DE1172051B - Vorrichtung zur Winkelfeinmessung - Google Patents

Vorrichtung zur Winkelfeinmessung

Info

Publication number
DE1172051B
DE1172051B DEV13336A DEV0013336A DE1172051B DE 1172051 B DE1172051 B DE 1172051B DE V13336 A DEV13336 A DE V13336A DE V0013336 A DEV0013336 A DE V0013336A DE 1172051 B DE1172051 B DE 1172051B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
angle
measured
magnetic
recording
disk
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEV13336A
Other languages
English (en)
Inventor
Karel Stepanek
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vyzkumny Ustav Obrabecich Stroju a Obrabeni
Original Assignee
Vyzkumny Ustav Obrabecich Stroju a Obrabeni
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vyzkumny Ustav Obrabecich Stroju a Obrabeni filed Critical Vyzkumny Ustav Obrabecich Stroju a Obrabeni
Publication of DE1172051B publication Critical patent/DE1172051B/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00Measuring angles
    • G01C1/02Theodolites
    • G01C1/06Arrangements for reading scales
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C1/00Measuring angles
    • G01C1/02Theodolites
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/243Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the phase or frequency of ac

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

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
Als Erfinder benannt:
Karel Stepänek, Prag
Beanspruchte Priorität:
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)

Patentansprüche:
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.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 599/102 6. 64
Bundesdruckerei Berlin
DEV13336A 1956-12-21 1957-11-05 Vorrichtung zur Winkelfeinmessung Pending DE1172051B (de)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3536406A (en) * 1968-01-19 1970-10-27 Aga Ab Digital angle measuring apparatus

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2717987A (en) * 1949-10-03 1955-09-13 Northrop Aircraft Inc Electronic angle measurement

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2717987A (en) * 1949-10-03 1955-09-13 Northrop Aircraft Inc Electronic angle measurement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3536406A (en) * 1968-01-19 1970-10-27 Aga Ab Digital angle measuring apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3382706T2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Relativwegmessung.
DE3703493A1 (de) Vorrichtung zur messung von oberflaechenprofilen
DE872643C (de) Vorrichtung zum Messen der Abstandsaenderung zweier Elemente durch Messung der AEnderung der Kapazitaet
DE3640413A1 (de) Messanordnung
DE2914423A1 (de) Verfahren zum unterscheiden gueltiger erster signale einer an einer zentrifuge befestigten probe und zentrifugenanordnung zur durchfuehrung dieses verfahrens
DE1259621B (de) Lichtelektrischer Messgenerator
EP0440833B1 (de) Winkelmesseinrichtung
DE1202012B (de) Fotoelektrische Vorrichtung zum genauen Bestimmen der Lage eines Teilungsmerkmales
DE1172051B (de) Vorrichtung zur Winkelfeinmessung
DE3002736C2 (de) Anordnung zur Messung der vertikalen Verformung von Informationsträgern
DE1798153C3 (de) Vorrichtung zum Messen der Un gleichformigkeit großer Ubersetzüngs Verhältnisse von Getrieben
DE745686C (de) Messanordnung zur gleichzeitigen Pruefung mehrerer Messpunkte eines Werkstueckes
DE2548729A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur ermittlung und anzeige der winkellage der unwucht bei auswuchtmaschinen
DE1008936B (de) Rechenvorrichtung
DE102018202525A1 (de) Drehgeber
DE951675C (de) Vorrichtung zur Bestimmung von Relativbewegungen bewegter Teile
DE3212081A1 (de) Selbsttaetig arbeitendes zahnradpruefgeraet
DE68906468T2 (de) Verfahren zur magnetischen Charakterisierung der Registrierungsschicht eines magnetischen Informationsträgers.
DE721500C (de) Einrichtung zum praktisch gleichzeitigen Beobachten eines schnell veraenderlichen Vorganges und eines Eichrasters
CH355958A (de) Verfahren zur genauen Winkelmessung auf Grundlage einer magnetischen oder optischen Aufzeichnung
DE1008937B (de) Einrichtung zum Messen der Geschwindigkeit eines Koerpers
DE2159820A1 (de) Automatische Fokussiervornchtung
DE1573639C3 (de) Auswuchtmaschine mit Analogrechnerschaltung zur elektrischen Umrechnung von den Lagerreaktionen auf die Unwuchten in denAusgleichsebenen
DE1953737C3 (de) Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Auflösung eines elektronischen Winkelmeßgerätes
DE1259580B (de) Vorrichtung zur elektromechanischen Winkelfeinmessung