DE1673987B2

DE1673987B2 - Photoelektrische messeinrichtung zum erfassen der relativverschiebung zweier gegenstaende

Info

Publication number: DE1673987B2
Application number: DE1968R0048244
Authority: DE
Inventors: Michael John Bedford Bedfordshire Denen (Großbritannien)
Original assignee: George Richards & Co. Ltd., Altrincham, Cheshire (Grossbritannien)
Priority date: 1967-03-15
Filing date: 1968-03-15
Publication date: 1977-05-12
Also published as: US3553468A; CH488172A; DE1673987A1; FR1556770A; GB1223141A

Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Meßeinrichtung zum Erfassen der Relativverschiebung zweier Gegenstände, von denen der eine ein optisches Gitter und der andere eine Ableseplatte trägt, mit einer die Ableseplatte und das Gitter beleuchtenden Lichtquelle und mehreren das Gitter über die Ableseplatte abtastenden lichtempfindlichen Detektoren.

Es ist eine photoelektrische Meßeinrichtung dieser Art bekannt (OE-PS 2 48 717), bei der drei Detektoren vorgesehen sind, die jeweils um eine drittel Periodenlänge phasenverschobene Meßsignale erzeugen. Wenn diese Detektoren gleiche Charakteristik besitzen und auch auf gleiche Empfindlichkeit eincestellt sind, besitzen diese Meßsignale den gleichen Mittelwert und dieselbe differentielle Amplitude. Im praktischen Betrieb ist dieser Mittelwert jedoch nicht konstant, sondern schwankt in Abhängigkeit von der Stärke der Lichtquelle oder örtlichen und zeitlichen Reflexionsund Streuverhältnissen. Um diese Mittelwertschwankungen zu vermeiden, werden bei dieser bekannten Meßeinrichtung die Meßsignale der drei Detektoren einer Differentialschaltung zugeführt, in welcher die gemeinsamen Komponenten der drei Meßsignale, nämlich deren Mittelwert, unterdrückt werden und nur die differentiellen Komponenten mit je gleichem Übertragungsmaß an drei Ausgangsleitungen übertragen werden. Damit kann zwar der Einfluß von l.ichtstärkeschwankungen auf den Mittelwert eliminiert werden, nicht jedoch Meßfehler infolge ungleicher Charakteristik oder ungleicher Empfindlichkeit der Detektoren. Um eine solche Anpassung der Empfind- <\s lichkeit der drei Detektoren zu erreichen, müßte zusätzlich noch die bekannte Maßnahme, jeweils in den Strahlengang des Gitterbildes einstellbare Blenden anzuordnen, vorgesehen werden. Mit solchen einstellbaren Blenden könnte zwar beispielsweise für Minimumbelichtung eine Anpassung der Meßsignale der Detektoren erreicht werden, diese Anpassung würde jedoch für andere Belichtungen und auch für Maximumbelichtung wieder verlorengehen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine photoelektrische Meßeinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine einfach zu bedienende Einrichtung besitzt, mit welcher die Meßsignale der einzelnen Detektoren genau aneinander angepaßt werden können und die einmal gewählte Anpassung auch für alle Belichtungen beibehalten wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einer Meßeinrichtung der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs gelöst.

Zur Kompensation des Einflusses einer veränderlichen Fremdstrahlungsquelle auf eine strahlungselektri-· sehe Meß- oder Steuerstrecke ist es an sich bekannt, einen Meßlicht empfangenden Detektor durch Beleuchtung mit einer zusätzlichen Lichtquelle in einem definierten Arbeitspunkt zu halten (DT-AS W 97 524). Durch die Anwendung dieses an sich bekannten Prinzips bei einer photoelektrischen Meßeinrichtung der eingangs erwähnten Art wird erreicht, daß über die einzelnen Belichtungseinstellvorrichtupgen der Detektoren bei Minimumbelichtung die Ausgangssignale der Detektoren genau aufeinander abgeglichen werden kennen. Durch den zusätzlichen Belichtungsbereich wird erreicht, daß diese einmal gewählte Einstellung für alle weiteren Belichtungen der Detektoren beibehalten wird, also auch für Maximumbelichtung. Eine besonders einfache und billige Lösung ergibt sich aus dem Unteranspruch 2. Um auch noch die letzten gegebenenfalls verbleibenden Unterschiede der Ausgangssignale der Detektoren bei Maximunibelichtung auszugleichen, kann es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von Vorteil sein, im Sinne des Unteranspruchs 3 den Ausgängen der Detektoren jeweils gesonderte elektrische Einstelleinrichtungen zuzuordnen, mit denen elektrisch ein gegenseitiges Anpassen der Ausgangssignale der Detektoren möglich ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Schnitt durch eine photoelektrische Meßeinrichtung mit erfindungsgemäß ausgebildeter Belichtungseinstellvorrichtung,

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf das Gitter und die Ableseplatte.

Die dargestellt photoelektrische Meßeinrichtung umfaßt ein lichtdichtes Gehäuse 11, an dem eine Ableseplatte 12 angebracht ist, die zusammen mit dem Gehäuse oberhalb eines Gitters 13 längs der Achse dieses Gitters bewegbar ist, also senkrecht zur Zeichenebene nach Fi g. 1. Das Gitter 13 setzt sich aus miteinander abwechselnden dunklen Linien und Zwischenräumen zusammen, und das Licht der einzigen in dem lichtdichten Gehäuse 11 angeordneten Lampe 14 wird durch eine Linse 15 auf die Oberfläche des Gitters fokussiert, wo das Licht reflektiert wird, um dann durch eine Linse 16 auf die lichtempfindlichen Flächen vcn vier lichtempfindlichen Detektorer. 17 zu fallen. Jeder Detektor ist auf einen anderen Teil des Gitters 13 ausgerichtet, und diese Teile werden durch vier Paare von öffnungen 18 in der Ableseplatte 12 abgegrenzt, wobei jedes Paar von öffnungen zwei Linien des Gitters

zugeordnet ist, und wobei die verschiedenen Öffnungen gegenüber dem Gitter phasenverschoben angeordnet sind.

Wenn sich die beiden öffnungen 18 gemäß F i g. 2 oberhalb von Linien des Gitters befinden, erhält der entsprechende Detektor 17 minimale Belichtung, siehen die öffnungen dagegen über Zwischenräumen des Gitters, erhält der Detektor maxima! j Belichtung. Es ist wichtig, daß die Ströme, die dem Minimum bzw. Maximum der Belichtung entsprechen, bei den vier Detektoren aufeinander abgeglichen sind.

Die Ableseplatte 12 ist gegenüber der Ebene des Gitters 13 unter einem sehr kleinen Winkel geneigt, so daß das Licht der Lampe 14 an der Ableseplatte 12 so reflektiert wird, wie es bei A"angedeutet wird, wobei das reflektierte Licht in Form eines in F i g. 2 insgesamt mit 19 bezeichneten Lichtbandes auf die vier empfindlichen Flächen der Detektoren 17 fällt. Dieses Band überdeckt jeweils einen Teil der lichtempfindlichen Flächen, der gegenüber demjenigen Teil versetzt ist, innerhalb dessen die Abbildungen der öffnungen 18, die durch das Gitter moduliert werden, erscheinen wie es in Fig. 2 dargestellt und in Fig. 1 bei Y angedeutc; ist. Der Neigungswinkel der Ableseplatte 12 gegenüber der Gitterebene kann etwa 1' betragen.

Jeder Detektor 17 ist mit einer gesonderten undurchsichtigen Blende 21 versehen, die durch das benachbarte Ende einer Stellschraube 22 unterstützt wird und die Lichtmenge bestimmt, die von dem l.ichiband 19 aus auf die empfindliche Fläche des Detektors fällt, so daß man die Detektoren einzeln einstellen kann, bis die Dunkelströme, die auftreten, wenn sich die Öffnungen über Linien des Gitters befinden, für alle Detektoren den gleichen Wert haben.

Die Ströme, die entstehen, wenn die öffnungen über Zwischenräumen von Linien des Gitters liegen, können für alle vier Detektoren 17 mit Hilfe elektrischer Einstelleinrichtungen auf der Ausgangsseite der Detektoren auf den gleichen Wert eingestellt werden.

Jede Änderung der Helligkeit der Lampe 14 beeinflußt alle Minimum- und Maximum-Einstellungen der Detektoren auf die gleiche Weise, so daß die in dem Ausgangssignal enthaltene Stellungsinformation von solchen Schwankungen unabhängig ist und auch dann nicht beeinflußt wird, wenn die Lampe 14 durch eine andere Lampe ersetzt wird.

Ferner können die Minimalwerte eingestellt werden, ohne daß sich eine Störung bezüglich des Teils der empfindlichen Fläche ergibt, auf die das die öffnungen der Ableseplatte passierende Licht fällt, und infolgedessen ergibt sich en regelbarer Modulationsbereich zwischen Helligkeit und Dunkelheit, so daß ein höheres Auflösungsvermögen erzielt wird. Weiterhin ist es durch die Wahl einer geeigneten Anordnung des reflektierten Lichtbandes möglich, zuzulassen, daß die Bilder des Gitters, die durch die öffnungen der Ableseplatte fallen, etwas auswandern, ohne daß die Abgleicheinstellungen beeinflußt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

!. Photoelektrische Meßeinrichtung zum Erfassen der Relativverschiebung zweier Gegenstände, von denen der eine ein optisches Gitter und der andere eine Ableseplatte trägt, mit einer die Ableseplatte und das Gitter beleuchtenden Lichtquelle und mehreren das Gitter über die Ableseplatte abtastenden lichtempfindlichen Detektoren, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Detektor (17) außerdem einen nicht das Gitter (13) über die Ableseplatte (12) abtastenden lichtempfindlichen Bereich aufweist und jeder dieser Bereiche über gesonderte, jedem Detektor zugeordnete Beiichtungseinstellvornchtungen (21) von der auch die Ableseplatte (12) und das Gitter (13) beleuchtenden Lichtquelle (14) beleuchtbar ist.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das L.icnt zur Beleuchtung der nicht das Gitter (13) über die Ableseplatte (i2) abtastenden Bereiche der Detektoren (17) vermöge einer geringen Neigung der Ableseplattenebene gegenüber der Ebene des Gitters (13) und durch Reflexion an der zwischen der Lichtquelle (14) und dem Gitter (13) angeordneten Ableseplatte (12) zu diesen Bereichen der Detektoren (17) lenkbar ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß den Ausgängen der Detektoren (17) jeweils gesonderte elektrische Einstelleinrichtungen zugeordnet sind.