DE1185406B - Verfahren zur Beseitigung montage- und herstellungsbedingter Messfehler bei der Abtastung rotierender zur digitalen Drehzahlmessung dienenden Strichscheiben - Google Patents

Verfahren zur Beseitigung montage- und herstellungsbedingter Messfehler bei der Abtastung rotierender zur digitalen Drehzahlmessung dienenden Strichscheiben

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DE1185406B
DE1185406B DEL43077A DEL0043077A DE1185406B DE 1185406 B DE1185406 B DE 1185406B DE L43077 A DEL43077 A DE L43077A DE L0043077 A DEL0043077 A DE L0043077A DE 1185406 B DE1185406 B DE 1185406B
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DEL43077A
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Dr-Ing Wilfried Fritzsche
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
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Description

  • Verfahren zur Beseitigung montage- und herstellungsbedingter Meßfehler bei der Abtastung rotierender zur digitalen Drehzahlmessung dienenden Strichscheiben Zur digitalen Drehzablmessung wird auf die Welle, deren Drehzahl zu messen ist, eine Scheibe gesetzt, die auf einem konzentrischen Ring eine möglichst große Anzahl gleichmäßig verteilter Striche aufweist, die vorzugsweise in fotoelektrischer Weise abgetastet und ausgezählt werden. Es werden die innerhalb einer bestimmten Zeit (Meßperiode) an dem Abtaster vorbeilaufenden Striche von einem Zählglied gezählt.
  • Das Zählergebuis ist dann ein Wert für die Drehzahl der rotierenden Welle. Da bei Regelungen mit Rücksicht auf die Stabilität der Regel anordnung die Meßperiode möglichst klein sein soll, ist die Genauigkeit um so größer, je größer die Strichzahl auf der Scheibe ist. Ungenaue Verteilungen der Striche untereinander können zu Meßfehlern führen. Die Gefahr solcher Meßfehler ist jedoch bei der Präzision, mit der solche Scheiben hergestellt werden können, sehr klein gegenüber solchen Meßfehlern, die die Folge einer mangelhaften Montage der Scheibe sind. Diese Montage fehler bestehen in erster Linie darin, daß es nicht geliegt, die Strichscheibe völlig konzentrisch auf die Welle aufzusetzen. Die dadurch bedingten Meßfehler sollen an Hand der F i g. 1 und 2 a erläutert werden.
  • F i g. 1 zeigt eine Strichscheibe 5, von der zunächst nur der äußere Strichring 5 a betrachtelt wird. 7 stellt die Abtastvorrichtung dar. 6 ist die Welle, auf die die Strichscheibe aufgezogen wird. Nimmt man an, daß bei der Montage eine Exzentrizität e entsteht, d. h. der Mittelpunkt der Welle im Funkt der Scheibe zu liegen kommt, dann ergeben sich bei der Abtastung folgende Verhältnisse: Es wird vorausgesetzt, daß die Meßperiodendauer gerade so groß ist wie die Zeit für eine halbe Umdrehung der Welle und daß die Meßperiode im Zeitpunkt t=O beginnt, in welchem die Scheibe die in der Fig. 1 dargestellte Lage hat. Innerhalb der gleichen Zeit läuft dann am Abtaster 7 einmal der zum Winkel as gehörende Umfang vorbei und einmal der zum Winkel ß gehörende Umfang. Da os kleiner als ß ist, ist die Zahl der in der ersten Meßperiode gezählten Impulse kleiner als die in der zweiten Meßperiode ermittelte Impulszahl. In F i g. 2 a sind die von dem Abtaster 7 und dem zugehörigen Zähler gezählten Impulse dargestellt. Bei dieser Darstellung ist zu berücksichtigen, daß nach Abschluß einer Zähiperiode das Zählergebnis auf einen Speicher übertragen wird und der Wert während der folgenden Zählperiode stehenbleibt. F i g. 2 a stellt also das im nachgeschalteten Speicher stehende Zählergebnis dar. Die in der Zeit Ta gezählte Impuls zahl ist kleiner als die in der Zeit Tß gezählte Impulszahl. Die Folge dieses Montagefehlers ist die Vorspiegelung einer in Wirklichkeit nicht vorhandenen Drehzahlschwankung. Wäre der Montagefehler nicht vorhanden, dann würde die Kurve S7 (F i g. 2 a) den gestrichelt dargestellten Verlauf haben.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, durch das der oben erläuterte Meßfehler kompensiert wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, daß dadurch gekennzeichnet ist, daß die Strichscheibe mit einem Hauptstrichring und einem konzentrisch liegenden weiteren Strichring versehen ist, dessen Striche, deren Anzahl bedeutend kleiner als die des Hauptstrichringes ist, auf dem halben Umfang in sinusförmiger Verteilung aufgetragen sind und der von vier gleichmäßig am Umfang verteilten Abtastern abgetastet wird, die auf getrennte Zähler arbeiten, und daß die Zählergel> nisse in analoge Werte umgeformt werden, die getrennt einstellbar sind und zu dem durch den Hauptstrichring ermittelten Meßwert bzw. dem Propartie nalwert der Regelabweichung in einer den Meßfehler beseitigenden Weise teilweise addiert und teilweise subtrahiert werden.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den F i g. 1 und 3 dargestellt. Die Strichscheibe 5 in Fig. 1 besitzt neben dem Hauptstrichring 5 a einen weiteren konzentrisch liegenden Strichring 5 b. Die Striche dieses Ringes sind auf dem halben Umfang zusammengedrängt und hier in sinusförmiger Verteilung aufgebracht. Die Abstände der Striche auf dem oberen Halbkreis des Korrekturringes ändern sich also nach einer Sinusfunktion, wobei ein Winkel von O bis 1800 durchlaufen wird. Der Korrekturring wird von vier gleichmäßig am Umfang verteilten Abtastern 1 bis 4 abgetastet. Die von den vier Abtastern erzeugten Impulsfolgen Ii bis 14 werden getrennten Zählern 10 bis 13 (F i g. 3) zugeführt. Diesen Zählern sind Speicher 14 bis 17 nachgeschaltet, in denen die Zählergebnisse der vorangegangenen Meßperiode go speichert werden. Diese Werte werden über Digital-Analog-Wandler 18 bis 21 in analoge Werte umgeformt. Jeder dieser analogen Werte läßt sich unab hängig in seiner Größe einstellen (22 bis 25). Die Analogwerte werden auf die Eingänge des Verstärkers 26 gegeben. Auf diesen Verstärker wird ebenfalls über die Leitung 27 ein Analogwert gegeben, der entweder das Zählergebnis des Abtasters 7 des Hauptstrichringes darstellt oder bereits der Proportionalwert der Regelabweichung ist. Die Werte auf den fünf Eingängen des Verstärkers 26 werden derart zusammengefaßt, daß die zu den Impulsfolgen 11 und 13 gehörenden zu dem Hauptwert addiert und die zu den Impulsfolgen 12 und 14 gehörenden von dem Hauptwert subtrahiert werden.
  • Die Wirkungsweise der beschriebenen Anordnung soll an Hand der F i g. 1, 2 und 3 erläutert werden.
  • Es wird der Einfachheit halber der Fall angenommen, wie er sich aus der Fig. 1 bezüglich der Lage der Exzentrizität, der Abtaster und der beiden Ringe zueinander ergibt. Im übrigen wird wieder angenommen, daß die Meßzeit gleich der Zeit für eine halbe Umdrehung ist und die Messung im angegebenen Zeitpunktt=O beginnt. Das vom Abtaster 7 ermittelte Zählergebnis ist in F i g. 2 a abgebildet und wurde bereits erläutert. Bei der angegebenen Drehrichtung erfaßt der Abtaster 1 in jeder Meßperiode die Hälfte der auf dem Korrekturring liegenden Striche. Das gleiche gilt für den Abtaster 2 (Fig. 2c).
  • Der Abtaster 3 erfaßt in der ersten Meßperiode sämtliche Striche des Korrekturringes und in der zweiten Meßperiode gar keine. Das umgekehrte gilt für den Abtaster4 (Fig. 2e). In den Fig. 2b bis 2e sind die Zählergebnisse der Abtaster 1 bis 4 bereits mit den Vorzeichen dargestellt, mit denen sie gemäß F i g. 3 zu dem Hauptzählergebnis algebraisch addiert werden. Man erkennt, daß sich die Anteile so und S2 gegenseitig aufheben und die AnteileS3 und S4 den Fehler von S7 gerade kompensieren. Da die Fehler von S, in den tatsächlichen Anordnungen nur wenige Prozente betragen, brauchen auch die Korrekturzählergebnisse nur wenige Prozent des Hauptzählergebnisses zu betragen. Das bedeutet, daß die Anzahl der Striche auf dem Korrekturring bedeutend kleiner ist als auf dem Hauptstrichring. Aus diesem Grnnde sind die Fehler, die durch die Exzentrizität auch bei den Korrekturzählergebnissen auftreten, bereits von zweiter Ordnung klein und können vernachlässigt werden.
  • Bei dem eben beschriebenen Spezialfall bezüglich der gegenseitigen Lage der einzelnen Größen und der Meßperiodendauer sind die Verhältnisse einfach zu übersehen. Bei jeder anderen Lage der Exzentrizität, der gegenseitigen Lage der Ringe und der Korrekturabtaster setzen sich die vier Korrekturanteile so zusammen, daß eine Kompensation möglich ist. Man kann diese Korrekturanteile als die positiven und negativen Sinus- und Kosinuswerte auffassen, durch die bei geeigneter Bemessung eine Schwingung oder Welle bezüglich ihrer Größe und Phasenlage beliebig eingestellt werden kann.
  • Die Größe des in F i g. 2 a gezeigten Fehlers hängt nun von der Größe der Exzentrizität ab. Ist die Ex- zentrizität beispielsweise größer als in dem Beispiel gezeigt, dann müßten auch die Zählergebnisse S3 und S4 entsprechend größer sein Diese Zählergebnisse sind aber von der Exzentrizität unabhängig. (Der von zweiter Ordnung kleine Einfluß ist unerheblich.) Aus diesem Grunde können die ins Analoge umgeformten Zählergebnisse in ihrer Größe getrennt eingestellt werden (veränderlicher Verstärkung oder Widerstandsteilung). Die erforderliche Einstellung kann auf einfache Weise durch einen Auslaufversuch nach erfolgter Montage stattfinden. Beim Auslaufversuch treten keine unkontrollierbaren Schwankungen auf.
  • Die bei der Montage auftretenden Exzentrizitäten sind die häufigsten und schwerwiegendsten Ursachen von Meßfehlern. Es sind dies Fehler erster Ordnung; das bedeutet, daß ihre Frequenz mit der Drehzahlfrequenz übereinstimmt. Durch die geschilderte Anordnung werden selbstverständlich auch Fehler beseitigt, die durch Schwankungen der Abstandsbreite der aufgebrachten Striche entstehen, sofern diese Schwankungen ebenfalls Drehzahlfrequ enz haben.
  • Jedoch sind solche Fertigungsfehler unbedeutend.
  • Haben die fehlerbedingten Schwankungen die n-fache Frequenz der Drehzahl, dann können diese ebenfalls beseitigt werden. Hierzu muß die Verteilung auf dem Korrekturring einschließlich der vier Abtaster auf den n-ten Teil des Umfanges zusammengedrängt werden und sich n-mal wiederholen. F i g. 4 zeigt die Anordnung für den Fall n = 2. Eine entsprechende Vervielfachung ist auch erforderlich bezüglich der Auswertungsschaltung nach F i g. 3.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Beseitigung von montage- und herstellungsbedingten Meßfehlern bei der Abtastung rotierender, zur digitalen Drehzahlmessung dienender Strichscheiben, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß die Strichscheibe (5) mit einem Hauptstrichring (5 ä) und einem konzentrisch liegenden weiteren Strichring (5b) versehen ist, dessen Striche, deren Anzahl bedeutend kleiner als die des Hauptstrichringes ist, auf dem halben Umfang in sinusförmiger Verteilung aufgetragen sind und der von vier gleichmäßig am Umfang verteilten Abtastern (1 bis 4) abgetastet wird, die auf getrennte Zähler (10 bis 13) arbeiten, und daß die Zählergebnisse in analoge Werte umgeformt werden (18 bis 21), die getrennt einstellbar sind (22 bis 25) und zu dem durch den Hauptstrichring ermittelten Meßwert bzw. dem Proportionalwert der Regelabweichung in einer den Meßfehler beseitigenden Weise teilweise addiert und teilweise subtrahiert werden.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Beseitigung von Fehlern n-ter Ordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung des Korrekturstrichringes und der vier Abtaster nach Anspruch 1 auf den n-ten Teil des Umfanges zusammengedrängt sind und sich in n-facher Ausführung am Umfang wiederholen, wobei auch die Auswertungseinrichtung n-mal vorgesehen ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Jordan-Eggert: »Handbuch der Vermessungskunde«, Stuttgart 1950, 2. Band, S. 394 bis 400.
DEL43077A 1962-09-28 1962-09-28 Verfahren zur Beseitigung montage- und herstellungsbedingter Messfehler bei der Abtastung rotierender zur digitalen Drehzahlmessung dienenden Strichscheiben Pending DE1185406B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0039900A2 (de) * 1980-05-14 1981-11-18 MTC Messtechnik und Optoelektronik AG Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Winkelgeschwindigkeit eines rotierenden Körpers
EP0040359A2 (de) * 1980-05-14 1981-11-25 MTC Messtechnik und Optoelektronik AG Verfahren und Vorrichtung zur Messung eines Winkels

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EP0039900A3 (en) * 1980-05-14 1981-11-25 Walter Dr. Mehnert Method and apparatus for angular rate measurement of a rotating body
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