CH633105A5

CH633105A5 - Vorrichtung zum messen der verschiebung und/oder der geschwindigkeit eines bewegten koerpers.

Info

Publication number: CH633105A5
Application number: CH1301278A
Authority: CH
Inventors: Alfons Ernst
Original assignee: Heidenhain Gmbh Dr Johannes
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-12-21
Publication date: 1982-11-15
Also published as: FR2413638A1; GB2012947A; FR2413638B1; JPS54109857A; DE2758854C2; JPS6045805B2; US4253021A; DE2758854B1; GB2012947B

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiete von Vorrichtungen zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines relativ zu einer Bezugsfläche bewegten Körpers mit einer ein potisches, spiralenförmiges Streifenmuster aufweisenden, auf der Bezugsfläche unverrückbar oder der Bewegung des Körpers folgend gelagerten, rotierenden Scheibe, einem der Bewegung des Körpers folgenden bzw. an der Bezugsfläche angebrachten Stab mit einem optischen Streifenmuster aus quer zur Bewegungsrichtung angeordneten Streifen, mit einer optischen Anordnung zur Erzeugung einer Abbildung eines der Streifenmuster auf das andere Streifenmuster, einem Detektor zur Messung des vom anderen Streifenmuster abgegebenen Lichtes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals und einer Schaltung zur Auswertung des Referenzsignals und des vom Detektor abgegebenen Messignals.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art besteht das optische Streifenmuster aus einer langen, vielfach gewundenen, lichtdurchlässigen Spirale in der sonst lichtundurchlässigen Scheibe (DE-PS 1 177 353, Fig. 4). Die Ganghöhe der Spirale ist konstant und entspricht dem Streifenabstand der geraden, parallelen Streifen des Streifenmusters des nahe der Scheibe angeordneten Stabs. Um die beiden Streifenmuster zumindest in einem kleinen Sektorbereich der Scheibe in möglichst gute Deckung zu bringen, werden die Streifen des Streifenmusters des Stabs tangential zu den Streifen des Streifenmusters der Scheibe im Sektorbereich und somit im wesentlichen senkrecht zu einer Radialen der Scheibe durch den Sektorbereich angeordnet. Von einer Überdeckung der beiden Streifenmuster ausgehend erreicht man bei ruhendem Stab die nächste Uberdek-kung nach einer Scheibenumdrehung. Die Frequenz des vom Detektor abgegebenen Messignals ist somit gleich der Rotationsfrequenz der Scheibe.

Dies ist von grossem Nachteil für Schaltungen zur Auswertung des Messignals, bei denen die Genauigkeit des Ergebnisses zur Frequenz des Messignals im wesentlichen proportional ist, wie zum Beispiel bei digital arbeitenden Schaltungen, die die Anzahl der Wellenzüge des Messignals und eines Referenzsignals vergleichen. Um eine gewünschte hohe Genauigkeit zu erreichen, müsste die Scheibe mit einer sehr hohen, technisch nur unter grossem Aufwand realisierbaren Geschwindigkeit angetrieben werden.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung sind die Streifen des Streifenmusters der Scheibe radial angeordnet (DE-PS 1 177 353, Fig. 2). Die geraden, parallelen Streifen des Streifenmusters des nahe der Scheibe angeordneten Stabs verlaufen hier in dem, dem Detektor zugeordneten Abbildungsbereich parallel zu einer Radialen der Scheibe durch den Mittelpunkt dieses Abbildungsbereiches. Hierbei ist die Frequenz des Messsignals ein Vielfaches der Frequenz der Scheibe, entsprechend der Anzahl der radialen Streifen und damit ausreichend hoch für die im Vorangehenden angesprochenen Schaltungen zur Auswertung des Messignals. Nachteilig ist hier jedoch, dass die Überdeckung der Streifen der beiden Streifenmuster nur unvollständig gelingt, da die vom Mittelpunkt des Abbildungsbereichs entfernteren radialen Streifen einen mit der Entfernung zunehmenden Winkel mit den parallelen Streifen des Streifenmusters des Stabs bilden. Man erhält daher bei einem für ein ausreichend grosses Messignal ausreichend gross bemessenen Abbildungsbereich ein Messignal mit hohem Störsignalanteil.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrich2

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tung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das die Helligkeitsschwankungen des Abbildungsbereichs wiedergebende Messignal eine zur weiteren Verarbeitung des Signals ausreichende Grösse und Frequenz bei niedrigem Störsignalanteil aufweist.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Streifen des Streifenmusters der Scheibe in Form von Evolventen angeordnet sind, die von einem im Drehpunkt der Scheibe zentrierten Grundkreis ausgehen und dass in der Abbildung des einen Streifenmusters auf dem anderen Streifenmuster die Streifen des Streifenmusters des Stabes im wesentlichen senkrecht zu einer durch die Strecke dieser Streifen gehenden Tangente an den Grundkreis der Streifen des Streifenmusters der Scheibe angeordnet sind.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, weil die evolven-tenförmigen Streifen des Streifenmusters der Scheibe im Abbildungsbereich gleichen Krümmungsmittelpunkt besitzen (Berührpunkt der Tangente am Grundkreis) und daher von parallel zueinander angeordneten Streifen des Streifenmusters des Stabs in eine fast vollständig überlappende Abdeckung gebracht werden können. Auf der Scheibe kann ein Streifenmuster mit einer Vielzahl von evolventenförmigen Streifen angebracht werden. Dieser Anzahl entsprechend ist die Frequenz des Messignals höher als die Frequenz der Scheibe.

Günstig ist es, den Abbildungsbereich so zu legen, dass die Länge der Tangente zwischen Grundkreis und den Streifen der Streifenmuster in der Abbildung grösser ist, als die Länge der Streifen der Streifenmuster in der Abbildung. Dadurch erreicht man, dass aufgrund der geringen relativen Krümmungsradiusänderung zwischen den evolventenförmigen Streifen im Abbildungsbereich die Form dieser Streifen nahezu gleich ist und diese Streifen mit den Streifen des Stabes in sehr gute Überdek-kung gebracht werden können. Die Streifen des Stabes können hierbei entweder als nebeneinander gleich orientiert angeordnete, leicht gekrümmte Streifen ausgebildet sein mit einem Krümmungsradius, der einem mittleren Krümmungsradius der evolventenförmigen Streifen der Scheibe entspricht oder als gerade, parallele Streifen. Letztere Ausführungsform ist besonders einfach herzustellen.

Die Streifenmuster können aus abwechselnd lichtdurchlässigen und -undurchlässigen oder abwechselnd reflektierenden und absorbierenden Streifen gebildet sein. Durch geeignete Kombination von lichtdurchlässigen bzw. lichtreflektierenden Streifenmustern lässt sich eine an die jeweilige Versuchsbedingung optimal angepasste Messvorrichtung aufbauen. Für einen am Körper angebrachten Stab beispielsweise ist ein lichtreflektierendes Streifenmuster vorzuziehen. Die restlichen Bauteile der Vorrichtung können in ein vom Körper entferntes Gehäuse eingebaut sein. Dies ist von Bedeutung in Räumen, in denen ungünstige Bedingungen für Messgeräte herrschen (Schmutz, Kühl- und Schmiermittel bei Werkzeugmaschinen, bei denen Verschiebungen gemessen werden sollen).

Das vom Abbildungsbereich abgegebene Licht erhält dann gleich lange Hell- und Dunkelphasen, wenn die Streifen beider Streifenmuster in der Abbildung gleich breit sind. Das vom Detektor abgegebene Messignal eignet sich besonders gut für die Auswertung durch die Schaltung.

Wird der Körper in Bewegung gesetzt, und damit eines der beiden Streifenmusterbeispielsweise das des Stabes, so ändert sich das Messignal in Phase und Frequenz gegenüber dem Messignal bei ruhendem Körper. Die Frequenzänderung ist dabei der Geschwindigkeit des Körpers, die Phasenverschiebung der vom Körper zurückgelegten Strecke proportional. Zur Ermittlung der von der Bewegung des Körpers herrührenden Änderungen des Messignals wird dieses mit einem Referenzsignal verglichen. Man kann dadurch ein Referenzsignal erhalten, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals eine Abtasteinrichtung zur Abtastung eines insbesondere optischen

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Referenzmusters der Scheibe mittels eines Detektors umfasst. Dies hat den Vorteil, dass sich eventuelle Drehzahlschwankungen der Scheibe in gleicher Weise auf das Messignal wie das Referenzsignal auswirken und, bei geeigneter Auswertung durch die Schaltung, das Messergebnis nicht beeinflussen. Diese Lösung bietet den zusätzlichen Vorteil, dass Rundlauffehler der Lagerung der Scheibe keine Messfehler verursachen, da der das Messignal abgebende Detektor und die das Referenzsignal abgebende Abtasteinrichtung in Messrichtung genau fluchtend angeordnet werden können.

Es erübrigt sich ein eigenes Referenzmuster, wenn das Streifenmuster der Scheibe als das Referenzmuster ausgebildet ist.

Ist es jedoch erwünscht, ein Referenzsignal möglichst hoher Frequenz zu erhalten, so ist es günstiger, das Referenzmuster als Streifenmuster mit radial verlaufenden Streifen auszubilden, da ein eigens hergestelltes Referenzmuster dichter als das für die Abbildung eines Streifenmuster bestimmte evolventenförmige Streifenmuster der Scheibe belegt werden kann und radial verlaufende Streifen besonders einfach herzustellen sind.

Auf die Abtasteinrichtung kann verzichtet werden, wenn ein Funktionsgenerator, insbesondere ein quarzstabilisierter Multi-vibrator vorgesehen wird, von dem bei mit konstanter Geschwindigkeit angetriebener Scheibe das Referenzsignal abgegeben ist.

Die Schaltung zur Auswertung des Referenzsignals und des Messignals kann so ausgeführt sein, dass die Schaltung einen Vorwärts-Rückwärtszähler zur Bildung eines die Verschiebung des Körpers darstellenden Bezugssignals umfasst, der aus dem Messignal und dem Referenzsignal abgeleitete Signale addiert bzw. subtrahiert. Diese Schaltung lässt sich einfach aufbauen und liefert ein die Verschiebung des Körpers darstellendes, digitales Bezugssignal, welches sich gut zur Weiterverarbeitung in Datenverarbeitungsanlagen, beispielsweise Werkzeugmaschinensteuerungen, eignet.

Die Genauigkeit der Messung wird erhöht, wenn man dem Vorwärts-Rückwärtszähler aus dem Messignal und dem Referenzsignal abgeleitete Signale mit sehr hoher Frequenz zuführt. Hierzu kann die Schaltung mindestens einen Unterteiler umfassen, der ein Ausgangssignal mit einer um einen vorgegebenen Faktor grösseren Frequenz als ein Eingangssignal abgibt.

Zum Antrieb der Scheibe kann auch eine Antriebseinrichtung vorhanden sein, durch die die Scheibe anstatt mit konstanter Geschwindigkeit mit einer derart geregelten Geschwindigkeit angetrieben ist, dass das Messignal konstant ist.

Das Signal, dessen Änderung von der Schaltung zur Bildung des Bezugssignals ausgewertet wird, ist dann das Referenzsignal, welches bei einem mit besonders vielen Streifen ausgebildeten Referenzmuster eine für die Auswertung in der Schaltung günstige hohe Frequenz besitzt.

Die Erfindung soll im folgenden anhand der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung im Schnitt des mechanisch-optischen Aufbaus der erfindungsgemässen Vorrichtung;

Fig. 2 eine Ansicht entlang der Linie II-II der Fig. 1 unter Weglassung von Gehäuse und Beleuchtungseinrichtungsteilen mit einer ersten Ausf ührungsform der Scheibe ;

Fig. 3 eine zweite Ausführungsform der Scheibe ;

Fig. 4 einen Teilausschnitt aus den Scheiben nach Fig. 2 oder Fig. 3 ;

Fig. 5 eine erste Ausführungsform einer Schaltung zur Auswertung eines Referenzsignals und eines Messignals und

Fig. 6 eine zweite Ausführungsform einer solchen Schaltung.

In Fig. 1 ist ein mit einem Streifenmuster 10 aus abwechselnd reflektierenden und lichtabsorbierenden Streifen 11 Fig. 2 versehener Stab 12 gezeigt, der mit einem Körper 14 verbunden ist, dessen Bewegung relativ zu einer Bezugsfläche 16 gemessen werden soll. Hierzu ist im Abstand zu diesem Stab 12 ein Ge-

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häuse 18 auf der Bezugsfläche 16 aufgestellt, welches für die 2 tastet der Detektor 50 den durch diese Umfangslinie 64 be-

Messung notwendige Baukomponenten staubdicht und bis auf grenzten Bereich der Scheibe 66 ab.

eine Messöffnung 20 lichtdicht abschliesst und diese Baukom- Die Streifen 42 folgen Evolventen, siehe Fig. 3, die die ponenten vor einer mechanischen Beschädigung schützt. Inner- Bahnkurven der Enden unterschiedlich langer Fäden bei Abhalb des Gehäuses 18 rotiert eine von einem Motor 22 über eine s wicklung von einem Grundkreis 68 beschreiben. Der Kriim-Kupplung 24 angetriebene Scheibe 26, die in einem Kugel- oder mungsradius y eines Evolventenpunktes, beispielsweise innerWälzlager 28 spielfrei gelagert ist. Innerhalb des Gehäuses 18 halb der Umfangslinie 48 ist daher die Länge der Tangente 72 ist eine erste Lichtquelle 30, insbesondere eine Halbleiterlicht- an den Grundkreis 68, zwischen Evolventenpunkt und Grundquelle angeordnet, die mittels eines halbdurchlässigen Spiegels kreis 68. Der Grundkreis 68 ist im Drehpunkt 70 der Scheibe 27 32 und einer Anordnung von Linsen ein Bild 40 des Streifenmu- io zentriert. Die Streifen 44 sind geringfügig mit einer Wölbungs-sters 10 des Stabs 12 auf der Scheibe 26 erzeugt. Hierzu wird die höhe h (Fig. 4) gewölbt, welche klein sein muss gegenüber der Lichtquelle 30 über eine Kondensorlinse 34 und den halbdurch- Periode t.

lässigen Spiegel 32 in eine Linse 36 abgebildet. Die Linse 36 Dies wird dadurch erreicht, dass der Krümmungsradius y befindet sich im Brennpunkt einer Feldlinse 38 in der Messöff- gross gegenüber der Breite b gewählt wird. Entsprechend der nung 20, die die Lichtquelle 30 ins Unendliche abbildet und 15 b2 . .

j i- jo* * r 1 . .. - , , . . . Beziehung h = —— erhält man bei einem Krümmungsradius daher das Streifenmuster 10 gleichmassig ausleuchtet. Die An- 8y

Ordnung der Linse 36 und der Feldlinse 38 ist so getroffen, dass y von beispielsweise 25 mm und einer Breite b von 2 mm eine die Streifen 11 scharf auf die Scheibe 26 abgebildet sind. Sie Wölbungshöhe h von 0,02 mm.

bilden hier die Streifen 11 der Abbildung 40 Fig. 4. Da die Da die Tangente 72 gleichzeitig Radiale für die Streifen 44

Scheibe 26 ein im folgenden noch zu behandelndes Streifenmu- 20 ist, werden die Streifen 11 des Streifenmusters 10 so in die ster 42 aus abwechselnd lichtdurchlässigen und lichtundurchläs- Abbildung 40 projiziert, dass sie senkrecht auf der Tangente 72

sigen Streifen 44 besitzt, kann durch die mit dem Bild 40 des stehen. Sie sind dann gleich orientiert wie die Streifen 44 und

Streifenmusters 10 des Stabs 12 beleuchtete Scheibe 26 Licht geben eine scharfe Abdeckung der beiden Muster 40 und 42.

hindurchtreten und von einem lichtempfindlichen Detektor 46 Die von den Detektoren 46 und 50 erzeugten Signale und gemessen werden. Da die Scheibe 26 rotiert, erhält man auch 25 F2 werden einer Schaltung 74 zugeführt (Fig. 1), die ein die bei ruhendem Körper 14 ein Messignal fx mit wechselnder Am- Verschiebung des Körpers 14 darstellendes Bezugssignal g er-

plitude entsprechend der wechselnden gegenseitigen Abdek- zeugt. Dieses Signal kann einer Anzeigevorrichtung oder einer kung der beiden Streifenmuster 40 und 42. In Fig. 2 sieht man Steuerung, beispielsweise einer Werkzeugmaschinensteuerung,

die Scheibe 26 von der Seite des Detektors 46 aus. Die auf die zugeführt werden (in Fig. 1 nicht dargestellt). In den Fig. 5 und andere Seite der Scheibe 26 projizierte Abbildung 40 des Strei- 30 6 sind zwei bevorzugte Ausführungsformen 76 und 78 der fenmusters 10 des Stabs 12 ist mit einer gestrichelten Umfangs- Schaltung 74 gezeigt. Beiden Ausführungsformen 76 und 78

linie 48 angedeutet. Das aus dem von dieser Umfangslinie 48 gemeinsam ist ein Vorwärts-Rückwärtszähler 80, der aus dem umschlossenen Bereich kommende Licht wird vom Detektor 46 Signal fx abgeleitete Rechteckimpulse addiert und davon aus aufgefangen. Zur Bildung eines von der Bewegung der Körpers dem Signal f2 gewonnene Rechteckimpulse subtrahiert. Um die 14 unabhängigen Referenzsignals f2 ist hinter der Scheibe 26 ein35 Genauigkeit dieses Ergebnisses zu verbessern, haben diese zweiter Detektor 50 angebracht, der ein gleichmässig beleuchte- Rechteckimpulse jeweils eine um einen vorgegebenen Faktor tes Referenzmuster 52 der Scheibe 26 abtastet. Hierzu wird das grössere Frequenz als die Signale f j und f2.

Referenzmuster 52 von einer zweiten Lichtquelle 54 Fig. 1 über Diese Rechteckimpulse hoher Frequenz erhält man in der eine Kondensorlinse 56 beleuchtet. Zwischen Lichtquelle 54 ersten Ausführungsform 76 in folgender Weise. Das Signal f j und Detektor 50 ist eine Blende 58 angeordnet, die entweder 40 wird einem Wechselspannungsverstärker 82 und daran aneine einzige Blendenöffnung in der Breite von Streifen 60 des schliessend einer Schmitt-Triggerstufe 84 zugeführt, die die in Referenzmusters 52 besitzt, oder die ein dem Referenzmuster Fig. 5 dargestellten sinusförmigen bzw. rechteckimpulsförmigen 52 entsprechendes Streifenmuster 56 aufweist. In Fig. 2 ist die Signale der gleichen Frequenz wie fi erzeugen.

Blende 58 sowie der durch das Streifenmuster 62 der Blende Gleichzeitig erzeugt ein spannungsgesteuerter Multivibrator hindurch beleuchtete Bereich des Referenzmusters 52 gezeigt. 45 86 (VCO) ein Rechtecksignal mit einer Frequenz 1000 X fi '.

Dieser Bereich ist durch die strichlierte Umfangslinie 64 ange- Dieses Signal wird durch einen Teiler 88 in ein Rechtecksignal deutet. der Frequenz f/ umgewandelt. Ein Multiplikator 90 bildet das

Das Streifenmuster 10 des Stabes 12 ist aus hochreflektie- Produkt aus f x und f^ und führt dies einem Tiefpassfilter 92 zu,

renden und lichtabsorbierenden Streifen 11 gleicher Breite von der daraus ein Gleichstromsignal erzeugt. Dieses Gleichstromsi-

beispielsweise 0,5 mm, d.h. einer Periode von 1 mm zusammen- 50 gnal ist von null verschieden, falls fx und f2 nicht identisch mit gesetzt. Ein rechteckiges, beispielsweise 11 X 25 mm grosses gleicher Phasenlage sind und regelt den spannungsgesteuerten

Feld des Streifenmusters 10 wird als Abbildung 40 auf die Multivibrator 86 in der Weise, dass jegliche Phasenabweichung

Scheibe 26 abgebildet in den von der Umfangslinie 48 begrenz- zwischen den Signalen f j und f 1 verschwindet. Es steht dann am ten Bereich. Entsprechend dem im beschriebenen Beispiel ge- Ausgang des Multivibrators 86 ein Signal mit einer Frequenz wählten Abbildungsmassstab der Linsenanordnung aus Linse 3655 1000 X f 1 zur Verfügung.

und Feldlinse 38 von 1:5,5 hat die Abbildung 40 eine Länge 1 In gleicher Weise kann aus dem Signal f2 ein Signal mit der von 4,5 mm und eine Breite b von 2 mm. In Fig. 4 sind einige Frequenz 1000 X f2 gewonnen werden. Wird ein Referenzmu-

der abgebildeten Streifen 11 ' des Streifenmusters 10 in der Ab- ster mit einer Streifenanzahl verwendet, die sich von der des bildung 40 punktiert angedeutet. Deren Periode t ist 0,18 mm. evolventenförmigen Streifenmusters 42 unterscheidet, so muss

Die Streifen 11' sind auf die evolventenförmigen Streifen 44 des 60 aus der Frequenz f2 eine zweite Frequenz f10 gewonnen werden,

Streifenmusters 42 der Scheibe 26 projiziert. Dies ist in Fig. 4 die bei ruhendem Körper 14 mit der Frequenz f x identisch ist. In dargestellt, jedoch mit übertrieben grosser Krümmung der diesem Falle wird ein Teiler 89 verwendet, der den Ausdruck

Streifen 44 zur Verdeutlichung der Zeichnung. Der Krüm- 1 f2 ,x mungsradius y der Streifen 44 ergibt sich aus der Lage der 1000 f10 C" ieres c enzur 1 unS es

Abbildung 40 auf der Scheibe 26. Fig. 3 zeigt eine Scheibe 27, 65. gnals 1000 f 10 aus dem Signal f2 notwendigen Komponenten bei der das Streifenmuster 42 auch als Referenzmuster dient, sind die gleichen wie die bereits besprochenen für die Auswer-

was durch die Umfangslinie 64 innerhalb des evolventenförmi- tung des Signals f j und daher mit denselben Bezugsziffern, je-

gen Streifenmusters 42 angedeutet ist. Entsprechend Fig. 1 und doch gestrichen gekennzeichnet.

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Durch die beschriebene Ausführungsform 76 der Schaltung 106 geführte Ausgangssignal des Multiplikators 100 regelt ei-

74 wird eine Unterteilung um den Faktor Tausend erreicht, d.h. nen spannungsgesteuerten Multivibrator 108, der über einen eine Unterteilung des Streifenmusters 10 mit einer Periode von Verstärker 110 den Motor 22 der Scheibe 26,27 antreibt. Der

1 mm auf eine Periode von 0,001 mm. Andere Unterteilungs- Motor 22 ist dabei so geregelt, dass die Abweichungen zwischen faktoren sind bei sinngemässer Anwendung des beschriebenen 5 Signal f j und f j ' verschwinden.

Prinzips möglich. Das Signal 100 fj' (oder gegebenenfalls 1000 fx' entspre-

Ist die Rotationsfrequenz der Scheibe 26,27 für die ange- chend Fig. 5) wird dem Vorwärts-Rückwärtszähler 80 zuge-

strebte Genauigkeit einer Messung ausreichend konstant, so führt.

kann man das Referenzsignal statt vom Detektor 50 als Signal f2 Das Signal f2 kann durch eine der Fig. 5 entsprechende,

von einem Multivibrator 93 mit der Frequenz 1000 f10 abneh- io stark unterteilende Schaltungsanordnung geführt werden. Falls men, und dem Vorwärts-Rückwärtszähler 80 zuführen, wie in geringere Genauigkeit ausreichend ist, kann das Signal f2 gerin-

Fig. 5 mit unterbrochenen Linien gezeigt. ger unterteilt werden. In Fig. 6 ist ein als einfaches Netzwerk

Die Frequenz des nicht konstant gehaltenen Signals f 1} f2 ausgebildeter, zwanzigfach unterteilender Teiler 112 gezeigt,

sollte möglichst hoch sein, damit die Anforderungen an den Ihm wird das von einem Verstärker 114 verstärkte Signal f2

Tiefpassfilter 92 bzw. 92' der jeweiligen Unterteilerschaltung is zugeführt. Hierbei ist ein drittes, zum Signal f2 um 90 ° phasen-

86,88,90,92 bzw. 86', 88', 90', 92' gering gehalten werden verschobenes Signal f3 erforderlich, das von einem ebenfalls das können. Da das Referenzmuster als am Aussenrand der Scheibe Referenzmuster 52 abtastenden Detektor 51 abgegeben ist und liegendes radiales Streifenmuster 52 mit sehr hoher Streifenan- das von einem Verstärker 116 verstärkt wird (unterbrochene zahl gefertigt werden kann, ist es von Vorteil, die Frequenz der Linie in Fig. 6). Das Ausgangssignal 20 f2 des Teilers 112 wird

Scheibe 26,27 derart zu regeln, dass das Messignal fj konstant 20 dem Vorwärts-Rückwärtszähler 80 zugeführt.

ist und das Referenzsignal f2 entsprechend der Bewegung des Zur Messung grosser Verschiebungen des Körpers 14 wird

Körpers 14 variiert. Die Unterteilerschaltung 86,88,90,92 für ein aus mehreren Teilstücken von beispielsweise je 250 mm die niedrige Frequenz fx kann daher entfallen und das konstante Länge zusammengesetzter Stab 12 verwendet. Die Herstellung

Signal f j von einem Multivibrator abgeleitet werden. Der Tief- einzelner Teilstücke ist billiger als die Herstellung eines ganzen passfilter 92' für die hohe Frequenz f2 kann einfach aufgebaut 25 Stabes 12. Für die Herstellung ist es auch günstig, dass die Pe-

sein. _ riode des Streifenmusters 10 mit 1 mm relativ gross ist. Sind

Die Schaltungsanordnung zur Realisierung dieses Messprin- grössere Genauigkeiten erforderlich, so verwendet man einen zips ist in Fig. 6 als zweite Ausführungsform 78 gezeigt. Der durchgehenden, präzise gefertigten Stab 12. Während im VorMotor 22 wird hierbei so geregelt, dass das vom Detektor 46 angegangenen durch Auswertung der von den Detektoren 46, abgegebene Messignal ft gleich einem vorgegebenen konstanten 30 50 abgegebene Signale f 1 und f2 die Verschiebung des Körpers Signal fj' wird. Dieses konstante Signal f j' wird aus einem Mul- 14 ermittelt wurde, kann durch Vergleich der Frequenzen von f t tivibrator 94 abgeleitet, der ein Signal 1000 fx' abgibt. Aus dem und f2 auch die momentane Geschwindigkeit des Körpers 14 Signal 1000 f j ' wird mit Hilfe zweier Unterteiler 96 und 98 das ermittelt werden. Die im Vorangegangenen beschriebene Vorsignal fj' gebildet und einem Multiplikator 100 zugeführt. richtung ist kostengünstig herzustellen, ist einfach im Aufbau Gleichzeitig wird dem Multiplikator 100 das von einem Verstär- 35 und ermöglicht eine zuverlässige, genaue Messung der Bewe-ker 102 und einer nachgeschalteten Schmitt-Triggerstufe 104 gung des Körpers 14.

umgeformte Signal fj zugeführt. Das durch einen Tiefpassfilter

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2 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Messen der Verschiebung und/oder der Geschwindigkeit eines relativ zu einer Bezugsfläche bewegten Körpers mit einer ein optisches, spiralenförmiges Streifenmuster aufweisenden, auf der Bezugsfläche unverrückbar oder der Bewegung des Körpers folgend gelagerten, rotierenden Scheibe, einem der Bewegung des Körpers folgenden bzw. an der Bezugsfläche angebrachten Stab mit einem optischen Streifenmuster aus quer zur Bewegungsrichtung angeordneten Streifen, mit einer optischen Anordnung zur Erzeugung einer Abbildung eines der Streifenmuster auf das andere Streifenmuster, einem Detektor zur Messung des vom anderen Streifenmuster abgegebenen Lichtes, einer Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals und einer Schaltung zur Auswertung des Referenzsignals und des vom Detektor abgegebenen Messignals, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (44) des Streifenmusters (42) der Scheibe (26,27) in Form von Evolventen angeordnet sind, die von einem im Drehpunkt (70) der Scheibe (26,27) zentrierten Grundkreis (68) ausgehen, und dass in der Abbildung (40) des einen Streifenmusters (10) auf dem anderen Streifenmuster (42) die Streifen (11') des Streifenmusters (10) des Stabes (12) im wesentlichen senkrecht zu einer durch die Strecke dieser Streifen (11') gehenden Tangente (72) an den Grundkreis (68) der Streifen (44) des Streifenmusters (42) der Scheibe (26,27) angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (7) der Tangente (72) zwischen Grundkreis (68) und den Streifen (11', 44) der Streifenmuster (10,42) in der Abbildung (40) grösser ist, als die Länge (b) der Streifen (11', 44) der Streifenmuster (10,42) in der Abbildung (40).
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifenmuster (10,42) aus abwechselnd lichtdurchlässigen und -undurchlässigen oder abwechselnd reflektierenden und absorbierenden Streifen (11,44) gebildet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Streifen (11', 44) beider Streifenmuster (10,42) in der Abbildung (40) gleich breit sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Referenzsignals eine Abtasteinrichtung (50,54,56,58, 62) zur Abtastung eines insbesondere optischen Referenzmusters (42,52) der Scheibe (26) mittels eines Detektors (50) umfasst.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Streifenmuster (42) der Scheibe (26) als das Referenzmuster ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzmuster als Streifenmuster (52) mit radial verlaufenden Streifen (60) ausgebildet ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Funktionsgenerator, insbesondere ein quarzstabilisierter Multivibrator (93) vorgesehen ist, von dem bei mit konstanter Geschwindigkeit angetriebener Scheibe (26, 27) das Referenzsignal (f2) abgegeben ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (74; 76,78) einen Vorwärts-Rückwärtszähler (80) zur Bildung eines die Verschiebung des Körpers (14) darstellenden Bezugssignals (g) umfasst, der die aus dem Messignal (ft) und dem Referenzsignal (f2) abgeleiteten Signale (1000 f1; 1000 f10; 100 fls 20 f2) addiert bzw. subtrahiert
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltung (74; 76,78) mindestens einen Unterteiler (86,88,90,92; 86', 88', 90', 89; 112) umfasst, derein Ausgangssignal mit einer um einen vorgegebenen Faktor grösseren Frequenz als ein Eingangssignal abgibt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 7,9,10,

dadurch gekennzeichnet, dass zum Antrieb der Scheibe (26,27) eine Antriebseinrichtung (22,94,100,108) vorhanden ist, durch die die Scheibe (26,27) mit einer derart geregelten Geschwindigkeit angetrieben ist, dass das Messignal (f ^ konstant ist.