DD143956A1

DD143956A1 - Messwandler,insbesondere zur digitalen kraftmessung

Info

Publication number: DD143956A1
Application number: DD21422079A
Authority: DD
Inventors: Gerd Jaeger; Hans-Joachim Wendt; Siegfried Honecker; Rainer Gruenwald; Detlef Heydenbluth
Original assignee: Gerd Jaeger; Wendt Hans J; Siegfried Honecker; Rainer Gruenwald; Detlef Heydenbluth
Priority date: 1979-07-10
Filing date: 1979-07-10
Publication date: 1980-09-17
Also published as: DE3012811C2; CH647070A5; HU189467B; DE3012811A1; SU1083080A1

Description

ffitelder Erfindung .

Meßwandler, insbesondere zur digitalen Kraftmessung

Anwendungsgebiet. der_i Erfindung;

Die Erfindung betrifft einen Meßwandler, der insbesondere für digitale Kraftmessungen eingesetzt werden kann.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es sind Vorrichtungen zur Kraftmessung bekannt, bei denen die zu messende Kraft auf einen Verforinungskörper wirkt. Die Deformation aes Verfoimungskörpers, aie nach verschiedenen Methoden gemessen weruen kann_} ist ein Maß für die zu messende Kraft. Darunter gibt es auch Vorrichtungen, die die Deformation mittels eines interferentiellen Meßverfahrens erfassen. Hach DD-PS 9^905 ist der Verformun^skörper so ausgebildet, daß er gleichzeitig als Interferometer wirkt. In dieser Vorrichtung treten intorferentielle Drehstreifen auf, deren Abstand in y-Hichtung sich in Abhängigkeit vom Wert der Meßgröße ändert.

Nachteilig ,ist dabei, daß oei Unterschreitung eines Mindestwertes des Abstandes keine fotoelektrische Auswertung mehr erfolgen kann.

Nach WP G01L/206632 wurde eine Kraftmeßvorrichtung vorgeschlagen, bei. aer an einem gabelförmig gestalteten Verfor-

mungskörper ein kippinvariantes Interferometer angebracht ist« Die zu messende Kraft greift an einem/,Schenkel, der in Form einer Biegeplatte ausgebildet ist und an dem ein Tripelprisma befestigt ist, an. Die maximal mögliche Durchbiegung der Biegeplatte bestimmt das erreichbare Auflösungsvermögen.

Bei einer- fest vorgegebenen Geometrie der Biegeplatte wird das Auflösungsvermögen somit von der zulässigen Biegespannung des Materials begrenzt. Außerdem wurde ein fertigungstechnisch für ein Betriebsmeßgerät noch zu aufwendiges Interferometer verwendet. Da Biegegelenk und Interferometer räumlich relativ weit voneinander angeordnet sind, muli -im gesamten Verformungskörper f ür eine gleichmäßige Temperaturverteilung gesorgt werden. . ..'.·

In DS-AS 2656629 ist eine Kraftmeß^ oder Wägevorrichtung angegeben, bei der ein beweglicher Teil wenigstens zwei Spiegel trägt, von denen jeweils einer in einem Arm des Interferometers dex^art angeordnet ist, daß bei Auslenkung des beweglichen Teiles die beiden Arme des Interferometers in entgegengesetzten ,.Richtungen in ihrer Länge verändert werden.

Solche Vorrichtungen sind jedoch unter Betriebsbedingungen nur schwer einsetzbar·, da sie stark "temperaturabhängig und veriagerungsempfindlich sind.

Ziel der Erfindung

Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann bei vorgegebenem Kraftmeßbereich das Auflösungsvermögen wesentlich erhöht v/erden, ohne daß die zulässige Spannung des Materials überschritten wird· Durch ein fertigungstechnisch sehr einfach hexest ellbares Interferometer, das nur kleine geometrische Abmaße besitzt und das im Zentrum der sich deformierenden Teile des Verformungskörpers zugeordnet ist, wird eine hohe Temperatur-Unabhängigkeit erreicht.

Darlegunp; des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Meßwandler, insbesondere zur digitalen Kraftmessung zu schaffen, der ein hohes Auflösungsvermögen besitzt und in weiten Temperaturgrenzen funktionstüchtig isi

3t«

Erfindungsgeinäß wird aie. Aufgabe in folgender Weise gelöst: Ein Grundkörper ist gestellfest gehaltert. An diesem Grundkörper ist das eine Ende einer zylinderförmigen Schraubenfeder, die beispielsweise aus einem Rohr, insbesondere aus kristallinem Quarz mit schraubenförmig eingearbeiteter Nut besteht, befestigt« Das andere Ende der Feder ist mit einem' drehbar im Grundkörper gelagerten Teil· verbunden. Im Zentrum der zylinderförmigen Schraubenfeder erfolgt die Anordnung des Interferometers, wobei der optische Teiler mit dem Grundkörper und ein kippinvarianter Heflektor mittels eines Reflektorhalters fest mit dem drehbar gelagerten Teil verbunden sind. " · ' '

Der optische Teiler des Interferometers besteht aus einer transparenten Teilergrundplatte, an der zwei weitere transparente Teilerplatten, beispielsweise durch Ansprengen, fest angebracht sind. Die freien Oberflächen dieser Teilerplatten sind teilverspiegelt und die Normalen auf diesen !Flachen schließen einen Winkel Ca miteinander ein, der den Abstand der Interferenzstreifen bestimmt· Desweiteren sind eine monochromatische Lichtquelle, ein Kondensor, ein Umlenkprisma, ein optisches Abbildungssystem sowie ein Halter für fotoelektrische Empfänger fest am Grundkörper angeordnet.. Zur optimalen Temperaturkompensation und zum Erreichen einer relativ hohen Unempfindlichkeit gegenüber Verlagerungen, ist der Abstand des Lichtstrahles B, der in die Würfelecke des kippinvarianten Reflektors trifft, vom Drehgelenk des drehbar gelagerten Teiles gleich dem Abstand der Symmetrieachse A der zylinderförmigen Schraubenfeder vom Drehgelenk des drehbar gelagerten Teiles und der GrundKörper, das drehbar gelagerte Teil, der Reflektorhalter, der kippinvariante Reflek-

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tor, der optische Teiler sowie die zylinderförmige Schraubenfeder bestehen aus Material mit gleichem Ausdehnungskoeffizienten. Vorteilhafterweise werden der kippinvariante Reflektor und der optische Teiler aus optischem Quarz, jedoch der Grundkörper, das drehbar gelagerte Teil und der Reflektorhalter aus Kieselgut nergestellt.

Das mit Hilfe der monochromatischen Lichtquelle und des Kondensors erhaltene parallele Licht wird an einem Umlenkprisma umgelenkt und passiert eine Teilerplatte des optischen Teilers. Das entsprechend dem Verspiegelungsgrad durchgelassene Bündel reflektiert am kippinvarianten Reflektor und durchtritt die andere Teilerplatte des optischen Teilers. Ein Teilbündel wird an dieser Teilerplatte durchgelassen und ein Teilbündel wird reflektiert. Das reflektierte Teilbündel durchläuft den kippinvarianten Reflektor, reflektiert an der ersten Teilerplatte, durchlauft den kippinvarianten Reflektor erneut und kommt mit dem durchgelassenen Teilbondel zur Interferenz. Die Interferenzstreifen werden durch ein optisches Abbildungssystem auf fotoelektrische. Empfanger abgebildet. Die zu messende Kraft, die an dem drehbar gelagerten Teil angreift, bewirkt eine Deformation der zylinderförmigen Schraubenfeder und eine entsprechende Verlagerung des kippinvarianten Reflektors. Die Anzahl der Interferenzstreifen, die ein direktes Maß for die zu messende Kraft ist, wird mit Hilfe fotoelektrischer Empfanger,· Impulsformerstufen sowie eines Vor-Rückwärts-Zahlers in bekannter Weise erfaßt.

Ausführungsbeispiel ' ^c

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels naher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigti

Fig. 1: Seitenansicht des Meßwandlers Fig. 2: Zylinderförmige Schraubenfeder

Entsprechend Fig. 1 1st der Grundkörper 1 im Gestell 1^> fest

gehaltert. Mit dem Grundkörper 1 fest verbunden sind das eine Ende der zyiinderförmigen Schraubenfeder 3, die Teilergrundplatte 6a, die monochromatische Lichtquelle 7» üer Kondensor 8, das Umlenkprisma 9> clas optische Abbildungssystem 10 sowie der Halter 11 fur die fotoelektrischen Empfänger 12. Das andere Ende der zylinaerföriaigen 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 /Qi ent, befestigt. Der optische Teiler besteht aus der Teilergrundplatte 6a und zwei an dieser Teilergrundplatte 6a angesprengten Teilerplatten 6b und 6c. Die freien Oberflachen der Teilerplatten 6b und 6c sind teilverspiegelt und die Formalen auf diesen Oberflächen schließen miteinander einen kleinen Winkel o( 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 ADstand 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 kipp invariante Reflektor 5 und der optische Teiler bestehen aus optischen Quarz« Die zylinderiförmige Schraubenfeaer 3 besteht aus kristallinem Quarz.

Nach Fig. 2 besteht die z.ylinderförmige Scniaubenfeaer 3 aus einem Quarzrohr.' mit eingefräster iiuto Das durch den Kondensor 8 parallel gerichtete monochromatische Licht wird am Umlenkprisma 9 um 90 umgelenkt und kassiert die Teilerplatte 6c.

Das entsprechend dem Verspiegelungsgrad durchgelassene Bündel reflektiert am kippinvarianten Reflektor 5 und durchtritt die Teilerplatte 6b. Ein Teilbündel wird an der Teilerplatte 6b durchgelassen und ein Teilbündel wird reflektiert. Das reflektierte Teilbdndel durchläuft den kippinvarianten Reflektor 5» reflektiert ari aer Teilerplatte 6c_t durchläuft den kippinvarianten Reflektor 5 erneut und kommt mit dem durchgelassenen Teilbundel'zur Interferenz. Die Interferenzstreifen werden durch das optische Abbildungssystem 10 auf die foto-

1? abgeb

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Die zu messende Kraft Έ, die am drehbar gelagerten Teil 2 angreift, bewirkt eine Deformation der zylinderförmigen Schraubenfeder 3 und eine entsprechende Verlagerung des kippinvarianten Reflektors ^. Die Anzahl der interferenzstreifen, die ein direktes Maß für die zu iuessenae Kraft ist, wird mit Hilfe fotoelektrischer Empfänger 12, Impulsformerstufen 13 sowie eines Vor-Rückwarts-Zählers 14 erfaßt.

Claims

Erfind un^sanspruch.

1. Meßwandler, insbesonaere zur digitalen Kraftmessung, bestehend aus Verformungskörper, Interferometer, monochromatischer Lichtquelle, optischen Systemen, fotoelektrischen Empfängern, Impulsformerstufen und Vor-Rückwärts-Zähler, dadjir c h gekennζeichnet, daß an einem in einem Gestell (15) gehalterten Grundkörper (1) das eine Ende einer zylinderförmigen Schraubenfeder (3)> die beispielsweise aus einem Rohr, insbesondere aus kristallinem Quarz, mit schraubenförmig eingearbeiteter Mut besteht, ein optischer Teiler, der aus einer Teilergrundplatte (6a), mit der zwei Teilerplatten (6b, 6c) verbunden sind, besteht, wobei die freien Oberflächen der Teilerplatten (6b, 6c) teilverspiegelt sind und die Normalen auf diesen Oberflachen einen kleinen Winkel (/, miteinander einschließen, ein Drehgelenk (16) fur ein drehbar gelagertes Teil (2)_;eine monochromatische Lichtquelle (7) , ein Kondensor (6), ein Unilenkprisma (9)» ein optisches Abbildungssystem.(10) sowie ein Halter (11) für fotoelektrische Empfänger (12) fest angeordnet sind, daß am drehbar gelagerten Teil (2) das andere Ende der zylinderfÖrmigen Schraubenfeder (3) sowie ein Reflektorhalter (4·) , an dem ein kipp invariant er Reflektor (5) fest angebracht ist, befestigt sind, daß in x-Richtung der Abstand eines 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.
2. Meßwandler nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundkörper (1), das drehbar gelagerte Teil (2) und der Reflektorhalter (4-) aus Kieselgut und der kippinvariante Reflektor (5) sowie der optische Teiler aus optischem Quarz bestehen.

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