DE2144487B2 - Einrichtung zur beruhrungslosen Messung - Google Patents

Description

3 4

kierungen gegenüber einer Bezugslage mit Abbildung dunkle Bereiche angedeutet, das Licht verschieden des Objektes auf ein Gitter und Messung des dieses stark hindurchläßt, enthalten die Ausgangssignale der Gitter durchsetzenden Lichtflusses mittels fotoelek- Fotozellen 10, 11 veränderliche Gleichanteile enttrischer Mittel, deren Ausg^ngssignale eine der Be- sprechend der zeitlichen Änderung der Helligkeitswegungsgeschwindigkeit proportionale Frequenzkom- 5 verteilung in der Ebene des Gitters 5 infolge der ponente aufweisen. Diese Einrichtung zeichnet sich Bewegung des Objektes 1. Durch die Überlagerung dadurch aus, daß zur Unterdrückung der Gleich- der Objektstruktur mit der Struktur des Gitters ergibt signalanteile in den Ausgangssignalen der fotoelek- sich eine Ausfilterung der Bildstrukturanteile, deren triscLcn Empfänger im Abbildungsstrahlengang ein Ortsfrequenz der Gitterkonstante entspricht. Dabei doppelbrechendes, in der Ebene des Gitters zwei um io werden zusätzliche niederfrequentere Bildanteile als eine halbe Gitterkonstante gegeneinander verschobene störender GleichlichtanteiJ durchgelassen. Für das Bilder erzeugendes Bauteil vorgesehen ist und daß um eine halbe Gitterkonstante versetzte Bild gilt uas dem Gitter über einen polarisierenden Teiler zwei foto- gleiche, aber mit dem Unterschied, daß nur die der elektrische Empfänger nachgeschaltet sind. Mit Vorteil Gitterkonstante entsprechende Ortsfrequera gegenkann als doppelbrechendes Bauteil ein Wollaston- 15 über dem erstgenannten Ortssignal um 180° in der Prisma vorgesehen sein. Auch können Mittel zur Phase verschoben ist. Durch anschließende Differenzdefinierten, vorzugsweise kontinuierlichen Bewegung bildung der aus den beiden Bildanteilen gewonnenen des Gitters relativ zur optischen Achse des Gerätes elektrischen Signale erhält man eine Elimination der vorgesehen sein. gleichphasigen Gleichlichtanteile und eine Addition

Der besondere Voiteil des Anmeldungsgegenstandes 20 der gegenphasigen Signalanteile der ausgefilterten

gegenüber Bekanntem liegt darin, daß er bei Ver- Ortsfrequenz. Bei Bewegung des Objektes wird dann.

Wendung von Gegentaktsignalen die Anwendung von wie bekannt, die Ortsfrequenz in geschwindigkeits-

Gittern mit hoher Linienzahl zuläßt, was sich erheblich proportionale Zeitfrequenz umgesetzt und gemessen,

in der Signalqualität und damit in der Meßgenauigkeit Es ist natürlich auch möglich, bei ortsfester Lage des

auswirkt. 25 Objektes das Gitter 5 relativ zur optischen Achse des

Ein Ausführungsbeispiel für die neue Einrichtung Gerätes definiert zu bewegen (Antrieb 15, gestrichelt ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und nach- angedeutet). Tut man solches beispielsweise gleichfolgend beschrieben. förmig in einer Richtung, so erhält man am Ausgang

Mit dem Bezugszeichen 1 ist ein bewegtes trans- des Empfänger« bei ruhendem Objekt eine Zeitfrequenz, parentes Objekt bezeichnet, dessen Relativgeschwindig- 30 die nur der Bewegungsgeschwindigkeit des Gitters 5 keit im Durchlicht gemessen werden soll. Dieses proportional ist. Bei bewegtem Objekt dagegen erhält Objekt 1 wird von einer Lampe 2 über einen Konden- man eine Zeitfrequenz, die je nach Bewegungssor 3 beleuchtet. Ein Objektiv 4 bildet das Objekt in richtung des Objektes entweder der Summe oder der die Ebene eines Gitters 5 ab. Dabei erzeugt ein zwi- Differenz von Objekt- und Gitterbewegungsgeschwinschen die Objektivlinsen gesetztes Wollaston-Prisma 6 35 digkeit proportional ist. Aus diesen Signalen lassen durch Doppelbrechung zwei Objektbilder, die in der sich in bekannter Weise durch Vergleich mit einem Gitterebene 5 um eine halbe Gitterkonstante senkrecht nur von der Gitterbewegung abgeleiteten Signal (z. B. zu den Gitterstrichen gegeneinander versetzt sind. mittels eines phasenempnndlichen Gleichrichters) Das Licht je eines Bildes wird nach Filterung durch das Größe und Richtung der Objektbewegung bestimmen. Gitter 5 über einen polarisierenden Teiler 7 und 40 Soll die Ortslage gemessen werden, so muß die AnKondensoren 8, 9 je einem der fotoelektrischen zahl der durchlaufenen Perioden am Ausgang des Empfänger 10, 11 zugeführt. Vergleichers unter Berücksichtigung der ebenfalls vor-

Da die Objektstruktur, wie auf dem Objekt 1 durch handenen Richtungsinformation gezählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

den Abtastern, aus der man über den Abbildungs-Patentansprüche: maßstab die Objektgeschwindigkeit V0 erhält, als

1. Einrichtung zur berührungslosen Messung

der Geschwindigkeit von Objekten ohne spezielle 5 _v„' = —.

optische Markierungen gegenüber einer Bezugslage ^r

mit Abbildung des Objektes auf ein Gitter und
Messung des dieses Gitter durchsetzenden Lichtflusses mittels fotoelektrischer Mittel, deren Aus- Dieses bekannte Verfahren bedingt mit regelbarem gangssignale eine der Bewegungsgeschwindigkeit io Speicher und Korrelator einen komplizierten, störproportionale Frequenzkomponente aufweisen, anfälligen Geräteaufwand und liefert nur eine über d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß zur Un- die Speicherzeit τ gemittelte Durchschnittsgeschwindigterdrückung der Gleichsignalanteile in den Aus- keit.

gangssignalen der fotoelektrischen Empfänger Schließlich kann man das bewegte Objekt auf ein

(10, 11) im Abbildungsstrahlengang ein doppel- 15 ^{Gitter 0}^ ^der Linienzahl k pro Millimeter abbilden, brechendes, in der Ebene des Gitters (5) zwei um hinter dem ein Fotoempfänger das vom Objekt eine halbe Gitterkonstante gegeneinander ver- kommende Licht aufnimmt und vorzugsweise bei schobene Bilder erzeugendes Bauteil (6) vorgesehen Vorliegen einer bestimmten Ortsfrequenz in der ist und daß dem Gitter (5) über einen polarisieren- Helligkeitsverteilung des Objektes eine Wechseiden Teiler (7) zwei fotoelektrische Empfänger 20 spannung abgibt, deren Frequenz / der Geschwindig-(10,11) nachgeschaltet sind. te't des Objektbildes ν relativ zum Gitter und zu k

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- proportional ist. Es gilt
kennzeichnet, daß als doppelbrechendes Bauteil

ein Wollaston-Prisma (6) vorgesehen ist. f = ν ■ k .

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 2s

kennzeichnet, daß Mittel (15) zur definierten, Dieses Signal ist überlagert von längerperiodischen vorzugsweise kontinuierlichen Bewegung des Git- Signalen (Gleichlicht) entsprechend dem Integral über ters(5) relativ zur optischen Achse des Gerätes die Bildanteile mit Ortsfrequenzen, die k nicht entvorgesehen sind. sprechen. Zur Unterdrückung dieses Gleichlicht-

30 anteils ist eine Einrichtung mit einem speziellen Fotoempfängerpaar mit ineinandergeschachtelten strei-

fenförmigen Elektroden bekannt, die nur aus Bildanteilen mit k entsprechender Ortsfrequenz ein Gegentaktsignal liefert, und bei der sich die Gleichtaktanteile 35 anderer Signale durch eine differenzbildende Brücken-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur schaltung herausheben. Die speziellen Fotoempfänger

berührungslosen Messung der Geschwindigkeit oder dieser bekannten Einrichtung bedingen infolge ihrer

des Weges von Objekten ohne spezielle optische Mar- schwierigen Geometrie wiederum hohen Aufwand,

kierungen gegenüber einer Bezugslage. und sie begrenzen, da sie sich nicht mit beliebiger

Es sind bereits optische Geschwindigkeitsmeßein- 40 Feinheit herstellen lassen, die Streifenzahl, welche in

richtungen bekannt, bei denen Relativbewegungen unmittelbarem Zusammenhang mit der Meßgenauig-

eines Objektes gegenüber einem fotoelektrischen keit des Systems steht.

Empfänger von der Relativgeschwindigkeit abhängige Ferner ist eine Vorrichtung zur Steuerung von Luft-Meßgrößen erzeugen. Dabei verwendet man grund- bildkameras zur Bildbewegungskompensation bekannt sätzlich drei verschiedene Methoden: 45 (Journ. Opt. Soc. of America, Vol. 53, Nr. 12, 1963, Einmal kann man das anzumessende Objekt mit S. 1416 bis 1422), bei der mittels Parallelschlitzgittern monochromatischer kohärenter Strahlung bestrahlen, eine Lichtmodulation erzielt und daraus Signale dann das am Objekt gestreute Licht einfangen, dessen mit geschwindigkeitsproportionaler Frequenz erhalten Frequenz infolge Dopplerverschiebung beeinflußt ist, werden. Dabei sind zur Unterdrückung der Gleich- und sodann die Frequenz des Streulichtes durch Inter- 50 signalanteile zwei um eine halbe Gitterkonstante verferenz mit der Primärstrahlung oder mit in entgegen- schoben nebeneinanderliegende Gitter vorhanden, gesetzter Richtung frequenzverschobenem Licht mes- welche durch zwei fotoelektrische Empfänger absen. Dieses bekannte Verfahren bedingt im Hinblick getastet werden. Die dadurch bedingte Parallaxe ist auf die erforderlichen Laser und Interferometer einen insbesondere für geringe Flughöhen bzw. geringe in vielen Fällen untragbaren apparativen Aufwand. 55 Objektentfernungen in vielen Fällen untragbar.

Zum anderen kann man das bewegte Objekt in eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur Bildebene abbilden, in der mindestens zwei in Be- berührungslosen Messung der Geschwindigkeit von wegungsrichtung versetzte fotoelektrische Abtaster Objekten ohne spezielle optische Markierungen gegenangeordnet sind. Das Signal des ersten Abtasters, der über einer Bezugslage zu schaffen, bei der in äußerst in der Bewegungsrichtung als erster angeordnet ist, 60 einfacher Weise die angeführten Nachteile bekannter wird für eine vorgewählte Zeit τ in einem Kurzzeit- Einrichtungen vermieden sind, die sich mit handelsspeicher gespeichert und danach mit dem vom üblichen optischen und elektronischen Bauteilen leicht nächsten um die Strecke c verschobenen zweiten Ab- realisieren läßt und eine große Flexibilität in bezug taster gelieferten Signal in einem Korrelator verglichen. auf die speziellen Eigenarten vorliegender Meßobjekte Dabei wird die Speicherzeit τ so geregelt, daß das 65 aufweist.

Signal des zweiten Abtasters mit dem verzögerten des Gegenstand der Erfindung ist eine Einrichtung zur

ersten Abtasters zeitlich zusamnaßtrfäfTt Dann ergibt berührungslosen Messung der Geschwindigkeit oder

sich die GeschwindigkeiWtesObjektbildes relativ zu des Weges von Objekten ohne spezielle optische Mar-