CH647070A5

CH647070A5 - Transducer for measuring force

Info

Publication number: CH647070A5
Application number: CH273480A
Authority: CH
Inventors: Gerd Dr Sc Techn Jaeger; Hans-Joachim Dipl-Ing Wendt; Siegfried Dipl-Ing Honecker; Rainer Dr-Ing Gruenwald; Detlef Dipl-Ing Heydenbluth
Original assignee: Nagema Veb K
Priority date: 1979-07-10
Filing date: 1980-04-10
Publication date: 1984-12-28
Also published as: HU189467B; DE3012811A1; DD143956A1; DE3012811C2; SU1083080A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Messwandler zur Kraft- bestehen der Grundkörper, das drehbar gelagerte Teil, der messung. Reflektorhalter, der kippinvariante Reflektor, der optische

Es sind Vorrichtungen zur Kraftmessung bekannt, bei de- 40 Teiler sowie die zylinderförmige Schraubenfeder aus Materia-nen die zu messende Kraft auf einen Verformungskörper lien mit gleichem Ausdehnungskoeffizienten. Vorteilhafterwirkt. Die Deformation des Verformungskörpers, die nach weise werden der kippinvariante Reflektor und der optische verschiedenen Methoden gemessen werden kann, ist ein Mass Teiler aus optischem Quarz, jedoch der Grundkörper, das für die zu messende Kraft. Darunter gibt es auch Vorrichtun- drehbar gelagerte Teil und der Reflektorhalter aus Kieselgut gen, die die Deformation mittels eines interferentiellen Mess- 45 hergestellt.

Verfahrens erfassen. Nach DD-PS 94 905 ist der Verfor- Das mit Hilfe der monochromatischen Lichtquelle und mungskörper so ausgebildet, dass er gleichzeitig als Interfero- des Kondensors erhaltene parallele Licht wird an einem Um-

meter wirkt. In dieser Vorrichtung treten interferentielle lenkprisma umgelenkt und passiert eine Teilerplatte des opti-

Drehstreifen auf, deren Abstand in der in dieser obengenann- sehen Teilers. Das entsprechend dem Verspiegelungsgrad ten DD-PS 94 905 beschriebenen y-Richtung sich in Abhän- so durchgelassene Bündel reflektiert am kippinvarianten Reflek-

gigkeit vom Wert der Messgrösse ändert. tor und durchtritt die andere Teilerplatte des optischen Tei-

Nachteilig ist dabei, dass bei Unterschreitung eines Min- lers. Ein Teilbündel wird an dieser Teilerplatte durchgelassen destwertes des Abstandes keine fotoelektrische Auswertung und ein Teilbündel wird reflektiert. Das reflektierte Teilbün-mehr erfolgen kann. del durchläuft den kippinvarianten Reflektor, reflektiert an Nach WP G 01 L/206 632 wurde eine Kraftmessvorrich- 55 der ersten Teilerplatte, durchläuft den kippinvarianten Re-tung vorgeschlagen, bei der an einem gabelförmig gestalteten flektor erneut und kommt mit dem durchgelassenen Teilbün-Verformungskörper ein kippinvariantes Interferometer ange- del zur Interferenz. Die Interferenzstreifen werden durch ein bracht ist. Die zu messende Kraft greift an einem Schenkel, optisches Abbildungssystem auf fotoelektrische Empfänger der in Form einer Biegeplatte ausgebildet ist und an dem ein abgebildet. Die zu messende Kraft, die an dem drehbar gela-Tripelprisma befestigt ist, an. Die maximal mögliche Durch- so gerten Teil angreift, bewirkt eine Deformation der zylinder-biegung der Biegeplatte bestimmt das erreichbare Auflö- förmigen Schraubenfeder und eine entsprechende Verlagesungsvermögen. rung des kippinvarianten Reflektors. Die Anzahl der Interfe-Bei einer fest vorgegebenen Geometrie der Biegeplatte renzstreifen, die ein direktes Mass für die zu messende Kraft wird das Auflösungsvermögen somit von der zulässigen Bie- ist, wird mit Hilfe fotoelektrischer Empfänger, Impulsformer-gespannung des Materials begrenzt. Ausserdem wurde ein fer-65 stufen sowie eines Vor-Rückwärts-Zählers in bekannter Wei-tigungstechnisch für ein Betriebsmessgerät noch zu aufwendi- se erfasst.

ges Interferometer verwendet. Da Biegegelenk und Interfero- Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels nä-

meter räumlich relativ weit voneinander angeordnet sind, her erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 : Seitenansicht des Messwandlers Fig. 2: Zylinderförmige Schraubenfeder Entsprechend Fig. 1 ist der Grundkörper 1 im Gestell 15 fest gehaltert. Mit dem Grundkörper 1 fest verbunden sind das eine Ende der zylinderförmigen Schraubenfeder 3, die Teilergrundplatte 6a, die monochromatische Lichtquelle 7, der Kondensor 8, das Umlenkprisma 9, das optische Abbildungssystem 10 sowie der Halter 11 für die fotoelektrischen Empfänger 12. Das andere Ende der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 ist fest am drehbar gelagerten Teil 2 angebracht. Dieses Teil 2 ist mittels des Drehgelenkes 16 drehbar im Grundkörper 1 gelagert. Ausserdem ist am Teil 2 der Reflektorhalter 4, der der Halterung des kippinvarianten Reflektors 5 dient, befestigt. Der optische Teiler besteht aus der Teilergrundplatte 6a und zwei an dieser Teilergrundplatte 6a angesprengten Teilerplatten 6b und 6c. Die freien Oberflächen der Teilerplatten 6b und 6c sind teilverspiegelt und die Normalen auf diesen Oberflächen schliessen miteinander einen kleinen Winkel a ein. Das Interferometer, bestehend aus dem optischen Teiler und dem kippinvarianten Reflektor 5, ist innerhalb der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 so angeordnet, dass der Abstand des Lichtstrahles B, der in die Würfelecke des kippinvarianten Reflektors 5 trifft, vom Drehgelenk 16 gleich dem Abstand der Symmetrieachse A der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 vom Drehgelenk 16 ist. Grundkörper 1, drehbar gelagertes Teil 2 und Reflektorhalter 4 sind aus Kieselgut hergestellt. Der kippinvariante Reflektor 5 und der optische Teiler bestehen aus optischen Quarz. Die zylinderförmige Schraubenfeder 3 besteht aus kristallinem Quarz.

Nach Fig. 2 besteht die zylinderförmige Schraubenfeder 3 5 aus einem Quarzrohr mit eingefräster Nut. Das durch den Kondensor 8 parallel gerichtete monochromatische Licht wird am Umlenkprisma 9 um 90° umgelenkt und passiert die Teilerplatte 6c. Das entsprechend dem Verspiegelungsgrad durchgelassene Bündel reflektiert am kippinvarianten Reflek-lo tor 5 und durchtritt die Teilerplatte 6b. Ein Teilbündel wird an der Teilerplatte 6b durchgelassen und ein Teilbündel wird reflektiert. Das reflektierte Teilbündel durchläuft den kippinvarianten Reflektor 5, reflektiert an der Teilerplatte 6c, durchläuft den kippinvarianten Reflektor 5 erneut und 15 kommt mit dem durchgelassenen Teilbündel zur Interferenz. Die Interferenzstreifen werden durch das optische Abbildungssystem 10 auf die fotoelektrischen Empfänger 12 abgebildet.

20 Die zu messende Kraft F, die am drehbar gelagerten Teil 2 angreift, bewirkt eine Deformation der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 und eine entsprechende Verlagerung des kippinvarianten Reflektors 5. Die Anzahl der Interferenzstreifen, die ein direktes Mass für die zu messende Kraft ist, 25 wird mit Hilfe fotoelektrischer Empfanger 12, Impulsformerstufen 13 sowie eines Vor-Rückwärts-Zählers 14 erfasst.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

647070 2 PATENTANSPRÜCHE muss im gesamten Verformungskörper für eine gleichmässige

1. Messwandler, zur Kraftmessung,bestehend aus einem Temperaturverteilung gesorgt werden.

Verformungskörper, einem Interferometer, einer monochro- In DE-AS 26 58 629 ist eine Kraftmess- oder Wägevor-

matischen Lichtquelle, optischen Systemen, fotoelektrischen richtung angegeben, bei der ein beweglicher Teil wenigstens

Empfängern, Impulsformerstufen und einem Vor-Rück- 5 zwei Spiegel trägt, von denen jeweils einer in einem Arm des wärts-Zähler, dadurch gekennzeichnet, dass an einem in ei- Interferometers derart angeordnet ist, dass bei Auslenkung nem Gestell (15) gehalterten Grundkörper (1) das eine Ende des beweglichen Teiles die beiden Arme des Interferometers in einer zylinderförmigen Schraubenfeder (3), die eine schrau- entgegengesetzten Richtungen in ihrer Länge verändert benförmig eingearbeitete Nut aufweist, ein optischer Teiler, werden.

der aus einer Teilergrundplatte (6a), mit der zwei Teilerplat- io Solche Vorrichtungen sind jedoch unter Betriebsbedin-

ten (6b, 6c) verbunden sind, besteht, wobei die freien Oberflä- gungen nur schwer einsetzbar, da sie stark temperaturabhän-

chen der Teilerplatten (6b, 6c) teilverspiegelt sind und die gig und verlagerungsempfindlich sind.

Normalen auf diesen Oberflächen einen Winkel a miteinan- Mit der erfindungsgemässen Lösung kann bei vorgegebe-

der einschliessen, ein Drehgelenk (16) für ein drehbar gelager- nem Kraftmessbereich das Auflösungsvermögen wesentlich tes Teil (2), die monochromatische Lichtquelle (7), ein Kon- 15 erhöht werden, ohne dass die zulässige Spannung des Mate-

densor (8), ein Umlenkprisma (9), ein optisches Abbildungs- rials überschritten wird. Durch ein fertigungstechnisch sehr system (10) sowie ein Halter (11) für die fotoelektrischen einfach herstellbares Interferometer, das nur kleine geometri-

Empfanger (12) fest angeordnet sind, dass am drehbar gela- sehe Abmasse besitzt und das im Zentrum der sich deformie-

gerten Teil (2) das andere Ende der zylinderförmigen Schrau- renden Teile des Verformungskörpers zugeordnet ist, wird ei-

benfeder (3) sowie ein Reflektorhalter (4), an dem ein kippin- 20 ne hohe Temperaturunabhängigkeit erreicht.

varianter Reflektor (5) fest angebracht ist, befestigt sind, und Der Erfindung hegt die Aufgabe zugrunde, einen Mess-

dass der Aufriss eines Lichtstrahles (B), der in die Würfelecke wandler, insbesondere zur digitalen Kraftmessung zu schaf-

des kippinvarianten Reflektors (5) trifft, und der Aufriss der fen, der ein hohes Auflösungsvermögen besitzt und in weiten

Symmetrieachse (A) der zylinderförmigen Schraubenfeder (3) Temperaturgrenzen funktionstüchtig ist.

auf der senkrechten die Achse des drehbar gelagerten Teiles 25 Erfindungsgemäss wird die Aufgabe gemäss Patentan-

2. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- wobei der optische Teiler mit dem Grundkörper und der net, dass der Grundkörper (1), das drehbar gelagerte Teil (2) kippinvariante Reflektor mittels des Reflektorhalters fest mit und der Reflektorhalter (4) aus Kieselgut und der kippinva- 30 dem drehbar gelagerten Teil verbunden sind.

riante Reflektor (5) sowie der optische Teiler aus optischem Der Winkel a bestimmt den Abstand der Interferenzstrei-

Quarz bestehen. fen. Zur optimalen Temperaturkompensation und zum Errei-

(2) einschliessenden Ebene im gleichen Abstand vom Drehge- sprach 1 gelöst. Somit erfolgt die Anordnung des Interfero-

lenk (16) stehen. meters im Zentrum der zylinderförmigen Schraubenfeder,

3. Messwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- chen einer relativ hohen Unempfindlichkeit gegenüber Verla-net, dass die Schraubenfeder (3) aus einem Rohr aus kristalli- gerungen, ist der Lichtstrahl B, der in der Würfelecke des nem Quarz besteht. 35 kippinvarianten Reflektors trifft, und die Symmetrieachse A

der zylinderförmigen Schraubenfeder im gleichen Abstand vom Drehgelenk des drehbar gelagerten Teiles. Vorzugsweise