<Desc/Clms Page number 1>
Inrichting voor het langs optische weg meten van de hoeksnelheid van een voorwerp.
EMI1.1
De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het langs optische weg meten van de hoeksnelheid van een roterend voorwerp, bevattende - een roteerbare schijf ingericht om aangedreven te worden door het voorwerp, welke schijf is voorzien van een periodiek en rotatie-symmetrisch patroon van langwerpige onderbrekingen in een schijfoppervlak - een belichtingsstelsel voor het gelijktijdig belichten van alle onderbrekingen van het patroon en - een samengesteld detectiestelsel met een periodiek en rotatie-symmetrisch patroon, waarvan de periode overeenkomt met die van De uitvinding heeft ook betrekking op een dergelijke inrichting die geschikt gemaakt is voor het meten van de lineaire snelheid van een langwerpig voorwerp.
Voorts heeft de uitvinding betrekking op een kaapstanderloos bandaftastapparaat voorzien van twee als voorraadhaspel en afwikkelhaspel te gebruiken haspels, een aftastkop geplaatst in de weg die de band aflegt tussen de twee haspels en een bandsnelheidsregellus bevattende een bandsnelheidsopnemer en een de snelheid van de motoropwikkelhaspel regelende stuurschakeling voor het regelen van de snelheid van een motor voor een haspel die als opwikkelhaspel functioneert.
Een optische hoeksne1heidsmeetinrichting is bekend uit het US octrooischrift 4, Kaapstanderloze bandaftast apparaten zijn in diverse uitvoeringsvormen bekend en beschreven in onder andere het GB octrooischrift 1 923 en het US octrooischrift 3, Zoals opgemerkt in het GB octrooischrift heeft het gebruik van een kaapstander in combinatie met een aandrukmechanisme voor het met constante lineaire snelheid aandrijven van een band, het voordeel dat daarmee een nauwkeurige regeling van de bandsnelheid gerealiseerd kan worden tegen, voor wat de regeling zelf
<Desc/Clms Page number 2>
betreft, zo laag mogelijke kosten.
Echter bij gebruik van een kaapstander treden ook een aantal nadelen op waarvan er in het Engelse octrooischrift een drietal genoemd zijn, namelijk een gecompliceerd cassette-inbreng mechanisme, een moeilijk geleiden van de randen van de band en een grotere kans op beschadiging van de band. Daarnaast treden er de problemen van vervuiling en bandslip op. De genoemde nadelen en problemen kunnen worden voorkomen door de band in plaats van met een kaapstander op een andere manier aan te drijven, namelijk met behulp van de voorraadhaspel en/of de afwikkelhaspel. Daarbij moeten dan nog voorzieningen getroffen worden om de bandsnelheid constant te houden ter plaatse van de aftastkop.
Als een mogelijke voorziening noemt het GB octrooischrift GB 1 330 923 het gebruik maken van een door de band aangedreven tachometer, welke tachometer verder niet beschreven wordt en bovendien als minder geschikt afgedaan wordt. In het GB octrooischrift wordt gekozen voor een systeem waarin een van de haspels wordt aangedreven met behulp van een stuursignaal en een daarop gesuperponeerd niet-lineair signaal dat omgekeerd evenredig is met de diameter van de band op de betreffende haspel. In een kaapstanderloos bandaftastapparaat, waarin de bandsnelheid geregeld wordt door het aandrijfmechanisme van de opwikkelhaspel, moet een slipkoppeling in dit aandrijfmechanisme aanwezig zijn, welke slipkoppeling energieverlies geeft.
In het US octrooischrift 3, 809, 335 is een bandaandrijfapparaat beschreven waarin de voorraadhaspel en de opwikkelhaspel worden aangedreven en waarin behalve de versnelling, of vertraging, en de snelheid ook de bandspanning wordt gemeten. Dit apparaat bevat geen apart bandsnelheidsmeetstation.
Omdat de aftastkop van een bandafspeelapparaat zich op enige afstand van zowel de voorraadhaspel als de opwikkelhaspel bevindt, verdient het de voorkeur een apart snelheidsmeetstation te gebruiken dat dichtbij de aftastkop geplaatst wordt, zodat de snelheid gemeten wordt daar waar de snelheid constant moet zijn. Het signaal van het snelheidsmeetstation kan ook gebruikt worden als tijdbasiscorrectie bij het verwerken van het van de band afgelezen informatiesignaal. Verder verdient het de voorkeur een optische meetinrichting te gebruiken omdat die met hedendaagse
EMI2.1
technieken goedkoop en klein uitv technieken kan worden een groot oplossend vermogen en een grote meetnauwkeurigheid heeft.
Ten opzichte van een magnetische hoeksnelheidsopnemer vertoont de optische opnemer als voordelen dat de kwaliteit van het gemeten uitgangssignaal minder afhankelijk is van het gebied van
<Desc/Clms Page number 3>
omwentelingsfrequenties waarin gemeten wordt en dat het minder gevoelig is voor elektrische storingen. In een magnetische opnemer kunnen storende interacties tussen de magneet en het lager optreden.
Men zou kunnen overwegen de optische hoeksnelheidsmeetinrichting, beschreven in het US octrooischrift 4, 658, 132 en bestemd voor het meten van de hoeksnelheid van een motor, in een bandsnelheidsmeetstation te gebruiken. De inrichting volgens het US octrooischrift 4, 658, 132 bevat een eerste, met de motoras meedraaiende schrijf, waarop in een ring gerangschikte, onderbrekingen in de vorm lichtdoorlatende spleten zijn aangebracht en een tweede stationaire schijf die voorzien is van een aantal, eveneens in een ring gerangschikte, stralingsgevoelige detectieelementen, waarbij het aantal detectie-elementen correspondeert met het aantal spleten op de roteerbare schijf. Deze schijf wordt belicht en de door de spleten tredende straling wordt opgevangen door de detectie-elementen.
Bij roteren van de motor verplaatsen de spleten zich ten opzichte van de detectie-elementen zodat afwisselend maximale en minimale hoeveelheden straling door de detectie-elementen worden opgevangen. De som van de uitgangssignalen van deze elementen is een periodiek signaal waarvan de frequentie de hoeksnelheid van de spletenschijf en daarmee van de motor representeert.
De onderhavige uitvinding heeft ten doel een nieuwe optische hoeksnelheidsmeetinrichting te verschaffen die ten opzichte van die volgens het US octrooischrift 4, 658, 132 een aantal voordelen vertoont waaronder, als belangrijkste, een groter oplossend vermogen en een beter gebruik van de beschikbare straling.
De inrichting volgens de uitvinding vertoont als kenmerk, dat het belichtingsstelsel is ingericht voor het leveren van een stralingsbundel met een uniforme intensiteitsverdeling en dat het samengestelde detectiestelsel bevat : - een tweede schijf voorzien van een periodiek en rotatie-symmetrisch patroon van langwerpige onderbrekingen in een schijfoppervlak, waarbij het patroon van de eerste schijf tegenover het patroon van de tweede schijf is gelegen ; - een stralingscollecterend stelsel voor het opvangen van door de patronen op de eerste en tweede schijf tredende en van het belichtingsstelsel afkomstige straling en voor het concentreren van deze straling in een bundel ; en - een enkelvoudige detector voor het omzetten van de intensiteitsvariatie van deze bundel in een elektrisch signaal.
<Desc/Clms Page number 4>
Het oplossend vermogen wordt nu bepaald door het aantal onderbrekingen in de twee schijven. Met hedendaagse technieken kunnen op de schijven zeer smalle onderbrekingen en dus een groot aantal daarvan aangebracht worden. In de inrichting volgens het US octrooischrift 4, 658, 132 wordt de nauwkeurigheid begrensd omdat de detectie-elementen zelf en de stroken tussen deze elementen een relatief grote breedte moeten hebben, zodat het aantal detectie-elementen, dat op stationaire schijf aangebracht kan worden, beperkt is. Doordat volgens de uitvinding de schijven belicht worden met een bundel met een uniforme intensiteitsverdeling kan een grote nauwkeurigheid bereikt worden.
Een inrichting volgens de uitvinding voor het meten van de absolute waarde van de hoeksnelheid vertoont als verder kenmerk, dat de tweede schijf stationair is opgesteld.
De inrichting volgens de uitvinding kan echter ook als kenmerk hebben, dat de tweede schijf met constante hoeksnelheid wordt aangedreven. Dan kan de hoeksnelheid ten opzichte van een referentiesnelheid gemeten worden. Deze inrichting kan bijvoorbeeld gebruikt worden in een apparaat waarin het alleen van belang is dat de hoeksnelheid constant is en gelijk is aan een referentiewaarde.
De bovengenoemde inrichtingen kunnen als verder kenmerk hebben dat, een van de schijven is voorzien van een tweede, periodiek en rotatie-symmetrisch, patroon van onderbrekingen, waarvan de periode gelijk is aan die van het eerste patroon op die schijf, waarbij de posities van de onderbrekingen van het tweede patroon over een afstand gelijk aan een vierde van de periode van de patronen verschoven zijn ten opzichte van de posities van de onderbrekingen van het andere patroon en dat een tweede detector aanwezig is voor het opvangen van door het tweede patroon en het patroon van de ander schijf tredende straling.
Met deze inrichting kan niet alleen de hoeksnelheid of de grootte van een afwijking tussen deze snelheid en een referentiesnelheid bepaald worden, maar ook de richting van de draaiing of van de afwijking ten opzichte van de referentiesnelheid.
De inrichting volgens de uitvinding kent twee klassen van uitvoeringsvormen. De uitvoeringsvormen van de eerste klasse hebben als kenmerk, dat één van de schijven een ronde stralingsgeleidende schijf is, waarvan het patroon van onderbrekingen op de buitenschijfkant is aangebracht en dat de andere schijf een
<Desc/Clms Page number 5>
ringvormige stralingsgeleidende schijf is, die rondom de andere schijf is aangebracht en waarvan het patroon van onderbrekingen op de binnenschijfkant is aangebracht.
Een voordelige uitvoeringsvorm van de eerste klasse vertoont als verder kenmerk, dat het belichtingsstelsel wordt gevormd door de ringvormige schijf en een tegenover de buitenzijkant daarvan gelegen stralingsbron en dat de ronde schijf is voorzien van een conusvormige reflector en deel uitmaakt van het stralingscollecterend stelsel.
Doordat de schijven nu niet alleen als dragers voor de patronen van onderbrekingen functioneren, maar ook deel uitmaken van het belichtingsstelsel, dat een stralingsbundel met uniforme intensiteitsverdeling moet leveren, respectievelijk van het collecterend stelsel kan het aantal elementen van de inrichting beperkt blijven.
De tweede klasse van uitvoeringsvormen vertoont als gemeenschappelijk kenmerk, dat de eerste en tweede schijf ronde schijven zijn, die tegenover elkaar geplaatst zijn en dat de patronen van onderbrekingen op deze schijven ringvormige patronen zijn.
Een voordelige uitvoeringsvorm van de tweede klasse vertoont als kenmerk, dat de twee schijven stralingsgeleidende schijven zijn, waarvan er een deel uitmaakt van het belichtingsstelsel en de andere deel uitmaakt van het collecterend stelsel en dat in de schijven straling opgesloten blijft door totale interne reflectie en waarbij via het patroon van onderbrekingen in de tot het belichtingsstelsel behorende schijf straling uit deze schijf kan treden en via het patroon van onderbrekingen in de tot het collecterende stelsel behorende schijf straling in deze schijf kan treden. Het voordeel van deze uitvoeringsvorm is weer dat het aantal elementen van de inrichting beperkt kan blijven.
De uitvoeringsvormen van zowel de eerste als tweede klasse kunnen als verder kenmerk hebben, dat de onderbrekingen worden gevormd door vervormingen in een glad schijfoppervlak.
Daarbij wordt een voordelig gebruik gemaakt van het feit dat straling, die bij volkomen gladde schijfoppervlakken in deze schijf opgesloten blijft door totale interne reflectie, op posities waar oppervlakte-afwijkingen optreden uit de schijf kan treden. De vervormingen kunnen bestaan uit groeven die gemakkelijk en nauwkeurig, bijvoorbeeld door krassen aangebracht kunnen worden.
<Desc/Clms Page number 6>
EMI6.1
De uitvoeringsvormen van de eerste en tweede klasse kunnen alternatief als kenmerk vertonen, dat de onderbrekingen worden gevormd door doorzichtige spleten in een ondoorzichtig schijfoppervlak.
Dergelijke spleten kunnen nauwkeurig en goedkoop met fotolithographische- replica-technieken aangebracht worden.
Volgens een verder kenmerk vertonen de uitvoeringsvormen van zowel de eerste als tweede klasse als kenmerk, dat minstens een van de schijven uit een doorzichtige kunststof vervaardigd is. Een dergelijke kunststof, bijvoorbeeld polymethylmethacrylaat (PMMA), heeft, naast de eigenschap dat het doorzichtig is, de voordelen dat het goedkoop is en gemakkelijk in vorm gebracht kan worden, bijvoorbeeld door spuiten.
De uitvoeringsvormen van de tweede klasse kunnen als verder kenmerk hebben, dat de schijven ondoorzichtig zijn en de onderbrekingen worden gevormd door spleten in deze schijven en dat het belichtingsstelsel is ingericht voor het leveren van een bundel met een ringvormige doorsnede waarvan de en de buitenstraal hoogstens gelijk aan de overeenkomstige stralen van het ringvormige patroon van spleten van de eerste en tweede schijf zijn.
De genoemde schijven met spleten, hierna spletenschijven genoemd, kunnen op eenvoudige en goedkope manier vervaardigd worden, bijvoorbeeld via een replica-proces vanaf een zogenaamde masterschijf. Indien de stralen van de ringvormige bundeldwarsdoorsnede, of de belichtingsring, gelijk zijn aan die van de ringvormige spletenstruktuur, of de spletenring, gaat geen meetstraling verloren, kan geen valse straling ontstaan en worden de spletenringen volledig belicht, zodat per spleet onnauwkeurigheden uitgemiddeld worden, zodat dergelijke onnauwkeurigheden geen effect op de meting hebben.
Indien men enige tolerantie wil toestaan in de onderlinge positionering van de spletenringen en de belichtingsring, verdient het de voorkeur de breedte van de belichtingsring kleiner te maken dan de breedte van de spletenringen.
Het is echter ook mogelijk om de breedte van de belichtingsring groter te maken dan die van de spletenringen om een gewenste positie-tolerantie te verkrijgen.
Opgemerkt wordt dat in het uittreksel van de JP octrooiaanvrage 61-228310 een hoekpositie-, geen snelheids-, opnemer beschreven is waarin een
<Desc/Clms Page number 7>
ringvormige belichtingsbundel wordt gebruikt. De roteerbare schijf van deze opnemer bevat echter maar één spleet, zodat de beschikbare straling niet efficiënt gebruikt wordt en het meetresultaat afhankelijk is van de onnauwkeurigheden van de spleet.
Een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding, waarin de straling op efficiënte wijze naar de roteerbare spletenschijf wordt gebracht om daar een ringvormige, homogene belichting te realiseren, vertoont als verder kenmerk, dat het belichtingsstelsel achtereenvolgens bevat een stralingsbron, een eerste stralingsgeleider en een, nabij en evenwijdig met de roteerbare schijf geplaatste, roteerbare stralingsgeleidende schijf met een schuine reflecterende rand.
De eerste stralingsgeleider zorgt ervoor dat alle daarin gekoppelde bronstraling voor de meting beschikbaar blijft en maakt een compacte uitvoering van het belichtingsstelsel mogelijk. De roteerbare stralingsgeleidende schijf zorgt door zijn rotatie-symmetrie voor uniformisering van de straling en de schuine rand zorgt ervoor dat de stralingsvlek op de spletenschijf ringvormig is.
Een uitvoeringsvorm van de inrichting waarin de door de spletenschijven doorgelaten straling zo efficient mogelijk wordt samengebracht in een bundel die geschikt is om aan de detector toegevoerd te worden, vertoont als kenmerk, dat het samengestelde detectiestelsel verder bevat een, aan de van de roteerbare spletenschijf afgewende zijde van de tweede spletenschijf aangebrachte, tweede stralingsgeleidende schijf met een schuine reflecterende rand, in welke schijf centraal een conusvormige reflector is aangebracht.
De schuine rand van de tweede stralingsgeleidende schijf zet de daarop gevormde ringvormige stralingsvlek om in een waaier van naar het centrum van de schijf gericht deelbundels en de centrale conus reflecteert deze deelbundels in een bundel met een cirkelvormige doorsnede.
Volgens een verder kenmerk van deze uitvoeringsvorm is minstens een van de twee stralingsgeleidende schijven uit een doorzichtige kunststof vervaardigd.
Deze kunststof kan weer PMMA zijn.
De uitvoeringsvorm met twee spletenschijven vertoont bij voorkeur als verder kenmerk, dat tussen de tweede stralingsgeleidende schijf en de detector een tweede stralingsgeleider is aangebracht voor het geleiden van straling afkomstig van de conusvormige reflector naar de detector.
<Desc/Clms Page number 8>
Een uit constructief oogpunt voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding vertoont als verder kenmerk, dat de stralingsbron, de eerste stralingsgeleider, de tweede stralingsgeleidende schijf, de tweede stralingsgeleider en de detector in een U-vorm gerangschikt zijn en dat een deel van de eerste stralingsgeleider het middendeel van de U vormt en de vorm heeft van een holle buis voor het opnemen van een as. Deze as kan vast met het voorwerp verbonden zijn en dus met dit voorwerp meeroteren. De as kan echter ook een stationaire as zijn, waarbij het voorwerp om die as roteert.
In de laatstgenoemde uitvoeringsvorm is de mogelijkheid geboden om de stralingsbron, bijvoorbeeld in de vorm van een LED en de detector op één drager te integreren en daarmee het aantal afzonderlijk te positioneren componenten te beperken.
De hierboven genoemde uitvoeringsvormen van de inrichting kunnen als verder kenmerk hebben, dat het roterend voorwerp een wrijvingsrol is die door een bewegend langwerpig voorwerp wordt meegenomen en aldus de inrichting transformeert in een lineaire snelheidsmeetinrichting.
Op die wijze kan het toepassingsgebied van de meetinrichting uitgebreid worden met die, professionele en consumenten, gebieden waar lineaire snelheden met grote nauwkeurigheid gemeten moeten worden.
De uitvinding heeft verder betrekking op een bandaftastapparaat voorzien van twee, als voorraadhaspel en opwikkelhaspel te gebruiken haspels, minstens een aftastkop geplaatst in de weg die de band aflegt tussen de twee haspels en een bandsnelheidsregellus bevattende een bandsnelheidsopnemer en een stuurschakeling voor het regelen van de snelheid van de haspel die als opwikkelhaspel functioneert. Dit apparaat vertoont als kenmerk, dat de bandsnelheidsopnemer een lineaire snelheidsmeetinrichting, zoals hierboven genoemd, is.
Omdat de bandsnelheidsopnemer in een dergelijk consumentenapparaat goedkoop en klein, maar ook nauwkeurig en betrouwbaar, moet zijn, is de snelheidsopnemer volgens de uitvinding uitermate geschikt daarvoor.
De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van de tekening.
Daarin toont :
Figuur 1 een gedeelte van een bandaftastapparaat waarin de hoeksne1heidsmeetinrichting volgens de uitvinding kan worden toegepast ;
<Desc/Clms Page number 9>
Figuur 2 het principe van deze meetinrichting ;
Figuur 3 een in deze inrichting te gebruiken spletenschijf ;
Figuur 4 een spletenschijf waarmee ook de draairichting van een voorwerp bepaald kan worden ;
Figuur 5 een eerste uitvoeringsvorm van de meetinrichting ; de Figuren 6a en 6b constructieve details van deze meetinrichting voor gebruik in een bandaftastapparaat ;
Figuur 7 een alternatieve uitvoeringsvorm van de meetinrichting ;
Figuur 8 gedeeltes van de in deze inrichting gebruikte stralingsgeleidende en van onderbrekingen voorziene schijven ;
Figuur 9 een uitvoeringsvorm van de meetinrichting waarin de patronen van onderbrekingen op de schijfkanten zijn aangebracht ;
de Figuren l0a en l0b een inrichting analoog aan die van Figuur 7 voor het meten van de omwentelingssnelheid van een motor ; en de Figuren lla en llb een inrichting analoog aan die van Figuur 9 voor het meten van de omwentelingssnelheid van een motor.
Figuur 1 toont van een bandaftastapparaat slechts de voor het begrip van de onderhavige uitvinding relevante onderdelen. Dit apparaat is voorzien van een aftastkop 1 die meerdere aftastelementen kan bevatten en waarmee informatie, bijvoorbeeld audio- of video-informatie of data, van een magneetband 2, die in een cassette 3 is aangebracht, uitgelezen of daarop ingeschreven of daarvan gewist kan worden. De aftastkop is via een elektrische verbinding 4 gekoppeld met een bekend elektronisch circuit 5. Dit circuit bevat onder andere een versterker-en decodeerschakeling 6 voor het uitgelezen signaal en is in het geval van een audiobandaftastapparaat verbonden met een luidspreker 7 waarmee het uitgelezen audiosignaal hoorbaar gemaakt wordt.
Het audioband-aftastapparaat kan van het SDAT type of van het DCC type zijn en details van een dergelijk apparaat zijn beschreven in onder andere de EP octrooiaanvrage 0 504 973.
Het apparaat bevat verder bandtransportmiddelen in de vorm van haspels 8 en 9, die aangedreven worden door motoren 10 en 11 en een motorenstuurschakeling 16. De band wordt tijdens bedrijf vanaf een voorraadhaspel, bijvoorbeeld haspel 8, via de geleidingsrollen 13 en 14 getransporteerd naar een opwikkelhaspel, bijvoorbeeld
<Desc/Clms Page number 10>
haspel 9.
De band kan, behalve een digitale video- of audioband, ook een analoge video-of audioband zijn en vooral in het laatste geval en in het algemeen in bandaftastapparaten waar men last heeft van zogenaamde jitten, kan de uitvinding met veel voordeel toegepast worden. Verder kan de band, behalve een magneetband, ook een optische band zijn, die ook weer een audio- of videoprogramma of data kan bevatten. In het geval van een optische band is het apparaat, in plaats van met een magnetische aftastkop, uitgerust met een optische aftastkop, die ook weer een of meer aftastelementen kan bevatten.
Ook kan de band een magneto-optische band zijn, in welk geval de aftastkop voorzien is van zowel een magneetspoel als van optische middelen voor het vormen van een aftastvlek op de band ter plaatse van de magneetspoel, welke vlek zowel bij het inschrijven als het uitlezen van informatie wordt gebruikt.
Volgens de uitvinding zijn alle bovengenoemde apparaten voorzien van een bandsnelheidsmeetinrichting, die onder andere een meeloop- of wrijvingsro1 bevat, welke rol door de band wordt aangedreven. Eenvoudigheidshalve is in Figuur 1 van de bandsnelheidsmeetinrichting alleen de wrijvingsrol 21 weergegeven. Het uitgangssignaal van deze meetinrichting wordt, zoals in Figuur 1 schematisch met de verbinding 13 is aangegeven, toegevoerd aan de stuurschakeling 16 voor de haspelmotoren 10 en 11, zodat de omwentelingssnelheid van deze motoren aangepast kan worden aan de bandsnelheid gemeten op een positie dichtbij de aftastkop 1, zodanig dat de bandsnelheid daar constant gehouden kan worden.
De schakeling 16 stuurt bijvoorbeeld op een moment één van de motoren 10 en 11 aan, waarbij de daarbij behorende haspel als opwikkelhaspel functioneert. Afhankelijk van de richting van de bandloop kunnen de twee haspels als opwikkelhaspel of als voorraadhaspel functioneren.
Het principe van de hoeksnelheidsmeetinrichting volgens de uitvinding zal nu worden besproken aan de hand van een uitvoeringsvorm met spletenschijven, welke uitvoeringsvorm in Figuur 2 schematisch is weergegeven. Deze uitvoeringsvorm bevat een ondoorzichtige schijf 23, die, zoals Figuur 3 toont, voorzien is van een groot aantal spleten 24. Deze spleten, waarvan in Figuur 3 slechts enkele getekend zijn, bevinden zieh allemaal in een ring 25 met een binnenstraal r en een buitenstraal R. In bedrijf roteert deze schijf met dezelfde snelheid als het voorwerp waarvan de hoeksnelheid gemeten moet worden. Daartoe is de schijf bevestigd op een rol 35. Deze rol kan het
<Desc/Clms Page number 11>
voorwerp zelf zijn indien dit voorwerp bijvoorbeeld een wrijvingsrol is. De rol roteert dan om een as 28 die in de rol geklemd is en met behulp waarvan de rol gelagerd is.
Het voorwerp kan zieh ook op enige afstand van de spletenschijf 23 bevinden. In dat geval is de as 28 een aandrijvende as die met het voorwerp verbonden is. De as 28 kan ook een stilstaande as zijn waaromheen de rol roteert.
Tegenover de spletenschijf 23 ligt een tweede ondoorzichtige schijf 29, die eveneens van een groot aantal spleten is voorzien, eveneens gerangschikt in een ring. De tweede spletenschijf 29 kan identiek zijn aan de eerste spletenschijf 23, hetgeen onder andere uit fabricage-technisch oogpunt voordelig is. De tweede spletenschijf is vast opgesteld. Onder deze schijf bevindt zieh een stralingsgeleidende plaat 30 met een schuine rand 31 en in het centrum van plaat 30 is een conusvormige reflector 32 aangebracht. Tegenover deze reflector bevindt zich een stralingsuittree-opening 33 en daar achter is een stralingsgevoelige detector 34 opgesteld.
De eerste spletenschijf wordt van boven bestraald en de door de spleten 24 doorgelaten straling valt in op de tweede spletenschijf 29, waarvan de spleten de straling doorlaten naar de stralingsgeleidende plaat 30. In deze plaat wordt de straling naar de reflector 32 geleid, die de straling via de opening 33 naar de detector 34 reflecteert.
In de uitgangspositie van de spletenschijf 23 zijn de spleten 24 daarvan bijvoorbeeld gelegen tegenover de ondoorzichtige gedeelten 26 van de spletenschijf 29 en wordt een minimale hoeveelheid straling doorgelaten naar de stralingsgeleidende plaat 30. Bij draaien van de schijf 23 zullen de spleten daarvan in toenemende mate overlappen met die van de schijf 29. Als totale overlapping optreedt, is de hoeveelheid straling, die naar de stralingsgeleidende plaat 30 wordt doorgelaten, maximaal en heeft het uitgangssignaal So van de detector 34 een maximale waarde. Bij verder draaien van de schijf 23 neemt de hoeveelheid doorgelaten straling weer af tot het genoemde minimum niveau en vervolgens weer toe tot het genoemde maximum niveau. Bij continue roteren van de schijf 23, dus van het voorwerp vertoont het uitgangssignaal So een periodiek, bijvoorbeeld sinusvormig, verloop.
De momentane periodefrequentie van dit signaal is evenredig met de momentane hoeksnelheid van het voorwerp.
Als de meetstraling een uniforme intensiteitsverdeling heeft, zal een draaiing van de spletenschijf 23 ten opzichte van de spletenschijf 29 voor elke spleet
<Desc/Clms Page number 12>
eenzelfde lokale intensiteitsverandering tot gevolg hebben.
Er wordt bij voorkeur een ringvormige belichting gebruikt, zodat de beschikbare straling zo efficiënt mogelijk benut wordt. Van de in Figuur 2 schematisch met de blokjes 36 aangegeven belichtingsring zijn de binnen-en buitenstraal bij voorkeur gelijk aan die van de ringen 25 op de spletenschijven 23 en 29, zodat enerzijds geen verlies van straling optreedt en anderzijds de ringen volledig bestraald worden.
Verder is dan de kans dat van de belichtingsring afkomstige straling stoorstraling voor de detector kan worden, minimaal. Indien men enige tolerantie wil toestaan in de onderlinge positionering van de spletenringen en de belichtingsring verdient het de voorkeur de breedte van de belichtingsring kleiner te maken dan de breedte van de spletenringen. Het is ook mogelijk om de breedte van de belichtingsring groter te maken dan die van de spletenringen om een gewenste positietolerantie te verkrijgen. De belichtingsring kan stationair zijn of mee bewegen met de rol 35, zoals in Figuur 2 schematisch met de verbindingen 37 is aangegeven. De belichtingsring kan gevormd worden door in een ring gebogen lamp, maar wordt bij voorkeur gerealiseerd zoals in de Figuren 4,5a en 5b is aangegeven.
De stralingsgeleidende plaat 30 is bij voorkeur vervaardigd uit een doorzichtige kunststof, zoals polymethylmethacrylaat, welk materiaal goedkoop is, een goede optische kwaliteit heeft en gemakkelijk verwerkt kan worden. De plaat 30 kan echter ook uit glas vervaardigd zijn.
In het voorgaande is aangenomen dat de spletenschijf 29 stationair is. Dan kan de absolute waarde van de hoeksnelheid van het voorwerp gemeten worden. Onder omstandigheden kan het gewenst zijn de relatieve hoeksnelheid van dit voorwerp ten opzichte van een referentie, bijvoorbeeld de hoeksnelheid van een ander voorwerp, te meten. Dan kan de spletenschijf 29 ook draaibaar zijn opgesteld en aangedreven worden door bijvoorbeeld het tweede voorwerp of met een constante referentiesnelheid roteren.
In de inrichting volgens de uitvinding kunnen de functies van de spletenschijven 23 en 29 verwisseld zijn, dat wil zeggen dat de schijf 29 wordt aangedreven door het voorwerp en de schijf 23 stationair is of met een referentiesnelheid roteert.
Om behalve de snelheid van het voorwerp ook de draairichting te detecteren kan een, in het gebied van optische verplaatsingsopnemers op zichzelf bekende, maatregel toegepast worden in de inrichting volgens de uitvinding. Daarbij
<Desc/Clms Page number 13>
EMI13.1
wordt op een van de schijven, naast een eerste ring van spleten, een tweede ring van spleten aangebracht en wordt een tweede detector gebruikt die alleen straling afkomstig van de tweede ring van spleten ontvangt, terwijl de eerste detector alleen straling afkomstig van de eerste ring van spleten ontvangt. In Figuur 4 is een gedeelte van een schijf met twee spieetringen 25, 25'weergegeven. Deze ringen hebben dezelfde tangentiële periode P. Echter, de spleten 24 van de ring 25 zijn in tangentiële richting over 1A P verschoven ten opzichte van de spleten 24'van de ring 25'.
De andere spletenschijf heeft één ring van spleten die lang genoeg zijn om zowel de spleten 24 als de spleten 24'af te dekken. De andere spletenschijf kan echter ook twee ringen van spleten hebben, waarbij de spleten van de eerste ring niet verschoven zijn ten opzichte van die van de tweede ring. De uitgangssignalen van de twee, niet weergegeven, detectoren, waarvan er één slechts straling van de spleten 24 ontvangt en de ander slechts straling van de spleten 24', vertonen een faseverschil. Door te bepalen welke van die signalen voorijlt kan de draairichting van de schijf 23, dus die van het voorwerp, vastgesteld worden.
Om het gemeten signaal onafhankelijk te maken van onnauwkeurigheden of imperfecties in de inrichting of de componenten daarvan, kan bijvoorbeeld de intensiteit van de stralingsbron laagfrequent gemoduleerd worden. Dit heeft eenzelfde effect als een modulatie met constante frequentie van de hoeksnelheid van de roteerbare schijf. Als gevolg daarvan zal ook op het detectorsignaal een laagfrequente modulatiecomponent gesuperponeerd zijn. Dit biedt de mogelijkheid om in bijvoorbeeld regelschakeling 16 de invloed van de genoemde onnauwkeurigheden of imperfecties weg te regelen.
Een andere mogelijkheid om een meetsignaal te verkrijgen dat onafhankelijk is van imperfecties, bestaat erin een tweede stralingsbundel of referentiebundel afkomstig van dezelfde stralingsbron of van een tweede stralingsbron te gebruiken, welke bundel dezelfde weg door de inrichting volgt als de meetstraling, maar niet door de spletenringen gaat, en opgevangen wordt door een referentiedetector. Door de signalen van de meetdetector en de referentiedetector van elkaar af te trekken wordt een gecorrigeerd meetsignaal verkregen.
De bovengenoemde mogelijkheden van - een draaibare tweede schijf met onderbrekingen,
<Desc/Clms Page number 14>
- het detecteren van de draairichting met een tweede ring van onderbrekingen op een van de schijven, en - het verkrijgen van een meetsignaal dat onafhankelijk is van systeem-imperfecties, kunnen gerealiseerd worden in alle hierna te beschrijven uitvoeringsvormen.
In de Figuren 5,6a en 6b zijn verdere constructieve details van een uitvoeringsvorm van de meetinrichting, waarin het voorwerp een, bijvoorbeeld door een band aangedreven, wrijvingsrol is die volledig in de inrichting is opgenomen, weergegeven. Figuur 5 toont een dwarsdoorsnede, Figuur 6a een perspectivisch aanzicht en Figuur 6b eveneens in perspectivisch aanzicht elementen van de inrichting. De rol 35 is een dikwandige holle cilinder. Op deze rol is bevestigd een stralingsgeleidende plaat 40 met een schuine rand 57 en bij voorkeur uit PMMA vervaardigd. De stralingsgeleidende plaat kan ook één geheel met de rol vormen, zoals in Figuur 5 getoond is. Tegen de plaat 40 is de eerste spletenschijf 23 bevestigd. In de wrijvingsrol 35 bevindt zich een dubbelwandige buis 42 die met deze rol mee beweegt.
In de centrale opening 43 van de buis 42 is een as 44 aangebracht. Als de rol wordt aangedreven roteren ook de buis 42 en de as 44. Deze as, waarvan de einden spitsvormig zijn, is gelagerd enerzijds in een membraan 41 dat past in de centrale opening van de spletenschijf 29 en anderzijds in een plaatje 45 in het belichtingshuis 46, dat onderdeel is van het belichtingsstelsel. In plaats van met het in Figuur 5 getoonde taatslager kan de rol 35 ook gelagerd zijn met een kogellager. Er moet een lichtlopende lagering gebruikt worden, zodat de band de rol 35 gemakkelijk kan aandrijven. De andere onderdelen van het belichtingsstelsel zijn de holte tussen de binnen-en buitenwand van de buis 42 en de stralingsgeleidende plaat 40.
Het stra1ingshuis bevat een compartiment 47 voor een stralingsbron 48, bijvoorbeeld een lichtemitterende diode (LED) en een tegen dit compartiment bevestigde stralingsgeleider 49 van bijvoorbeeld PMMA. Op de overgang van het compartiment 47 naar de stralingsgeleider 49 kan een lens 50 aangebracht zijn voor het bundelen van de door de bron 48 uitgezonden straling. Deze lens is bijvoorbeeld een collimatorlens. Van de meetbundel zijn alleen twee diametrale randgedeelten 51 en 52 met streeplijnen weergegeven. De meetbundelstraling wordt aan het schuine eindvlak 53 van de stralingsgeleider gereflecteerd, via totale interne reflectie of door een op dit vlak aangebrachte reflectielaag.
Straling van de gereflecteerde meetbundel doorloopt
<Desc/Clms Page number 15>
vervolgens de ruimte tussen de binnen-en buitenwand van de buis 42, zodat er een bundel met ringvormige doorsnede op de conusvormige reflector 55 invalt. Door deze reflector wordt de straling in het horizontale vlak over 3600 gespreid en de stralingsgeleidende plaat 40 ingestuurd. Door de schuine rand 57 van deze plaat wordt de straling als een bundel met ringvormige doorsnede naar de spletenschijven 23 en 29 gereflecteerd. De door de spleten van deze schijven doorgelaten straling wordt door de schuine rand 31 van de stralingsgeleidende plaat 30 deze plaat ingestuurd. Vervolgens wordt de straling door de conusvormige reflector 32 in deze plaat naar de opening 33 daarvan gereflecteerd.
Ter plaatse van deze opening is een verdere lichtgeleider 60 op de plaat 30 bevestigd voor het geleiden van de straling, via reflectie aan de schuine kant 61, naar een detector 34 die is aangebracht in een detectiehuis 65. Op de overgang van dit huis en de stralingsgeleider 60 kan een lens 66 aangebracht zijn voor het concentreren van de straling op de detector.
Door het gebruik van diverse stralingsgeleiders is de stralingsweg vanaf de bron 48 tot de detector 34 van de omgeving afgesloten, zodat geen straling van de bron verloren gaat en geen omgevingsstraling op de detector kan invallen. Daardoor wordt een meetsignaal verkregen dat een goede signaal-ruisverhouding heeft en niet door de omgeving wordt beinvloed.
Het lichthuis 46, met de plaat 45, en het detectiestelsel, met de spletenschijf 29, zijn bevestigd op een gemeenschappelijke drager 70. Omdat de as 44 van wrijvingsrol 35 en de spletenschijf 23 op de plaat 45 en de spletenschijf 29 gefixeerd is, zijn de spletenschijven stabiel ten opzichte van elkaar gelagerd, waardoor een stabiele en betrouwbare meetinrichting is verkregen. De hoeksne1heidsmeetinrichting volgens de Figuren 5,6a en 6b kan zeer compact uitgevoerd worden, waardoor deze inrichting gemakkelijk in te bouwen is.
In een gerealiseerde uitvoeringsvorm van deze inrichting hebben de spletenschijven een diameter van 1 cm. De periode van de spletenstructuur is ongeveer 80 J'm en de spleten hebben een lengte van ongeveer 350 gm. De gehele inrichting heeft een volume van ongeveer 1 cm3. In de uitvoeringsvorm van Figuur 5 bevinden de stralingsbron en de detector zich op eenzelfde positie, in horizontale richting gezien.
Deze componenten kunnen daarom op een printplaat aangebracht worden die tegen de drager 70 bevestigd kan worden, hetgeen uit constructief oogpunt erg voordelig is.
<Desc/Clms Page number 16>
Door het grote aantal spleten dat op de schijven aangebracht kan worden, is het oplossend vermogen van deze inrichting ongeveer tien maal groter dan die van bekende hoeksnelheidsmeter of bandsnelheidsmeters. Door de uniformiteit van de meetstraling en de nauwkeurigheid waarmee de inrichting uitgevoerd kan worden, is de nauwkeurigheid waarmee de hoeksnelheid bepaald kan worden in totaal ongeveer honderd maal groter dan die van bekende hoeksnelheidsmeter of bandsnelheidsmeters.
In Figuur 7 is een tweede uitvoeringsvorm van de bandsnelheidsmeetinrichting weergegeven. De componenten van deze inrichting, die corresponderen met die van de inrichting volgens Figuur 5, zijn met dezelfde verwijzingscijfers aangeduid. De inrichting volgens Figuur 7 onderscheidt zich van die volgens Figuur 5 in dat er geen aparte spletenschijven aanwezig zijn en dat de ringen 25 en 27 met spleten in de stralingsgeleidende platen 40 en 30 aangebracht zijn. Verder vormt de stralingsgeleidende plaat 40 een geheel met de meeneem- of wrijvingsrol 35', waarbij het geheel weer uit een doorzichtige kunststof, zoals PMMA, vervaardigd is.
De rol 35'die nu geen aparte draaias bevat, is, in plaats van met taatslagers, met kogellagers 80,81 gelagerd. De rol 35'bevat twee holle ruimtes 82 en 83 tussen het centrale gedeelte 84, waar de meetstraling doorheen gaat en de randgedeeltes 85 en 86.
De meetstraling doorloopt in de inrichting volgens Figuur 7 dezelfde weg als in de inrichting volgens Figuur 5. De inrichting volgens Figuur 7 heeft ten opzichte van die volgens Figuur 5 het voordeel dat hij meer geïntegreerd is en eenvoudiger te assembleren is.
De inrichting volgens Figuur 7 is uitstekend geschikt om in plaats van spleten een ander soort onderbrekingen, bijvoorbeeld groeven, te gebruiken. Daarbij wordt het feit benut dat de stralingsgeleidende platen totale interne reflectieplaten zijn, dat wil zeggen dat de daarin ingekoppelde straling in de platen opgesloten blijft door totale interne reflectie aan gladde plaatoppervlakken. Alleen op die posities waar afwijkingen in die gladheid optreden, bijvoorbeeld daar waar heuveltjes of groeven in het plaatoppervlak aangebracht zijn, kan straling uit de plaat treden. Door dezelfde heuveltjes of groeven kan straling in een dergelijke stralingsgeleidende plaat, zoals de plaat 30 binnentreden.
In Figuur 8 zijn delen van stralingsgeleidende schijven 90 of 91 die van groeven 92 en 93 zijn voorzien en die te gebruiken zijn in de inrichting volgens Figuur
<Desc/Clms Page number 17>
7 in tangentiële doorsnede getekend. Via de groeven 92 kan meetstraling uit de schijf 90 treden en deze straling kan via de groeven 93 in de schijf 91 treden. Daarbij is het gedeelte van de via de groeven 92 uittredende straling dat in de schijf 93 gekoppeld wordt, en dus de detector kan bereiken, afhankelijk van de tangentiële posities van de groeven 92 ten opzichte van die posities van de groeven 93.
De groeven kunnen in de schijven aangebracht worden door krassen van het betreffende schijfoppervlak met een scherpe beitel of een naald. Een eenvoudige en goedkope methode voor het verkrijgen van stralingsgeleidende schijven met groeven of heuveltjes is die waarbij uitgegaan wordt van een zogenaamde masterplaat die een oppervlakteprofiel heeft dat het omgekeerde is van het gewenste profiel en van deze plaat via een replica proces een afdruk te maken. Daarbij wordt gelijktijdig de schijf in de vorm gebracht en het groevenpatroon aangebracht. Dit replica proces is uitstekend geschikt voor massafabricage, dus voor consumententoepassingen.
Figuur 9 toont schematisch een uitvoeringsvorm van de bovengenoemde tweede klasse voor het meten van de hoeksnelheid Va. l1 een rol. Deze rol 100 is bevestigd op een eerste stralingsgeleidende schijf 101 die met de rol meebeweegt. De tweede stralingsgeleidende schijf is nu een ringvormige schijf 102 die bijvoorbeeld stationair is bevestigd op een drager 103, waarin ook de detector 104 en eventueel een lens 105 zijn aangebracht. Het belangrijkste verschil tussen deze uitvoeringsvorm en de hiervoor besproken uitvoeringsvormen is dat de patronen van onderbrekingen 105 en 106 zijn aangebracht op de zijkanten van de schijven, waarbij de lengterichtingen van de onderbrekingen evenwijdig zijn met de as 107 om welke de rol 100 roteert. De onderbrekingen kunnen spleten of oppervlaktevervormingen, zoals groeven, zijn.
Tegenover de buitenzijkant van de schijf 102 is een stralingsbron 108, bijvoorbeeld een LED, geplaatst die zijn straling in deze schijf stuurt. Door de rotatie-symmetrische vorm van deze schijf wordt de straling uniform gemaakt. De via het patroon van onderbrekingen 106 uit de schijf 102 tredende straling treedt via het patroon van onderbrekingen 105 de schijf 101 binnen. Deze straling bereikt een centraal in de schijf 101 aangebrachte conusvormige reflector 55 die de straling naar de lens 109 en de daarachter geplaatste detector reflecteert via het vlak 110 van de schijf 101 in de stralingsdoorlatende delen 111,112 van de drager 103.
In bedrijf is de momentane hoeveelheid straling die door de patronen van onderbrekingen 106 en 105 doorgelaten
<Desc/Clms Page number 18>
wordt, en dus een hoeveelheid straling op de detector, bepaald door de tangentiële posities van de onderbrekingen van het patroon 106 ten opzichte van die posities van de onderbrekingen van het patroon los. Dientengevolge is de momentane frequentie van het detector-uitgangssignaal evenredig met de momentane hoeksnelheid van de rol 100, of van de momentane lineaire snelheid van een deze bol aandrijven voorwerp zoals een band.
Met de inrichting volgens de uitvinding kan ook rechtstreeks de omwentelingssnelheid van een motor gemeten worden waarbij deze inrichting met de motor samengebouwd kan worden omdat hij zo compact is. In de figuren 10a en 10b is een uitvoeringsvorm van een dergelijk samenstel van motor en meetinrichting in verticale, respectievelijk horizontale, doorsnede weergegeven. De uit de motor 120 stekende as 121 steekt door een blok 122 van een drager 123. Deze as is bevestigd in een eerste stralingsgeleidende schijf 124 die dus met de motoras meebeweegt. De tweede stralingsgeleidende schijf 125 is bevestigd op het blok 123. De twee schijven zijn voorzien van ringvormige patronen van onderbrekingen 126 en 127 die weer spleten of bijvoorbeeld groeven kunnen zijn.
Tegenover een vlak 128 van de stationaire stralingsgeleidende schijf 125 is een stralingsbron 129 aangebracht waarvan de straling, eventueel via een stralingsgeleider 130, in de schijf 125 wordt gekoppeld. Binnen deze schijf wordt de straling uniform gemaakt dankzij de rotatie symmetrische vorm van deze schijf. Na reflecties aan de schuine kanten 131,132 en 133 van de schijf 125 valt de straling in op het patroon 127. De door dit patroon doorgelaten straling treedt via het patroon 126 de roteerbare schijf 124 binnen en wordt daarin naar een conusvormige reflector 133 geleid. De gereflecteerde straling treedt via het vlak 134 uit de schijf 124 en bereikt de detector 135. De momentane frequentie van het uitgangssignaal van deze detector is weer evenredig met de momentane hoeksnelheid van de schijf 124 en de motor 120.
In de figuren 1 la en llb is een tweede uitvoeringsvorm van een inrichting waarmee rechtstreeks de omwentelingssnelheid van een motor kan worden gemeten in verticale, respectievelijk horizontale doorsnede getekend. De uit de motor 120 stekende as 121 is vastgezet in een houder 140 die verbonden is met een eerste stralingsgeleidende schijf 141 die met de as 121 meebeweegt. Rondom de eerste, ronde schijf 141 is een tweede ringvormige, stralingsgeleidende schijf 142 aangebracht, die
<Desc/Clms Page number 19>
EMI19.1
bevestigd is aan drager 143. De patronen van onderbrekingen 144 en 145, die spleten of groeven kunnen zijn, zijn aangebracht op respectievelijk de buitenzijkant van de schijf 141 en de binnenzijkant van de schijf 142.
De stralingsbron 147, bijvoorbeeld een LED, is in de drager 143 aangebracht en zendt zijn straling, eventueel via een stralingsgeleider 148, in de schijf 142. De stralingsweg door deze inrichting is analoog aan die door de inrichting volgens figuur 9, waarbij de elementen 149, 150 en 151 in figuur lla dezelfde functies hebben als de elementen 55, 109 en 104 in figuur 9.
Om de nauwkeurigheid van de inrichting verder te vergroten, kan, behalve de meetbundel, een referentiebundel gebruikt worden. De referentiebundel kan geleverd worden door een aparte stralingsbron, maar is bij voorkeur afkomstig van de bron die de meetbundel De referentiebundel doorloopt dezelfde componenten, met uitzondering van de patronen van onderbrekingen, als de meetbundel en wordt, gescheiden van de meetbundel door een aparte detector opgevangen. Zo kan bijvoorbeeld in de inrichting volgens Figuur 7 een gedeelte van de meetstraling, voordat deze straling de reflecterende zijkant 57 van de schijf 40 bereikt, als referentiestraling uit deze schijf gekoppeld worden, via bijvoorbeeld een ringvormige groef in de schijf of met behulp van een gedeeltelijk doorlatende reflector in de schijf, en opgevangen worden door een, bijvoorbeeld in de schijf 30 aangebrachte, extra detector.
Het meetsignaal is nu het verschil tussen de uitgangssignalen van de meetdetector en de referentiedetector. Dit signaal wordt niet meer beinvloed door eventuele onnauwkeurigheden van de componenten in de stralingsweg.
De uitvinding is beschreven aan de hand van haar toepassing als bandsnelheidsmeter in een bandaftastapparaat, maar kan ook in andere apparaten waar de lineaire beweging van een langwerpig voorwerp, dat een wrijvingsrol kan aandrijven, met grote nauwkeurigheid gemeten worden, bijvoorbeeld in een plotter. Zoals ook beschreven is, kan de uitvinding ook toegepast worden voor het rechtstreeks meten van de omwentelingssnelheid van een motor, bijvoorbeeld een haspelaandrijvende motor in een bandaftastapparaat. Verder kan de uitvinding in het algemeen toegepast worden overal waar voor het meten van rotatie van componenten of voorwerpen een nauwkeurige en compacte inrichting nodig is. Te denken valt daarbij aan robots, gereedschapswerktuigen, hoekopnemers in anti-blokkeer remsystemen in voertuigen etc.
<Desc / Clms Page number 1>
Apparatus for optical measurement of the angular velocity of an object.
EMI1.1
The invention relates to a device for measuring the angular velocity of a rotating object optically, comprising - a rotatable disc arranged to be driven by the object, which disc is provided with a periodic and rotation-symmetrical pattern of elongated interruptions in a disc surface - an exposure system for simultaneously exposing all interruptions of the pattern and - a composite detection system with a periodic and rotationally symmetrical pattern, the period of which corresponds to that of the invention. The invention also relates to such a device which has been made suitable for measuring the linear velocity of an elongated object.
Furthermore, the invention relates to a capstanless tape scanning apparatus comprising two reels to be used as a supply reel and unwinding reel, a scanning head placed in the path the tape travels between the two reels and a tape speed control loop comprising a tape speed sensor and a motor winding reel speed control circuit for controlling the speed of a motor for a reel that functions as a take-up reel.
An optical angular speed measuring device is known from the US patent 4, Capstan-less band scanning devices are known in various embodiments and described in, inter alia, GB patent 1 923 and US patent 3. As noted in the GB patent, the use of a capstan in combination with a pressing mechanism for driving a belt at a constant linear speed, the advantage of being able to realize an accurate control of the belt speed against, for what the regulation itself
<Desc / Clms Page number 2>
the lowest possible costs.
However, when using a capstan there are also a number of drawbacks of which three are mentioned in the English patent, namely a complicated cassette insertion mechanism, a difficult guiding of the edges of the tape and a greater chance of damage to the tape. In addition, there are problems of pollution and tire slip. The drawbacks and problems mentioned can be prevented by driving the tape in another way instead of with a capstan, namely with the aid of the supply reel and / or the unwinding reel. In that case, provisions still have to be made to keep the belt speed constant at the location of the scanning head.
As a possible feature, GB patent specification GB 1 330 923 mentions the use of a belt-driven tachometer, which tachometer is not further described and moreover is dismissed as less suitable. In the GB patent, a system is chosen in which one of the reels is driven by means of a control signal and a non-linear signal superimposed thereon which is inversely proportional to the diameter of the tape on the reel concerned. In a capstan-less tape scanner, in which the tape speed is controlled by the drive mechanism of the take-up reel, a slip clutch must be present in this drive mechanism, which will cause energy loss.
U.S. Pat. No. 3,809,335 discloses a tape drive apparatus in which the supply reel and the take-up reel are driven and in which not only acceleration, or deceleration, and speed, but also tape tension is measured. This device does not contain a separate tape speed measuring station.
Since the scan head of a tape player is located some distance from both the supply reel and the take-up reel, it is preferable to use a separate speed measuring station placed close to the scan head so that the speed is measured where the speed should be constant. The speed measuring station signal can also be used as a time base correction in processing the information signal read from the tire. Furthermore, it is preferable to use an optical measuring device because those with contemporary ones
EMI2.1
techniques inexpensive and small invent techniques can be high resolution and has high measurement accuracy.
Compared to a magnetic angular velocity sensor, the optical sensor has the advantages that the quality of the measured output signal is less dependent on the range of
<Desc / Clms Page number 3>
frequencies of revolution in which measurements are made and that it is less sensitive to electrical disturbances. In a magnetic sensor, disturbing interactions between the magnet and the bearing can occur.
One might consider using the optical angular speed measuring device described in U.S. Patent 4,658,132 and intended for measuring the angular speed of a motor in a tape speed measuring station. The apparatus according to U.S. Patent 4,658,132 includes a first motor shaft rotating disc, on which ring-arranged gaps in the form of translucent slits are provided, and a second stationary disk comprising a number, also in a ring-arranged, radiation-sensitive detection elements, the number of detection elements corresponding to the number of slits on the rotatable disc. This disc is exposed and the radiation passing through the slits is received by the detection elements.
As the motor rotates, the slits move relative to the detection elements so that maximum and minimum amounts of radiation are alternately received by the detection elements. The sum of the output signals of these elements is a periodic signal whose frequency represents the angular velocity of the slit disk and thus of the motor.
The object of the present invention is to provide a new optical angular velocity measuring device which has a number of advantages over those according to US patent 4, 658, 132, including, most importantly, greater resolving power and better use of the available radiation.
The device according to the invention has the feature that the illumination system is adapted to provide a radiation beam with a uniform intensity distribution and that the composite detection system comprises: - a second disc with a periodic and rotation-symmetrical pattern of elongated interruptions in a disc surface wherein the pattern of the first disc is opposite the pattern of the second disc; a radiation-collecting system for collecting radiation passing through the patterns on the first and second disc and radiation originating from the exposure system and for concentrating this radiation in a beam; and - a single detector for converting the intensity variation of this beam into an electrical signal.
<Desc / Clms Page number 4>
The resolution is now determined by the number of interruptions in the two slices. With modern techniques, very small interruptions and thus a large number of them can be applied to the discs. In the device according to US Patent 4,658,132, accuracy is limited because the detection elements themselves and the strips between these elements must have a relatively large width, so that the number of detection elements that can be mounted on a stationary disk, is limited. Because according to the invention the discs are exposed with a beam with a uniform intensity distribution, a great accuracy can be achieved.
A device according to the invention for measuring the absolute value of the angular velocity is further characterized in that the second disc is arranged stationary.
However, the device according to the invention may also be characterized in that the second disc is driven at a constant angular speed. Then the angular velocity relative to a reference speed can be measured. This device can be used, for example, in an apparatus in which it is only important that the angular velocity is constant and is equal to a reference value.
The aforementioned devices may be further characterized in that one of the discs is provided with a second, periodically and rotationally symmetrical, pattern of interrupts, the period of which is equal to that of the first pattern on that disc, the positions of the interrupts of the second pattern by a distance equal to a quarter of the period of the patterns are offset from the positions of the interrupts of the other pattern and that a second detector is provided to receive through the second pattern and the pattern radiation emerging from the other disc.
With this device, not only the angular speed or the magnitude of a deviation between this speed and a reference speed can be determined, but also the direction of the rotation or the deviation from the reference speed.
The device according to the invention has two classes of embodiments. The first class embodiments are characterized in that one of the discs is a round radiation-conducting disc, the pattern of interruptions of which is arranged on the outer disc side and the other disc is a
<Desc / Clms Page number 5>
is an annular radiation-conducting disc, which is arranged around the other disc and which has the pattern of interruptions on the inner disc side.
An advantageous first-class embodiment is further characterized in that the illumination system is formed by the annular disc and a radiation source located opposite its outer side and the round disc is provided with a conical reflector and forms part of the radiation-collecting system.
Since the discs now function not only as carriers for the patterns of interruptions, but also form part of the illumination system, which must provide a radiation beam with uniform intensity distribution, or of the collecting system, the number of elements of the device can remain limited.
The second class of embodiments has the common feature that the first and second discs are round discs, which are placed opposite each other and that the patterns of interruptions on these discs are annular patterns.
An advantageous second-class embodiment is characterized in that the two discs are radiation-conducting discs, one of which is part of the illumination system and the other is part of the collecting system, and the radiation remains contained in the discs by total internal reflection, and radiation can emerge from this disc via the pattern of interruptions in the disc belonging to the illumination system and radiation can enter this disc via the pattern of interruptions in the disc belonging to the collecting system. The advantage of this embodiment is again that the number of elements of the device can remain limited.
The embodiments of both the first and second classes can be further characterized in that the interruptions are formed by deformations in a smooth disc surface.
Advantageously, use is made of the fact that radiation, which remains in this disc with completely smooth disc surfaces by total internal reflection, can exit the disc at positions where surface deviations occur. The deformations can consist of grooves that can be applied easily and precisely, for example by scratching.
<Desc / Clms Page number 6>
EMI6.1
The first and second class embodiments may alternatively be characterized in that the interruptions are formed by transparent slits in an opaque disc surface.
Such slits can be made accurately and inexpensively with photolithographic replica techniques.
According to a further characteristic, the embodiments of both the first and second class have the feature that at least one of the discs is made of a transparent plastic. Such a plastic, for example polymethyl methacrylate (PMMA), in addition to being transparent, has the advantages of being inexpensive and easy to shape, for example by spraying.
The second class embodiments may be further characterized in that the disks are opaque and the gaps are formed by slits in these disks and the illumination system is arranged to provide a beam having an annular cross section of which the and the outer radius are at most equal to be the corresponding rays of the annular pattern of slits of the first and second disc.
The said slotted discs, hereinafter referred to as slotted discs, can be manufactured in a simple and inexpensive manner, for instance via a replica process from a so-called master disc. If the radii of the annular beam cross-section, or the exposure ring, are the same as those of the annular slit structure, or the slit ring, no measurement radiation is lost, false radiation cannot be generated and the slit rings are fully exposed, so that inaccuracies are averaged per slit, so that such inaccuracies have no effect on the measurement.
If one wishes to allow some tolerance in the mutual positioning of the slit rings and the exposure ring, it is preferable to make the width of the exposure ring smaller than the width of the slit rings.
However, it is also possible to make the width of the exposure ring wider than that of the slit rings to obtain a desired position tolerance.
It is noted that the extract of JP patent application 61-228310 describes an angular position, not speed, sensor in which a
<Desc / Clms Page number 7>
annular illumination beam is used. However, the rotatable disc of this sensor contains only one slit, so that the available radiation is not used efficiently and the measurement result depends on the inaccuracies of the slit.
An embodiment of the device according to the invention, in which the radiation is efficiently brought to the rotatable slit disk in order to realize an annular, homogeneous exposure there, is further characterized in that the illumination system successively comprises a radiation source, a first radiation conductor and a Rotatable radiation-guiding disk with an inclined reflecting edge arranged near and parallel to the rotatable disc.
The first radiation guide ensures that all source radiation coupled therein remains available for the measurement and enables a compact design of the illumination system. The rotatable radiation-guiding disc ensures uniformity of the radiation due to its rotation symmetry and the beveled edge ensures that the radiation spot on the slit disc is ring-shaped.
An embodiment of the device in which the radiation transmitted through the slatted discs is brought together as efficiently as possible in a beam suitable for supplying to the detector, is characterized in that the composite detection system further comprises an element remote from the rotatable slatted disc. second radiation-guiding disc with an oblique reflective edge arranged on the side of the second slit disc, in which disc a conical reflector is arranged centrally.
The bevel of the second radiation-guiding disc converts the annular radiation spot formed thereon into a range of sub-beams directed towards the center of the disc and the central cone reflects these sub-beams in a beam of circular cross-section.
According to a further feature of this embodiment, at least one of the two radiation-conducting discs is made of a transparent plastic.
This plastic can again be PMMA.
The two-slit disc embodiment is preferably further characterized in that a second radiation conductor is arranged between the second radiation-conducting disc and the detector for conducting radiation from the conical reflector to the detector.
<Desc / Clms Page number 8>
A constructionally advantageous embodiment of the device according to the invention has the further feature that the radiation source, the first radiation conductor, the second radiation-conducting disc, the second radiation conductor and the detector are arranged in a U-shape and that part of the first the radiation guide forms the middle part of the U and is in the form of a hollow tube for receiving an axis. This shaft can be fixedly connected to the object and thus rotate with this object. However, the axis can also be a stationary axis, with the object rotating about that axis.
In the latter embodiment, it is possible to integrate the radiation source, for example in the form of an LED, and the detector on one support, thereby limiting the number of components to be positioned separately.
The above-mentioned embodiments of the device may be further characterized in that the rotating object is a friction roller which is carried by a moving elongated object and thus transforms the device into a linear speed measuring device.
In this way, the field of application of the measuring device can be extended to those, professional and consumer, areas where linear speeds must be measured with great accuracy.
The invention further relates to a tape scanning apparatus comprising two reels to be used as a supply reel and take-up reel, at least one scanning head placed in the path the tape travels between the two reels and a tape speed control loop containing a tape speed sensor and a control circuit for controlling the speed of the reel that functions as a take-up reel. This apparatus is characterized in that the tape speed sensor is a linear speed measuring device, as mentioned above.
Because the tape speed sensor in such a consumer device must be cheap and small, but also accurate and reliable, the speed sensor according to the invention is extremely suitable for this.
The invention will now be elucidated with reference to the drawing.
In it shows:
Figure 1 shows a part of a belt scanning apparatus in which the angular speed measuring device according to the invention can be used;
<Desc / Clms Page number 9>
Figure 2 shows the principle of this measuring device;
Figure 3 shows a slotted disk to be used in this device;
Figure 4 shows a slotted disk with which the direction of rotation of an object can also be determined;
Figure 5 shows a first embodiment of the measuring device; Figures 6a and 6b show structural details of this measuring device for use in a belt scanning apparatus;
Figure 7 shows an alternative embodiment of the measuring device;
Figure 8 shows portions of the radiation-conducting and interrupted disks used in this device;
Figure 9 shows an embodiment of the measuring device in which the patterns of interruptions are arranged on the disc sides;
Figures 10a and 10b are an arrangement analogous to that of Figure 7 for measuring the revolution speed of an engine; and Figures 11a and 11b are devices analogous to that of Figure 9 for measuring the revolution speed of an engine.
Figure 1 shows only a part of a belt scanning device which is relevant for the understanding of the present invention. This apparatus is provided with a scanning head 1 which can contain a plurality of scanning elements and with which information, for instance audio or video information or data, can be read from, or written on or erased from, a magnetic tape 2 which is placed in a cassette 3. The scanning head is coupled via an electrical connection 4 to a known electronic circuit 5. This circuit includes, among other things, an amplifier and decoding circuit 6 for the read signal and in the case of an audio tape scanning device it is connected to a loudspeaker 7 with which the read audio signal is made audible. is going to be.
The audio tape scanning apparatus may be of the SDAT type or of the DCC type and details of such an apparatus are described in, inter alia, EP patent application 0 504 973.
The apparatus further comprises tape transport means in the form of reels 8 and 9, which are driven by motors 10 and 11 and a motor control circuit 16. The tape is transported during operation from a supply reel, for example reel 8, via the guide rollers 13 and 14 to a take-up reel. , for instance
<Desc / Clms Page number 10>
reel 9.
In addition to a digital video or audio tape, the tape can also be an analog video or audio tape and the invention can be used with great advantage, especially in the latter case and in general in tape scanners where so-called jitting suffers. In addition to being a magnetic tape, the tape may also be an optical tape, which may also contain an audio or video program or data. In the case of an optical tape, instead of having a magnetic scanning head, the device is equipped with an optical scanning head, which may also contain one or more scanning elements.
Also, the tape may be a magneto-optical tape, in which case the scanning head includes both a magnetic coil and optical means for forming a scanning spot on the tape at the location of the magnetic coil, which stain both upon writing and reading of information is used.
According to the invention, all the above-mentioned devices are provided with a belt speed measuring device, which includes, among other things, a trailing or friction roller, which roller is driven by the belt. For the sake of simplicity, only the friction roller 21 is shown in Figure 1 of the belt speed measuring device. The output signal of this measuring device, as schematically indicated with the connection 13 in Figure 1, is applied to the control circuit 16 for the reel motors 10 and 11, so that the revolution speed of these motors can be adapted to the tape speed measured at a position close to the scanning head 1, such that the tape speed can be kept constant there.
The circuit 16, for example, controls one of the motors 10 and 11 at a time, the associated reel functioning as a take-up reel. Depending on the direction of the tape run, the two reels can function as a take-up reel or a stock reel.
The principle of the angular velocity measuring device according to the invention will now be discussed with reference to an embodiment with slotted discs, which embodiment is schematically shown in Figure 2. This embodiment includes an opaque disc 23, which, as shown in Figure 3, includes a plurality of slits 24. These slits, of which only a few are shown in Figure 3, are all contained in a ring 25 having an inner radius r and an outer radius R. In operation, this disc rotates at the same speed as the object whose angular speed is to be measured. For this purpose the disc is mounted on a roller 35. This roller can do it
<Desc / Clms Page number 11>
object if this object is, for example, a friction roller. The roller then rotates about an axis 28 which is clamped in the roller and with which the roller is supported.
The object may also be some distance from the slit disk 23. In that case, the shaft 28 is a driving shaft connected to the object. The shaft 28 can also be a stationary shaft around which the roller rotates.
Opposite the slit disk 23 is a second opaque disk 29, which is also provided with a large number of slits, also arranged in a ring. The second slit disk 29 can be identical to the first slit disk 23, which is advantageous, inter alia, from a manufacturing engineering point of view. The second slit disk is fixed. Below this disc is a radiation-conducting plate 30 with an inclined edge 31 and a conical reflector 32 is arranged in the center of plate 30. Opposite this reflector is a radiation exit opening 33, and a radiation-sensitive detector 34 is disposed behind it.
The first slit disk is irradiated from above and the radiation transmitted through the slits 24 is incident on the second slit disk 29, the slits of which transmit the radiation to the radiation-conducting plate 30. In this plate, the radiation is conducted to the reflector 32, which transmits the radiation reflects through the opening 33 to the detector 34.
For example, in the home position of the slit disk 23, the slits 24 thereof are opposite the opaque portions 26 of the slit disk 29 and a minimal amount of radiation is transmitted to the radiation-guiding plate 30. As the disk 23 rotates, the slits thereof will increasingly overlap with that of the disk 29. When total overlap occurs, the amount of radiation transmitted to the radiation-conducting plate 30 is maximum and the output signal So of the detector 34 has a maximum value. As the disk 23 continues to rotate, the amount of transmitted radiation decreases again to the said minimum level and then again to the said maximum level. When the disc 23, i.e. the object, is continuously rotated, the output signal So has a periodic, for instance sinusoidal, course.
The instantaneous period frequency of this signal is proportional to the instantaneous angular velocity of the object.
If the measurement radiation has a uniform intensity distribution, a rotation of the slit disk 23 relative to the slit disk 29 for each slit
<Desc / Clms Page number 12>
result in the same local intensity change.
Preferably, an annular illumination is used, so that the available radiation is used as efficiently as possible. Of the illumination ring schematically indicated with blocks 36 in Figure 2, the inner and outer beams are preferably the same as those of the rings 25 on the slit discs 23 and 29, so that on the one hand no radiation loss occurs and on the other hand the rings are irradiated completely.
Furthermore, the probability that radiation from the exposure ring can become interference radiation for the detector is minimal. If one wishes to allow some tolerance in the mutual positioning of the split rings and the exposure ring, it is preferable to make the width of the exposure ring smaller than the width of the split rings. It is also possible to make the width of the exposure ring wider than that of the slit rings to obtain a desired position tolerance. The exposure ring can be stationary or move with the roller 35, as schematically indicated with the connections 37 in Figure 2. The exposure ring can be formed by a lamp bent in a ring, but is preferably realized as indicated in Figures 4,5a and 5b.
The radiation-conducting plate 30 is preferably made of a transparent plastic, such as polymethyl methacrylate, which material is inexpensive, has good optical quality and is easy to process. However, the plate 30 can also be made of glass.
In the foregoing it has been assumed that the slit disk 29 is stationary. Then the absolute value of the angular velocity of the object can be measured. Under certain circumstances, it may be desirable to measure the relative angular velocity of this object relative to a reference, for example, the angular velocity of another object. Then, the slit disk 29 can also be rotatably arranged and driven by, for example, the second object or rotate at a constant reference speed.
In the device according to the invention, the functions of the slit discs 23 and 29 may be interchanged, i.e. the disc 29 is driven by the object and the disc 23 is stationary or rotates at a reference speed.
In order to detect the direction of rotation in addition to the speed of the object, a measure known per se in the field of optical displacement sensors can be applied in the device according to the invention. Thereby
<Desc / Clms Page number 13>
EMI13.1
on one of the disks, in addition to a first ring of slits, a second ring of slits is applied and a second detector is used which receives radiation from the second ring of slits only, while the first detector only receives radiation from the first ring of splits. Figure 4 shows a portion of a disk with two wedge rings 25, 25 '. These rings have the same tangential period P. However, the slits 24 of the ring 25 are offset tangentially by 1A P relative to the slits 24 'of the ring 25'.
The other slit disk has one ring of slits long enough to cover both slits 24 and slits 24 '. However, the other slit disk may also have two slit rings, the slits of the first ring not being offset from those of the second ring. The output signals of the two detectors, not shown, one of which receives radiation only from the slits 24 and the other receives only radiation from the slits 24 ', exhibit a phase difference. By determining which of these signals leads ahead, the direction of rotation of the disc 23, that of the object, can be determined.
For example, to make the measured signal independent of inaccuracies or imperfections in the device or its components, the intensity of the radiation source can be modulated in low frequency. This has the same effect as a constant frequency modulation of the angular velocity of the rotatable disc. As a result, a low-frequency modulation component will also be superimposed on the detector signal. This makes it possible to control the influence of the inaccuracies or imperfections mentioned in control circuit 16, for example.
Another possibility to obtain a measurement signal that is independent of imperfections is to use a second radiation beam or reference beam from the same radiation source or from a second radiation source, which beam follows the same path through the device as the measurement radiation, but not through the split rings and is received by a reference detector. By subtracting the signals from the measuring detector and the reference detector, a corrected measuring signal is obtained.
The above possibilities of - a rotatable second disk with interruptions,
<Desc / Clms Page number 14>
- detecting the direction of rotation with a second ring of interruptions on one of the disks, and - obtaining a measurement signal independent of system imperfections can be realized in all embodiments to be described below.
Figures 5,6a and 6b show further constructional details of an embodiment of the measuring device, in which the object is a friction roller, for example a belt-driven roller, which is completely included in the device. Figure 5 shows a cross-section, Figure 6a is a perspective view and Figure 6b is also a perspective view of elements of the device. The roller 35 is a thick-walled hollow cylinder. A radiation-conducting plate 40 with an inclined edge 57 is mounted on this roller and is preferably made of PMMA. The radiation-conducting plate can also be integral with the roller, as shown in Figure 5. The first slit disk 23 is fastened to the plate 40. In the friction roller 35 there is a double-walled tube 42 which moves with this roller.
A shaft 44 is arranged in the central opening 43 of the tube 42. When the roller is driven, the tube 42 and the shaft 44 also rotate. This shaft, the ends of which are pointed, is mounted on the one hand in a membrane 41 which fits in the central opening of the slit disk 29 and on the other hand in a plate 45 in the exposure housing 46, which is part of the lighting system. Instead of the thrust bearing shown in Figure 5, the roller 35 can also be bearing with a ball bearing. A smooth-running bearing must be used so that the belt can easily drive the roller 35. The other parts of the illumination system are the cavity between the inner and outer wall of the tube 42 and the radiation-guiding plate 40.
The radiation housing contains a compartment 47 for a radiation source 48, for example a light-emitting diode (LED) and a radiation conductor 49 of, for example, PMMA, mounted against this compartment. On the transition from the compartment 47 to the radiation conductor 49, a lens 50 may be provided for bundling the radiation emitted by the source 48. For example, this lens is a collimator lens. Only two diametrical edge parts 51 and 52 of the measuring beam are shown with dashed lines. The measurement beam radiation is reflected on the oblique end face 53 of the radiation conductor, either through total internal reflection or through a reflection layer applied to this face.
Radiation from the reflected measurement beam continues
<Desc / Clms Page number 15>
then the space between the inner and outer wall of the tube 42 so that an annular cross-section beam is incident on the conical reflector 55. The radiation is spread in the horizontal plane over 3600 and the radiation-conducting plate 40 is sent in through this reflector. Due to the beveled edge 57 of this plate, the radiation is reflected as an annular cross-section beam to the slit discs 23 and 29. The radiation transmitted through the slits of these discs is sent into this plate through the beveled edge 31 of the radiation-conducting plate 30. Then the radiation is reflected by the conical reflector 32 in this plate to the opening 33 thereof.
At the location of this opening, a further light guide 60 is mounted on the plate 30 for guiding the radiation, via reflection on the bevel 61, to a detector 34 arranged in a detection housing 65. At the junction of this housing and the radiation conductor 60 may include a lens 66 for concentrating the radiation on the detector.
By using various radiation conductors, the radiation path from the source 48 to the detector 34 is closed off from the environment, so that no radiation is lost from the source and no ambient radiation can fall on the detector. As a result, a measuring signal is obtained which has a good signal-to-noise ratio and is not influenced by the environment.
The light housing 46, with the plate 45, and the detection system, with the slit disk 29, are mounted on a common support 70. Since the shaft 44 of friction roller 35 and the slit disk 23 is fixed on the plate 45 and the slit disk 29, the slatted discs bear stable with respect to each other, so that a stable and reliable measuring device is obtained. The angular speed measuring device according to Figures 5,6a and 6b can be made very compact, so that this device is easy to install.
In a realized embodiment of this device, the slit discs have a diameter of 1 cm. The period of the slit structure is about 80 µm and the slits have a length of about 350 µm. The entire device has a volume of about 1 cm3. In the embodiment of Figure 5, the radiation source and the detector are in the same position, seen in horizontal direction.
These components can therefore be mounted on a printed circuit board which can be mounted against the carrier 70, which is very advantageous from a constructional point of view.
<Desc / Clms Page number 16>
Due to the large number of slits that can be applied to the disks, the resolution of this device is about ten times greater than that of known angular speed meters or tape speed meters. Due to the uniformity of the measuring radiation and the accuracy with which the device can be carried out, the accuracy with which the angular speed can be determined is in total about a hundred times greater than that of known angular speed meters or belt speed meters.
Figure 7 shows a second embodiment of the belt speed measuring device. The components of this device, which correspond to those of the device according to Figure 5, are indicated with the same reference numbers. The device according to Figure 7 differs from that according to Figure 5 in that there are no separate slit discs and that the rings 25 and 27 are provided with slits in the radiation-conducting plates 40 and 30. Furthermore, the radiation-conducting plate 40 is integral with the carrier or friction roller 35 ', the whole being again made of a transparent plastic, such as PMMA.
The roller 35, which now does not contain a separate rotary shaft, is mounted with ball bearings 80.81 instead of with thrust bearings. The roller 35 'includes two cavities 82 and 83 between the central portion 84 through which the measurement radiation passes and the edge portions 85 and 86.
The measuring radiation in the device according to Figure 7 follows the same path as in the device according to Figure 5. The device according to Figure 7 has the advantage over that according to Figure 5 that it is more integrated and easier to assemble.
The device according to Figure 7 is ideally suited to use a different type of gap, for example grooves, instead of crevices. The fact is that the radiation-conducting plates are total internal reflection plates, that is to say, the radiation coupled therein remains contained in the plates by total internal reflection on smooth plate surfaces. Only at those positions where deviations in that smoothness occur, for example where knots or grooves have been made in the plate surface, radiation can emerge from the plate. Radiation can enter such a radiation-conducting plate, such as plate 30, through the same hills or grooves.
In Figure 8 are parts of radiation-conducting disks 90 or 91 provided with grooves 92 and 93 that can be used in the device of Figure
<Desc / Clms Page number 17>
7 drawn in tangential section. Measuring radiation can exit the disc 90 via the grooves 92 and this radiation can enter the disc 91 via the grooves 93. Thereby, the portion of the radiation emitting through the grooves 92 which is coupled into the disk 93, and thus can reach the detector, depends on the tangential positions of the grooves 92 relative to those positions of the grooves 93.
The grooves can be made in the discs by scratching the respective disc surface with a sharp chisel or a needle. A simple and inexpensive method for obtaining radiation-conducting discs with grooves or humps is that based on a so-called master plate which has a surface profile that is the inverse of the desired profile and to print this plate via a replica process. At the same time the disc is brought into shape and the groove pattern is applied. This replica process is excellent for mass production, so for consumer applications.
Figure 9 schematically shows an embodiment of the above second class for measuring the angular velocity Va. l1 a role. This roller 100 is mounted on a first radiation-guiding disk 101 that moves with the roller. The second radiation-conducting disc is now an annular disc 102, which is fixed, for example, on a support 103, in which the detector 104 and optionally a lens 105 are also arranged. The main difference between this embodiment and the embodiments discussed above is that the patterns of breaks 105 and 106 are provided on the sides of the disks, the longitudinal directions of the breaks being parallel to the axis 107 about which the roller 100 rotates. The breaks can be gaps or surface deformations, such as grooves.
Opposite the outer side of the disc 102, a radiation source 108, for example an LED, is placed which directs its radiation into this disc. The rotation-symmetrical shape of this disc makes the radiation uniform. The radiation emitting from the disc 102 via the pattern of interrupts 106 enters the disc 101 via the pattern of interruptions 105. This radiation reaches a cone-shaped reflector 55 disposed centrally in the disk 101, which reflects the radiation to the lens 109 and the detector placed behind it via the plane 110 of the disk 101 in the radiation-transmitting parts 111, 112 of the carrier 103.
In operation is the instantaneous amount of radiation transmitted through the patterns of interrupts 106 and 105
<Desc / Clms Page number 18>
and, therefore, an amount of radiation on the detector, determined by the tangential positions of the interrupts of the cartridge 106 relative to those positions of the interruptions of the cartridge. As a result, the instantaneous frequency of the detector output signal is proportional to the instantaneous angular velocity of the roller 100, or the instantaneous linear velocity of an object such as a tape driving this sphere.
With the device according to the invention it is also possible to directly measure the speed of rotation of a motor, whereby this device can be assembled with the motor because it is so compact. Figures 10a and 10b show an embodiment of such an assembly of motor and measuring device in vertical and horizontal section, respectively. The shaft 121 protruding from the motor 120 protrudes through a block 122 of a carrier 123. This shaft is mounted in a first radiation-guiding disc 124, which thus moves along with the motor shaft. The second radiation-conducting disk 125 is mounted on the block 123. The two disks have annular patterns of interrupts 126 and 127 which in turn can be slits or, for example, grooves.
Opposite a plane 128 of the stationary radiation-guiding disc 125, a radiation source 129 is arranged, the radiation of which, optionally via a radiation conductor 130, is coupled into the disc 125. Within this disc, the radiation is made uniform thanks to the rotationally symmetrical shape of this disc. After reflections on the bevels 131, 132 and 133 of the disc 125, the radiation incident on the pattern 127. The radiation transmitted by this pattern enters the rotatable disc 124 via the pattern 126 and is guided therein to a conical reflector 133. The reflected radiation exits from the disc 124 through the plane 134 and reaches the detector 135. The instantaneous frequency of the output signal of this detector is again proportional to the instantaneous angular velocity of the disc 124 and the motor 120.
Figures 11a and 11b show a second embodiment of a device with which the speed of revolution of a motor can be measured directly in vertical and horizontal section, respectively. The shaft 121 protruding from the motor 120 is secured in a holder 140 which is connected to a first radiation-guiding disc 141 which moves with the shaft 121. Surrounding the first round disc 141 is a second annular radiation-guiding disc 142, which
<Desc / Clms Page number 19>
EMI19.1
is attached to carrier 143. The patterns of interrupts 144 and 145, which may be slits or grooves, are provided on the outer side of the disc 141 and the inner side of the disc 142, respectively.
The radiation source 147, for example an LED, is arranged in the carrier 143 and transmits its radiation, possibly via a radiation conductor 148, into the disc 142. The radiation path through this device is analogous to that of the device according to Figure 9, the elements 149 , 150 and 151 in Figure 11a have the same functions as elements 55, 109 and 104 in Figure 9.
In order to further increase the accuracy of the device, in addition to the measuring beam, a reference beam can be used. The reference beam can be supplied by a separate radiation source, but preferably comes from the source that measures the measurement beam. The reference beam traverses the same components, with the exception of the patterns of interruptions, as the measurement beam and is collected separately from the measurement beam by a separate detector. . For example, in the device according to Figure 7, a part of the measuring radiation, before this radiation reaches the reflecting side 57 of the disc 40, can be coupled as reference radiation from this disc, for example via an annular groove in the disc or by means of a partial transmissive reflector in the disc, and are received by an additional detector, for example arranged in the disc 30.
The measurement signal is now the difference between the output signals of the measurement detector and the reference detector. This signal is no longer affected by any inaccuracies of the components in the radiation path.
The invention has been described for its application as a belt speedometer in a belt scanner, but it can also be measured with great accuracy in other devices where the linear movement of an elongated object that can drive a friction roller can be measured, for example in a plotter. As has also been described, the invention can also be used to directly measure the speed of revolution of a motor, for example a reel driving motor in a tape scanner. Furthermore, the invention can generally be applied wherever a measurement of rotation of components or objects requires an accurate and compact device. Examples include robots, machine tools, angle sensors in anti-lock braking systems in vehicles, etc.