DE1098082B - Fotoelektrische Vorrichtung fuer die Abtastung des Verlaufs einer Linie und Umwandlung von Richtungsaenderungen der Linie in elektrische Signale - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf eine fotoelektrische Vorrichtung für die Abtastung des Verlaufs einer Linie und Umwandlung von Richtungsänderungen der Linie in elektrische Signale.

Jede Abtastvorrichtung, welche die Richtung der Bewegung eines Werkzeuges oder einer anderen Anordnung nach einer Linie einer Zeichnung steuert, enthält in der Regel eine fotoelektrische Vorrichtung, welche nach der Lage der Linie auf der Zeichnung, also in Abhängigkeit von deren Richtung elektrische Signale erzeugt. Diese Signale werden in einer elektronischen Vorrichtung weiterbehandelt und wirken schließlich auf mechanische Vorrichtungen. Zwecks guter Orientierung wird in der Regel ein rechtwinkliges Koordinatensystem gewählt, und die durch lichtempfindliche Zellen erzielten elektrischen Signale haben die Form von Spannungsimpulsen, w^relche Angaben über die Richtung der Linie enthalten.

Es gibt verschiedene elektrooptische Vorrichtungen, welche die Richtung der Linie durch elektrische Impulse ausdrücken. Sie enthalten in der Regel außer dem optischen System (einem Objektiv) und einer lichtempfindlichen Zelle noch ein mechanisches rotierendes Element, welches eine Blende bewegt.

Die Blende muß kontinuierlich mit konstanter und verhältnismäßig hoher Drehgeschwindigkeit umlaufen, was einen wesentlichen Nachteil der bekannten fotoelektrischen Vorrichtungen bildet. Zum Antrieb der Blenden werden Synchronmotore, Motorgeneratoren oder Drehgeber (Selsynschaltung) verwendet. Diese Einrichtungen weisen Lager auf, die Unterhaltung erfordern, sich abnützen, Lärm verursachen sowie durch ungenauen dynamischen Ausgleich des Rotors zu Schwingungen Anlaß geben, welche eine unerwünschte zusätzliche Modulation der Impulsfronten verursachen, und bei welchen sich durch Lagerreibung ein sehr ungünstig äußernder veränderlicher Phasenschlupf bei der Blendenrotation bemerkbar macht u. a.

Eine andere Vorrichtung zur Erzeugung von einem Linienzug abgeleiteter elektrischer Impulse verwendet ein Spiegelchen, welches in einer Ebene schwingt und den Lichtstrahl so zum Ausschlag bringt, daß dieser innerhalb der Zone der Linie in einer Geraden schwingt. Hierbei dreht sich das ganze optische System mit dem schwingenden Spiegel in Richtung der Linie. Ändert sich die Richtung der Linie, so muß sich das optische System in der Schwingungsebene drehen. Auch hier sind also Lager erforderlich, die die oben erwähnten Nachteile besitzen und einen komplizierten Aufbau erfordern. Außerdem müssen bewegliche Kontakte verwendet werden, die in Anbetracht der Empfindlichkeit der elektronischen Einrichtung deren Stöanfälligkeit wesentlich "erhöhen.

Die vorliegende Erfindung schaltet diese Mängel

Fotoelektrische Vorrichtung

für die Abtastung des Verlaufs

einer Linie und Umwandlung

von Rictitungsänderangen der Linie

in elektrische Signale

Anmelder:

Vyskumny ustav pre niechanizaciu

a automatizaciu,

Nove Mesto nad Vahom

(Tschechoslowakei)

Vertreter: Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 37

Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 29. November 1957

Ladislav Benes, Nove Mesto nad Vähom

(Tschechoslowakei),
ist als Erfinder genannt worden

aus. Sie besteht darin, daß zwischen das Objektiv und die lichtempfindliche Zelle, vor der fest eine Blende mit Öffnung vorgesehen ist, ein entlang einer gedachten stumpfwinkligen Kegelfläche in taumelnde Bewegung zu bringender ebener Spiegel eingeschaltet ist, welcher dem auf die Lichtzelle auffallenden Bild eines Punktes der Linie eine kreisende Bewegung erteilt.

In einer solchen Vorrichtung sind in Lagern drehbare Teile vermieden, so daß Reibungswiderstände ausgeschaltet sind und feste Anschlüsse zwischen dem optischen System und der elektronischen Einrichtung .vorgesehen werden können.

Zur Erzeugung der kreisenden Bewegung kann der Spiegel vorteilhaft in der Mitte einer einen Topf-

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magneten mit zylinderf örcnigem Polansatz undeinen den Topf abdeckenden sowie den Polansatz mit Zwischenraum umgebenden Polring in geringem Abstand vom Polring umspannenden Membran befestigt sein, wobei der zylinderförmige Polaniatz am Ende durch radiale Nuten in vier "Quadranten unterteilt ist, weiche mit je einer Schwingspule versehen sind, von denen die gegenüberliegenden Spulenpaare gegensinnig geschaltet sind und eines dieser Sptileripaare an eine Sinusspannung, das zweite an eine Cosinusspannung geschaltet ist. s-

In den Zeichnungen ist ein-Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Zusammenstellung der ganzen Vorrichtung und

Fig. 2 ein axonometrisches Bild des Schwingungserzeugers für den Spiegel.

In Fig. 1 ist auf einer Zeichnung 1 eine Linie 2 dargestellt. Eine kleine· Fläche.dieser Zeichnung, die durch einen kleinen Kreis 3 begrenzt ist, wird durch ein Objektiv 4 auf eine Blende-5projiziert, auf welcher das Bild 6 der Linie 2 scharf eingestellt ist. Die Blende 5 besitzt eine kleine Öffnung 7 und bildet den Teil eines Sockels 13. Innerhalb des Sockels befindet sich eine lichtempfindliche Zelle, auf welche das durch die Öffnung7 durchtretende Licht auffällt. Die lichtempfindliche Zelle besitzt Stromklemmen 14 und 15. Das Bild wird durch das Objektiv 4 auf die Blende 5 über einen kreisförmigen ebenen Spiegel 16 geworfen. Der Spiegel ist auf einer Membran Vf eines besonderen elektrodynamischen Systems 18 befestigt, welches dem Spiegel derartige Schwingungen erteilt, daß sich die Spiegelebene auf einer Kegelfläche bewegt, und somit jeder Punkt der im Bild 6 projizierten Linie 2 einen kleinen Kreis 19 beschreibt, wie dies für einen Punkt in Fig. 1 dargestellt ist. Während der kreisenden Bewegung des Bildes 6 dringt durch die Öffnung 7 für einen gewissen Teil einer Umdrehung eine größere Lichtmenge, die dem lichten Bildteil der Zeichnung entspricht und für den restlichen Teil der Umdrehung eine kleinere Lichtmenge, welche dem dunklen Teil, der im Bild 6 projizierten Linie 2 entspricht. Der so modulierte Lichtstrahl fällt auf die in Fig, I nicht gezeichnete lichtempfindliche Zelle auf und wird mit Hilfe einer an die Klemmen 14 und 15 geschalteten in Fig. 1 nicht dargestellten elektronischen Vorrichtung in elektrische Impulse überführt. Diese Impulse entsprechen genau dem modulierten Lichtstrom, welcher durch die Öffnung 7 durchtritt und welcher auf die lichtempfindliche Zelle auftrifft und es entspricht somit die Front jedes Impulses dem Augenblick des Überganges des Randes der Linie durch die Öffnung 7.

Falls sich die Richtung der Linie 2 ändert, kommt es früher oder später zum Übergang des Linienrandes durch die Öffnung 7 der Blende 5 bei konstanter Rotation des Bildes 6. Die Spannungsimpulse enthalten somit Angaben über die Richtung der Linie in Form, einer Phasenmodulation des Frontteiles der Impulse. Der Spiegel schwingt nur mit kleiner Amplitude. Das elektrodynamische System 18 ist dem eines Lautsprechers ähnlich. Eine Anordnung, welche eine kegelförmige Schwingbewegung des Spiegels 16 ermöglicht, ist in Fig. 2 dargestellt.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß das elektrodynamische System einen permanenten zylindrischen Magneten 20 sowie einen zylinderförmigen und einen ringförmigen Polansatz 21 bzw. 22 enthält, zwischen welchen sich ein kleiner ringförmiger Spalt für die schwingenden Spulen befindet. Der zylinderförmige Polansatz 21 ist am Ende mit zwei senkrecht zueinander stehenden radialen Nuten 23 und 24 versehen, welche das Ende des Polansatzes in vier Quadranten 25, 26, 27 und 28 unterteilen. Auf diese sind vier Schwingspulen 29, 30, 31 und 32 beweglich aufgeschoben, die miteinander fest verklebt und auf einer Membran 33 vorgesehen sind, die mittels eines Ringes 34 in kleiner Entfernung oberhalb des ringförmigen Polansatzes 22 befestigt ist. In der Mitte der Membran 33 ist außen der Spiegel 16 vorgesehen.

Die in je zwei gegenüberliegenden Quadranten befindlichen Schwingspulen sind miteinander in ihrer magnetischen Wirkung gegensinnig geschaltet, so daß bei Stromdurchgang die Spulen des gegenüberliegenden Spulenpaares im magnetischen Feld des Spaltes zwischen den Polansätzen einen entgegengesetzten Ausschlag erhalten. Falls z.B. die Spule29 nach oben verstellt wird, wird gleichzeitig die Spule 31 im gegenüberliegenden Quadranten nach unter verstellt. Ein Spulenpaar ist an eine Sinusspannung, das zweite an eine Cosinusspannung gleicher Frequenz angeschlossen, so daß die resultierende Spiegelbewegung die Mantelfläche eines Kegels beschreibt. Der Spiegel schwingt mit kleiner Amplitude und besitzt keine sich drehenden Bestandteile, so daß er keine Unterhaltung erfordert, sich nicht abnützt und die genaue Phasenmodulation der Impulsfronten nicht beeinträchtigt. Es zeigt sich ferner eine große Einfachheit der Durchführung gegenüber bekannten Anordnungen und ein beachtlich geringerer elektrischer Energieverbrauch. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Möglichkeit, bei geringem Energieverbrauch leicht die Schwingungszahl des Erregerstromes zu erhöhen und dadurch fast beliebig die Geschwindigkeit der Rotation die Bildes der Linie auf der Blende zu erhöhen, was bei bekannten Systemen mit rotierenden Blenden äußerst schwierig ist. Die erhöhte Schwingungszahl ermöglicht, bei gegebener Genauigkeit der Abtastung die Geschwindigkeit der Abtastung der Linie zu erhöhen, oder bei gegebener Geschwindigkeit die Genauigkeit der Abtastung zu erhöhen.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Fotoelektrische \^rorrichtung für die Abtastung des Verlaufes einer Linie und Umwandlung von Richtungsänderungen der Linie in elektrische Signale, bei welcher Punkt für Punkt der zu verfolgenden Linie absatzweise durch ein optisches System auf eine lichtempfindliche Zelle projiziert wird unter Verwendung eines ablenkenden Spiegels, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen das Objektiv (4) und die lichtempfindliche Zelle (13, 14, 15), vor der fest eine Blende (5) mit Öffnung (7) vorgesehen ist, ein entlang einer gedachten stumpfwinkligen Kegelfläche in taumelnde Bewegung zu bringender ebener Spiegel (16) eingeschaltet ist, welcher dem auf die Lichtzelle auffallenden Bild eines Punktes der Linie eine kreisende Bewegung erteilt.

2. Fotoelektrische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel (16) in der Mitte einer einen Topfmagneten mit zylinderförmigem Polansatz (21) und einen den Topf abdeckenden sowie den Polansatz mit Zwischenraum umgebenden Polring (22) in geringem Abstand vom Polring umspannenden Membran (33) befestigt ist und daß der zylinderförmige Polansatz (21) am Ende durch radiale Nuten (23, 24) in

vier Quadranten (25, 26, 27, 28) unterteilt ist, welche mit je einer Schwingspule (29, 30, 31, 32) versehen sind, von denen die gegenüberliegenden Spulenpaare gegensinnig geschaltet sind und eines dieser Spulenpaare an eine Sinusspannung, das zweite an eine Cosinusspannung geschaltet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 759 868;
Aufsatz von Blackett und Williams: »An Automatic Curve Follower for Use with the Differential Analyser«, erschienen 1939 in »Proc. Cambr., Phil.«, Soc. 35, S. 498 und 499.

Hierzu l Blatt Zeichnungen