NL8101669A

NL8101669A - Inrichting voor het detekteren van de stand van een voorwerp.

Info

Publication number: NL8101669A
Application number: NL8101669A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1981-04-03
Publication date: 1982-11-01
Also published as: AU547436B2; EP0063830A1; JPS57178101A; ES8307404A1; CA1194178A; ES511051A0; JPH0141203B2; AU8226082A; ATE14930T1; DE3265346D1; US4425043A; EP0063830B1

Description

fc . * PHN 9997 1 N.V. Philips' Gloeilanpenfahrieken te Eindhoven.

Inrichting voor het detekteren van de stand van een voorwerp.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het detekteren van de stand van een voorwerp, bevattende een stralingsbron, een bundelsplitsend prisma voor het reflekteren van de door de bron uitgezonden straling naar een, uit meerdere detektoren cpgebouwd, stra-5 lingsgevoelig detektiestelsel, waarbij de stralingsverdeling over de detektoren bepaald wordt door de stand van het voorwerp ten opzichte van de door de bron uitgezonden stralingsbundel, en de uitgangen van de detektoren verbonden zijn met een elektronische schakeling voor het vormen van een elektrisch signaal dat een indikatie geeft over de 10 stand van het voorwerp.

Het bundelsplitsend prisma is gedefiniëerd als een prisma met twee schuin opstaande vlakken die samen de brekende ribbe van dit prisma insluiten.

In het Amerikaanse octrooischrift 2.703.505 is een inrichting 15 beschreven voer het uitrichten ten opzichte van elkaar van twee onderdelen van een bewerkingsmachine, waarbij op een van deze onderdelen een bundelsplitsend prisma is aangebracht. Dit prisma vangt een door een stralingsbron uitgezonden bundel op en reflekteert de straling naar twee stralingsgevoelige detektoren die geplaatst zijn aan weers-20 zijden van het prisma. De uitgangssignalen van de detektoren worden toegevoerd aan een elektronische schakeling, in de vorm van een Wheat-stone-trug, waarvan het uitgangssignaal een maat is voor de verplaatsing, in een richting dwars op dehoofdstraal van de bundel, van het ene machine-onderdeel ten opzichte van het andere.

25 In de bekende inrichting zijn de stralingsgevoelige detektoren, in de vorm van fotobuizen, ên het prisma steeds op hetzelfde machineonderdeel aangebracht. In een eerste uitvoeringsvorm van deze inrichting is de stralingsbron op het ene onderdeel en het prisma met de detektoren cp het andere onderdeel aangebrachta Daarbij moeten aan beide 30 onderdelen elektrische draden gemonteerd worden, waarbij de draden van minstens een onderdeel met dit onderdeel mee moeten bewegen. Dit is vermeden in een tweede uitvoeringsvorm waarbij de stralingsbron en het prisma net de detektoren cp hetzelfde machine-onderdeel aangebracht 8101669 « ΐ ΕΗΝ 9997 2 zijn. Daarbij moet dan echter een extra reflektor, die de bandel evenwijdig aan zichzelf reflekteert, op het tweede machine-onderdeel aangebracht worden. Vooral voor het detekteren van de stand van een klein en licht voorwerp kan het aanbrengen van genoemde reflektor, die rela-5 tief zwaar en groot is, bezwaarlijk zijn.

Met de bekende inrichting kunnen slechts rechtlijnige bewegingen, eventueel in twee onderling loodrechte richtingen, gemeten worden.

Het doel van de onderhavige uitvinding is een inrichting 10 te verschaffen die eenvoudig van opbouw is en waarmee ook kantelingen van het voorwerp cm een of meerdere assen gemeten kunnen worden. De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat het voorwerp slechts het bundelsplitsend prisma draagt, dat elk der detektoren verdeeld is in twee deeldetektoren dat de scheidingslijnen van de deel-15 detektoren in beide detecteren dezelfde oriëntatie ten opzichte van de brekende ribbe van het prisma hebben, en dat de uitgangen van de deeldetektoren verbonden zijn met aparte ingangen van de elektronische schakeling die een positiesignaal en minstens êên hoekstandsignaal levert.

Het begrip "stand van het voorwerp" omvat zowel de positie 20 van het voorwerp als de hoekstand van het voorwerp. Het begrip "positie" van het voorwerp is gerelateerd aan een rechtlijnige beweging van het voorwerp langs een as van een drie-assig koördinaten-stelsel, waarvan het midden samenvalt met het referentiepunt ten opzichte waarvan gemeten wordt. Het begrip "hoekstand" is gerelateerd aan 25 een kanteling van het voorwerp cm een van de assen van het kcördinaten-stelsel.

De uitvinding kan met veel voordeel toegepast worden overal daar waar de stand van het voorwerp of trillingen van het voorwerp gemeten moeten worden, waarbij het voorwerp niet te veel belast 30 mag worden, waarbij het voorwerp niet goed toegankelijk is en waarbij het medium waarin zich het voorwerp bevindt niet verstoord mag worden.

De uitvinding maakt het ook mogelijk aan voorwerpen die zich op relatief grote afstand van de waarnemer bevinden te meten. Bovenal is de inrichting volgens de uitvinding geschikt voor het meten aan voorwerpen 35 die geheel of gedeeltelijk vrij zweven, dus aan voorwerpen met meerdere vrijheidsgraden.

Een eerste uitvoeringsvorm van een inrichting volgens de uitvinding vertoont als. kenmerk, dat de scheidingslijnen van de 81016 6 9 # · « PHN 9997 3 öeeldetektoren dwars op de brekende ribbe van het prisma zijn, dat het positiesignaal een indikatie geeft over de positie van het voorwerp in een richting dwars op de brekende ribbe van het prisma, terwijl het hoekstandsignaal een maat is voor de kanteling van het voorwerp cm een 5 as dwars op de brekende ribbe en evenwijdig aan de hoofdstraal van de bundel, of cm een as qp de brekende ribbe en dwars op de hoofdstraal van de bundel. Met deze inrichting kunnen kantelingen van het voorwerp cm de twee assen gelijktijdig gemeten worden.

Een tweede uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uit-10 vinding vertoont als kenmerk, dat de scheidingslijnen van dedeeldetektoren evenwijdig zijn aan de brekende ribbe van het prisma en dat het positiesignaal de positie van het voorwerp in de richting van de hoofdstraal van de bundel representeert, terwijl het hoekstandsignaal een maat is voer de kanteling van het voorwerp cm een as evenwijdig aan de brekende 15 ribbe van het prisma.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uivinding waarmee de positie van het voorwerp in twee onderling loodrechte richtingen en de kantelingen van het voorwerp cm drie onderling loodrechte assen bepaald kunnen warden vertoont als kenmerk, dat elk der detektoren 20 opgebouwd is uit vier, in een kruis geplaatste, deeldetektoren waarbij twee onderling loodrechte scheidingslijnen in de ene detektor dezelfde oriëntatie hebben als de overeenkomstige scheidingslijnen in de andere detektor en dat de elektronische schakeling vijf uitgangen heeft.

Cm te voorkanen dat een kanteling, respektievelijk een ver-25 plaatsing, van het voorwerp een positiesignaal, respektievelijk een hoekstandsignaal, beïnvloedt, vertoont een voorkeursuitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding als kenmerk, dat de hoofdstraal van de bundel gericht is op de gemiddelde positie, in een richting evenwijdig aan de brekende ribbe, van het kantelpunt van het voorwerp.

30 Vooral bij zware en/of snel bewegende voorwerpen waarvan de positie en de hoeks tand nauwkeurig ingesteld moeten warden is er behoefte aan een groot invangbereik van de detektie-inrichting. Een groot invangbereik heeft een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding die als verder kenmerk heeft, dat de tophoek van het prisma 35 aanzienlijk groter dan 90° is.

De laatste jaren hebben grote ontwikkelingen plaats gehad op het gebied van optische registratiedragers. Daarbij wordt informatie langs optische weg ingeschreven en uitgelezen. Dergelijke registratie- 81 01669 PHN 9997 4

a- S

dragers zijn geschikt cm er een videoprogramma# een audioprogramma maar ook digitale data# bijvoorbeeld van en voor een rekenmachine# in op te slaan. In een apparaat voor het inschrijven en/of uitlezen van een optische registratiedrager wordt een stralingsbondel tot een zeer klein s stralingsvlekje op het vlak van de informatiestruktuur gefokusseerd met behulp van een objéktiefstelsel. Vooral in het geval van digitale data wil men snel de stralingsvlek over de registratiedrager kunnen verplaatsen om op willekeurige gebieden te kunnen inschrijven en/of uitlezen, Daarbij kan gebruik gemaakt worden van een grof regeling en een 10 fijnregeling. De fijnregeling kan bestaan uit het verplaatsen of kantelen van het objéktiefstelsel ten opzichte van de overige elementen van het optische systeem. Voor het meten van de stand van het objek-tiefstelsel kan met veel voordeel de inrichting volgens de uitvinding toegepast worden. Een apparaat voor het inschrijven en/of uitlezen 15 van een optische registratiedrager voorzien van een stand-detektieïnrich-ting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk# dat het prisma van de stand-detektieïnrichting is aangebracht op het objektiefstelsel en dat de uitgangen van de elektronische schakeling van de stand-detektie-inrichting verbonden zijn met stuurcircuits die elektromagnetische aan-20 drijfmiddelen voor het objektiefstelsel bedienen.

De uitvinding zal nu worden toegelicht, aan de hand van de tekening. Daarin tonen:

Figuur 1 een inschrijf-uitleesapparaat waarin het ojektief-stelsel is voorzien van een prisma voor stand-detektie# 25 Figuur 2 de in dit apparaat gebruikte stand-detektieïnrichting,

Figuren 3 en 4 uitvoeringsvormen van een elektronische schakeling voor het verwerken van de door de detektoren van het standdetek-tiestelsel geleverde signalen# de Figuren 5 en 6 twee uitvoeringsvormen van de stand-detek-30 tieïnrichting# en

Figuur 7 een uitvoeringsvorm van een elektronische schakeling voor het verwerken van de door de detektoren van de stand-detektieïnrichting geleverde signalen.

In Figuur 1 is een inrichting voor het inschrijven en/of uit-35 lezen van een registratiedrager 1 schematisch weergegeven. De ronde schijfvormige registratiedrager is in radiële doorsnede getekend# zodat de informatiesporen 2 loodrecht op het vlak van tekening, dus in de X- 8101669 4 » H3N 9997 5 richting, staan. De door een stralingsbran 6, bijvoorbeeld een gaslaser of een halfgeleider-dicdelaser, geleverde stralingsbundel 7 wordt door een spiegel 9 naar de registratiedrager geref lekteerd, waarbij de bundel tot een stralingsvlek V met minimale afinetingen in het vlak van de infer— 5 matiesporen 2 wordt gefdkusseerd door een objektiefstelsel 10. Bij voorkeur bevindt de reflekterende infcranatiestruktuur zich aan de bovenkant van de registratiedrager, zodat het substraat 3 als beschermlaag fungeert.

Bij het uitlezen van een ingeschreven registratiedrager wordt gebruik gemaakt van de door de inforrratiestruktuur gereflekteerde bundel 10 7*. Deze bundel doorloopt het obj ektiefstelsel, wordt door de spiegel 9 gereflekteerd en wcrdt vervolgens van de door de bron uitgezonden bundel 7 gescheiden, bijvoorbeeld met behulp van een halfdoorlatende spiegel 11, die de bundel 7' naar een stralingsgevoelig-detektiestelsel 12 reflekteerfc.

Bij roteren van de registratiedrager, met behulp van een door een motor 5 15 aangedreven as 4, varieert de intensiteit van de bundel 7’ hoogfrequent, overeenkomstig de in een informatiespoar opgeslagen informatie.

Bij het inschrijven van de informatie wordt de intensiteit van de bundel 7 gemoduleerd overeenkomstig de in te schrijven informatie. Daartoe kan in de stralingswag een modulator 13, bijvoorbeeld een elektro-20 optische of een akousto-optische modulator, opgenoren zijn, aan de ingangs-klennen 13', 13" waarvan het in te schrijven signaal wordt aangelegd. In het geval de stralingsbran een diodelaser is kan deze laser rechtstreeks gemoduleerd worden en is geen aparte modulator 13 nodig.

Voor het uitlezen van de informatie kan het detektiestelsel 25 12 in principe bestaan uit één stralingsgevoelige detektor, die de inten-siteitsmcdulatie van de bundel 7' cmzet in een elektrisch signaal. In een inschrijf/uitleesapparaat is een servosysteem nodig cm de positie van de stralingsvlek ten opzichte van een spoor bij te regelen. Een afwijking van de positie van het midden van de stralingsvlek ten opzichte van het spoor 30 kan bijvoorbeeld gedetekteerd worden op de wajze zoals in figuur 1 aangegeven is. Daar bestaat het detektiestelsel 12 uit twee detektoren 12' en 12", die in de Y-richting, dus in de richting dwars cp de spoorrichting, naast elkaar geplaatst zijn. De uitgangssignalen van deze detektoren worden toegevoerd aan de ingangen van een verschilversterker 14, aan de uitgang 35 waarvan een positie-foutsignaal Sr ontstaat. Dit signaal wordt toegevoerd aan een regelaar 14 die een aandrijver 16 bestuurt waarmee het obj ektief-stelsel in de richting van de pijl 17 bewegen kan werden bestuurt. Is de 8101669 HJN 9997 6 ¥ 1 stralingsvlek V naar links, respektievelijk rechts, ten opzichte van het spoormidden verschoven dan ontvangt een der detektoren 12", respektievelijk 12*, meer stralingsintensiteit dan de andere, zodat het signaal toeneemt, respectievelijk af neemt. Als gevolg daarvan wordt het objektief-5 stelsel naar rechts, respektievelijk links, bewogen.

Door optellen van de signalen van de detektoren 12’ en 12", in de sorcmator 18, wordt een signaal S.^ dat de uitgelezen informatie representeert verkregen. Dit signaal wordt toegevoerd aan een elektronische verwerkingsschakeling 19, waarin het geschikt genaakt wordt voor weergave 10 met behulp van konventionele apparatuur, zoals een televisietoestel of audio-apparatuur.

Bij het inschrijven of uitlezen met een kleine stralingsvlek moet steeds gekontroleerd worden of de stralingsbundel 7 scherp op het vlak van de informatiestruktuur gefokusseerd is, In figuur 1 is een voor-15 beeld van een fokusfout-detektiestelsel weergegeven. Met behulp van een gedeeltelijk doorlatende spiegel 20 wordt een deel van de gereflekteerde bundel 7' naar een tweede stralinsgevoelig detektiestelsel 24 gericht.

Door middel van een lens 22 wordt de bundel 21 op een wig 23 gefokusseerd. Deze wig splitst de bundel in twee deelbundeis 21a en 21b, waarbij de 20 intensiteitsverdeling binnen elk van deze bundels wordt bepaald door de mate van fokussering van de bundel. 7 op de informatiestruktuur. Het detektiestelsel 24 bestaat uit vier detektoren 24a, 24b, 24c en 24d. De signalen van de detektoren 24a en 24d worden samen toegevoerd aan een eerste ingang van een verschilversterker 25 en de signalen van de detektoren 24b 25 en 24c aan een tweede ingang van deze versterker. Het door de verschilversterker 24 geleverde fokusfoutsignaal wordt toegevoerd aan een regelaar 26. Cm het objektiefstelsel in. de richting van de pijl 28 te kunnen bewegen kan dit stelsel voorzien zijn van elektromagnetische aandrijfmiddelen die in figuur 1 schematisch met de spoel 27 aangegeven 30 zijn. De regelaar 26 regelt, dan de stream door deze spoel. Indien de bundel 7 precies op het vlak van de informatiestruktuur gefokuseerd is, is de bundel 21 precies op de top van de wig 23 gefokusseerd en dan is de intensiteitsverdeling van bundel 21a, respektievelijk 21b, symmetrisch ten opzichte van de detektoren 24a en 24b, respektievelijk de detektoren 35 24c en 24d en is het signaal Sf nul. Bij het verplaatsen van het fokus van de bundel 7 verandert de intensiteitsverdeling binnen de bundels 21a en 21b ten opzichte van de detektoren. Dan wordt het signaal ongelijk aan 81016 6 9 v r PHN 9997 7 nul en verandert de strocm door de spoel 27 van het obj ektiefstelsel.

Met het beschreven servosysteem (12', 12", 14, 15, 16) kan de positie van de stralinga/lek in radiële richting, dus in de Y-richting, zeer nauwkeurig geregeld worden. Dit systeem is bedoeld voor de fijnrege-5 ling en heeft een klein bereik. In de praktijk zal dit systeem gecanbi-neerd zijn met een tweede servosysteem waarmee de radiële positie van de stralingsvlek grof geregeld kan worden. Dit tweede servosysteem kan bestaan uit een systeem voor de regeling van de positie, in de Y-richting, van een slede waarop alle elementen van de stralingswag aangebracht zijn.

10 Het is ook mogelijk dat op een slede voor de grofregeling niet die elementen waaraan elektrische draden bevestigd moeten warden, zoals de stralings-trcn en de detektaren, aangebracht zijn. Een dergelijke slede bevat bijvoorbeeld alleen het obj ektief stelsel en de spiegel 9.

In een inschrijf/uitleesapparaat waarin het obj ektief stelsel 15 ten opzichte van andere elementen kan bewegen is het gewenst de positie, in de Y-richting, van het obj ektief stelsel te detekteren. Dan kan tijdens het inschrijven en uitlezen gekonstateerd worden of het fijnregel-systeem het einde van zijn regelgebied, dat bijvoorbeeld slechts enkele sporen omvat, nadert zodat er een signaal aan het grof regelsysteem gege-20 ven kan worden dat dit systeem in aktie moet kanen. Verder is het gewenst cm bij het starten van het apparaat, wanneer er nog geen signaal Sr van de registratiedrager kont, de positie van het obj ektief stelsel te meten zodat dit stelsel in zijn middenstand gezet kan worden. Tenslotte zal een verplaatsing van het obj ektief stelsel uit zijn middenstand leiden tot 25 een verschuiving van de hcofdstraal van de uitleesbundel 7' ten opzichte van de detektaren 12* en 12", welke verschuiving onafhankelijk is van de positie van de stralingsvlek V ten opzichte van het spoormidden. Daardoor kan de stralingsvlek zodanig worden geregeld dat het midden van de stralingsvlek niet meer samenvalt met het midden van het spoor. Ook cm de in-30 vloed van de positie van het objektiefstelsel op het signaal Sr te elimineren is het gewenst de positie van dit stelsel te kunnen detekteren.

Het obj ektief stelsel kan bovendien een kanteling on de X-as vertonen. Een dergelijke kanteling wil men ook kunnen meten cm hen te kunnen wegregelen.

35 Er is ook reeds, bijvoorbeeld in de Nederlandse octrooiaan vrage No. 77.03232 (PHN 8739), een inschrijf-uitleesapparaat voorgesteld waarin de fijnregeling van de stralingsvlek V in de Y-richting tot stand 8101669 C *% PHN 9997 8 wordt getracht door een kleine kanteling van hët objektiefstelsel on de X-as. Ook deze kanteling wil men kunnen meten cm dezelfde drie redenen als genoemd bij de fijnregeling van de stralingsvlek door middel van een verplaatsing van het objektief stelsel.

5 Cm gelijktijdig een kanteling en een verplaatsing van net objéktiefstelsel te kunnen meten is volgens de uitvinding pp het objektief stelsel, of op een houder voor dit stelsel, een prisma 30 aangebracht. Dit prisma is onderdeel van een stand-detektiestelsel dat in figuur 2 weergegeven is. Het objéktiefstelsel 10 in figuur 2 is over 90° gedraaid. 10 ten opzichte van dit stelsel in figuur 1. Het stand-detektiestelsel bevat een hulpstralingsbron 32, bijvoorbeeld een diodelaser, die een stralingshundel 33 uitzendt, welke bundel invalt op het prisma 30.

Valt de bundel op de bekende ribbe van het prisma, dan worden twee deel-tundels 33a en 33b gevormd, die gereflekteerd worden naar de detektoren 15 34 en 35. Elk van deze detektoren is verdeeld in twee detektoren 36 en 37, respektievelijk 38 en 39, waarbij de scheidingslijnen van de deeldetek-toren dwars op de brekende ribbe 31 van het prisma 30 zijn. De detektoren kunnen aangebracht zijn op een gemeenschappelijke drager 40, waarin een gat 41 voor de bundel 33 uitgespaard is. Eventueel is een lens 42 20 aanwezig die de divergerende bundel van de bron omzet in een evenwijdige bundel of in een konvergerende bundel. In het laatste geval kan de stralingsvlek op het prisma kleiner zijn waardoor de gevoeligheid van de detéktie-inrichting groter kan zijn. Bij voorkeur is de stralingsbran ook op de drager 40 aangebracht, ter plaatse van de opening 41.

25 Er is voor gezorgd dat indien het objektiefstelsel zijn mid denstand , langs de Y-as, inneemt, het midden van de stralingsbundel 33 precies op de brekende ribbe van het prisma invalt. Dan hebben de door de geref lekteerde bundels 33a en 33b op de detektoren 34 en 35 gevormde stralingsvlekken 44 en 45 dezelfde stralinsenergie. Is het objéktief-30 stelsel uit zijn middenstand verschoven, dan valt de bundel 33 asymmetrisch in op het prisma en zal meer stralingsenergie langs een der bundels 33a en 33b gereflekteerd worden dan langs de andere bundel. Worden de signalen van de detektoren 36, 37, 38 en 39 aangegeven met S-,., S,_, S^g en dan is het signaal dat de positie, in de Y-richting, van 35 het objektiefstelsel geeft:

Sy = (S36 + S37^ " (S38 + S39^ *

Indien de detektoren goed uitgericht zijn ten opzichte van de 8101669 PHN 9997 9 '5r * stralingsbran 32 zal, indien de bekende ribbe 31 van het prisma 30 evenwijdig is aan de Z-as, de stralingsvlek 44, respektievelijk 45, symmetrisch liggen ten opzichte van de detektoren 36 en 37, respektievelijk 38 en 39. Wordt nu het objektiefstelsel, en dus het prisma 30, gekanteld 5 cm de X-as, dan zal een der stralingsvlekken, 44 en 45, naar boven bewegen en de andere naar beneden. Het zal duidelijk zijn dat een signaal Sxr ^at evenre2i9' is een kanteling van het obj ektiefstelsel om de X-as gegeven .wordt door:

Sxr = (S37 + S38J “ (S36 + S39)’ 10 In figuur 3 is een uitvoeringsvorm van een elektronische schake ling 50 waarin de detektorsignalen tot de signalen S en S verwerkt y xr worden, aangegeven. De signalen van de detektoren 36 en 38 worden toegevoerd aan een eerste verschilversterker 51 en die van de detektoren 37 en 39 aan een tweede verschilversterker 52. De uitgangen van de 15 verschilversterkers zijn gelegd zowel aan de ingangen van een derde verschilversterker 54 als aan de ingangen van een satmator 53. Aan de uitgang van de soranator 53 ontstaat het positiesignaal en aan de uitgang van de verschilversterker 54 het kantelsignaal S^.Deze signalen worden gebruikt voor het bijregelen van het obj ektief stelsel.

20 Zo kan het signaal S worden toegevoerd aan de regelaar 26 van figuur 1. Het signaal S kan worden toegevoerd aan met het objek-tiefstelsel verbonden elektromagnetische midden die dit stelsel kunnen kantelen om de X-as. De middelen waarmee het objektiefstelsel in de richting van de Y-as kan worden verplaatst en cm de X-as kan worden ge-25 kanteld vormen geen onderdeel van de onderhavige uitvinding. Deze middelen kunnen bijvoorbeeld zijn uitgevoerd als aangegeven in de Nederlandse octrooiaanvrage No. 770323 (PHN 8739) of de Nederlandse octrooiaanvrage NO. 8004380 (PHN 9806) waarvan de inhcud geacht wordt deel uit te maken van de onderhavige aanvrage.

30 Met eenvoudige middelen, namelijk een klein prisma op het voor werp, welk prisma de beweging van dat voorwerp vrijwel niet beïnvloedt, een eenvoudige stralingsbran, in de vorm van bijvoorbeeld een lichtemit-terende diode (LED) of een diodelaser, twee detektoren die in tweeën verdeeld zijn en een eenvoudige elektronische schakeling, kunnen zowel 35 een translatie als een kanteling van het voorwerp gelijktijdig gemeten worden.

Met de opstelling volgens figuur 2 kan ook nog een tweede kan- 8101669 V % PHN 9997 10 teling gemeten warden, namelijk die cm de Y-as. Een dergelijke kanteling heeft tot gevolg dat de stralingsvlekken 44 en 45 beide naar boven of beide naar beneden bewegen. Het signaal S^_ dat evenredig is met deze kanteling wordt gegeven door: 5 Syr = ^S36 + S38^ " *S37 + S39^ *

In figuur 4 is een voorbeeld van een elektronische schakeling weergegeven waarin de signalen S3g, S^, S3Q en S39 verwerkt worden tot de signalen S^, S^, en S . De werking van deze schakeling is voor de vakman meteen duidelijk en behoeft niet verder besproken te worden.

10 In figuur 5 is een stand-detektiestelsel aangegeven waarmee de positie langs de X-as, dus in de richting van de stralingsbundel 33» alsmede de kanteling om de Z-as van een willekeurig voorwerp 65 gemeten kan worden. Thans zijn de scheidingslijnen van de deeldetektoren 66, 67 68 en 69 evenwijdig aan de brekende ribbe 31. Indien het voorwerp in de 15 positieve X-richting beweegt, dus in figuur 5 naar de lezer toe, dan verplaatsen de stralingsvlekken 44 en 45 zich beide naar binnen en ontvangen de detektoren 67 en 68 meer straling dan de detektoren 66 en 69. Het signaal Sx dat de positie langs de X-as geeft is:

Sx = *S66 + S69* ~ (S67 + S68^ * 20 kantelt het voorwerp om de Z-as, dan bewegen de stralingsvlekken 44 en 45 beide in dezelfde Y-richting. Het signaal dat een maat is voor deze kanteling wordt gegeven door:

Szr = (S66 + S68) “ (S67 + S69}*

Voor het verkrijgen van de signalen S„ en S_„ uit de detektor-25 signalen kan een schakeling als volgens figuur 3 gebruikt worden, waarbij aan de klemmen waaraan respektievelijk de signalen S3g, S3g, Sg7 en S39 gelegd waren thans respektievelijk de signalen Sgg, Sg?, Sgg en Sg9 gelegd worden. Aan de uitgangsklemmen van de sommator 53 respektievelijk de verschilversterker 54, ontstaat nu het signaal S , respektievelijk 30 Sx.

Een groot voordeel van de hier beschreven stand-detektie-inrichting is dat het voorwerp waaraan gemeten wordt vrijwel niet belast wordt en dat dit voorwerp niet via draden met de maatopstelling verbonden behoeft te worden. Het is voor de meting immers voldoende dat 35 een klein prisma op het voorwerp bevestigd wordt; de overige elementen van het detektiestelsel zijn stationair opgesteld. Het voorwerp mag zich ook op relatief grote afstand van de bron en de detektoren bevinden, mits 8101669 EHN 9997 11 een voldoend groot gedeelte van de stralingsbundel 33 op het prisma valt.

De stand-^detektieinrichting kan bijvoorbeeld met veel voordeel toegepast worden bij het meten van verplaatsingen of kantelingen van, of tril- lingsonderzoek aan, voorwerpen, of modellen, die op een vloeistof drij- 5 ven of zich in een windtunnel bevinden.

Het grootste voordeel van het stand-detektiestelsel is wel dat met een eenvoudige opstelling In principe gelijktijdig trillingen of verplaatsingen langs twee onderlinge loodrechte assen en kantelingen om drie assen van eenvoorwerp gemeten kunnen worden. Een opstelling hier- 10 voor is in figuur 6 weergegeven. Deze opstelling onderscheidt zich van die volgens figuur 5 slechts daarin dat elk der detektoren nu verdeeld is in vier deeldetektoren 71, 72, 73 en 74, respectievelijk 75, 76, 77 en 78. Het zal na het voorgaande duidelijk zijn dat de positiesignalen S„ en S„ en de kantelsignalen S, en S_gegeven worden door: y x xr yr zr

Sy = (S71 + S72 + s73 + s74! " (S75 + S76 + S77 + S78!

Sx = <S71 + S73 + S76 + ^ " (S72 + S74 + S7S + S77J

Sxr = (S71 + S72 + *77 + S78; " <S73 + S74 + S75 + S76}

Syr = (S71 + S72 + S75 + V " (S73 + S74 + S77 + S78J

szr = (S71 + S73 + S75 + S77* “ !S72 + S74 + S7S + S78}

In figuur 7 is een uitvoeringsvorm van een elektronische schakeling voor het verwerken van de detektars ignalen tot de signalen S ,

Sy, 5χΓ, S , S^. getekend. De werking van deze schakeling, die een groot aantal met aparte verwij zingscij fers aangegeven aftrekkers en optellers bevat, is meteen duidelijk uit de figuur en behoeft niet nader 25 toegeiicht te worden.

De scheidingslijnen van de deeldetektoren behoeven niet dwars op en evenwijdig aan de brekende ribbe van het prisma te zijn, maar k unnen onder een hoek van 45° met deze ribbe geplaatst zijn. Bij kleine verplaatsingen of kantelingen van het voorwerp verandert de stralings-30 energie in het centrum van de detektoren niet, In die gevallen kunnen de centra van de twee detektoren stralingsangevoelig zijn, waardoor de gevoeligheid van de detektieïnrichting groter wordt. De detektoren mogen in plaats van vierkant ook rond zijn, en bestaan dan bijvoorbeeld uit een in segmenten verdeelde stralingsgevoelige ring rond een stra-35 lingsongevoelig centrum.

De detektarsignalen in de detektieïnrichtingen volgens de figuren 2, 5 en 6 zijn onafhankelijk van verplaatsingen van het voorwerp 8101669 / % PHN 9997 12 in de Z-richting. Een verplaatsing im deze richting kan echter vel de overspraak tussen positiesignalen en kantelsignalen vergroten. Daarom wordt bij voorkeur het detéktiestelsel zó ten opzichte van het voorwerp geplaatst dat de hoofdstraal van de bundel 33 naar de gemiddelde 5 positie, in de Z-richting, van het kantelpunt van het voorwerp gericht is.

De tophoekyS van het prisma 30 kan in principe 90° zijn.

Indien de detektie-inrichting gebruikt wordt voor het positioneren van voorwerpen die relatief zwaar zijn en/of zich met relatief grote snel-10 heid bewegen, bestaat, er behoefte om op een vroeg tijdstip te kunnen detekteren dat het voorwerp de gewenste stand nadert, zodat het op tijd afgeremd kan worden en de gewenste stand met voldoend afgenomen snelheid benaderd wordt. Er is dan behoefte aan een groot invangbereik. Zo’n groot invangbereik kan verkregen worden door gebruik te maken van een 15 prisma met een grote tophoek. Voor een dergelijk prisma, of wig, geldt namelijk dat een verplaatsing van het prisma ten opzichte van de opvallende stralingsbundel 33 een aanzienlijk kleinere verplaatsing van de gereflekteerde deelbundels 33a en 33b over de detektoren 34 en 35 tot gevolg heeft, zodat ook bij grotere verplaatsingen van het prisma ten 20 opzichte van de opvallende stralingsbundel nog voldoende straling op de detektoren terecht komt. Zoals in de gelijktijdig ingediende Nederlandse octrooiaanvrage No. (PHN 9996 ), waarvan de inhoud geacht wordt deel uit te maken van de onderhavige aanvrage, aangetoond wordt kan onder bepaalde omstandigheden door vergroting van de tophoek, 25 bijvoorbeeld tot 167°, en dienovereenkomstige verkleining van de basisboek van het prisma, bijvoorbeeld tot 6,5°, een vergroting van het invangbereik met een faktor 1/2 $4 waarin oi de basishoek van het prisma in radialen is, bereikt worden.

30 1 8101669

Claims

1. Inrichting voor het detecteren van de stand van een voorwerp, bevattende een stralingsbron, een bundelsplitsend prisma voor het reflekteren van de door de bron uitgezonden straling naar een, uit meerdere detektoren cpgébouwd, stralingsgevoelig detektiestelsel, 5 waarbij de stralingsverdeling over de detektoren bepaald wordt door de stand van het voorwerp ten opzichte van de door de bron uitgezonden stralingsbundel, en de uitgangen van de detektoren verbonden zijn met een elektronische schakeling voor het vormen van een elektrisch signaal dat een indikatie geeft over de stand van het voorwerp, met 10 het kenmerk, dat het voorwerp slechts het bundelsplitsend prisma draagt, dat elk der detektoren verdeeld is in twee deeldetéktoren, dat de scheidingslijnen van de deeldetektaren in beide detektoren dezelfde oriëntatie hebben ten opzichte van de brekende ribbe van het prisma, en dat de uitgangen van de deeldetektoren verbonden zijn 15 met aparte ingangen van de elektronische schakeling die een positiesignaal en minstens één hoekstandsignaal levert.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de scheidingslijnen van de deeldetektoren dwars cp de brekende ribbe van het prisma zijn, dat het positiesignaal een indikatie geeft over 20 de positie van het voorwerp in een richting dwars op de brekende ribbe van het prisma, en dat het hoekstandsignaal een maat is voor de kanteling van het voorwerp om een as dwars op de brekende ribbe en evenwijdig aan de hoofdstraal van de bundel, of cm een as dwars cp de brekende ribbe en dwars op de hoofdstraal van de bundel.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de scheidingslijnen van de deeldetektoren evenwijdig zijn aan de brekende ribbe van het prisma, dat het positiesignaal de positie van het voorwerp in de richting van de hoofdstraal van de bundel representeert en dat het hoekstandsignaal een maat is voor de kanteling van het 30 voorwerp cm een as evenwijdig aan de brekende ribbe van het prisma.

4. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat elk der detektoren is cpgebouwd uit vier, in een kruis geplaatste, deeldetéktoren waarbij de twee onderling loodrechte scheidingslijnen in de ene detektor dezelfde oriëntatie hebben als de overeenkomstige 35 scheidingslijnen in de andere detektor, dat de elektronische schakeling vijf uitgangen heeft voor het leveren van twee signalen die een maat zijn voor de positie van het voorwerp in twee onderling loodrechte richtingen dwars cp de brekende ribbe van het prisma en van drie 81016 69 V '* EHN 9997 14 signalen die een maat zijn voor de kantelingen van tiet voorwerp cm drie onderling loodrechte assen.

5. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3 of 4, met het kenmerk, dat de hoofdstraal van de bundel gericht is op de gemiddelde positie, 5 in een richting evenwijdig aan.de brekende ribbe van het prisma van het kantelpunt. van het voorwerp.

6. Inrichting volgens conclusie 1, 2, 3, 4 of 5, met het kenmerk, dat de tophoek van het prisma aanzienlijk groter dan 90° is.

7. Apparaat voor het langs optische weg uitlezen en/of inschrijven 10 van een spoorvormig gerangschikte informatiestruktuur, welk apparaat bevat een stralingsbron, een objektiefstelsel voor het fokusseren van de door de stralingsbron geleverde stralingsbundel tot een stralings-vlek in het vlak van de informatiestruktuur en een stand-detektie-inrichting volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, 15 dat het prisma van de stand-detektieïnrichting is aangebracht op het objektief stelsel en dat de uitgangen van de elèktronsiche schakeling van de standdetektieïnrichting verbonden zijn met stuurcircuits die elektromagnetische aandri j fmiddelen voor het objektief stelsel bedienen. 20 25 30 1 8101669