DE2115979A1

DE2115979A1 - Vorrichtung zur Messung der Intensität von nacheinander an unterschiedlichen Stellen einer Linie auftretendem Licht mit einem Lichtleitstab

Info

Publication number: DE2115979A1
Application number: DE19712115979
Authority: DE
Inventors: Gernot 8034 Germering. M Pinior
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-04-01
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1972-10-12
Also published as: DE2115979B2; DE2115979C3

Description

Vorrichtung zur Messung der Intensität von nacheinander an unterschiedlichen Stellen einer Linie auftretendem Licht mit einem Lichtleitstat.
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung der Intensität von nacheinander an unterschiedlichen Stellen einer Linie auftretendem Licht mit einem Lichtleitstab, der an verschiedenen Stellen seiner Lange von außen in der Weise mit dem Licht beaufschlagt wird, daß eine Komponente des Lichtes sich in Richtung der Stabachse fortpflanzt, wobei an einer oder beiden Stirnseiten des Stabes fotoelektrische Empfänger zur Umsetzung des empfangenen Licht stromes in ein elektrisches Signal vorgesehen sind.
Derartige Vorrichtungen werden bevorzugt bei AbtaRtvorrichtungen verwendet, in denen ein scharf gebündelter Lichtstrahl, z. B.
ein Laserstrahl eine Ebene abtastet, in der beispielsweise eine auf Fehler zu untersuchende durchlauf ende Bahn gefuhr't wird.
Ein Teil des durch diese Ebene hindurch auf die NantelSäche des Lichtleitstabes gelangenden Lichtes pflanzt sich aufgrund von Totalreflexionen im Inneren des Lichtleitstabes fort und gelangt zu dem bzw. den stirnseitig vorgesehenen fotoelektrisehen Empfängern, die ein lichtstromabhängiges elektrisches Signal liefern. Dieses elektrische Signal kann verwendet werden, um eine Fehleranzeige zu liefern, einen Alarm auszulösen oder eine Maschine abzuschalten.
Ein Problem bei derartigen Vorrichtungen besteht darin, daß das an verschiedenen Stellen des Lichtleitstabes auffallende Licht unterschiedliche Wege bis zum Empfänger zurucklegen muß, wobei Inhomogenitäten im Material des Lichtleitstabes sowie Oberflächenvzrformllngen, Kratzer und dergleichen bewirken, daß an unterschiedlichen Stellen des Stabes auftreffende gleiche Lichtmengen im Empfänger unterschiedliche Signale hervorrufen.
Das Ziel der Erfindung besteht somit darin, eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, bei der der bzw.
die foto elektrischen Empfänger an den Stirnseiten des Lichtleitstabes im Falle des Auftreffens gleich starker Lichtsttilen an unterschiedlichen Stellen der Länge des Stabes zu verschiedenen Zeiten weitgehend das gleiche Ausgangssignal liefern.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß das in den Stab eingedrungene und wieder zur Oberfläche gelangende Licht wenigstens an e-inigen Stellen der Stablänge durch an der Oberfläche und/oder außerhalb des Stabes vorgesehene Lichtreflexions-, Lichtabsorptions- und/oder Lichtstreuanordnungen derart beeinflußt ist, daß der zum Empfanger.gelangende Lichtunabhäng@gen strom einen von Störeinflüssen weitghend/, vorgegebenen Verlauf nimmt. Die Lichtreflexions-, Lichtabsorptions- und/oder Licht streuan ordnungen werden erfindungsgemäß also so dimensioniert und ausgebilAet, daß durch Inhomogenitäten des Lichtleitstabes, Oberflächenfehler oder auch sonstige Unvollkommenheiten des optischen Systems bedingte Veränderungen des Lichtstromes an dem bzw. den fotoelektrischen Empfangern kompensiert werden.
Um eine ausreichende Streuung von Licht mit einer Komponente in Achsenrichtung zu erhalten, ist der Lichtleitstab entlang des sich parallel zu einer Erzeugenden erstreckenden Bereiches, auf den der zu messer Lichtstrahl auffäll, vorzugsweise mattiert.
Vorzugsweise wird die Fehlerkompensation dadurch verwirklicht, daß auf der Oberfläche des Stabes oder in einem Abstand davon eine lichtreflektierende Fläche vorgesehen ist, deren wirksame Erstreckung senkrecht zur Stabachsekder erforderlichen Kompensation an dieser Stelle entspricht. Auf diese Weise wird ein mehr oder weniger großer Teil des aus dem Stab austretenden Lichtes reflektiert und gelangt in den Stab zuricks derart, daß an anderer Stelle aufgetreten Verlust ausgeglichen werden.
Die Anordnung~ist besonders wirksam und empfindlich, wenn die lichtreflektierende Fläche dem mattierten Bereich gegenüberliegt. Vorzugsweise ist die lxichtreflektwerende Fläche die Oberfläche eines Planspiegels.
Eine herstellungsmäßig besonders bevorzugte Ausführungsform kennzeichnet sich dadurch, daß die lichtreflektierende Fläche eine konstante Breite aufweist, und durch eine die erforderliche effektive Breite verwirklichende Blende an den ververschiedenen. Stellen ihrer Länge mehr oder weniger abgedeckt ist.
Um eine einfache Justierung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu gewährleisten, besteht die Blende vorzugsweise aus diskreten Einzelblenden, wobei vorteilhafterweise jede Einzeiblende individuell einstellbar ist. Aufgrund dieser Ausbildung kann beispielsweise durch Beobachtung eines mit dem elektrischen Ausgangssignal des fotoelektrischen Empfängers beaufschlagten-Oszillographen solange an den Einzelbienden gestellt werden, bis der Abtastlichtstrahl ein konstantes Ausgangssignnl liefert.
Die Intensität des Abtaststrahls ist über die Abtastbrêite nicht konstant, so daß erfindungsgemäß auch dieser Fehler kompensiert werden kann.
Vorteilhafterweise ist jede Einzelblende mit einer von außen zugänglichen Schraubspindelanordnung einstellbar.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform sind ein fotoelektrischer Empfänger nur an einer Stirnseite und an der gegenüberliegenden Stirnseite ein Planspiegel angeordnet. Letzterer reflektiert das auftreffende Licht und lenkt es zum fotoelektrischen Empfänger.
Die Dimensionierung ist vorzugsweise so, daß die Breite der lichtreflektierenden Fläche geringer als der Durchmesser des Stabes ist. Vorzugsweise besitzt die Breite der Fläche einen Wert zwischen dem Radius und dem Durchmesser des Stabes.
Die Gesamtanordnung ist vorteilhafterweise in ein Gehäuse eingeschlossen, das an der Lichteintrittsseite einen sich parallel zu der Stabachse erstreckenden Schlitz aufweist.
Der Lichtleitstab ist bevorzugt in den Stirnwänden des Gehäuses mit Abstand vom Boden desselben gehaltert, wobei der Spiegel und die Blende am Boden des Gehäuses befestigt sind.
Im allgemeinen ist der Lichtleitstab ein Kreiszylinder mit ebenen Stirnflächen und der mattierte Bereich geradlinig.
Vorzugsweise wird der mattierte Bereich periodisch von einem Lichtstrahl, der bevorzugt ein Laserstrahl ist, abgetastet.
Die Erfindung wird vorzugsweise bei einer mit einem Lichtabtaststrahl arbeitenden t;berwachungsvorrichtung verwendet.
Ein bevorzugtes Verfahren zum Justieren einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, daß mittels der verstellbaren Einzelblenden zunächst die erforderlichen Reflexionsbreiten an jeder Stelle festgestellt und dann die verstellbaren Blenden durch eine feststehende Blende ersetzt werden.
Die Erfindung wird im folgenden beispielsweise anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt:-Fig. 1 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine Stirnansicht in etwas verkleinertem-Maßstab, Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht und die Fig. 4 bis 6 Stirnansichten bzw. Querschnitte weiterer Ausführungsformen Nach der Zeichnung ist in den Stirnwänden 22, 23 eines Gehäuses 20 ein Lichtleitstab 11 mit kreisförmigem Querschnitt und ebenen Stirnflächen gelagert 7 wobei die Enden des Stabes aus dem Gehäuse 20 herausragen. Die Lagerung erfolgt nur an zwei möglichst wenig ausgedehnten Stellen 28, um die Totalreflexion möglichst wenig zu behindern.
Entlang eines parallel zu einer Erzeugenden verlaufenden Bereiches 14 ist der geradlinige Lichtleitstab mattiert. Die Mattierung kann durch Anschleifen oder Ätzen erzeugt sein.
Oberhalb des mattierten Bereiches 14 weist das Gehäuse einen Schlitz 21 auf.
Um das Gehäuse allseits abgeschlossen halten zu können und somit da.s Eindringen von staub zu verhindern, ist das Gehäuse oben vorzugsweise durch eine durchsichtige Platte 25 abgeschlossen, die außerhalb des Bereiches des Schlitzes 21 durch eine Blende 26 für Licht undurchlässig gemacht ist.
Erfindungsgemäß erstreckt sich parallel zum Stab 11 am Boden 24 des Gehäuses 20 ein länglicher Planspiegel 12, der im Abstand von dem Lichtleitstab 11 angeordnet ist.
Zwischen dem Lichtleitstab 11 und dem Spiegel 12 erstreckt sich teilweise eine Blende 16, die durch eine Schraubspindelanordnung 17 derart verstellbar ist, daß sie sich entweder in den -Spalt zwischen dem Lichtleitstab 11 und dem. Spiegel 12 hinein oder aus diesem heraus schiebt und so den Spiegel 12 mehr oder weniger abdeckt.
An der in Fig. 3 rechten Stirnseite des Lichtleitstabes ist unter Zwischenschaltung eines-Silters 19 ein fotoelektrischer in einem Gehäuse 36 Empfänger 18 befestigt. Der Zweck des Filters 19 ist der, nur definierte Wellenlängen zum Empfänger 13 durchzulassen, wodurch Störlicht weitgehend@ ausgeschaltet werden kann. An der gegenüberliegenden Stirnseite des Stabes 11 ist ein Planspiegel 18 befestigt, der den zum Empfänger 13-gelangenden Lichtstrom verstärkt.
In der Zeichnung ist außerdem ein scharf gebündelter Laserstrahl 15 dargestellt, welcher den mattierten Bereich 14 im Sinne des Doppelpfeiles in Fig. 3. periodisch abtastet. Das Licht wird an dem mattierten Bereich 1i gestreut, wodurch aufgrund von Dotalreflexion an den Wänden des Lichtleitstabes 11 ein Teil des Lichtes zu dem fotoelektrischen Empfänger 13 gelenkt wird.
Nach Fig. 3 ist die Blende 16 in verschiedgeneindividuell einstellbare Einzelblenden 16a - 16i unterteilt.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt: Gemäß Fig. 1 verläßt jeweils ein Teil des in den Lichtleitstab 11 eingedrungenen Laserstrahles 15 den Lichtleitstab und gelangt in dessen Umgebung. Im Bereich des Spiegels 12 wird das aus dem Stab 11 austretende Licht jedoch zurückgeworfen und tritt erneut in den Stab ein. Je nach den Ein und Austrittswinkeln kann dieses zurückgeworfene Licht wenigstens teilweise zum Empfänger 13 gelangen. In Abhängigkeit von der Einschubtiefe der Blende 16 bzw. der Einzelblenden 16a - 16i wird ein mehr oder weniger großer Teil des austetretenen Lichtes in den Lichtleitstab 11 zurückgeworfen.
Tritt nun an irgendeiner Stelle JaLlang des Lichtleitstabes 11 ein Lichtverlust durch eine Inhomogenität oder einen Oberflächenfehler auf, so kann dieser durch Herausziehen der Blende 16 um ein definiertes Stück voll kompensiert werden.
Die Unterteilung der Blende 16 in Einzelblenden 16a - 16 i kann in Abhängigkeit von dem für den Lichtleitstab 11 verwendeten Material vorgenommen werden. Andern sich die Inhomogenitäten auf kurzen Strecken stark, so sind mehr Binzelblenden vorzusehen, als wenn die Inhomogenitätsschwankungen nur über relativ große Strecken vorkommen.
Ist einmal die richtige Einstellung der Einzelblenden 16a - 16i gefunden worden, so kann eine entsprechend ausgebildete feststehende Blende an deren Stelle gesetzt werden. Die verstellbaren Blenden können dann in einer weiteren Anordnung zur Justierung benutzt werden.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform in einer Querschnittsansicht, bei der der Lichtleitstab 11 keinen mattierten Bereich aufweist; statt dessen ist das Gehäuse oben mit einer Mattscheibe 27 abgedeckt, die die erforderliche Lichtstreuung mit Axialkomponente hervorruft. Diese Ausführungsform ist besonders wirtschaftlich herstellbar und dann bevorzugt, wenn eine ausreichende Lichtmenge zur Verfügung steht.
Die in Fig. 5 gezeigte Ausführungsform arbeitet mit auf gegenüberliegenden Seiten des Stabes 11 über Befestigungen 32 am Gehäuse 20 angebrachten flexiblen Bändern 29, die mittels im Gehäuse angeordneter Stellschrauben 31 entlang einer mehr oder weniger großen Fläche 30 zur Anlage an den Lichtleitstab 11 gebracht werden können, um die Totalreflexion an der Fläche 30 in definierter Weise zu stören oder zu unterbinden und dadurch den erwünschten Xompensationseffekt zu erzielen.
Fig. 6 zeigt schematisch eine Ausführung, bei der ein Sendestrahl45 a auf eine zu kontrollierende Fläche 35, welche z.B.
eine laufende Bahn sein kann, auftrifft und die Fläche 35 entlang einer senkrecht auf der Zeichenebene stehenden Linie 34 abtastet. Die Auftrefflinie 34 wird mittels einer Zylinderlinse 33 auf dem mattierten Bereich 14 des Lichtleitstabes 11 abgebildet. Dä die Zylinderlinse 33 den jeweils auf der Auftrefflinie 34 vorliegenden Lichtpunkt nicht als Punkt, sondern als sich in Längsrichtung des Stabes 11 erstreckendes mehr oder weniger ovales Gebilde abbildet, wird der durch die erfindungsgemäße Vorrichtung bedingte Kompensationseffekt noch wesentlich verbessert.
-Patentansprüche-

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e-Cx Vorrichtung zur Nessung der Intensität von nacheinander an unterschiedlichen Stellen einer Linie auftretendem Licht mit einem Lichtleitstab, der an verschiedenen Stellen seiner Länge von außen in der Weise mit dem Licht beaufschlagt wird, daß eine Komponente des Lichtes sich in Richtung der Stabachse fortpflanzt, wobei an einer oder beiden Stirnseiten des Stabes fotoelektrische Empfänger zur Umsetzung des empfangenen Licht stromes in ein elektrisches Signal vorgesehen sind, dadurch g e k-e n n z e i c h n e t, daß das in den Stab (11) eingedrungene und wieder zur Oberfläche gelangende Licht wenigstens an einigen Stellen der Stablänge durch an der Oberfläche und/oder außerhalb des Stabes (11) vorgesehene Lichtreflexions-, Lichtabsorptions- und/oder Lichtstreuanordnungen (12) derart beeinflußt ist, daß der zum Empfänger (13) gelangende Licht strom einen von Störeinflüssen weitgehend unabhängigen, vorgegebenen Verlauf nimmt.
2 Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß der Lichtleitstab (11) entlang des sich parallel zu einer Erzeugenden erstreckenden Bereiches (14), auf den der zu messende Lichtstrahl (15) auffällt, mattiert ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß Suf der Oberfläche des Stabes oder in einem Abstand davon eine lichtreflektierende Fläche (12) vorgesehen ist, deren wirksame Erstreckung senkrecht zur Stabachse der erforderlichen Kompensation an dieser Stelle entspricht und welche dem Stab (11) zugewandt ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch g e k e n-n -z e i c h n e t , daß die lichtreflektierende Fläche (12) dem mattierten Bereich (14) gegenüberliegt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß die lichtreflektierende Fläche die Oberfläche eines Planspiegels (12) ist.
6. Vorrichtung nach einem der Anspruche 3 - 5, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die lichtreflektierende Fläche (12) eine konstante Breite aufweist und durch eine die erforderliche effektive Breite verwirklichende Blende (16) an den verschiedenen Stellen ihrer Länge mehr oder weniger abgedeckt ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Blende (16) aus diskreten Einzelblenden (16a bis 16i) besteht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e ic h -n e t , daß åede Einzelblende (16a bis 16i) individuell einstellbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß jede Einzelblende (16a bis 16i) mit einer von außen zugänglichen Schraubspindelanordnung (17) einstellbar ist.
10. Vorrichtung nach einigem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i-c h n e t, daß ein fotoelektrischer Empfänger (13) nur an einer Stirnseite und an der gegenüberliegenden Stirnseite ein Planspiegel (18) angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Breite der lichtreflektierenden Fläche (12) geringer als der Durchmesser des Stabes (11) ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch g e k e n n -z ei c h ne t , daß die Breite der Fläche (12) einen Wert zwischen dem Radius und dem Durchmesser des Stabes (1i) besitzt.
13. Vorrichtung nach einem der vorherhenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Gesamtanordnung in ein Gehäuse (20) eingeschlossen ist, das an der Lichteintrittsseite einen sich parallel zur Stabachse erstreckenden Schlitz (21) aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Lichtleitstab (11) in den Stirnwänden (22,23) des Gehäuses (20) mit Abstand vom Boden desselben gehaltert ist und daß der Spiegel (12) und die Blende (16) am -Boden (24) des Gehäuses (20) befestigt sind.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch -g e k e n n z e i c h n e t , daß der Lichtleitstab (11) ein Kreiszylinder mit ebenen Stirnflächen und der mattierte Bereich (14) geradlinig ist.
16. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der mattierte Bereich (14) periodisch von einem Lichtstrahl (ins) abgetastet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Lichtstrahl ein Laserstrahl ist.
78, Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß sie bei einer mit einem Lichtabtaststrahl arbeitenden Überwachungsvorrichtung verwendet wird.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 18, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lichtleitstab (1i) selbst an seiner Oberfläche glatt ist und die Lichtstreuung in Axialrichtung durch eine zwischen dem Lichtstrahl (15) und dem.Stab (11) angeordnete Mattscheibe (27) bewirkt ist.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Mattscheibe (27) gleichzeitig als Deckel für das Gehäuse (20) dient. -
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 20, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Lichtleitstab (11) in den Stirnwänden (22, 23) nur an zwei schmalen Lagerstellen (28) gehaltert ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch g e k e n n -z e ic h n e t, daß die Lagerstellen (28) bezüglich der Stabachse einen Winkelabstand von ca. 900 haben und symmetrisch zur vertikalen Mittellängsebene des Stabes (15) liegen.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 10 und 13 bis 22, dadurch g e-k e n n z e i c h n e t; daß an dem Lichtleitstab (11) mindestens ein sich in Längsrichtung erstreckendes flexibles Band(29) angeordnet ist, welches an den verschiedenen Stellen der Länge des Stabes (11) mit einer mehr oder weniger großen Fläche in einer die Totalreflexion an dieser Fläche des Stabes beeinträchtigenden oder unterbindenden Weise an der Staboberfläche anliegt.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß an zwei gegenüberliegenden Seiten Bänder (29) vorgesehen sind.
25. Vorrichtung nach Anspruch 23 oder 24, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß entlang der Stablänge Stellschrauben (31) im Gehäuse (20) angeordnet sind, mittels der die Bänder (29') in definierter Weise an die Staboberfläche andrückbar sind.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t, daß die Befestigungsstellen (32) der Bänder (29) am Gehäuse (20) derart angeordnet sind, daß 1' sich die Bänder (29) beim Eindr w en der Stellschrauben (31) stetig mehr und mehr um den Stab (ii) herum anlegen.
27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 23 bis 26, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß die Bänder (29) entlang der Stablänge in zahlreiche Einzelstücke unterteilt sind, von denen jedes individuell einstellbar ist.
28. Vorrichtung insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß -parallel zum Lichtleitstab (11) eine Zylinderlinse (33) der gleichen Länge wie der Lichtleitstab angeordnet ist, welche die Auftrefflinie (34) eines Abtastlichtstrahles (15a) auf einer zu überwachenden Fläche (35) auf den mattierten Bereich (14, 27) am Lichtleitstab (11) abbildet.
29. Verfahren zum Justieren einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 28, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß mittels der verstellbaren Einzelblenden (16a bis 16i) oder flex'ibleBänder (29) zunächst die erforderlichen Reflexionsbreiten an jeder Stelle festgestellt und dann die verstellbaren Glieder durch eine feststehende Blende bzw. eine; fest aufgebrachten Belag ersetzt wrrden.

L e e r s e i t e