DE1172051B - Vorrichtung zur Winkelfeinmessung - Google Patents
Vorrichtung zur WinkelfeinmessungInfo
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Description
BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT
Internat. Kl.: GOIc
Deutsche KL: 42 c-5/02
Nummer: 1172 051
Aktenzeichen: V13336 IX b / 42 c
Anmeldetag: 5. November 1957
Auslegetag: 11. Juni 1964
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Winkelfeinmessung, bei der eine Teilscheibe, an deren
Umfang ein in sich geschlossenes Sinus-Magnetfeld von genau gleicher Wellenlänge und bestimmter Anzahl
von Magnetwellen aufgezeichnet ist, relativ zu zwei von dieser Aufzeichnung beeinflußten Magnetköpfen,
deren gegenseitiger Abstand entlang dem Umfang der Teilscheibe entsprechend dem zu messenden
Winkel einstellbar ist, ständig rotiert und der zu messende Winkel durch Messung der Phasenver-Schiebung
der in den beiden Magnetköpfen induzierten Wechselspannungen ermittelt und an einem
Zählwerk angezeigt wird.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art erfolgt die Winkelfeinmessung durch Frequenzvervielfachung,
und zwar werden die von einem beweglichen Magnetkopf und einem festen Magnetkopf abgenommenen
Spannungen über Hochfrequenzschaltmittel auf Kathodenstrahlröhren übertragen, die
ihrerseits auf Photozellen einwirken. An diese Photozellen schließen sich weitere Kreise mit Kathodenstrahlröhren
und Photozellen an, die schließlich über Mischer auf einen Zähler einwirken. Die bekannte
Vorrichtung liefert einen vollständigen Digitalwert für den zu messenden Winkel, jedoch ist hierzu ein
erheblicher Aufwand an elektronischen Schaltmitteln erforderlich.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufwand ohne Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit
zu verringern. Eine gewisse Verringerung des Ablesekomforts soll dabei in Kauf genommen werden.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß durch die Verwendung eines anzeigenden
Phasenmessers an sich bekannter Bauart zur Bestimmung der Phasenverschiebung eine Feinunterteilung
der Zählwerksanzeige erfolgt. Durch die Feinunterteilung der Zählwerksanzeige durch den Phasenmesser
braucht das Zählwerk selbst nur noch eine Grobanzeige zu liefern, und es entfällt der erhebliche
Aufwand für die bisher auch noch erforderliche Umsetzung der zunächst als Analogwerte anfallenden
Feinmeßwerte in Digitalwerte.
Es kann zweckmäßig sein, zwei kongruente Systeme von je in sich seriengeschalteten Magnetköpfen
vorzusehen, deren gegenseitiger Abstand entlang dem Umfang der Teilscheibe durch Schwenken
um die Achse der Teilscheibe entsprechend dem zu messenden Winkel einstellbar ist.
In vorteilhafter Weise können auch zwei vollkommen gleich ausgebildete Teilscheiben gleichachsig
übereinander angeordnet sein, von denen die eine feststeht und die andere entsprechend dem zu
Vorrichtung zur Winkelfeinmessung
Anmelder:
Vyzkumny ustav obräbecich stroju a obräbSni,
Prag
Vertreter:
Dipl.-Ing. A. Spreer, Patentanwalt,
Göttingen, Groner Str. 37
Göttingen, Groner Str. 37
Als Erfinder benannt:
Karel Stepänek, Prag
Karel Stepänek, Prag
Beanspruchte Priorität:
Tschechoslowakei vom 21. Dezember 1956
(PV 3599/56)
Tschechoslowakei vom 21. Dezember 1956
(PV 3599/56)
messenden Winkel gegen die erste verstellbar ist, wobei für jede Teilscheibe ein Magnetkopf vorgesehen
ist und beide Magnetköpfe gleichsinnig um die gemeinsame Achse der Teilscheiben rotieren.
Schließlich ergeben sich bestimmte Vorteile durch die Verwendung eines Phasenmessers mit großer
Zeitkonstante.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 eine Prinzipskizze der Erfindung und
F i g. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
Eine Scheibe 11 ist am Umfang mit einer Aufzeichnungsschicht 20 versehen. Auf dieser Schicht ist
ein Sinus-Magnetfeld von genau gleichmäßiger Wellenlänge und bestimmter Anzahl Magnetwellen
aufgezeichnet. Die Scheibe 11 ist während der Messung in ständiger Drehbewegung.
Die Aufzeichnung wird einmal von einem festen Wiedergabekopf 30 und außerdem von einem um die
Scheibenachse verdrehbaren Meßkopf 40 abgenommen. Der Verdrehungswinkel ist mit α bezeichnet.
Die Signale beider Köpfe werden einem Phasenmesser 50 zugeleitet, der ihre Phasenverschiebung
anzeigt. Sind beide Wiedergabeköpfe in Ruhe, dann induziert die magnetische Aufzeichnung der in
Drehung befindlichen Scheibe in ihnen je eine elektrische Spannung bestimmter, durch die Größe der
Wellenlänge der Aufzeichnung und die Drehzahl der Scheibe gegebener Frequenz. Unter der Voraussetzung
einer gleichmäßigen Wellenlänge der Aufzeichnung sind beide Frequenzen identisch. Ihre
409 599/102
Phasenverschiebung ergibt sich aus der relativen Lage beider Köpfe. Bei Verstellung des beweglichen
Meßkopfes 40 in eine andere Lage ändert sich diese Phasenverschiebung von 0 bis 360° bei Verschiebung
um je eine Wellenlänge der Aufzeichnung. Die Anzahl der verstellten Wellenlängen zeigt ein an den
Austritt des Phasenmessers 50 angeschlossener elektrischer Zähler 60 an. Jede Meßkopflage ist daher
durch einen bestimmten Stand des Zählers 60 und einen bestimmten Ausschlag des Phasenmessers 50
gegeben.
Die erfindungsgemäß ausgebildete Vorrichtung bietet die Möglichkeit einer weiteren Erhöhung der
Meßgenauigkeit mit Hilfe von Gestaltungen, die nachstehend beschrieben werden.
Um diese Gestaltungen verständlich zu machen, sei zunächst eine kurzgefaßte Analyse der Genauigkeit
gegeben. Die Genauigkeit der Meßvorrichtung wird durch die Genauigkeit der Phasenmessung, durch die
Größe der Wellenlänge der Aufzeichnung und durch ihre Gleichmäßigkeit gegeben. Als Beispiel sei eine
Phasengenauigkeit von +1° gewählt, welche bei marktgängigen Phasenmessern erreicht wird. Ein
Spezialphasenmesser für diesen Zweck zur Messung nur einer konstanten Frequenz kann bedeutend
präziser sein, z.B. +0,1°. Die Größe der Wellenlänge ist durch das Aufnahmematerial und die
Wiedergabeköpfe gegeben. Normale Magnetophone erzielen eine Aufzeichnung von minimal 10 πΐμ. Im
vorliegenden Falle berührt der Wiedergabekopf aus Verschleißgründen die Aufnahmeschicht nicht unmittelbar,
so daß die verwendbare minimale Wellenlänge größer ist. Ein Abstand des Wiedergabekopfes
von der Aufnahmeschicht von 10 πΐμ ermöglicht die
Aufnahme einer Wellenlänge von 30 ηΐμ. Unter diesen Voraussetzungen entspricht 1° Phasenverschiebung
einer Verstellung des Meßkopfes um 0,086 πΐμ. Mittels eines gewöhnlichen Phasenmessers
kann also die Lage mit einer Empfindlichkeit und Genauigkeit von ± 0,086 ηΐμ, mittels eines präzisen
Phasenmessers mit einer Empfindlichkeit und Genauigkeit bis + 0,0086 ηΐμ abgelesen werden. Bei
einem Scheibendurchmesser von 400 mm entspricht 1 nut des Umfanges annähernd einem Zentriwinkel
von 1". Bei Verwendung eines solchen Scheibendurchmessers kann daher die Lage normalerweise bereits
mit einer Empfindlichkeit und Genauigkeit von ±0,086", bei Verwendung eines präzisen Phasenmessers
sogar mit einer Empfindlichkeit und Genauigkeit von + 0,0086" abgelesen werden.
Ein weiterer Faktor, der die Empfindlichkeit und Genauigkeit des Gerätes beeinflußt, ist die Gleichmäßigkeit
der Aufzeichnung auf der Scheibe. Da bei allen bestehenden Teilapparaten dieser Faktor der
wichtigste ist und durch die Genauigkeit des Teilkreises auch die Genauigkeit des ganzen Gerätes bestimmt
wird, sei nachstehend eine ausführliche Analyse gegeben.
Die Ungleichmäßigkeit der Aufzeichnung kann einerseits durch ungleichmäßige Aufnahme, andererseits
durch mangelhafte Auswuchtung der Scheibe, durch Unvollkommenheit ihrer Drehlagerung, z. B.
Unkonstanz der Drehachse oder Spiel, sowie durch Verformung der Scheibe infolge innerer Spannungen
oder Temperaturschwankungen verursacht sein. Jede Ungleichmäßigkeit der Aufzeichnung bewirkt eine
Änderung der gemessenen Phasenverschiebung, welche sich periodisch bei jeder Scheibenumdrehung
wiederholt. Dies erschwert die Genauigkeit der Ablesung der Phase auf der Phasenmeßskala, da der
Zeiger schwingt. Diese Erscheinung läßt sich jedoch durch verschiedene zweckmäßige Weiterbildungen der
erfindungsgemäßen Vorrichtung in vollkommener Weise beseitigen. In erster Reihe lassen sich die Zeitkonstante
der elektrischen Kreise und des Anzeigegerätes erhöhen, so daß dieselben auf rasche Veränderungen
nicht ansprechen und den Mittelwert anzeigen. Setzt man z. B. eine Drehgeschwindigkeit der
Scheibe von einer Umdrehung in der Sekunde voraus, dann läßt sich die Zeitkonstante wesentlich über
diesen Wert erhöhen, ohne daß die Einstellung der Lagen langwieriger wäre.
Eine weitere Methode, welche den Einfluß der Ungleichmäßigkeit der Aufzeichnung in vollkommener
Weise löst, ist die Verwendung einer Gruppe von mehreren Wiedergabeköpfen. Anstatt eines einzigen
festen Wiedergabekopfes wird eine Gruppe von mehreren festen, an verschiedenen Punkten des
Scheibenumfanges angebrachten Wiedergabeköpfen und anstatt eines einzigen beweglichen Wiedergabekopfes
gleichfalls ein System mehrerer Köpfe vorgesehen. Die einzelnen festen Köpfe sind miteinander
mechanisch verbunden, und auch die beweglichen Köpfe sind auf einem einzigen Element des
Gerätes befestigt. Um die Verdrehung des Systems der Meßköpfe am ganzen Scheibenumfang zu ermöglichen,
ist derselbe mit zwei identischen Spuren nebeneinander versehen. Werden z. B. je zwei
voneinander um 180° entfernte Köpfe verwendet, dann erhält man bei ihrer gleichlaufenden
Serienschaltung, bei der die Signale addiert werden, ein Signal, dessen Phasenwinkel unter der Voraussetzung
gleicher Amplituden durch diejenigen Ungleichmäßigkeiten der Aufzeichnung, welche sich einmal
im Laufe der Scheibenumdrehung wiederholen (I. Harmonische der Ungleichmäßigkeit), nicht beeinflußt
wird. Diese Anordnung entspricht der insbesondere bei optischen Teilapparaten bekannten Ablesung
der Teilung durch zwei Mikroskope und Ermittlung ihres Mittelwertes. Die Anwendung eines
Systems von vier Köpfen an um 60°, 90° und 180° versetzten Stellen setzt die harmonischen Ungleichmäßigkeitskomponenten
bis zur IV. Stufe wesentlich herab.
F i g. 2 zeigt ein Schema des Apparates für diesen Fall. Die Köpfe 1, 2, 3, 4 sind fest miteinander mechanisch
verbunden, die Köpfe 5, 6, 7, 8 sind auf dem beweglichen Meßglied des Gerätes befestigt.
Den festen Köpfen ist die Aufzeichnungsspur 9 zugeordnet, den Meßköpfen die Spur 10. Beide auf der
Scheibe 11 nebeneinander angeordnete Spuren sind identisch, da die Aufzeichnung auf denselben gleichzeitig
hergestellt wird. Die Köpfe 1, 2, 3, 4 bzw. 5, 6, 7, 8 sind jeweils gleichläufig seriengeschaltet. Die
resultierenden Signale werden durch die Leitungen I und II dem Phasenmesser zugeführt. Die Meßgenauigkeit
ist bei dieser Anordnung in bedeutendem Maße unabhängig von der tatsächlichen Ungleichmäßigkeit
der Aufzeichnung, der Lagerung und Auswuchtung der Scheibe bzw. ihrer Deformation. Auch kann die
Ungleichmäßigkeit der Aufzeichnung ständig kontrolliert werden, da jede unzulässige Vergrößerung
sich durch eine Schwingung des Zeigers des Phasenmessers bemerkbar macht.
Selbstverständlich können mit dem gleichen Ergebnis auch eine stehende Scheibe oder zwei
Scheiben, von denen die eine steht und die andere entsprchend dem zu messenden Winkel gegen die
erste verdreht werden kann, und rotierende Köpfe verwendet werden.
Die magnetische Aufzeichnung kann durch eine optische Aufzeichnung ersetzt werden, wobei der magnetischen
Aufzeichnungsschicht eine photographische Schicht und den Wiedergabeköpfen Photozellen entsprechen.
Die elektronische Einnrichtung bleibt unverändert.
Claims (4)
1. Vorrichtung zur Winkelfeinmessung, bei der eine Teilscheibe, an deren Umfang ein in sich geschlossenes
Sinus-Magnetfeld von genau gleicher Wellenlänge und bestimmter Anzahl von Magnetwellen
aufgezeichnet ist, relativ zu zwei von dieser Aufzeichnung beeinflußten Magnetköpfen,
deren gegenseitiger Abstand entlang dem Umfang der Teilscheibe entsprechend dem zu messenden
Winkel einstellbar ist, ständig rotiert und der zu messende Winkel durch Messung der Phasenverschiebung
der in den beiden Magnetköpfen induzierten Wechselspannungen ermittelt und an einem Zählwerk angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß durch die Verwendung eines anzeigenden Phasenmessers (50) an sich bekannter Bauart zur Bestimmung der Phasenverschiebung
eine Feinunterteilung der Zählwerksanzeige (60) erfolgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei kongruente Systeme von
je in sich seriengeschalteten Magnetköpfen (1 bis 4 bzw. 5 bis 8) vorgesehen sind, deren gegenseitiger
Abstand entlang dem Umfang der Teilscheibe (11) durch Schwenken um die Achse der
Teilscheibe entsprechend dem zu messenden Winkel einstellbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei vollkommen gleich ausgebildete
Teilscheiben (9, 10) gleichachsig übereinander angeordnet sind, von denen die eine
feststeht und die andere entsprechend dem zu messenden Winkel gegen die erste verstellbar ist,
daß für jede Teilscheibe (9, 10) ein Magnetkopf (30, 40) vorgesehen ist, und daß beide Magnetköpfe
gleichsinnig um die gemeinsame Achse der Teilscheiben rotieren.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Phasenmessers
mit großer Zeitkonstante.
In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 717 987.
USA.-Patentschrift Nr. 2 717 987.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 599/102 6. 64
Bundesdruckerei Berlin
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS1172051X | 1956-12-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1172051B true DE1172051B (de) | 1964-06-11 |
Family
ID=5457652
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DEV13336A Pending DE1172051B (de) | 1956-12-21 | 1957-11-05 | Vorrichtung zur Winkelfeinmessung |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1172051B (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3536406A (en) * | 1968-01-19 | 1970-10-27 | Aga Ab | Digital angle measuring apparatus |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2717987A (en) * | 1949-10-03 | 1955-09-13 | Northrop Aircraft Inc | Electronic angle measurement |
-
1957
- 1957-11-05 DE DEV13336A patent/DE1172051B/de active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US2717987A (en) * | 1949-10-03 | 1955-09-13 | Northrop Aircraft Inc | Electronic angle measurement |
Cited By (1)
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US3536406A (en) * | 1968-01-19 | 1970-10-27 | Aga Ab | Digital angle measuring apparatus |
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