CH465896A

CH465896A - Verfahren zur lichtelektrischen Bestimmung der Winkelstellung eines drehbaren Organs gegenüber einer Nullstellung und Vorrichtung zu dessen Durchführung

Info

Publication number: CH465896A
Application number: CH1388066A
Authority: CH
Inventors: Genaehr Rudolf; Schwab Erich
Original assignee: Schneider Co Optische Werke
Priority date: 1966-09-23
Filing date: 1966-09-23
Publication date: 1968-11-30

Description

Verfahren zur lichtelektrischen Bestimmung der Winkelstellung eines drehbaren Organs gegenüber einer Nullstellung und Vorrichtung zu dessen Durchführung
In der Mess-, Regel- und Steuertechnik, z. B. bei Programmsteuergeräten, Waagen und ähnlichen Geräten, ist es bekannt, zur Messung von Winkeln Potentiometer, Drehmelder, induktive oder kapazitive Drehwandler, inkrementale Winkelimpulsgeber oder Winkelcodierer zu verwenden. Man arbeitet bekanntlich nach analogen oder digitalen Messverfahren.

Gemäss dem erfindungsgemässen Messverfahren wird die Winkelstellung eines drehbaren Organs, z. B. eines Zeigers, gegenüber einer Nullstellung in der Weise ermittelt, dass ein erstes optisches Bauelement, das teilweise in der Welle eines mit konstanter Drehzahl laufenden Motors angeordnet ist, einerseits über ein die Messstellung markierendes optisches Bauelement und anderseits über ein die Nullstellung festlegendes drittes optisches Bauelement Lichtimpulse erhält, worauf die Zeitunterschiede zwischen diesen beiden Lichtimpulsen erfasst und in photo elektrischen Wandlern in elektrische Impulse, die die zu messende Grösse anzeigen, umgewandelt werden.

Es ist dabei ohne Bedeutung, nach welcher Richtung das die Messstellung markierende optische Bauelement abweicht. Das erfindungsgemässe Messverfahren gestattet es, laufend jeden Winkel, den die beiden optischen Bauelemente miteinander bilden, über die Zeitmessung zu bestimmen. Dabei ist Voraussetzung, dass das die Messstellung markierende optische Bauelement sich langsamer bewegt als das impuls empfangende optische Bauelement.

Zur Leitung des Lichtes, das in bekannter Weise durch Lichtquellen zugeführt wird, dienen mit Vorteil faseroptische Bauelemente, z. B. Lichtleitbündel aus dünnen Fasern, aus Glas oder Kunststoff.

Durch die Anwendung faseroptischer Bauelemente ist es möglich, Drehbewegungen über 3600, auch bei hoher Drehzahl, bzw. andere Grössen in drehenden Teilen schleifringlos zu messen.

Nachfolgend werden beispielsweise Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen lichtelektrischen Messverfahrens anhand der beigefügten Zeichnung erläutert.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist auf einer Zeigerscheibe 1 ein faseroptisches Lichtleitbündel 2 aus Glasfasern angeordnet, das an der Eintrittsstelle E2 Licht von einer Lichtquelle 7 erhält. Von der gleichen Lichtquelle 7 wird über die Eingangsstelle E9 ein weiteres faseroptisches Lichtleitbündel 9 aus Glasfasern gespeist, das zur Festlegung der Nullage dient.

Das von den faseroptischen Lichtleitbündeln 2 und 9 geleitete Licht trifft in der Nullstellung je über eine kleine Luftstrecke und über die Ausgänge A2 und A9 sowie die Eingänge E53 und ES2 gleichzeitig auf ein faseroptisches Lichtleitbündel 5 aus Glasfasern auf der Scheibe 3, die mit der Welle eines sich ständig drehenden Synchronmotors 4 fest verbunden ist. Das Lichtleitbündel 5 leitet das Licht über den Ausgang A5 weiter zu einem photoelektrischen Wandler 8, der die Lichtimpulse in elektrische Impulse wandelt, die hernach in üblicher Weise, z. B. durch einen Miller-I, ntegrator oder einen elektronischen Zähler, ausgewertet werden. Sobald die beiden Lichtleitbündel 2 und 9 miteinander leinen Winkel bilden, erhält das sich ständig drehende Bündel 5 vom Bündel 2 später Licht als vom Bündel 9.

Diese Zeitdifferenz wird über den photoelektrischen Wandler 8 in der angegebenen Weise gemessen.

Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 die Lichtquelle 7 und der photoelektrische Wandler 8 zwischen den Scheiben 1 und 3 angeordnet sind, befinden sie sich bei der Ausführungsforin nach Fig. 2 ausserhalb dieser Scheiben. Die Lichtquelle 7 ist so angeordnet, dass sie Licht durch das Lichtleitbündel 13 und das durch die Welle des Motors 4 geführte und sich mit ihr drehende Lichtleitbündel 11 auf den Eingang E2 von Lichtleitbündel 2 schickt, von wo das Licht durch den Ausgang A2 und den Eingang E51 zum Lichtleitbündel 5 gelangt. Dieses ist ebenfalls durch die Welle des Motors 4 geführt. Es ummantelt auf dieser Strecke das Lichtleitbündel 11 und dreht sich mit ihm und der Welle des Synchronmotors.

Durch das Lichtleitbündel 5 wird das Licht über den Ausgang A5 und den Eingang E12 durch das Lichtleit bündel 12 zum photoelektrischen Wandler 8 geleitet.

Das Lichtleitbündel 12 umgibt das Lichtleitbündel 13 bis zu der Stelle, wo das Lichtleitbündel 12 zum Wand ler 8 und das Lichtleitbündel 13 zur Lichtquelle 7 aus einandergehen.

Das zur Kennzeichnung der Nullage dienende Lichtleitbündel 9 wird durch eine zusätzliche Lichtquelle 7a gespeist. Man kann auf diese zusätzliche Lichtquelle verzichten, wenn das Lichtleitbündel 9 bis zur Lichtquelle 7 geführt wird.

Eine weitere, dritte Ausführungsform der Erfindung zeigt Fig. 3. In diesem Falle werden zwei photoelektrische Wandler verwendet, wobei der Wandler 8 und die Lichtquelle 7 in ihrer Zuordnung zu den Lichtleitbün dem 12 und 13 gegenüber der Vorrichtung nach Fig. 2 vertauscht sind und ein zusätzlicher photoelektrischer Wandler 8a am Ausgang A9 des Lichtleitbündels 9 angeordnet ist.

Der Lichtweg geht nun von der Lichtquelle 7 über die Lichtleitbündel 12, 5, 2, 11 und 13 zum Wandler 8 bzw. über Lichtleitbündel 12, 5 und 9 zum zusätzlichen Wandler 8a. Der den Nullpunkt markierende Impuls kommt so aus dem zusätzlichen Wandler 8a, während der den zu messenden Winkel markierende Impuls aus dem Wandler 8 kommt.

Um zu vermeiden, dass bei den Ausführungsformen nach Fig. 2 und 3 durch Reflexion an den Endflächen bei E12/A5 und A13/E11 (Fig. 2) bzw. bei A12/E5 und E13/A11 (Fig. 3) Licht direkt vom Bündel 13 in Bündel 12 bzw. umgekehrt oder vom Bündel 5 in Bündel 11 bzw. umgekehrt gelangt, ist es zweckmässig, auf der einen Seite, z. B. bei A13/E11 (Fig. 2) bzw. E13/A11 (Fig. 3), das äussere Lichtbündel über das innere und auf der anderen Seite bei E12/A5 (Fig. 2) bzw. A12/E5 (Fig. 3) das innere über das äussere Lichtbündel vorstehen zu lassen, wie es Fig. 4 entsprechend der Vorrichtung bei Fig. 3 zeigt.

Das beschriebene Verfahren hat gegenüber den bisher verwendeten Arbeitsweisen eine Reihe von Vorteilen. Wegen der berührungslosen Abtastung hat der Markierungszeiger, insbesondere wenn leichte faseroptische Bauelemente verwendet werden, ein sehr kleines Trägheitsmoment, so dass die Messistelle nur gering belastet wird.

Die photo elektrischen Wandler können ohne Änderung der konstruktiven Ausbildung der Vorrichtung analog und digital verwendet werden. Bei digitaler Arbeitsweise ist nur ein einfacher elektrischer Vorwärtszähler erforderlich.

Claims

Wenn die Lichtführung über faseroptische Bauelemente erfolgt, ist die Vorrichtung wenig empfindlich und das bei bekannten Vorrichtungen erforderliche Justieren und Nachjustieren nicht nötig. Mittels der Ausführungsformen nach den Fig. 2 und 3 können auch Drehbewegungen über 360" gemessen werden, PATENTANSPRÜCHE I.

Verfahren zur lichtelektrischen Bestimmung der Winkelstellung eines drehbaren Organs gegenüber einer Nullstellung, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes optisches Bauelement, das teilweise in der Welle eines mit konstanter Drehzahl laufenden Motors angeordnet ist, einerseits über ein die Messstellung markierendes zweites optisches Bauelement und anderseits über ein die Nullstellung festlegendes drittes optisches Bauelement Lichtimpulse erhält, worauf die Zeitunterschiede zwi schen diesen beiden Lichtimpulsen erfasst und in photo elektrischen Wandlern in elektrische Impulse, die die zu messende Grösse anzeigen, umgewandelt werden.

II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch einen Syn chronmotor (4), durch eine mit der Welle des Motors fest verbundene Scheibe (3), auf der ein Lichtleitbündel (5) angeordnet ist, durch eine drehbare Scheibe (1), auf der ein die Messstellung markierendes Lichtleitbündel (2) angeordnet ist, durch ein die Nullage kennzeichnendes feststehendes Lichtleitbündel (9), durch mindestens eine Lichtquelle, die die beiden letztgenannten Licht leitbündel (2 und 9) speist, und durch mindestens einen photoelektrischen Wandler.

UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtleitbündel aus Glas- oder Kunststoffasern bestehen.

2. Vorrichtung nach Unteranspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Lichtleitbündel ungeordnete faseroptische Bauelemente sind.

3. Vorrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Lichtquellen vorhanden sind, von denen die eine das von der zu messenden Grösse beeinflusste Lichtleitbündel, die andere das die Nullage kennzeichnende Lichtleitbündel speist.

4. Vorrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwei photoelektrische Wandler vorhanden sind, von denen der eine über das die Nullage kennzeichnende Lichtleitbündel, der andere über das die zu messende Grösse anzeigende Lichtleitbündel Lichtimpulse erhält.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit der drehbaren Welle verbundenes Lichtleitbündel optisch mit mindestens einem stationären Lichtleitbündel gekoppelt ist.

6. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (7) so angeordnet ist, dass ihr Licht durch ein Lichtleitbündel (13), über eine kurze Luftstrecke und durch ein weiteres Lichtleitbündel (11) dem die Messstellung markierenden Lichtleitbündel (2) zugeleitet wird, dass das die Nullage kennzeichnende Lichtleitbündel (9) aus der gleichen oder aus einer zusätzlichen Lichtquelle (7a) gespeist ist, wobei das die Messstellung markierende Lichtleitbündel (11) von dem die Nullage kennzeichnenden Lichtleitbündel (12) ummantelt ist und so durch die Welle des Motors (4) geführt ist, dass sich diese beiden Lichtleitbündel (11 und 12) mit der Welle drehen, wobei diese Lichtleitbündel (11 und 12) zwischen dem Motor (4) und der Lichtquelle (7) bzw.

dem photoelektrischen Wandler (8) so angeordnet sind, dass das von der Lichtquelle (7) kommende Lichtleitbündel (13) von dem zum Wandler führenden Lichtleitbündel (12) ummantelt ist.

7. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lichtquelle (7) so angeordnet ist, dass ihr Licht durch ein Lichtleitbündel (13), über eine kurze Luftstrecke und durch ein weiteres Lichtleitbündel (11) dem die Messstellung markierenden Lichtleitbündel (2) zugeleitet wird und das die Nullage kennzeichnende Lichtleitbündel (9) aus der gleichen Lichtquelle (7) oder aus einer zusätzlichen Lichtquelle (7a) gespeist wird, wobei diese Lichtleitbündel (11 und 12) zwischen dem Motor (4) und der Lichtquelle (7) bzw. dem photoelektrischen Wandler (8) so angeordnet sind, dass das zum Wandler führende Lichtleitbündel (13) von dem von der Lichtquelle kommenden Lichtleitbündel (12) ummantelt ist.

8. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Vermeidung einer Lichtreflexion an den Enden der Lichtleitbündel, von denen das eine das andere umgibt, am einen Ende das äussere Bündel über das innere und am gegenüberliegenden anderen Ende das innere Bündel über das äussere vorsteht.