<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.