<Desc/Clms Page number 1>
EMI1.1
Detektie-element en inrichtingen die zulk element toepassen.
. ... , I....-.-.. toepassen.
Deze uitvinding heeft betrekking op een detektie-element, alsmede inrichtingen die zulk element toepassen.
De uitvinding betreft eveneens een detektie-element dat voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt, doch dat hoofzakelijk bedoeld is voor het meten van hoeken, het meten van hoekafwijkingen en het waarnemen van trillingen.
Tot dit doel bestaat de uitvinding uit een detektieelement met als kenmerk dat het hoofdzakelijk gevormd is uit een kamer die gedeeltelijk met vloeistof is gevuld ; minstens een boven de vloeistofspiegel geplaatste lichtbron ; en minstens een optische voeler die het aan de vloeistofspiegel in de richting hiervan weerkaatste licht van de lichtbron kan waarnemen en die een uitgangssignaal
<Desc/Clms Page number 2>
kan afleveren dat bedoeld is aan een verwerkingseenheid te worden toegevoerd.
Het detektie-element kan bijzonder klein worden uitgevoerd, waartoe voor de kamer in dat geval bij voorkeur een ampulvormig element word aangewend. De werking en een aantal specifieke toepassingen van het detektie-element zullen uit de verdere beschrijving blijken.
Met het inzicht de kenmerken volgens de uitvinding beter aan te tonen zijn hierna, als voorbeelden zonder enig beperkend karakter, enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven, met verwijzingen naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 schematisch het detektie-element volgens de de uitvinding weergeeft ; figuren 2 en 3 de aanwending van het detektie-element in twee toepassingen weergeeft ; figuren 4 en 5 betrekking hebben op een nivelleer- instrument dat van het voornoemde detektie-element gebruik maakt ; figuur 6 schematisch een automatische hoekinstelin- richting voor een werktafel weergeeft, waarbij een detektie-element zoals voornoemd wordt aangewend.
<Desc/Clms Page number 3>
Zoals weergegeven in figuur 1 bestaat het detektie-element 1 volgens de uitvinding hoofdzakelijk uit een kamer 2 die gedeeltelijk met vloeistof 3 is gevuld, minstens één boven de vloeistofspiegel 4 geplaatste lichtbron 5, en minstens één optische voeler of detektor 6 die het aan de
EMI3.1
.... - vloeistofspiegel 4 in de richting van deze voeler 6 weerkaatste, licht 7 van de lichtbron 5 kan waarnemen en
EMI3.2
.'... -...... -.................... -'., die een uitgangssignaal 8 aflevert dat bedoeld is aan een .....'".. -., -. verwerkingseenheid 9 te worden toegevoerd.
Bij de toepassing van het detektie-element 1 wordt uiteraard in een geschikte elektrische voeding 10 voorzien, bijvoorbeeld een miniatuurbatterij, zulks voor de voeding van, enerzijds, de lichtbron 5, en anderzijds, de verwerkingseenheid 9.
De kamer 2 word bij voorkeur begrensd door een ballonvormig of een ampulvormig element, waarbij de lichtbron 5 en de optische voeler 6 in de wand 11 hiervan zijn gelokaliseerd. De wand bestaat bij voorkeur in mat glas. Voor de lichtbron 5 wordt bij voorkeur een opto-elektronische komponent aangewend die een ultraviolette lichtbundel genereert. Om een optimale reflektie van deze bundel te bekomen bestaat de vloeistof bij voorkeur uit kwik. Ten einde de oxidatie van het kwik te vermijden kan de kamer 2 onder vacuüm gebracht worden.
<Desc/Clms Page number 4>
De optische voeler 6 bestaat bij voorkeur uit een lichtgevoelige weerstand.
De fundamentele werking van het detektie element 1 word schematisch in figuren 2 en 3 weergegeven. Door, zoals weergegeven in figuur 2, het detektie-element 1 onder hoek te plaatsen, wijzigt de onderlinge positie tussen enerzijds de lichtbron 5 en de optische voeler 6 en anderzijds de vioeistofspiegel 4, zodanig dat de optische voeler 6 in funktie hiervan minder of meer licht ontvangt.
Figuur 3 geeft een toepassing waarbij het detektieelement 1 als een trillingsgevoelig element word aangewend. Door de trillingen ontstaat een golfpatroon aan de vloeistofspiegel 4 waardoor de uit de lichtbron 5 tredende lichtbundel diffuus wordt weerkaatst. Bij toename van de intensiteit van de trillingen vermindert de door de optische voeler 6 waargenomen lichtintensiteit vanwege de toenemende verspreiding van het weerkaatste licht.
Het is duidelijk uit figuren 2 en 3 dat de verwerkingseenheid 9 in de belangrijkste toepassingen dan ook van het type moet zijn dat een bruikbaar uitgangssignaal 12 aflevert dat in funktie is van de aan de optische voeler 6 waargenomen globale lichtintensiteit.
<Desc/Clms Page number 5>
Een belangrijke toepassing van het detektie-element 1 is in nivelleerinstrumenten, een en ander zodanig dat de tot nu toe bekende klassieke waterpas eenvoudig kan worden vervangen door een digitaal meetinstrument.
In figuren 4 en 5 zijn respektievelijk schematisch en in
EMI5.1
. -... -..... ;. ; buitenaanzicht de opbouw van dergelijk nivelleerinstrument ....... & ........ -. - 13 weergegeven. De verwerkingseenheid 9 bestaat hierbij .. .. "" hoofdzakelijk uit een vergelijkingseenheid 14 zoals -. ¯. ............ v,. -'.. -... bijvoorbeeld een Wheatstonebrug of een andere meetbrug, ..... -..... -. een analoog-digitaal omzetter 15, een rekeneenheid 16 en een digitale uitleeseenheid 17.
De verschillende elektronische circuits worden uiteraard op gepaste wijze gevoed door middel van de voeding 10. De werking berust er hoofdzakelijk in dat in de vergelijkingseenheid 14 een spanning wordt gegenereerd die evenredig is met de aan de optische voeler 6 opgevangen lichtintensiteit, dat deze spanning omgezet word in een digitale waarde, dat deze digitale waarde verder verwerkt wordt bijvoorbeeld ten opzichte van een referentie waarde en dat tenslotte een digitale uitlezing plaatsvindt van het aantal graden van de hoek A waaronder het detektieelement 1 en aldus het nivelleerinstrument 13 staat schuingesteld. Het is duidelijk dat de inrichting bedoeld
<Desc/Clms Page number 6>
is voor het meten van relatief kleine afwijkingen, zulks tot op grote nauwkeurigheden.
Volgens een eerste mogelijkheid kan het nivelleerinstrument bij de fabrikatie geijkt worden ten opzichte van een perfekt horizontaal vlak. Volgens een andere mogelijkheid kan de inrichting ook worden voorzien van een reseteenheid 18 waarmee de uitleeseenheid 17 op "0" kan gesteld worden, terwijl bij een volgende meting dan de afwijking wordt weergegeven ten opzichte van het referentievlak waarop de inrichting op "0" werd gesteld.
Volgens nog een andere mogelijkheid kunnen een rekeneenheid 16 en een reseteenheid 18 worden gebruikt die toelaten automatisch het perfekt horizontaal vlak (of vertikale vlak in het geval een nivelleerinstrument voor rechtop gebruik) en/of de absolute afwijking ten opzichte van dit vlak te bepalen.
Tot dit doel bevat de rekeneenheid 16 middelen, in de vorm van elektronische schakelingen, die opeenvolgend toelaten : dat nadat het nivelleerinstrument 13 op het te meten oppervlak is geplaatst en de nulsteltoets een eerste maal is ingedrukt, een eerste meetwaarde in het geheugen wordt ingelezen (hetgeen een referentiewaarde is die "0" mag zijn) ; dat nadat het nivelleerinstrument in zijn vlak gedraaid is over 180 graden en de nulsteltoets een tweede maal is
<Desc/Clms Page number 7>
ingedrukt, een tweede meetwaarde wordt bekomen die de afwijking van het instrument ten opzichte van zijn eerste positie weergeeft ; en dat uiteindelijk het verschil tussen de twee voornoemde waarden door twee gedeeld wordt, en het resultaat wordt afgebeeld op de digitale uitleeseenheid 17.
Het is duidelijk dat de waarde, zoals bekomen door zoals bovengenoemd te handelen en door bovengenoemde berekeningen te maken, gelijk is aan de absolute hoekafwijking van het gemeten oppervlak ten opzichte van
EMI7.1
....'".. - -",.. ............. -............. -.'"-'''.. ¯. .... -- -. de horizontale (of vertikale) richting. Zoals hierna nog .............. - -"...., ......... "...........,....... vermeld kan het positieve of negatieve teken van het ............ -... resultaat van bovengenoemde berekening gebruikt worden als een middel om de richting van de schuinstelling te bepalen.
Zoals weergegeven in figuur 5 wordt het geheel passend in een bij voorkeur prismatisch lichaam 19 ingebouwd.
Uiteraard kan de inrichting ook voorzien worden van middelen die bepalen welke het hoogst en laagst gesitueerde uiteinde van het lichaam 19 is, zulks om aan te duiden volgens welke richting de gemeten schuinstelling zieh voordoet. De uitlezing van het aantal graden kan dan bijvoorbeeld zoals weergegeven in figuur 5 vooraf gegaan worden, respektievelijk gevolgd worden door een indikatie H of L. De indikatie H duidt het hoogste uiteinde aan,
<Desc/Clms Page number 8>
terwijl de indikatie L het laagste uiteinde weergeeft, zulks uiteraard te verstaan in verhouding tot het ingestelde referentievlak.
Het ligt voor de hand dat in het lichaam 19 een tweede detektie-element 1A kan worden ingebouwd, volgens de in figuur 5 aangeduide richting Y, zulks omdat het nivelleerinstrument evenals een klassieke waterpas ook kan worden gebruikt voor het meten van afwijkingen ten opzichte van de loodrechte.
Het is duidelijk dat het detektie-element 1 op analoge wijze ook als hoekmeter in werktuigmachines kan worden gebruikt. Een voorbeeld hiervan word schematisch in figuur 6 weergegeven waarbij een werktafel 20 en een hierop geplaatst werkstuk 21 onder hoek kunnen gesteld worden. De verdraaiing van de werktafel 20 gebeurt via een eerste roterend element 22 dat via bijvoorbeeld een rondsel 23 en een motor 24 wordt aangedreven. Op het roterende element 22 is een stapmotor 25 bevestigd, waarvan de as 26 een tweede roterend element 27 draagt.
Het detektie-element 1 is op het roterende element 27 bevestigd.
<Desc/Clms Page number 9>
Wanneer nu bijvoorbeeld de werktafel onder een hoek van 21, 5 graden dient ingesteld te worden, wordt door middel van de motor 24 een verdraaiing van 21 graden aan het element 22 gegeven, bijvoorbeeld volgens pijl P, terwijl aan de stapmotor 25 tevens een verdraaiing van 21 graden wordt gegeven, doch in tegengestelde draaizin zodanig dat het detektie-element 1 horizontaal blijft. De fijn-
EMI9.1
...... d'"............... stelling, met andere woorden in dit geval het instellen .. -... van 0, 5 graden, gebeurt dan met behulp van dit detektie-element 1 en uitsluitend de motor 24. Via de stuureenheid 28 wordt de motor 25 geblokkeerd en wordt de motor 24 aangedreven tot het detektie-element 1 een indikatie weergeeft die overeenstemt met 0, 5 graden.
De werktafel 20 is dan volgens de gewenste hoek ingesteld.
Het dient opgemerkt te worden dat in feite uitsluitend het detektie-element 1 aan de werktafel moet gemonteerd worden en dat alle overige onderdelen van de inrichting, zoals delen 14-18, kunnen worden ondergebracht in een afzonderlijke eenheid en/of deel kunnen uitmaken van een bestaande microprocessor. Het is duidelijk dat het detektie-element A op geschikte wijze met voornoemde eenheid is verbonden, bijvoorbeeld door middel van kabels en kabelverbindingen.
<Desc/Clms Page number 10>
Het detektie-element 1 kan in alle soorten machines worden aangewend, inbegrepen robots.
Vanzelfsprekend kan het detektie-element 1 nog in een groot aantal andere toepassingen worden aangewend. De toepassing volgens figuur 3 is bijvoorbeeld geschikt voor alarminstallaties, alsook voor het vaststellen van trillingen in machines. Bij een alarminstallatie kan het detektie-element 1 op een vloer of dergelijke gemonteerd
EMI10.1
... ¯. - "'-" worden. Bij het binnentreden van een kamer trilt het detektie-element 1 en wijzigt de lichtinval op de optische
EMI10.2
.. -.. voeler 6, hetgeen ook een wijziging in het uitgangssignaal 8 teweeg brengt, waardoor een alarmsignaal kan worden ingeschakeld.
Het dient opgemerkt te worden dat in de meest fundamentele uitvoeringsvorm onder de verwerkingseenheid 9 ook middelen worden verstaan die de rechtstreekse visuele waarneming van het licht 7 aan de voeler 6 toelaten, of althans hieraan gelijkaardige middelen. De voeler 6 en de verwerkingseenheid 9 kunnen alsdusdanig bestaan uit een kijkglaasje of een glaasje waarop de weerkaatste lichtbundel wordt geprojekteerd.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeelden beschreven en in de figuren weergegeven
<Desc/Clms Page number 11>
uitvoeringsvormen, doch dergelijk detektie-element en de inrichtingen die zulk element toepassen kunnen in verschillende vormen en afmetingen worden verwezenlijkt zonder buiten het kader der uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
EMI1.1
Detection element and devices using such an element.
. ..., I ....-.- .. apply.
This invention relates to a detection element, as well as devices employing such an element.
The invention also relates to a detection element which can be used for various purposes, but which is mainly intended for measuring angles, measuring angular deviations and detecting vibrations.
For this purpose the invention consists of a detection element characterized in that it is mainly formed of a chamber partially filled with liquid; at least one light source placed above the liquid level; and at least one optical sensor capable of detecting the light from the light source reflected at the liquid level in the direction thereof and which has an output signal
<Desc / Clms Page number 2>
can deliver that is intended to be fed to a processing unit.
The detection element can be of particularly small design, for which purpose an ampoule-shaped element is preferably used for the chamber in that case. The operation and a number of specific applications of the detection element will become apparent from the further description.
With the insight to better demonstrate the features according to the invention, some preferred embodiments are described below, as examples without any limiting character, with references to the accompanying drawings, in which: figure 1 schematically represents the detection element according to the invention; Figures 2 and 3 show the use of the detection element in two applications; Figures 4 and 5 relate to a leveling instrument using the aforementioned detection element; Fig. 6 schematically shows an automatic angle adjustment device for a work table, in which a detection element as mentioned above is used.
<Desc / Clms Page number 3>
As shown in figure 1, the detection element 1 according to the invention mainly consists of a chamber 2 which is partly filled with liquid 3, at least one light source 5 placed above the liquid level 4, and at least one optical sensor or detector 6 which connects it to the
EMI3.1
.... - liquid mirror 4 reflected in the direction of this sensor 6, can detect light 7 from the light source 5 and
EMI3.2
.'... -...... -.................... - '., which delivers an output signal 8 intended for a ... .. "" .. -., -. processing unit 9 to be supplied.
When the detection element 1 is used, a suitable electrical supply 10 is of course provided, for example a miniature battery, for supplying the light source 5 on the one hand and the processing unit 9 on the other.
The chamber 2 is preferably delimited by a balloon-shaped or an ampoule-shaped element, the light source 5 and the optical sensor 6 being located in the wall 11 thereof. The wall preferably consists of matt glass. Preferably, an optoelectronic component is used for the light source 5, which generates an ultraviolet light beam. In order to obtain an optimal reflection of this beam, the liquid preferably consists of mercury. In order to avoid the oxidation of the mercury, the chamber 2 can be brought under vacuum.
<Desc / Clms Page number 4>
The optical sensor 6 preferably consists of a photosensitive resistor.
The basic operation of the detection element 1 is schematically shown in figures 2 and 3. By, as shown in figure 2, placing the detection element 1 at an angle, the mutual position between the light source 5 and the optical sensor 6 on the one hand, and the liquid mirror 4 on the other hand, changes such that the optical sensor 6 in function thereof is less or more receive light.
Figure 3 shows an application in which the detection element 1 is used as a vibration-sensitive element. As a result of the vibrations, a wave pattern is created at the liquid level 4, whereby the light beam emerging from the light source 5 is reflected diffusely. As the intensity of the vibrations increases, the light intensity observed by the optical sensor 6 decreases due to the increasing spread of the reflected light.
It is clear from Figures 2 and 3 that the processing unit 9 in the main applications must therefore be of the type that delivers a usable output signal 12 which is in function of the global light intensity observed on the optical sensor 6.
<Desc / Clms Page number 5>
An important application of the detection element 1 is in leveling instruments, all this in such a way that the hitherto known classic spirit level can easily be replaced by a digital measuring instrument.
Figures 4 and 5 are schematic and in respectively
EMI5.1
. -... -.....;. ; exterior view the construction of such a leveling instrument ....... & ........ -. - 13 displayed. The processing unit 9 hereby consists .. .. "" mainly of a comparison unit 14 such as -. . ............ v ,. - '.. -... for example a Wheatstone bridge or another measuring bridge, ..... -..... -. an analog-to-digital converter 15, a calculation unit 16 and a digital readout unit 17.
The various electronic circuits are, of course, appropriately powered by the power supply 10. The main operation is that the comparator 14 generates a voltage proportional to the light intensity received at the optical sensor 6 and converts this voltage in a digital value, that this digital value is further processed, for example with respect to a reference value, and that finally a digital reading takes place of the number of degrees of the angle A under which the detection element 1 and thus the leveling instrument 13 is tilted. It is clear that the facility is intended
<Desc / Clms Page number 6>
is for measuring relatively small deviations, up to great accuracy.
According to a first possibility, the leveling instrument can be calibrated with a perfect horizontal plane during manufacture. Alternatively, the device can also be provided with a reset unit 18 with which the reading unit 17 can be set to "0", while the next measurement then shows the deviation from the reference plane on which the device was set to "0" .
According to yet another possibility, a calculating unit 16 and a reset unit 18 can be used which allow to automatically determine the perfect horizontal plane (or vertical plane in the case of a leveling instrument for upright use) and / or the absolute deviation from this plane.
For this purpose, the calculation unit 16 comprises means, in the form of electronic circuits, which successively allow: that after the leveling instrument 13 has been placed on the surface to be measured and the zeroing key has been pressed for the first time, a first measured value is read into the memory ( which is a reference value which may be "0"); that after the leveling instrument has been turned in its plane by 180 degrees and the zeroing key is a second time
<Desc / Clms Page number 7>
pressed, a second measured value is obtained, which shows the deviation of the instrument from its first position; and finally dividing the difference between the two aforementioned values by two, and the result is displayed on the digital reading unit 17.
It is clear that the value obtained by acting as above and by making the above calculations is equal to the absolute angular deviation of the measured surface from
EMI7.1
.... '".. - -", .. ............. -............. -.' "- '"'. . ¯. .... - -. The horizontal (or vertical) direction. As below .............. - - "...., ...... ... "..........., ....... the positive or negative sign of the ............ -... result of the above calculation can be used as a means to determine the direction of the tilt.
As shown in figure 5, the whole is fitted into a preferably prismatic body 19.
The device can of course also be provided with means which determine which is the highest and lowest situated end of the body 19, in order to indicate in which direction the measured inclination occurs. The reading of the number of degrees can then be preceded, for example, as shown in Figure 5, respectively followed by an indication H or L. The indication H indicates the highest end,
<Desc / Clms Page number 8>
while the indication L represents the lowest end, this is of course to be understood in relation to the set reference plane.
It is obvious that a second detection element 1A can be built into the body 19, according to the direction Y indicated in figure 5, because the leveling instrument can also be used, as well as a classic spirit level, for measuring deviations from the perpendicular.
It is clear that the detection element 1 can also be used analogously as an angle gauge in machine tools. An example of this is shown schematically in figure 6, in which a work table 20 and a work piece 21 placed on it can be set at an angle. The work table 20 is rotated via a first rotating element 22 which is driven via, for example, a pinion 23 and a motor 24. A stepping motor 25 is mounted on the rotating element 22, the shaft 26 of which carries a second rotating element 27.
The detection element 1 is mounted on the rotating element 27.
<Desc / Clms Page number 9>
If, for example, the work table now has to be adjusted at an angle of 21.5 degrees, the motor 24 gives a rotation of 21 degrees to the element 22, for example according to arrow P, while the stepper motor 25 also rotates 21 degrees is given, but in opposite sense of rotation, so that the detection element 1 remains horizontal. The fine-
EMI9.1
...... d '"............... theorem, in other words setting in this case ... -... of 0.5 degrees, is then done with the help of of this detection element 1 and only the motor 24. Via the control unit 28, the motor 25 is blocked and the motor 24 is driven until the detection element 1 displays an indication corresponding to 0.5 degrees.
The work table 20 is then adjusted to the desired angle.
It should be noted that in fact only the detection element 1 has to be mounted on the work table and that all other parts of the device, such as parts 14-18, can be housed in a separate unit and / or can be part of a existing microprocessor. It is clear that the detection element A is suitably connected to said unit, for example by means of cables and cable connections.
<Desc / Clms Page number 10>
The detection element 1 can be used in all types of machines, including robots.
The detection element 1 can of course also be used in a large number of other applications. The application according to figure 3 is suitable, for example, for alarm systems, as well as for detecting vibrations in machines. In an alarm installation, the detection element 1 can be mounted on a floor or the like
EMI10.1
... ¯. - "'-" turn into. When entering a room, the detection element 1 vibrates and the incidence of light on the optical unit changes
EMI10.2
.. - .. sensor 6, which also causes a change in the output signal 8, whereby an alarm signal can be switched on.
It should be noted that in the most fundamental embodiment, the processing unit 9 also includes means which allow direct visual observation of the light 7 to the sensor 6, or at least similar means. The sensor 6 and the processing unit 9 can thus consist of a sight glass or a glass on which the reflected light beam is projected.
The present invention is by no means limited to those described as examples and shown in the figures
<Desc / Clms Page number 11>
embodiments, but such a detection element and the devices using such an element can be realized in different shapes and sizes without departing from the scope of the invention.