DE1259588B

DE1259588B - Measuring device for determining the displacement of an object according to size and direction

Info

Publication number: DE1259588B
Application number: DEN20233A
Authority: DE
Inventors: Hendrik De Lang
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1960-06-25
Filing date: 1961-06-23
Publication date: 1968-01-25

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

GOIdGOId

Deutsche Kl.: 42 d-2/50German class: 42 d-2/50

Nummer: 1 259 588Number: 1 259 588

Aktenzeichen: N 20233IX b/42 dFile number: N 20233IX b / 42 d

Anmeldetag: 23. Juni 1961Filing date: June 23, 1961

Auslegetag: 25. Januar 1968Opening day: January 25, 1968

Die Erfindung betrifft eine Meßeinrichtung zur Bestimmung der Verschiebung eines Gegenstandes nach Größe und Richtung, wobei ein mit dem Gegenstand gekoppeltes Raster und ein auf einer mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit drehenden Trommel angeordnetes Raster benutzt und beide Raster über zugehörige optische Systeme von derselben Lichtquelle beleuchtet werden, so daß zwei Linienmuster entstehen, die mittels photoelektrischer Elemente in Wechselspannungen umgesetzt werden.The invention relates to a measuring device for determining the displacement of an object according to size and direction, with one grid coupled to the object and one on one with constant Rotation speed rotating drum used grid arranged and both grids are illuminated by the same light source via associated optical systems, so that two line patterns which are converted into alternating voltages by means of photoelectric elements.

Es ist bekannt, zur Anzeige der Verschiebung nach Größe und Richtung ein bewegliches Raster mit einem stillstehenden Raster zu überlagern, wobei die Gitterkonstanten der beiden Raster geringfügig voneinander abweichen oder die Rasterstriche des einen Rasters einen kleinen Winkel mit den Rasterstrichen des anderen Rasters einschließen, wodurch ein sogenanntes Moire-Muster entsteht, das in zwei oder mehr Photozellen Signale erzeugt, deren Phasenunterschied von der Bewegungsrichtung des beweglichen Rasters abhängt.It is known to use a movable grid to display the shift in terms of size and direction to be superimposed with a stationary grid, the grid constants of the two grids being slight differ from each other or the grid lines of one grid make a small angle with the grid lines of the other grid, creating a so-called moiré pattern, which is divided into two or more photocell signals generated whose phase difference from the direction of movement of the movable grid.

Die Einrichtung kann derart ausgebildet sein, daß die Signalspannung sich annähernd sinusförmig mit der Zeit ändert, wobei die Anzahl von Nulldurchgängen in einem Zählwerk gezählt wird. Es kann dabei ein elektronischer Zähler mit bistabilen Multivibratoren benutzt werden. Genauere Meßergebnisse lassen sich dabei durch Interpolation ermitteln.The device can be designed in such a way that the signal voltage is approximately sinusoidal changes over time, the number of zero crossings being counted in a counter. It can an electronic counter with bistable multivibrators can be used. More precise measurement results can be determined by interpolation.

Größe und Richtung der Verschiebung kann nach einem anderen, bekannten Vorschlag auch durch ein Bezugssignal mit fester Frequenz bestimmt werden, das einer sich mit konstanter Umdrehungsgeschwindigkeit drehenden Trommel entnommen wird. Die Trommel ist dabei mit einem in der Bahn der Lichtstrahlen liegenden Raster versehen, das durch eine Optik mit einem zweiten verschiebbaren Raster derart zusammenwirkt, daß die Anzahl der bei der Verschiebung des zweiten Rasters erzeugten Signalperioden auch noch von der Umdrehungsgeschwindigkeit und von der Drehrichtung der Trommel abhängig ist. Die Wirkungsweise einer solchen bekannten Einrichtung sei an Hand von Fig. 1 erläutert. Hierin bezeichnet 1 das verschiebbare Raster und 2 eine Lichtquelle, deren Strahlen durch eine Anzahl von Optiken und durch das Raster 1 eine photoelektrische Zelle 3 treffen. Die Lichtquelle 2 ist innerhalb einer am Umfang mit einem Raster 4 versehenen Trommel angeordnet. Die Trommel ist um eine zur Zeichenebene senkrechte Achse drehbar, und die Rasterstriche beider Raster verlaufen senkrecht zur Zeichenebene.The size and direction of the shift can also be determined by another, known suggestion Reference signal with a fixed frequency can be determined, the one with constant speed of rotation rotating drum is removed. The drum is in the path of the light rays with one provided lying grid, the optics with a second movable grid in such a way cooperates that the number of signal periods generated during the shift of the second raster also depends on the speed of rotation and the direction of rotation of the drum is. The mode of operation of such a known device will be explained with reference to FIG. Here, 1 denotes the movable grid and 2 a light source, the rays of which by a number of optics and through the grid 1 hit a photoelectric cell 3. The light source 2 is inside a drum provided with a grid 4 on the circumference. The drum is around one for The plane of the drawing can be rotated vertical axis, and the grid lines of both grids run perpendicular to the Drawing plane.

Von der Lichtquelle 2 wird durch eine erste Meßeinrichtung zur Bestimmung der
Verschiebung eines Gegenstandes nach Größe
und RichtungFrom the light source 2 is through a first measuring device for determining the
Shifting an object according to size
and direction

Anmelder:Applicant:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Niederlande)NV Philips' Gloeilampenfabrieken,
Eindhoven (Netherlands)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. H. Zoepke, Patentanwalt,Dipl.-Ing. H. Zoepke, patent attorney,

8000 München 12, Ridlerstr. 378000 Munich 12, Ridlerstr. 37

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Hendrik de Lang, Emmasingel, EindhovenHendrik de Lang, Emmasingel, Eindhoven

(Niederlande)(Netherlands)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Niederlande vom 25. Juni 1960 (253 087)Netherlands of June 25, 1960 (253 087)

Optik 5 eine Abbildung an der Stelle einer zweiten Optik 6 gebildet, wobei die aus der Optik 5 tretenden Strahlen das Trommelraster 4 passieren. Die Optik 6 projiziert auf das Raster 1 eine Abbildung des Trommelrasters, wobei die aus der Optik 6 tretenden Strahlen teilweise durch einen im Strahlengang geneigt liegenden halbdurchlässigen Spiegel 8 hindurchtreten und teilweise von diesem reflektiert werden. Die reflektierten Strahlen erzeugen von dem Trommelraster 4 eine Abbildung auf einen dritten, feststehenden Raster 9, dessen Rasterstriche auch senkrecht zur Zeichenebene verlaufen. Die Bilder des Trommelrasters haben die gleiche Gitterkonstante wie das Raster, auf dem sie abgebildet werden.Optics 5 an image is formed at the location of a second optics 6, with those emerging from the optics 5 Blasts pass through the drum grid 4. The optics 6 projects an image onto the grid 1 of the drum grid, with the rays emerging from the optics 6 partially passing through one in the beam path pass through inclined semi-transparent mirror 8 and partially reflected by this will. The reflected rays produce an image from the drum screen 4 onto a third, fixed grid 9, the grid lines also run perpendicular to the plane of the drawing. The pictures of the drum grid have the same grid constant as the grid on which they are mapped.

Eine Optik 7 bildet die Lichtquelle auf dem photoelektrischen Element 3, eine Optik 10 auf einem zweiten photoelektrischen Element 11 ab. Durch periodische Intensitätswechsel des auf die photoelektrischen Elemente fallenden Lichtstromes werden periodisch Signale erzeugt. Wenn sich das Raster 1 nicht bewegt, ist die Wiederholungsfrequenz dieser zwei Signale dieselbe; sie wird lediglich durch die Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel und die Periode des Trommelrasters 4 bestimmt. Wenn jedoch das Raster 1 sich in Richtung des Pfeiles χ verschiebt, d. h. in einer Richtung, in der sich die dargestellten Rasterstriche der Trommel längs desOptics 7 images the light source on photoelectric element 3, optics 10 on second photoelectric element 11. Signals are generated periodically through periodic changes in the intensity of the luminous flux falling on the photoelectric elements. When the raster 1 is not moving, the repetition frequency of these two signals is the same; it is only determined by the speed of rotation of the drum and the period of the drum grid 4. However, if the grid 1 moves in the direction of the arrow χ , that is, in a direction in which the illustrated grid lines of the drum along the

709 720/223709 720/223

3 43 4

Rasters 1 verschieben, so ist die Grundharmonische F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erstge-Shift grid 1, the fundamental harmonic is F i g. 2 shows an embodiment of the first

des Signals im Element 3 durch: nannten Falles. Die der F i g. 1 entsprechendenof the signal in element 3 by: named case. Those of the F i g. 1 corresponding

Einzelteile haben die gleichen Bezugsziffern.Individual parts have the same reference numbers.

/ χ \ Der wesentliche Unterschied dieser neuen Einrich-/ χ \ The main difference of this new furnishing

Si = Csinlßi + 2π _-J 5 tung gegenüber der bekannten Einrichtung nach Si = Csinlßi + 2π _-J 5 direction compared to the known device

\ ' F i g. 1 liegt darin, daß außer dem hier durch 13 be\ 'F i g. 1 lies in the fact that besides that here by 13 be

zeichneten, beweglichen Raster ein Raster 14 vorge-drawn, movable grid a grid 14 pre-drawn

bestimmt, worin C eine Konstante, Ω die durch die sehen ist, das gegenüber dem ersten Raster 13 still-Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel und deren steht, ,und daß die Gitterkonstanten dieser Raster be-Gitterkonstante bedingte Signalfrequenz, χ die Größe 10 deutend kleiner gewählt sind als die des Rasters 1 in der Verschiebung und ρ die Gitterkonstante des Fig. 1. Dadurch können die Beugungserscheinungen Rasters 1 bezeichnen. der Lichtstrahlen am Gitter und die Maxima derdetermines where C is a constant Ω that is seen through the, which is opposite to the first grid 13 still-speed of rotation of the drum and its, and that the grid constants of this grid be-grid constant-conditioned signal frequency, χ the size 10 are chosen significantly smaller than that of the raster 1 in the displacement and ρ the lattice constant of FIG. 1. This allows the diffraction phenomena to denote the raster 1. of the light rays on the grid and the maxima of the

Das Signal 11 ist lediglich von der Umdrehge- Helligkeit im Beugungsbild eines Spaltes ausgenutzt schwindigkeit der Trommel abhängig und wird durch werden. Die Gitterkonstanten der Raster 4 und 9The signal 11 is only used by the revolving brightness in the diffraction pattern of a slit speed of the drum and will be through. The grid constants of grids 4 and 9

15 sind unverändert geblieben. Eine zusätzliche Optik15 have remained unchanged. An additional look

S₀ = C" sin Ω t 15 dient dazu, für einen parallelen Strahlengang der S ₀ = C "sin Ω t 15 is used for a parallel beam path of the

... durch den Spiegel durchgelassenen Strahlen zu sorbestimmt. Durch Impulszählung in eine. Vorrichtung gen (Kollimotor). Das Raster 14 ist in einem gerin-12 läßt sich der Wert von χ bestimmen. Dieser Wert gen Abstand von dem Raster 13 angeordnet, wobei kann positiv oder negativ sein. Die Einrichtung läßt ao die Rasterstriche beider Raster parallel zueinander sich leicht derart ausbilden, daß je nach der Ver- liegen; die Gitterkonstante des Rasters 14 unterscheischiebungsrichtung des Rasters 1 positiv oder nega- ' det sich von der des Rasters" 13 nur um einige Protiv gezählt wird. Ein Vorteil dieser Einrichtung liegt zent. Die Gitterkonstanten beider Raster liegen in darin, daß zur Verstärkung der Signale ein Wechsel- der Größenordnung von 10 μ. spannungsverstärker benutzt werden kann, da auch 25 Die Achsen der Optiken 5, 6 und 15 bilden zu der beim Stillstehen des Rasters 1 in den Elementen 3 Senkrechten auf der Ebene der Raster 13 und 14 und 11 Wechselströme erzeugt werden. einen kleinen Winkel. Infolgedessen ist es möglich,... to determine the rays transmitted through the mirror. By counting pulses into a. Device gene (collimotor). The grid 14 is in a small 12 the value of χ can be determined. This value is arranged at a distance from the grid 13, wherein can be positive or negative. The device leaves the grid lines of both grids parallel to each other easily train themselves in such a way that depending on the situation; the lattice constant of the grid 14 differentiation direction of the grid 1 is positive or negative from that of the grid 13 only by a few protiv is counted. One advantage of this facility is central. The grid constants of both grids are in in that to amplify the signals an alternation of the order of magnitude of 10 μ. voltage amplifier can be used, since also 25 The axes of the optics 5, 6 and 15 form to the when the grid 1 is stationary, the elements 3 are perpendicular to the level of the grid 13 and 14 and 11 alternating currents are generated. a small angle. As a result, it is possible

Die geschilderte bekannte Einrichtung hat jedoch die Beugungsmaxima von der Ordnung z. B. 0 und 1 den Nachteil, daß das verschiebbare Raster eine ver- zu benutzen. In der Figur ist der Verlauf der enthältnismäßig große Gitterkonstante haben muß, da 30 sprechenden Strahlung zwischen dem Raster 14 und sonst das Abbilden des Trommelrasters auf den Zelle 3 dargestellt. Die Optik 7 bildet einen Teil der anderen Rastern Schwierigkeiten bereitet. Genaue Lichtquelle an der Stelle der photoelektrischen Zelle Meßergebnisse lassen sich bei dieser Einrichtung nur ab. Infolge der verschiedenen Gitterkonstanten wird dadurch erzielen, daß die Schaltungsanordnung so an den Stellen der Raster 13 und 14 ein Moireausgebildet ist, daß der genaue Meßwert durch Inter- 35 Muster gebildet, das durch Zusammenwirkung mit polation ermittelbar ist. dem in der Ebene der Raster 13 und 14 gebildetenHowever, the known device described has the diffraction maxima of the order z. B. 0 and 1 the disadvantage that the movable grid has to use one. In the figure, the course of the is contained must have large grid constant, since 30 speaking radiation between the grid 14 and otherwise the mapping of the drum grid onto cell 3 is shown. The optics 7 forms part of the difficulties with other grids. Exact light source at the location of the photoelectric cell Measurement results can only be given off with this device. As a result of the different lattice constants achieve by the fact that the circuit arrangement thus forms a moiré at the points of the grids 13 and 14 is that the exact measured value is formed by inter- 35 pattern, which by interaction with polation can be determined. that formed in the plane of the grid 13 and 14

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß sich Bild des Trommelrasters in der photoelektrischen eine solche Interpolation vermeiden läßt, wenn zu Zelle 3 Lichtänderungen erzeugt. In der Zelle 11 extrem kleinen Gitterkonstanten übergegangen wird, wird wie in der bekannten Einrichtung nach F i g. 1 die ein unmittelbares Ablesen der Meßwerte ermög- 40 ein periodisches Signal erzeugt, das lediglich von der liehen und daß dies durch Verwendung eines Inter- Umdrehungsgeschwindigkeit der Trommel abhängig ferenzmusters im Zusammenwirken mit dem Trom- ist. Gemeinsam enthalten die periodischen Signale melraster zu erreichen ist. Die auf diese Erkenntnis der zwei Zellen wieder die Information, durch welche aufbauende Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß die Größe und die Richtung der Verschiebung bebei der eingangs umschriebenen Einrichtung nun ge- 45 stimmt werden kann. Die zwei Signale werden durch maß der Erfindung durch optische Mittel dasThe invention is based on the knowledge that the image of the drum raster in the photoelectric such an interpolation can be avoided if cell 3 produces light changes. In cell 11 extremely small lattice constants is passed over, as in the known device according to FIG. 1 which enables a direct reading of the measured values 40 generates a periodic signal that is only generated by the borrowed and that this is dependent on the use of an inter-speed of rotation of the drum reference pattern in interaction with the Trom- ist. Together contain the periodic signals melraster can be achieved. On this cognition of the two cells again the information through which constructive solution is characterized by the fact that the size and direction of the shift bebei the facility described above can now be adjusted. The two signals are through measured the invention by optical means

Trommelraster auf einem aus dem anderen Raster 5^ _ CsinlDt + 2π- — ]Drum grid on one of the other grid 5 ^ _ CsinlDt + 2π- -]

abgeleiteten Interferenzmuster abgebildet wird, die \ P } derived interference pattern is mapped, the \ P}

durch das Zusammenwirken des Trommelrasters mit undthrough the interaction of the drum grid with and

dem Interferenzmuster erzeugten Lichtänderungen in 50 S₀ — C sin Ω ίthe interference pattern generated light changes in 50 S ₀ - C sin Ω ί

an sich bekannter Weise detektiert werden und dieare detected in a known manner and the

erhaltene Wechselspannung phasenmäßig mit der bestimmt. Darin bezeichnet p' die Rasterperiode des dem Trommelraster entnommenen Wechselspannung Rasters 13. Es wird angenommen, daß die Gitterverglichen wird. konstante des Rasters 14 größer ist als die des Rain den Einrichtungen gemäß der Erfindung wird 55 sters 13, während die Gitterkonstante des Trommelalso das sich bewegende Bild eines drehenden rasters gleich der Gitterkonstante des Interferenz-Trommelrasters mit einer großen Gitterkonstante musters ist. Die Gitterkonstante des Trommelrasters verglichen mit einem Interferenzmuster mit gleich- kann dabei von der gleichen Größenordnung wie in falls großer Gitterkonstante. Dieses Interferenzmuster der bekannten Einrichtung nach Fig. 1 sein, die entsteht aus einem Raster oder aus mehreren Rastern 60 wesentlich größere Genauigkeit in der Einrichtung mit kleiner Gitterkönstante. nach der Erfindung wird durch die dabei bedeutend Das Interferenzmuster wird in weiterer Ausgestal- kleinere Gitterkonstante des beweglichen Rasters ertung der Erfindung von einem zweiten Raster er- zielt.AC voltage obtained in phase with the determined. Here, p ' denotes the raster period of the alternating voltage raster 13 taken from the drum raster. It is assumed that the grids are compared. The constant of the raster 14 is greater than that of the devices according to the invention is 55 sters 13, while the lattice constant of the drum so the moving image of a rotating raster is equal to the lattice constant of the interference drum raster with a large lattice constant pattern. The lattice constant of the drum raster compared with an interference pattern with equal can be of the same order of magnitude as in the case of a large lattice constant. This interference pattern of the known device according to FIG. 1, which arises from a grid or from a plurality of grids 60, is substantially more precise in the device with a small grid constant. According to the invention, the interference pattern is achieved in a further embodiment, smaller grating constant of the movable raster of the invention by a second raster.

zeugt, dessen Gitterkonstante von der Gitterkon- F i g. 3 zeigt ein auf dem gleichen Prinzip beruhen-testifies whose lattice constant depends on the lattice con F i g. 3 shows a system based on the same principle

stante des beweglichen Rasters etwas abweicht oder 65 des Ausführungsbeispiel, bei dem das Raster 14 nach dessen Rasterstriche. schräg zu den Rasterstrichen Fig. 2 durch ein aus den Teilen 14' und 14" bedes beweglichen Rasters stehen, derart, daß dann die stehendes Raster gemäß F i g. 3 a ersetzt ist. Das Raster gleiche Gitterkonstanten haben. Rastenteil 14' hat eine Gitterkonstante, die etwasconstant of the movable grid differs slightly or 65 of the embodiment in which the grid 14 after its grid lines. obliquely to the grid lines Fig. 2 by one of the parts 14 'and 14 "bedes movable grid stand in such a way that then the standing grid according to F i g. 3 a is replaced. That Grids have the same grid constants. Notch part 14 'has a lattice constant that something

größer ist als die Gitterkonstante des beweglichen Rasters 13, wohingegen dessen Gitterkonstante größer ist als die Gitterkonstante des Rasterteiles 14". Rasterteil 14' ergibt mit Raster 13 ein Rasterpaar, während Rasterteil 14" mit Raster 13 ein zweites Rasterpaar bildet. Die photoelektrische Zelle 11, der Spiegel 8 und die Optik 10 sind bei diesem Ausführungsbeispiel entbehrlich; die Zelle 3 wird jedoch durch zwei Zellen 3' und 3" ersetzt, welche die Lichtstrahlen von den Rasterteilen 14' bzw. 14" auffangen. Die Trennung zwischen den Rasterteilen verläuft parallel zur Zeichenebene.is greater than the lattice constant of the movable grid 13, whereas its lattice constant is greater is as the grid constant of the grid part 14 ". Grid part 14 'results in a grid pair with grid 13, while grid part 14 ″ forms a second grid pair with grid 13. The photoelectric cell 11, the Mirror 8 and the optics 10 can be dispensed with in this exemplary embodiment; however, cell 3 will replaced by two cells 3 'and 3 "which intercept the light rays from the grid parts 14' and 14", respectively. The separation between the grid parts runs parallel to the plane of the drawing.

Bei dieser Ausführungsform werden an der Stelle der Raster 13, 14' und 14" zwei Interferenzmuster erzeugt, wie in Fig. 3b dargestellt, die sich bei einer Verschiebung des beweglichen Rasters 13 in entgegengesetzter Richtung zueinander bewegen; das obere bewegt sich in der gleichen Richtung wie das Raster 13 und das untere in entgegengesetzter Richtung. Zum Erzeugen der Abbildungen auf den zwei ao photoelektrischen Elementen werden zwei mit den Rasterteilen zusammenwirkende Optiken 6' und 6" verwendet, die aus je einer Linse und einem Prisma bestehen, die aber auch zu einer Einheit zusammengefaßt sein können. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Bilder in räumlich getrennten Ebenen erzeugt werden.In this embodiment, there are two interference patterns at the location of the grids 13, 14 'and 14 " generated, as shown in Fig. 3b, which when the movable grid 13 is shifted in opposite directions Move towards each other; the top moves in the same direction as that Grid 13 and the lower one in the opposite direction. To generate the images on the two ao photoelectric elements are two optics 6 'and 6 "interacting with the grid parts used, which each consist of a lens and a prism, but which are also combined into a unit could be. In this way it is achieved that the images are generated in spatially separate planes will.

Die Signale in den zwei Zellen 3' und 3" werden dabei durchThe signals in the two cells 3 'and 3 "are thereby through

Raster 13 als Phasenraster mit großer Intensität in der +1. und —1.-Ordnung ausgebildet, wobei die Intensität in der Nullordnung klein sein kann. Das Maximum der Nullordnung wird unterdrückt, sofern es noch nicht hinreichend schwach ist, da der Spiegel 17 in der Mitte mit einem dunklen Teil 20 versehen ist. Vor dem Spiegel ist die Optik 18 angeordnet, durch welche die Abbildung des Rasters an sich erzeugt wird. Der Strahlenverlauf ist im oberen Teil der F i g. 5 angedeutet.Grid 13 as a phase grid with high intensity in the +1. and —1st-order, wherein the Intensity in the zero order can be small. The maximum of the zero order is suppressed if it is not yet sufficiently weak, since the mirror 17 is provided with a dark part 20 in the middle is. The optics 18 are arranged in front of the mirror, by means of which the image of the grid itself is generated will. The course of the rays is in the upper part of FIG. 5 indicated.

Zum Erzielen der elektrischen Signale ist außerdem ein halbdurchlässiger Spiegel 16 vorgesehen, der die zurückkehrenden Strahlen über ein prismatisches Linsensystem gleicher Gestalt, wie das System 6', 6" in F i g. 3 auf die photoelektrischen Zellen projiziert.To achieve the electrical signals, a semitransparent mirror 16 is also provided, the the returning rays through a prismatic lens system of the same shape as the system 6 ', 6 " in Fig. 3 projected onto the photoelectric cells.

Zum Erzielen von zwei gegeneinander beweglichen Interferenzmustern ist in der unteren Hälfte des Gesichtsfeldes eine planparallele Platte 19 aus lichtdurchlässigem Material vorgesehen, die eine solche Brechung der Lichtstrahlen in diesem Teil des Feldes hervorruft, daß ein Moire-Muster nach F i g. 5 a entsteht. To achieve two mutually movable interference patterns is in the lower half of the field of view a plane-parallel plate 19 made of translucent material is provided, which such Refraction of the light rays in this part of the field causes a moiré pattern according to FIG. 5 a is created.

In Fig. 5b ist das System in einer anderen Ansicht veranschaulicht. Die Hauptfläche der Optik des Objektivs 18 und des Spiegels 17 ist mit 21 bezeichnet. The system is illustrated in another view in FIG. 5b. The main surface of the optics of the Objective 18 and the mirror 17 are denoted by 21.

Die Moire-Periode wird hier annähernd durchThe moiré period is approximately through here

S₁ = Csin 13ί 4- 2π ~ Ic
2 d S ₁ = Csin 13ί 4- 2π ~ Ic
2 d

S₂ = Csin S ₂ = Csin

2π2π

3535

bestimmt. Diese Signale enthalten wieder alle Informationen, die zur Bestimmung der Größe und der Richtung der Verschiebung notwendig sind. Sie werden einer an sich bekannten Vorrichtung 12 zügeführt, die diese Informationen mittels Zählwerken verarbeitet.certainly. These signals again contain all the information needed to determine the size and size Direction of displacement are necessary. They are fed to a device 12 known per se, which processes this information by means of counters.

Eine Ausführungsform, bei der Rasterteile mit gleicher Gitterkonstante verwendet werden und wobei dann die Rasterstriche der beiden Teile eine entgegengesetzte Neigung zum beweglichen Raster aufweisen, ist in Fig. 4a veranschaulicht. Das unter Verwendung dieser Rasterteile erzeugte Interferenzmuster ist in Fig. 4b veranschaulicht; die Bewegungsrichtung der Moire-Linien bei einer Verschiebung des beweglichen Rasters im positiven Sinn ist durch die Pfeile angedeutet.An embodiment in which grid parts with the same grid constant are used and where then the grid lines of the two parts have an opposite inclination to the movable grid, is illustrated in Figure 4a. The interference pattern generated using these grid parts is illustrated in Figure 4b; the direction of movement of the moiré lines when the movable raster is shifted in the positive sense indicated by the arrows.

Da die Moire-Linien in diesem Fall annähernd zu den Rasterstrichen des beweglichen Rasters senkrecht stehen, ist es bei dieser Ausführungsform erforderlich, auch die Striche des Trommelrasters senkrecht zu den Strichen der beweglichen Raster anzuordnen. Die Trommel muß daher in der in F i g. 4 angedeuteten Weise angeordnet werden, wobei die Drehachse in der Zeichenebene liegt.Since the moiré lines in this case are approximately perpendicular to the grid lines of the movable grid stand, it is necessary in this embodiment, the lines of the drum grid vertically to arrange the lines of the movable grid. The drum must therefore be in the position shown in FIG. 4th indicated manner are arranged, wherein the axis of rotation lies in the plane of the drawing.

Ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Interferenzmuster mittels eines einzigen, beweglichen Rasters, einer Optik und einem Spiegel erzeugt und dem beweglichen Raster überlagert wird, ist in F i g. 5 veranschaulicht. Die durch das Raster 13 fallenden Strahlen bilden dabei wieder Beugungsmaxima, von denen die der Ordnung +1 und — 1 für die Abbildung benutzt werden. Zu diesem Zweck wird das bestimmt, wobei c den Abstand zwischen dem Raster und der Hauptfläche, d die Stärke der planparallelen Platte und η den Brechungsindex bezeichnen.An exemplary embodiment in which the interference pattern is generated by means of a single, movable grid, optics and a mirror and is superimposed on the movable grid is shown in FIG. 5 illustrates. The rays falling through the grid 13 again form diffraction maxima, of which those of the order +1 and -1 are used for the image. For this purpose, this is determined, where c denotes the distance between the grid and the main surface, d denotes the thickness of the plane-parallel plate and η denotes the refractive index.

Die zwei Rasterhälften werden auf den photoelektrischen Zellen abgebildet und erzeugen darin sinusförmige Signale:The two halves of the grid are imaged on the photoelectric cells and generate sinusoidal ones therein Signals:

S₁ = C₁ sin IΩ t S ₁ = C ₁ sin IΩ t

So = C₁ sin IΩ - 2 π ----- \ . So = C ₁ sin IΩ - 2 π ----- \.

Während sich bei der Einrichtung nach F i g. 3 die Genauigkeit im Vergleich zur Einrichtung nach F i g. 2 um einen Faktor 2 vergrößert, wird bei der Einrichtung nach F i g. 5 eine achtfache Genauigkeit erzielt.While the device according to FIG. 3 according to the accuracy compared to the establishment F i g. 2 enlarged by a factor of 2, the device according to FIG. 5 eight times the accuracy achieved.

Claims

Patent claims:

1. Measuring device for determining the displacement of an object according to size and Direction in which one grid coupled to the object and one on one with constant Rotation speed rotating drum used grid arranged and both grids are illuminated by the same light source via associated systems, so that two line patterns which are converted into alternating voltages by means of photoelectric elements, characterized in that the drum grid (4) is derived from the other grid (13) by optical means

Interference pattern is mapped that by the interaction of the drum grid with light changes generated in the interference pattern are detected in a manner known per se and the alternating voltage obtained in phase with that taken from the drum grid AC voltage is compared.

2. Device according to claim i, characterized in that the interference pattern through a second grid (14) is generated, the grid constant of which is somewhat different from the grid constant of the movable grid (13) deviates or its grid lines at an angle to the grid lines of the movable grid are parallel to and in the vicinity of the movable grid is arranged.

3. Device according to claim 1, characterized in that the interference pattern through an auxiliary grid is formed which consists of two parts, such that the grid lines of one part (14 ') has a somewhat larger lattice constant and that of the other part (14 ") a somewhat smaller one Grid constant than the movable grid (13), while the parts of the generated in this way, oppositely moving interference patterns on different photoelectric Cells (3 ', 3 ") fall, the output signals of which are compared with one another.

4. Device according spoke 1, characterized in that the interference pattern through an auxiliary grid is formed, which consists of two parts, the lines in opposite directions relative to the movable grid are slightly inclined (Fig. 4 a) in such a way that two each other oppositely moving interference patterns are formed, which are detected in different cells and the electrical signals of the cells are compared with one another.

5. Device according to claim 1, characterized in that the interference pattern is generated in that the movable grid (13) is imaged on itself by means of optics (18) and in part of the image field a plane-parallel plate (19) for light Permeable material is arranged, which causes such a shift in the image that the interference pattern consists of two oppositely movable parts, which are detected separately while the outputs of the detectors are compared with one another.

Considered publications:
German Auslegeschrift No. 1030 044;
British Patent Nos. 782 831, 816 723;
Journal of Scientific Instruments, Vol. 36, December 1959. pp. 501-504.

1 sheet of drawings