelle 32 abgegebene Fotospannung. Die Verkleinerung der Fotospannung bewirkt nach Verstärkung im Verstärker 39 einen Spannungsunterschied gegenüber der stabilisierten Vergleichsspannung. Dieser Spannungsunterschied korrigiert nach Verstärkung im Verstärker 43 die Spannung der Lichtquelle 17, bis die ursprüngliche Lichtintensität auf der Mattscheibe 28 wieder erreicht ist.

Mit dem Voltmeter 45 ist es möglich, zu jeder Zeit den Zustand des optischen Systems zu überwachen. Überschreitet die Angabe des Voltmeters einen im voraus festgelegten Betrag, so ist die Glühlampe 17 zu überprüfen, oder der Kondensor 18, das Objektiv 27 und das Prisma 3 müssen gereinigt werden.

Infolge des ähnlichen Temperaturverhaltens der Fotozellen 30, 31 und 32 wird bei der beschriebenen Anordnung die Fotospannung der Zellen 30 und 31 in Funktion der Temperatur selbsttätig konstant gehalten, wodurch eine große Wiederholgenauigkeit erreicht wird.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Kompensation von Störeinflüssen im Strahlengang einer foto-elektrischen Abtasteinrichtung zur Bestimmung der Verschiebung eines mit einer Meßskala versehenen Körpers zu einem Bezugssystem unter Verwendung einer Lichtquelle und einer licht-elektrischen Empfängeranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß ein licht-elektrischer, vom über die an einem lichtdurchlässigen Träger (3) angeordnete Meßskala (24) geführten Strahlenanteil beaufschlagter Empfänger (30, 31) und ein diesem zugeordneter, von einem direkt neben der Meßskala über den Träger geführten Strahlenanteil beaufschlagter licht-elektrischer Vergleichsempfänger (32) vorgesehen ist und daß das Signal des Vergleichsempfängers (32) an eine der Bildung eines die Lichtquelle (17) in gewünschter Weise steuernden Differenzwertes zu einem vorgegebenen - Sollwert dienende Vergleichsanordnung (44) gelegt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen