DE19820630A1 - Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten - Google Patents

Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten. Der optische Signalgeber (1) weist eine stationäre Lichtquelle (2) auf, die einen auf das rotierende Objekt (7) gerichteten Lichtstrahl (4) entlang einer optischen Achse (5) erzeugt. Auf der dem optischen Signalgeber (1) gegenüberliegenden Seite des rotierenden Objektes (7) ist ein stationärer optischer Sensor (6) auf der optischen Achse (5) angeordnet. Das rotierende Objekt (7) weist im Bereich der optischen Achse (5) von Signalgeber (1) und Sensor (6) eine diametral verlaufende Bohrung (9) mit einem Eintrittsfenster (10) und einem gegenüberliegenden Austrittsfenster (11) für den Lichtstrahl (4) auf. Im Bereich des Austrittsfensters (11) ist eine Spaltblende (13) und im Bereich des Eintrittsfensters (10) ein Objektiv (12) zur Fokussierung des Lichtstrahls (4) auf die Spaltblende (13) angeordnet. Der Spalt (14) der Spaltblende (13) mit seiner Querausdehnung im wesentlichen senkrecht zu der Rotationsachse (8) des rotierenden Objektes (7) ausgerichtet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Ob­ jekten mit einem optischen Signalgeber und einem optischen Sensor.
Positionserfassungen von rotierenden Objekten, beispielsweise von rotierenden Wellen, werden im Maschinenbau häufig mit Hilfe von Strichscheiben durchgeführt, die mit dem Objekt rotieren und von einem Sensor ausgewertet werden. Es ist hier­ durch möglich, Geschwindigkeit, Lage und gegebenenfalls Drehrichtung des rotie­ renden Objektes zu ermitteln.
Derartige Vorrichtungen sind jedoch nicht dazu geeignet, hochgenaue Positionser­ fassungen durchzuführen, wie sie beispielsweise in der elektronischen Reproduk­ tonstechnik bei der Belichtung von Aufzeichnungsmaterial mittels eines elektroni­ schen Aufzeichnungsgerätes, auch Recorders, Belichter oder Imagesetter genannt, benötigt werden, um eine gute Aufzeichnungsqualität zu erzielen.
In einem Recorder wird ein durch ein Bildsignal modulierter Lichtstrahl mittels einer rotierenden Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung punkt- und zeilenweise über ein zu be­ lichtendes Aufzeichnungsmaterial geführt. Dabei ist das Aufzeichnungsmaterial auf einer Halterung fixiert, die sich relativ zu der Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung bewegt. Um eine gute Aufzeichnungsqualität zu erzielen, muß durch eine genaue Positi­ onserfassung ein Referenzimpuls erzeugt werden, mit dem die Ablenkbewegung des Lichtstrahles und der Transport des Aufzeichnungsmaterials synchronisiert werden.
Aus der DE-OS 195 16 154 ist bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung eines sol­ chen Referenzimpulses bekannt. Die Vorrichtung weist eine stationär angeordnete Lichtquelle auf, die einen auf ein rotierendes Objekt gerichteten Lichtstrahl erzeugt. Der Lichtstrahl wird von einem am rotierenden Objekt befindlichen Spiegel auf ei­ nen stationären optischen Sensor reflektiert, der in einer definierten Winkelposition des rotierenden Objekts einen elektrischen Referenzimpuls erzeugt.
Die bekannte Vorrichtung ist jedoch auch nicht in ausreichender Weise dafür ge­ eignet, erhöhten Anforderungen an eine genaue Positionsfassung gerecht zu wer­ den.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Positionser­ fassung derart zu verbessern, daß eine genaue Positionsmarkierung bei einfachem Aufbau gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Fig. 1 und 2 näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Positionserfassung eines ro­ tierenden Objektes und
Fig. 2 ein Anwendungsbeispiel für die Vorrichtung zur Positionserfassung bei ei­ nem Innentrommel-Recorder.
Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Positionserfassung eines rotierenden Objektes, kurz Positionserfassungs-Vorrichtung genannt. Die Positi­ onserfassungs-Vorrichtung weist einen stationären optischen Signalgeber (1) mit einer Lichtquelle (2) und einem Kollimator (3) auf. Die Lichtquelle (2) erzeugt einen durch den Kollimator (3) kollimierten Lichtstrahl (4) entlang einer optischen Achse (5). Dem optischen Signalgeber (1) gegenüberliegend ist ein optischer Sensor (6) stationär auf der optischen Achse (5) angeordnet.
Zwischen dem optischen Signalgeber (1) und dem optischen Sensor (6) befindet sich als rotierendes Objekt eine Welle (7), deren Rotationsachse (8) im wesentli­ chen senkrecht zur optischen Achse (5) ausgerichtet ist. Die Welle (7) weist in dem Bereich, in dem sich der optische Signalgeber (1) und der optische Sensor (6) auf der optischen Achse (5) gegenüber liegen, eine diametral verlaufende Bohrung (9) mit einem Eintrittsfenster (10) und einem Austrittsfenster (11) für den Lichtstrahl (4) auf. In der Bohrung (9) sind im Bereich des Eintrittsfensters (10) ein Objektiv (12) und im Bereich des Austrittsfensters (11) eine Spaltblende (13) mit einem Spalt (14) angeordnet. Das Objektiv (12) fokussiert den durch das Eintrittsfenster (10) einfallenden Lichtstrahl (4) auf die Spaltblende (13). Der Spalt (14) der Spaltblende (13) ist derart ausgerichtet, daß seine Längsausdehnung in Richtung der Rotati­ onsachse (8) der Welle (7) und seine Querausdehnung (Spaltbreite) senkrecht da­ zu verläuft. Objektiv (12) und/oder Spaltblende (13) können innerhalb der Bohrung (9) in Richtung der Mittellinie (15) verschiebbar angeordnet sein.
Der in dem optischen Signalgeber (1) erzeugte Lichtstrahl (4) fällt jeweils in derje­ nigen Winkelposition der Welle (7), in welcher die optischen Achse (5) des Licht­ strahles (4) mit der optischen Achse (15) von Objektiv (12) und Spaltblende (13) zusammenfällt, durch den Spalt (14) der Spaltblende (13) auf den optischen Sen­ sor (6). Der optische Sensor (6) erzeugt somit einmal pro Umdrehung der Welle (7) einen elektrischen Referenzimpuls, auch "Start-Off-Line Impuls" oder kurz "SOL-Impuls" genannt, der eine definierte Winkelposition der Welle (7) erfaßt.
Dadurch, daß der Lichtstrahl (4) den Spalt (14) als Abschattungselement für den optischen Sensor (6) durchläuft, wird in vorteilhafter Weise eine hohe Flankensteil­ heit des Referenzimpulses und damit eine hohe Genauigkeit bei der Erfassung der Winkelposition der Welle (7) erreicht.
Die Lichtquelle (1) ist vorzugsweise eine Single-Mode-Lichtquelle, beispielsweise eine Laserdiode. Als optischer Sensor (6) kann beispielsweise eine Photodiode verwendet werden. Der Kollimator (3) kann als Achomat oder als plankonvexe bzw. asphärische Linse ausgebildet sein. Zur Einstellung der Fokusebene auf den Spalt (12) der Spaltblende (11) kann der Kollimator (3) in dem optischen Signalgeber (1) entlang der optischen Achse (5) verschiebbar angeordnet werden.
Fig. 2 zeigt ein Anwendungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Posi­ tionserfassung bei einem Innentrommel-Recorder. Bei einem nicht näher darge­ stellten Innentrommel-Recorder ist ein zu belichtendes Aufzeichnungsmaterial (16) an der Innenfläche einer stationären Halbschale oder Belichtungsmulde (17) fixiert. Die pixel- und zeilenweise Belichtung des Aufzeichnungsmaterials (16) erfolgt durch den Lichtstrahl (4), der mit der zu belichtenden Information helligkeitsmodu­ liert ist. Der Lichtstrahl (4) wird durch eine mit der rotierenden Welle (7) gekoppel­ ten Lichtstrahl-Ablenkvorrichtung (18) pixel- und zeilenweise über das Aufzeich­ nungsmaterial (16) geführt, wobei der jeweilige Zeilenbeginn auf dem Aufzei­ chnungsmaterial (16) mittels des einmal pro Umdrehung der Welle (7) in einer defi­ nierten Winkelposition der Welle (7) erzeugten SOL-Impulses signalisiert wird.
Zur Erfassung der definierten Winkelposition der rotierenden Welle (7) bezie­ hungsweise des Lichtstrahls (4) relativ zu einem ortsfesten Bezugspunkt (19) an der Belichtungsmulde (2) ist im Bereich der Welle (7) die erfindungsgemäße Positi­ onserfassungs-Vorrichtung (7) gemäß Fig. 1 vorhanden, die den SOL-Impuls er­ zeugt.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Positionserfassung von rotierenden Objekten mit einem optischen Signalgeber und einem optischen Sensor, dadurch gekenn­ zeichnet, daß
  • - der optische Signalgeber (1) eine stationäre Lichtquelle (2) aufweist, die einen auf das rotierende Objekt (7) gerichteten Lichtstrahl (4) entlang einer optischen Achse (5) erzeugt,
  • - auf der dem optischen Signalgeber (1) gegenüberliegenden Seite des rotierenden Objektes (7) ein stationärer optischer Sensor (6) auf der optischen Achse (5) angeordnet ist,
  • - das rotierende Objekt (7) im Bereich der optischen Achse (5) von Signal­ geber (1) und Sensor (6) eine diametral verlaufende Bohrung (9) mit einem Eintrittsfenster (13) für den Lichtstrahl (4) und einem gegenüberliegenden Austrittsfenster (10) für den Lichtstrahl (4) aufweist,
  • - im Bereich des Austrittsfensters (10) eine Spaltblende (11) und im Bereich des Eintrittsfensters (13) ein Objektiv (14) zur Fokussierung des Lichtstrahls (4) auf die Spaltblende (11) angeordnet sind und
  • - der Spalt (12) der Spaltblende (11) mit seiner Querausdehnung im wesentlich senkrecht zu der Rotationsachse (8) des rotierenden Objektes (7) ausgerichtet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (1) eine Laserdiode ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor 6) eine Photodiode ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalgeber (1) einen auf der optischen Achse (5) angeordneten Kollimator (3) aufweist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (4) als Achromat, als plankonvexe oder als asphärische Linse ausgebildet ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (4) in Richtung der optischen Achse (5) verschiebbar angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (12) und/oder die Spaltblende (13) innerhalb der Bohrung (9) verschiebbar angeordnet sind.
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