Vorrichtung zum Messen der Grosse der Verdrehung einer Welle
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Grösse der Verdrehung einer Welle.
Die Verdrehung einer Welle kann zweckmässig gemessen werden, indem die Bewe ; ung der Welle in elektrische Impulse um ; ewandelt wird und die Impulse in einen Zähler von bekannter Art gelangen, wo sie wfgezeichnet oder angezeigt werden. Die Verdrehung kann durch versehiedene Verfah ren in elektrische Impulse umgewandelt werden, zum Beispiel indem ein Lichtbündel ge ; wungen wird, unterbrochen zu werden, wenn die Welle mit einer Scheibe sich dreht, die ein Gitter trÏgt, so dass die Anzahl von Un terbrechungen proportional zu der Verdrehung der Welle ist, wobei das unterbrochene Ldchtbündel auf eine lichtempfindliche Vorrichtung fällt und die so gebildeten Impulse :
eeignet verstärkt werden, damit sie gezÏhlt werden können. Ein feststehendes, gleich durchl. ochtes Gitter wird zweekmässigerweise zwischen das sich bewegende Gitter und die liehtempfindliche Vorrichtung angebracht, damit eine Blende entsteht. Alternativ können lie Impulse elektromagnetisch gebildet werlen, zum Beispiel durch die Bewegung einer Scheibe, welche eine Umfangs-Zickzackbahn aus leitendem Material konzentrisch zu ihrer : \chse trägt, wobei das Material mit einem Hochfrequenz-Wechselstrom beschickt ist und in lmmittelbarer Nähe einer gleichen feststehenden Anordnung aus leitendem Material ist, welche Impulse empfängt, wenn die Ma- terialbahnen aneinander vorbeigehen.
Impulse können auch elektrostatisch durch eine Anordnung abgeleitet werden, bei welcher die Bewegung eines sich drehenden Gliedes die Kapazität zwischen sieh und einem feststehenden Glied verändert.. Solche Gitter und leitende Scheiben werden zweckmässigerweise durch Photoätzung erzeugt.
Ausser wenn es moglich ist, zwischen den Impulsen, die gesendet werden, wenn. die Welle vorwärts lÏuft und wenn sie umgekehrt läuft, zu unterscheiden, sind solche Verfahren für die Bestimmung der Verdrehung von Wellen, welche umkehren oder pen- deln können, nicht geeignet, da die Gesamt- bewegung der Welle aufgezeichnet oder angezeigt würde, das heisst sowohl die R ck wärts-als auch die Vorwärtsbewegung der Welle, und dies würde einen ernsthaften Fehler einfiihren. Bei solchen Anwendungen, zum Beispiel Waagen, bei denen sich die Welle in eine Gleichgewichtslage bewegt und ihre Lage bestimmt werden soll, war es notwendig, wenn Impulszählsysteme benutzt wur- den,
dass die Waage in einem solchen Ausmass gedämpft wurde, dass im Gleichgewichtszu- stand kein Pendeln stattfand. Dies ist ein Nachteil, da durch Dämpfungsmittel die Ge nauigkeit der Wägemaschine herabgesetzt und auch die Wägegeschwindigkeit verringert wird.
Es ist vorgeschlagen worden, die Umkehr der Zähler durch Erzeugung von Impulsen 90 ausser Phase zu den erstgenannten Impulsen zu bewirken, und da die Phasenbeziehung sich mit dem Drehsinn verändert, wird das zweite Signal benützt, um Durchlässe in dem Zähler so vorzubereiten, dass subtra- hiert wird, wenn-der Drehsinn umkehrt. Dieses Betriebsverfahren hat den Nachteil, dass sich addierende Ungenauigkeiten möglich sind, wenn die Welle zum Beispiel pendelt oder vibriert.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Messen der Grösse der Verdrehung einer Welle vorgesehen, welche Vorrichtung die Nachteile der bekannten Vorrichtungen behebt und durch die Verdrehung der Welle betätigte Mittel zur Erzeugung von zwei Sätzen von elektrischen Impulsen aufweist, welche gegeneinander phasenverscho- ben, jedoch nicht um 180 oder 3'60 sind, wobei einer dieser Sätze von Impulsen rechteckig gemacht und-differenziert wird, womit abwechselnd Impulse von entgegengesetztem Vorzeichen erhalten werden, und wobei der andere ursprüngliche Satz von Impulsen je nach dem Drehsinn der Welle Durchlassmittel für die differenzierten Impulse so steuert, dass nur positive oder nur negative Impulse passieren,
wobei diese hindurchgegangenen Impulse die Betätigung eines Zählers bewirken, dessen Zählsinn vom Vorzeichen der vorgenannten Impulse abhängt.
Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungs- gegenstandes ist auf der beiliegenden Zeichnung dargestellt.
Fig. 1, 2 und 3 veranschaulichen schema- tisch die optische Einrichtvmg, die benutzt wird, um Impulse zu erzeugen.
Fig. 4 veranschaulicht die elektrische Schaltung, und
Fig. 5 und 6 veranschaulichen die versehie- denen Impulsdiagramme, die erhalten werden, wenn eine Welle in der einen oder andern Richtung gedreht wird.
In Fig. 1, welche eine Seitenansicht der Anordnung ist, trägt die Welle 11, deren Winkelbewegung bestimmt werden soll, eine durchsichtige Scheibe 12, zum Beispiel aus Glas oder Kunststoff, so dass, wenn die Welle sich dreht, die Scheibe sich entsprechend mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit dreht.
Gewünschtenfalls kann die Scheibe in einer von der gezeigten verschiedenen Lage angeordnet und durch Getrieberäder mit der Welle verbunden werden, so dass sie sich mit einer grösseren oder kleineren Winkelge schwindigkeit als die Welle bewegt. Die Scheibe 2 trägt undurchsichtige, in gleichen Abständen angeordnete, radiale Markierungen 17, welche auf die Scheibe geätzt oder photographiert sein können und welche durch durchsichtige Teile e 18 getrennt sind, wobei die undurchsichtigen und durchsichtigen Teile von gleicher Grösse sind, wie in der in Fig. 2 veranschaulichten Stirnansicht gezeigt ist.
Auf einer Seite der Scheibe befindet sich eine Quelle von parallelem Licht 13 und auf der andern Seite zwei lichtempfindliche Vorriehtungen 15 und 16, zum Beispiel photoelek- trische Zellen, mit einem Durchlass 14 zwischen der Scheibe und den lichtempfindlichen Vorrichtungen.
Der Durchlass 14 weist eine in Fig. 3 in grösserem Massstab gezeigte Platte auf, welche zwei Sätze von abwechselnd durchsichtigen und undurchsichtigen Teilen hat, die den abwech- selnden durchsichtigen und undurchsichtigen Teilen auf der Scheibe entspricht. Die Platte liegt so, dass, wenn die Scheibe 12 sich dreht, ihre durchsichtigen und undurchsichtigen Teile sich über den Durchlass 14 bewegen und sich von Stellungen, in welchen die durchsichtigen Teile übereinstimmen und durch die lichtempfindliche Vorrichtung 15 und 16 Licht empfangen wird, in Stellungen bewegen, in welchen die durchsichtigen und undurch- sichtigen Teile übereinstimmen und durch die lichtempfindliche Vorrichtung 15 und 16 kein Licht empfangen-wird.
Die zwei Sätze von Markierungen auf dem Durchlass sind relativ zueinander versehoben, so dass die dunklen Teile 19 auf dem obern Satz von Markierungen die dunklen Teile 20 auf dem untern Satz von Markierungen um ihre halbe Breite überlappen. Die zwei lichtempfind- lichen Vorrichtungen liegen je eine hinter jedem Satz von Markierungen am Durchlass, wie durch die gestrichelten Linien 15 und 16 gezeigt ist. Auf diese Weise sind die in den lichtempfindlichen Vorrichtungen erzeugten Impulse ausser Phase. Das aus der Scheibe austretende Lichtbündel kann durch einVer grosserungssystem hindurchgehen, und das vergrösserte Bild eines Bereiches der Scheibe kann auf den Durchlass fokussiert werden.
Fig. 4 veranschaulicht das Schaltungsschema, welches zur Betätigung dieser Ausführungsform benutzt wird. Die zwei lichtempfindlichen Vorrichtungen sind bei V1 bzw.
V2 (V, und V2 entsprechen 115 und 16 in Fig. 1) gezeigt. Vg und V4 sind im Sättigungs- bereich arbeitende Verstärker, C, ist ein Kondensator, R1 - ein Widerstand, welche Kombination als Widerstands-Kapazitätskopplung arbeitet, und X. i nnd X2 sind Dioden, zum Beispiel Hochvakuum-oder Kristall-Dioden.
V ist ein Multivibrator-Impulsformer, welcher, wenn durch einen auf das Gitter der linken Triode gegebenen positiven Impuls diese Triode leitend wird, sich ein negativer Rechteckimpuls an der Anode ergibt. Dieser soll den Mehrkathodenzähler V7 (vgl. hierfür Patent Nr. 331i568) steuern. Vs ist eine ähn- liche Art von Impulsformer, wird jedoch nur betätigt,, wenn ein Impuls auf dem linksseitigen Teil die bestehende Vorspannung und die zusätzliche, durch das Signal von V4 hervor gerufene Vorspannung überwindet. X3, X4, X5 und X6 sind Dioden.
Das Umschalten erfolgt am wirksamsten, wenn der Wert von 2 im Vergleich mit dem Widerstand von X1 und X2 in Sperrichtung niedrig und im Vergleich mit dem Widerstand von Xl und X2 in Durchlassrichtung plus R3 bzw. R4 hoch ist. Die mit HT bezeichneten Leitungen sind an Quellen hoher Gleichspannmg angeschlossen.
Wenn die Welle sich dreht, werden durch Vi erzeugte Impulse nach V3 zugeführt, die einen Rechteckwellenausgang ergeben, welcher bei A in Fig. 5 gezeigt ist, wenn die Drehung der Welle von der photoelektrisclen Zelle aus gesehen im Uhrzeigersinn erfolgt.
Gleichzeitig werden Impulse von V2 nach 74 zugeführt, wo sie einen Rechteckwellenaus- gang ergeben, welcher bei B in Fig. 5 gezeigt ist. Der Ausgang von V4 ist um 90¯ phasenverschoben gegenüber dem von 73 und eilt ihm vor. Der Rechteckwellenausgang von V3 wird durch die Widerstands-: apazitäts- kopplung CRl differenziert, welche die bei C in Fig. 5 gezeigte Welle ergibt. Bei dieser Drehung der Welle 11 stimmen die positiven Impulse im differenzierten Diagramm zeitlich mit der Mitte der positiven Impulse von V überein, während die negativen Impulse des differenzierten Diagrammes mit den Mitten der negativen Impulse von V4 übereinstim- men.
Die Impulse von V4 (Wellendiagramm B in Fig. 5) und die differenzierten Impulse von CiRt (Wellendiagramm C in Fig. 5) werden beide den Dioden X,-and X2 zugeführt und die Impulse, welche durch die Dioden Xi und X2 hindurchgehen, gelangen nach Vso Die Diode X2 mit dem Widerstand R4 ist so angeordnet, dass sich ein niedriger Widerstand für negative Impulse, jedoch nicht für positive Impulse ergibt. Somit werden diese von C :, R, oder von V4 kommenden nega tiven. Impulse unterdrückt und erreichen das Gitter von Vs nicht.
X2 ist jedoch nicht we sentlich, weil Vs durch negative Impulse nicht ausgelost wird. Daher ergibt die Anordnung der Widerstände R2 und R3 im Zusammenwirken mit Xi einen Durehlass, welcher gestattet, dass ein positiver Impuls von der differenzierten Welle von V3 nach Vs nur hindurchgeht, wenn ein entsprechender posi tiver Impuls von V4 X1 erreicht.
Wenn somit die Welle sich im Uhrzeigersinn dreht, werden die negativen Impulse der Welle C (Fig. 5) und auch diejenigen von V4 unterdrückt, während die positiven Impulse von der Welle C bei X1 mit einem positiven Im plus von V4 bereinstimmen, so dass die auf V5 übergegangene resultierende Welle die Folge von positiven, bei D in Fig. 6 gezeigten Impulsen ist.
Diese werden dem Impulsformer Vg zugeführt, welcher negative Impulse mit derselben Geschwindigkeit ergibt, wie die positiven eingef hrt werden, und diese werden durch g3 und X4 der ersten Leitbahn des ZÏhlers V7 und durch einen Verzöge- rungskreis der zweiten Leitbahn des Zählers zugeführt, so dass dieser in Vorwärtsrichtung betätigt wird.
Die von Cirai differenzierte Welle wird auch dem rechten Gitter des Impulsformers V6 zugeffihrt, während die Impulse von V4 dem linken Gitter von V6 zugeführt werden.
Bei der vorliegenden Schaltmng ist der An odenbelastungswiderstand des rechtsseitigen Triodenteils von V6 viel niedriger gewählt als der des linksseitigen. Wegen der normalen Ventilwirkung und in der Abwesenheit von irgendwelchen Gleichstrom-Kreuzverbindungen zwischen den Triodenteilen wird die rechtsseitige Triode ganz eingeselialtet und die sich ergebende über den gemeinsamen Kathodenwiderstand erzeugte Spannung sperrt die linksseitige Triode.
Wenn Impulse von im wesentlichen gleicher Amplitude von gleichem Vorzeigen an den Gittern der beiden Triodenteile von V6 ankommen (wenn sieh die zwei photoelektrisehen Seheiben im Uhr- zeigersinn drehen), ist die vorstehende Bedingung (rechte Seite ganz eingeschaltet, linke Seite gesperrt) unverändert, lmd es wird somit von der Anode der linksseitigen Triode kein Impuls erzeugt. Wenn die Welle sich in dem genannten Uhrzeigersinn dreht, sind die V6 zugeführten Impulse entweder ein positiver Impuls auf der linken Seite von V4, der mit einem positiven Impuls von C1R1 auf der rechten Seite bereinstimmt, oder ein negativer Impuls auf der linken Seite von VS, der mit einem negativen Impuls von CR, übereinstimmt.
Der Multivibrator V6 wird daher nicht umgeschaltet und liefert keine Impulse.
Wenn sich die Welle in der entgegengesetzten Richtung (Gegenuhrzeigersinn) clreht, werden verscliiedene Wellen erhalten, welche in Fig. 6 gezeigt sind. E ist die von V3 erhaltene Welle, während F die von V4 erhaltene Welle ist, und die differenzierte Welle von E ist bei G gezeigt. Der Ausgang von V9 ist ausser Phase mit dem Ausgang von V3 und eilt ihm um 270 nach, so dass die positiven Impulse von V4 denjenigen von V3 um eine Hälfte ihrer Länge voreilen.
Das heisst, dass in der differenzierten Welle G die positiven Impulse zeitlich mit den negativen Impulsen in der Welle F übereinstimmen und die negativen Impulse in G mit den positiven Impulsen in F übereinstimmen.
Wenn die obere Hälfte der in Fig. 4 gezeigten Schaltung betrachtet wird, so werden die von ClDl und von V4 empfangenen negativen Impulse alle in der erwähnten Weise durch X2 unterdrückt. Die positiven Impulse in der differenzierten Welle G, welche bei Xi ankommen, stimmen mit den negativen Impulsen der bei X1 von V4 ankommenden Wel lenform überein. Da Xi positive Impulse nach V5 nur durchlässt, wenn. übereinstim- mende positive Impulse bei Xi ankommen, werden keine positiven Impulse nach V5 durchgelassen, und es werden daher keine Impulse von der obern Hälfte der Schaltung dem.
Zähler zugef hrt.
Die als Ergebnis der Drehung im Gegenuhrzeigersinn nach V6 geführten Impulse sind abwechselnd positive und negative Impulse von CR, nach dem rechten Gitter und abwechselnd negative und positive Impulse nach dem linken Gitter von V4, wobei die positiven Impulse auf dem linken Gitter nun mit den negativen Impulsen auf dem rechten Gitter übereinstimmen. Wenn ein negativer Impuls am rechtsseitigen Gitter mit einem positiven Impuls am rechtsseitigen Gitter übereinstimmt, wird die linke Seite eingeschaltet und die rechte Seite ausgeschaltet.
Dies erzeugt einen Ausgangsimpuls von der linksseitigen Anode von V6 von konstanter Länge, welche durch den Kopplungskonden- sator zwischen der rechtsseitigen Anode und dem linksseitigen Gitter in Verbindung mit den zugehörigen Widerständen bestimmt ist.
Diese konstante Impulslänge tritt auch auf, wenn die Umschaltpotentiale aufrechterhalten werden. V6 wirkt somit als ein elektronischer Durchlass und Impulsformer und veranlasst, dass negative Impulse, wie bei H in Fig. 6 gezeigt ist, iiber Zg und X6 nach der zweiten Leitbahn des Zählers und über einen normalen Verzögerungskreis nach der ersten Leitbahn zugeführt werden. Der Zähler arbeitet somit in der umgekehrten Richtung und zählt durch Subtraktion.
Eine elektromechanische Schaltung statt einer elektronischen wie in Fig. 4 könnte benutzt werden, wenn die Impulse nie rasch aufeinander folgen.
Für sehr rasches Zählen werden vorteilhafterweise umsteuerbare elektronische Zäh- ler, wie hier beschrieben, zum Beispiel gas ; efiillte Mehrkathoden-Rohrenzähler, oder Zähler mit üblichen Elektronenröhren benutzt. Wenn das Vorzeichen der Impulse wechselt, können die Zähler elektronisch umgesteuert werden. Die Zähler können auch bei der Umkehr der Drehung der Welle elek tromeehanisch umgesteuert werden, da normalerweise dann eine gewisse Verzögerung besteht. Elektromeehanische Umsteuerung ist, wie gesagt, geeignet, wenn die Impulse nie einander rasch folgen.
Die vorliegende Einrichtung besitzt viele nützliche wichtige Anwendungen, zum Bei- spiel kann sie in Messeinrichtungen benutzt werden, um die Länge des Materials, zum Beispiel Papier, Gewebe oder Film, anzuzei gen und/oder aufzuzeichnen, welches über eine Rolle läuft, oder um die Bewegung einer Welle von einem Gleichgewichtspunkt zu ? inem ändern Gleichgewichtszustand anzuzeigen und/oder aufzuzeichnen, wie zum Beispiel bei einer Waage. Es ist zu beachten, dass die, Einrichtung so hergestellt werden kann, dass 3ie eine gewünschte Anzeige oder Aufzeich- nung fern von der sich drehenden Welle ergibt.
Dies kann zum Beispiel beim WÏgen von staubigem Material ein Vorteil sein, wo es gewünscht wird, den Zähler in einer staubfreien Atmosphäre zu betätigen. Der Zähler ! : ann gewünschtenfalls eine Druckvorricll- tung betätigen, welche so hergestellt ist, dass sie eine gedruckte Aufzeichnung zu irgendeiner gewünschten Zeit ergibt, zum Beispiel wenn die Welle aufgehort hat, sich zu bewegen.
Bei Benützung der vorliegenden Einrichtung in Verbindung mit einer Waage kann der normale Zeiger der Waage durch eine vorstehend beschriebene Scheibe ersetzt werden, oder die Welle kann sowohl den Zeiger als die Scheibe tragen. Da die Scheibe nicht mehr als wenige Zentimeter Durchmesser zu haben braucht, kann sie im Gewicht sehr leicht geinacht werden, so dass keine Behinde- rung des. freien Arbeitens der Waage besteht. Die vorliegende Erfindung kann in Kombination mit der Waage benutzt werden, welche im britischen Patent Nr. 771052. beschrieben ist, um eine verbesserte Vorrich- tung für die Bestimmung von Brutto-, Taraund-Nettogewichten zu erhalten.
Die vorliegende Vorrichtung ermöglicht eine verbesserte Waage zu erhalten, welche auf die Gleichgewichtsstelle laufen kann, ohne dass f3 Fehler der angezeigten oder aufgezeichneten Gewichte eingeführt werden.