DE1276336B - Optische Einrichtung zum Messen von Strecken und Teilen von Kreisen durch Verschiebung einer Teilung gegenueber einer Ablesevorrichtung - Google Patents

Description

• Optische Einrichtung zum Messen von Strecken und Teilen von Kreisen durch Verschiebung einer Teilung gegenüber einer Ablesevorrichtung Die Erfindung betrifft eine optische Einrichtung zum Messen von Strecken und Teilen von Kreisen durch Verschiebung einer Teilung gegenüber einer Ablesevorrichtung, wobei ein Lichtbündel durch einen Gittermaßstab und eine im geringen Abstand relativ dazu bewegte zweiteilige Gitterstrichplatte, bei der die Gitterstriche der oberen und unteren Hälfte gegeneinander versetzt sind, auf zwei Photodioden geworfen wird und deren annähernd sinusförmigen, um 900 zueinander phasenversetzten elektrischen Ausgangssignale nach Verstärkung den winkelmäßig zueinander versetzten Statorwicklungen eines Synchronmotors zur Auswertung zugeführt werden.
• Bei den bekannten Einrichtungen dieser Art werden die von den Photodioden gelieferten elektrischen Ausgangssignale den Wicklungen eines zweipoligen Synchronmotors zugeführt.
• Nachteilig bei diesen bekannten Einrichtungen ist jedoch, daß bei starken Beschleunigungen oder Verzögerungen der die Teilung und die Abtastvorrichtung tragenden Teile eine sichere Ablesung der Intervallvielfachen der Teilung in Frage gestellt ist, weil bei stark beschleunigten Bewegungen der Synchronmotor nicht unmittelbar zu folgen vermag.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der genannten Nachteile eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, daß selbst bei starken Beschleunigungen oder Verzögerungen der relativ zueinander beweglichen Teile eine sichere Ablesung der Meßwerte gewährleistet ist, ohne daß dabei diese Einrichtung aufwendig wird.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektrischen Ausgangssignale der Photodioden je auf zwei mechanisch voneinander unabhängige, parallel zueinander geschaltete Synchronmotoren mit unterschiedlicher Polzahl gegeben werden, von denen der eine Synchronmotor mehrpolig ausgeführt ist und ein an seine Welle angeschlossenes Zählwerk die ganzen Gitterteilungen bei der Verschiebung der Gitterstrichplatte gegenüber dem Gittermaßstab angibt, während der andere Synchronmotor zweipolig ausgeführt ist und ein mit seiner Welle verbundener Zeiger über einer Skala die Bruchteile einer Gitterteilung bei der Verschiebung anzeigt.
• Strebt man eine sehr hohe Auflösung des Anzeigesystems an und führt dabei das aus Teilung und Ablesevorrichtung bestehende Gebersystem stark beschleunigte Bewegungen aus, so vermag der Synchronmotor mit der höheren Polzahl unmittelbar zu folgen, während der Synchronmotor mit der geringeren Polzahl unter Umständen zunächst nur pendelnde Bewegungen ausführt. Sobald jedoch das genannte Gebersystem zur Ruhe gekommen ist, wird auch der Synchronmotor mit der geringeren Polzahl in seine Anzeigestellung drehen.
• Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht. Es zeigt F i g. 1 schematisch eine Anordnung zur Abtastung bzw. Zählung ganzer Maßstabintervalle und Bruchteile derselben, F i g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus dem in dem Beispiel der F i g. 1 verwendeten Gittermaßstab und dem entsprechenden Strichgitter, F 1 g. 3 die bei der Abtastung des Gittermaßstabes sich ergebenden Lichtstromschwankungen in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg, F i g. 4 die Beziehung zwischen den Eingangssignalen des Synchronmotores und dessen Drehwinkel, wobei die zur Kennzeichnung der Winkelpositionen verwendeten BuchstabenA bis H denen der F i g. 5 entsprechen, F i g. 5 schematisch den Aufbau und die Funktion eines zweipoligen Synchronmotores, wobei die in F i g. 4 dargestellten Zwischenwerte mit A bis H bezeichnet sind, F i g. 6 die Darstellung einer willkürlich angenommenen Verschiebung s in Abhängigkeit von der Zeit und ebenfalls in Abhängigkeit von der Zeit die korrespondierenden Werte der Eingangsgrößen 11 und 12 der Synchronmotore sowie für drei verschiedene Positionen die Ansicht des Anzeigetableau.
• Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist mit 1 ein abzutastender fester Gittermaßstab bezeichnet, über den in geringem Abstand davon eine Gitterstrichplatte 2 hinweggleitet, bei der die Gitterstriche der oberen und unteren Hälfte gegeneinander versetzt sind. Ausschnitte aus Maßstab 1 und Strichplatte 2 sind in F i g. 2 vergrößert dargestellt, um die gegenseitige Phasenversetzung der oberen zur unteren Hälfte der Strichplatte 2 zu verdeutlichen. Maßstab 1 und Strichplatte 2 werden von einem Lichtbündel durchsetzt, welches durch zwei Linsen 3 und 4 auf zwei Photodioden P1 und P2 geworfen wird. Auf Grund dieser Abtastung ergeben sich zwei AusgangssignaleS, und S2 entsprechend der Fig.3, welche man in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg als angenähert sinusförmig zuzüglich einer additiven Konstante ansehen kann. Sollte für genauere Messungen die Sinusförmigkeit dieses Signals nicht ausreichen, so kann durch entsprechende Gestaltung der Abtaststrichplatte 2 bzw. des Gittermaßstabes 1 in an sich bekannter Weise ein genau sinusförmiges Signal erzeugt werden. Im allgemeinen reicht jedoch die bei Abtastung eines Gittermaßstabes mit parallelen Strichen erzielte angenäherte Sinusform aus. Selbstverständlich können statt durchscheinende Maßstäbe 1 und 2 auch reflektierende benutzt werden.
• Die von den Photodioden P1 und P2 gelieferten Signale S1 und S2 werden zwei Verstärkern V3 und V2 zugeführt. Diese Verstärker bewirken zugleich, daß das mit einer additiven Konstante behaftete Signal der F i g. 3 in ein bei gleichförmiger Bewegung reines Wechselspannungssignal umgewandelt wird. Dies kann mit beliebigen bekannten Mitteln geschehen, z. B. durch Subtraktion einer konstanten Gleichspannung.
• Die vier Verstärkerausgänge W, X, Y, Z, sind an die Statorwicklungen zweier parallelgeschalteter Synchronmotoren M1 und M2 von unterschiedlicher Polzahl angeschlossen, die sich im Ausführungsbeispiel dadurch unterscheiden, daß der Synchronmotor M1 z.B. 20polig, der Synchronmotor M2 dagegen nur 2polig ausgeführt ist, so daß bei einem vollen Zyklus des Eingangssignals der Synchronmotor M1 t/xo Umdrehung, der SynchronmotorM2 dagegen eine ganze Umdrehung ausführt. Die Welle L1 des Synchronmotores Mt ist mit der Zählrolle eines mechanischen Zählwerkes K1 verbunden, während die Welle L2 des Motors, einen über einer Skala, umlaufenden Zeiger trägt.
• Wie die Fig. 4 und 5 erkennen lassen, kann der zweipolige Synchronmotor M2 beliebige Drehstellungen einnehmen, entsprechend der Stellung des durch die beiden Wicklungen erzeugten resultierenden Magnetfeldes. Durchlaufen die Eingangs signale und I2 einen ganzen, in F i g. 4 durch die Buchstaben A bis H bezeichneten Zyklus, so führt der Rotor des Synchronmotores M2 eine kontinuierliche Drehbewegung aus und kann in jeder beliebigen Zwischenstellung, auch zwischen den in den Figuren durch Buchstaben bezeichneten Positionen, stehenbleiben.
• Mit Hilfe des Synchronmotores M2 ist es also möglich, ein Intervall der Gitterteilung 1 analog zu unterteilen.
• Nimmt man z. B. an, daß die Gitterkonstante des Gittermaßstabes 1 10 llm beträgt, so entspricht eine Verschiebung der Abtaststrichplatte 2 gegenüber dem Gittermaßstab 1 um 10 Fm einem vollen Umlauf des Rotors des Synchronmotors M2. Ist die Skala, in zehn Teile geteilt, so bedeutet jeder Teil einen Verschiebebereich des Zeigers von 1 ym.
• Es wäre also ohne weiteres möglich, von der Welle L2 aus direkt ein dekadisches Zählwerk anzutreiben, so daß mit Hilfe dieses einzigen Motors M2 nicht bloß die Bruchteile eines 10-m-Intervalls, sondern auch Vielfache davon abgelesen werden könnten. Voraussetzung hierfür wäre aber, daß die zu messende Bewegung keine zu starken Beschleunigungen aufweist, da sonst die Möglichkeit besteht, daß der Synchronmotor nicht anläuft, sondern nur schwingende Bewegungen durchführt. Zwar würden dann im Stillstand die Bruchteile eines 10-pm-Intervalls wieder richtig angezeigt, jedoch könnte die Anzeige der Vielfachen der 10-llm-Intervalle fehlerhaft sein. Will man sich also nicht der Beschränkung unterwerfen, nur geringe Beschleunigungs- und Verzögerungswerte der Bewegung zuzulassen, so werden erfindungsgemäß die ganzen Vielfachen der 10-,am-Intervalle nicht durch ein direkt von der Weller, anzutreibendes, sondern an dem durch einen besonderen Synchronmotor M1 mit vergrößerter Polzahl anzutreibenden Zählwerk K1 abgelesen. Die Anzeige K1 ist dabei von der Anzeige K2 mechanisch völlig unabhängig, so daß das Zählwerk K1 selbst dann synchron mit der zu messenden Verschiebung laufen kann, wenn der Zeiger auf der Skala K2 dies infolge großer Beschleunigungen nicht mehr kann.
• Die Fig.6 zeigt den Signalveriauf und I2 in Abhängigkeit von der zu messenden Verschiebung s.
• Auch hierbei ist angenommen, daß die Gitterkonstante des Gittermaßstabes 10 im beträgt, so daß einer Verschiebung von 10 Fm ein voller Zyklus der Signale I1 und I2 entspricht. Aus der F i g. 6 ist erkennbar, daß die gegenseitige Phasenlage der Signale bei Bewegungsumkehr sich ebenfalls umkehrt. Für drei Positionen sind die Anzeigewerte des Zählwerkes K1 und des umlaufenden Zeigers K2 wiedergegeben. Es ist leicht abzulesen, daß die drei Positionen 92,5, 36,6 und 30,8 llm in Übereinstimmung mit der Bewegungskurves und den SignalkunenIX und I2 sind.

Claims (1)

1. Patentanspruch: Optische Einrichtung zum Messen von Strecken und Teilen von Kreisen durch Verschiebung einer Teilung gegenüber einer Ablesevorrichtung, wobei ein Lichtbündel durch einen Gittermaßstab und eine im geringen Abstand relativ dazu bewegte zweiteilige Gitterstrichplatte, bei der die Gitterstriche der oberen und unteren Hälfte gegeneinander versetzt sind, auf zwei Photodioden geworfen wird und deren annähernd sinusförmigen, um 900 zueinander phasenversetzten elektrischen Ausgangssignale nach Verstärkung den winkelmäßig zueinander versetzten Statorwicklungen eines Synchronmotors zur Auswertung zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Ausgangssignale (J1, J2) der Photodioden(PlVl, P2V2) je auf zwei mechanisch voneinander unabhängige, parallel zueinander geschaltete Synchronmotoren (M1, M2) mit unterschiedlicher Polzahl gegeben werden, von denen der eine Synchronmotor (Ml) mehrpolig ausgeführt ist und ein an seine Welle (L) angeschlossenes Zählwerk (K1) die ganzen Gitterteilungen bei der Verschiebung der Gitterstrichplatte (2) gegenüber dem Gittermaßstab (1) angibt, während der andere Synchronmotor(M2) zweipolig ausgeführt ist und ein mit seiner Welle (L2) verbundener Zeiger über einer Skala (K2) die Bruchteile einer Gitterteilung bei der Verschiebung anzeigt.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 040 262, 1060609,1105016; französische Patentschrift Nr. 1 284784; »Feinwerktechnik«, 1962, Heft 3, S. 98.